Суперпроводимость

Исключительно интересные и важные выводы можно сделать при изучении свойств различных порядков в условиях, когда интенсиалы ансора, представляющие собой свойства второго порядка, устремляются к нулю. Например, энергия – свойство первого порядка – у такого ансора обращается в нуль. Это видно из уравнения (256), в котором экстенсоры не равны нулю, а интенсиалы должны быть положены равными нулю. Кроме того, по смыслу так оно и должно быть: нулевой активности элаты должна соответствовать и нулевая обобщенная количественная мера. Отсюда вытекает важный вывод о том, что парен располагает нулевыми запасами энергии.

У идеального ансора при стремлении к абсолютному нулю интенсиалов свойства третьего порядка – емкости и проводимости – остаются величинами постоянными и конечными. Это следует, например, из уравнений (257) и (258), согласно которым интенсиал пропорционален сопряженному с ним экстенсору. У реального ансора вблизи абсолютного нуля интенсиалов картина существенно изменяется, так как в общем случае интенсиал оказывается не пропорциональным экстенсору в первой степени. Например, согласно общей теории, при абсолютном нуле интенсиалов термоемкость тела К_Q становится равной нулю [14]. Отсюда получается, что теплоемкость, определяемая формулой (50), должна быть пропорциональна температуре в степени, большей чем единица. Опыт подтверждает этот вывод. Для некоторых тел показатель степени при температуре равен двум (закон квадратов В.В. Тарасова), для большинства других тел – трем (закон кубов Дебая). Таким образом у реального ансора при абсолютном нуле интенсиалов емкость К не конечна, она равна нулю, а обратный ей коэффициент А – бесконечности. Величины К и А входят в уравнения законов состояния и взаимности.

Еще более интересны результаты у реального ансора получаются применительно к обобщенной проводимости К_Р и обратной ей величине А_Р, которые входят в уравнения законов переноса и увлечения. В противоположность предыдущему случаю величина К_Р при разэкстенсировании системы (отводе от нее экстенсоров) обращается в бесконечность, а коэффициент А_Р – в нуль. Одновременно с К_Р в бесконечность должны обращаться также все частные виды проводимостей, относящиеся к любым элатам. Физический смысл этого результата легко понять, если вспомнить, что силы связи между квантами экстенсоров в ансоре пропорциональны интенсиалам. Поэтому с уменьшением интенсиалов до нуля в нуль обращаются также и силы, оказывающие сопротивление экстенсору (и ансору) при его распространению. Отсюда следует вывод принципиальной важности: парен представляет собой среду нулевого сопротивления. Проводимость парена равна бесконечности.

Попутно отметим важное различие, которое существует между коэффициентами А и К, с одной стороны, и А_Р и К_Р – с другой. Как видим, это различие сильнее всего проявляется вблизи абсолютного нуля интенсиалов. При этом особые черты приобретают также эффекты взаимного влияния, в том числе увлечения, экстенсоров. Например, эффекты увлечения определяются через упомянутые коэффициенты К_Р. Следовательно, увлечение экстенсоров должно быть бесконечно совершенным.

Явление обращения в бесконечность проводимостей по отношению к экстенсорам, когда к нулю устремляются интенсиалы системы, будем называть суперпроводимостью. В физике применяется термин сверхпроводимость для обозначения явления сверхэлектропроводности. В общей теории термином суперпроводимость определяется целый класс явлений сверхпроводимости, относящихся ко всем различным элатам. Согласно общей теории, суперпроводимость присуща всем ансорам по отношению ко всем экстенсорам. Иными словами, общая теория предсказывает существование бесконечного множества разнообразных явлений суперпроводимости – по числу элат и ансоров [14]. Они наблюдаются вблизи абсолютного нуля интенсиалов. Соответствующие условия создаются, например, путем отвода от системы экранированного термиора, или, точнее, фотонов диссипации, содержащих экранированный термиор.

В соответствии с принципами проницаемости и отторжения все многочисленное семейство микрочастиц способно в большей или меньшей степени проникать в макротела и, следовательно, давать соответствующие эффекты суперпроводимости. Например, фотоны, распространяясь в теле, должны вблизи абсолютного нуля интенсиалов служить причиной появления эффектов супертеплопроводности, волновой суперпроводимости и т.д. – уравнение (377).

Сейчас обнаружено очень небольшое число явлений суперпроводимости. Часть из них связана с распространением в телах электронов. Речь идет о сверхэлектропроводности, сверхмагнитопроводности, супертеплопроводности. Но электрон содержит большое количество разнообразных экстенсорантов. Поэтому должны существовать многие другие неоткрытые пока эффекты суперпроводимости. Например, общая теория предсказывает существование в телах, пронизываемых электронами, эффектов суперпроводимости, которые сопряжены со всеми экстенсорантами, представленными в уравнении (380). В частности, это касается проводимостей по отношению к волновому, кинетическому и прочим экстенсорам.

Эффект уменьшения сопротивления среды по мере приближения к абсолютному нуля интенсиалов может быть использован на практике с целью кардинального снижения диссипативных потерь при распространении в системе различных экстенсоров и их ансамблей. К великому сожалению, скорость ансамбля представляет собой интенсиал, поэтому в принципе невозможно создать корабль, который бы перемещался в абсолютном вакууме космического пространства со скоростями, стремящимися к бесконечности, при затратах энергии, приближающихся к нулю. Но вместе с тем возможно сконструировать систему, которая при минимальных затратах энергии обладала бы максимальными скоростями. В соответствии с законами общей теории для этого надо на поверхности системы поддерживать значения всех интенсиалов, кроме скорости, на уровне, близком к абсолютному нулю. В этих условиях, согласно закону диссипации, сопротивление будет создавать только одна степень свободы корабля – кинетическая. Все остальные степени свободы дадут минимальное сопротивление.

Остановимся теперь еще на двух конкретных особенностях эффекта суперпроводимости, имеющих важное принципиальное значение. Согласно общей теории, эффекты суперпроводимости заметно проявляются только вблизи абсолютного нуля интенсиалов, когда свойства реальной системы приближаются к свойства парена. Но средствами данного мира, как уже отмечалось, достигнуть парена невозможно, поэтому невозможно и полностью – абсолютно – уничтожить сопротивление системы. Отсюда следует важный вывод: в явлениях суперпроводимости сопротивление системы никогда не обращается в нуль [14, 16]. Этот вывод-прогноз общей теории может быть проверен прямым экспериментом.

Физический смысл полученного результата вытекает из несовместимости таких понятий, как абсолютный покой (парен) и движение, т.е. распространение экстенсоров в условиях суперпроводимости. Всякое распространение экстенсора требует наличия хотя бы ничтожной разности интенсиалов. Но, согласно седьмому закону, это неизбежно сопровождается появлением трения (диссипации).

Другой не менее важный вывод связан с тем, что по мере экстенсирования системы (подвода к ней экстенсоров, в частности, экранируемого термиора), т.е. по мере повышения ее интенсиалов, возрастают силовые связи между экстенсорантами и составленными из них ансорами. Соответственно увеличивается сопротивление системы. Это увеличение тем существеннее, чем дальше состояние системы отклоняется от парена. При значительных интенсиалах в принципе невозможно наблюдать явление суперпроводимости. Отсюда следует вывод, что в принципе невозможно создать высокоинтенсиальные, в том числе высокотемпературные, суперпроводники. Этот вывод-прогноз общей теории имеет исключительно важное принципиальное значение для теории и практики.

В связи с изложенным надо заметить, что эффект суперпроводимости у различных тел и по отношению к разным элатам должен наступать при различном приближении к абсолютному нулю интенсиалов. Подобно всем другим свойствам, момент наступления суперпроводимости, а также степень понижения сопротивления системы определяются в виде функций от всех экстенсоров ансора. В настоящее время известны три или четыре частных случая суперпроводимости из числа предсказанных общей теорией. Они были открыты учеными в разное время и по отношению к различным элатам.

Например, сверхпроводимость ртути по отношению к электрическому заряду была открыта в 1911 г. нидерландским физиком Камерлинг-Оннесом, который в начале нашего столетия впервые получил температуры, близкие к абсолютному нулю. Эффект сверхэлектропроводности можно наблюдать на многих металлах и сплавах при температурах ниже определенного предела – ниже так называемой критической температуры Т_кт. Например, ртуть становится сверхпроводящей при температурах ниже 4,15 °К и 3,94 °К (другая модификация), алюминий – ниже 1,2 °К, цинк – ниже 0,9 °К. Критическая температура олова Т_кр = 3,73 °К, свинца Т_кр = 7,19 °К. В условиях сверхпроводимости электрическое сопротивление тела близко (но не равно!) к нулю.

Как уже отмечалось, при стремлении к нулю интенсиалов в системе должны возникать эффекты суперпроводимости по отношению ко всем экстенсорам, входящим в состав соответствующего ансора. Например, в металлах эффект сверхэлектропроводности сопровождается также эффектом сверхмагнитопроводности. Это явление выражается в том, что магнитный поток внутри сверхэлектропроводящего кольца не меняется со временем, т.е. практически не затухает из-за малого магнитного сопротивления. Напомним, что в физике магнитные явления рассматриваются как несамостоятельные, сопутствующие электрическим. Поэтому и сверхмагнитопроводность считается эффектом побочным. На самом деле существует магнитный экстенсор и отвечающее ему явление сверхпроводимости.

Другим частным случаем явления сверхпроводимости служит известный эффект сверхтекучести жидкого гелия. Этот эффект был открыт П.Л. Капицей в 1938 г. Суть явления сверхтекучести заключается в том, что при низких температурах вязкость жидкого гелия, определяющая его гидродинамические и фильтрационное сопротивление, становится близкой к нулю. Газообразный гелий сжижается при температуре Т_кт = 4,215 или 3,19 °К (другой изотоп) и становится сверхтекучим при температурах ниже Т_кт = 2,17 °К. выше этой точки жидкий гелий именуется гелием-I, ниже – гелием-II. Согласно общей теории, при уменьшении интенсиалов системы до нуля проводимость по отношению к гидродинамическому и фильтрационному экстенсору, как и по отношению к другим экстенсорам ансора, должна стремиться к бесконечности. Но сложность вопроса заключается в том, что с уменьшением, например, температуры большинство веществ превращается в твердые тела, у которых при обычных условиях гидродинамическая элата практически отсутствует. Среди известных сейчас тел гелий сохраняет жидкое состояние дольше всех. Остальные тела затвердевают при сравнительно высоких температурах, поэтому в них эффект сверхтекучести в принципе проявиться не может.

С жидким гелием связан большой круг весьма экзотических явлений, которые поражали и до сих пор поражают воображение ученых. К числу таких явлений относятся, например, фонтанный эффект в гелии-II, эффект образования поверхностных пленок на твердых телах и т.д. Однако природа этих эффектов ничего общего со сверхтекучестью не имеет. Их смысл расшифровывается в § 10 и 12.

В условиях крайне низких температур существует также явление сверхтеплопроводности. Например, в некоторых сверхпроводящих металлах с уменьшением температуры отмечается сильное возрастание коэффициента теплопроводности. Очень резкое увеличение теплопроводности наблюдается в жидком гелии-II по сравнению с гелием-I. Теплопроводность гелия-II во много миллионов раз превосходит теплопроводность гелия-I.

При обсуждении явлений суперпроводимости не следует упускать из виду, что по отношению к различным экстенсорам степень понижения сопротивления системы оказывается не одинаковой. Примером могут служить явления сверхтеплопроводности, в которых сопротивление уменьшается не столь значительно, как в явлениях сверхэлектропроводности, сверхмагнитопроводности и сверхтекучести.