
- •Глава 1. (введение). “кризис” кинетической теории. Необходимое изменение традиционной молекулярной модели. История и состояние вопроса
- •Глава 2. Компьютерное моделирование затвердевания. Отсутствие затвердевания в традиционной модели. Характер эффектов, стабилизирующих структуру
- •Глава 3. Квазикристаллические свойства жидкостей.
- •1.1.1. В традиционной модели нет затвердевания
- •1.1.3. Затвердевание как следствие нарастания атомарных квантовых эффектов
- •1.1.5. История вопроса об отсутствии затвердевания
- •1.1.6. Соотношение теории и опыта. Психологические аспекты
- •1.1.7. Общая физическая причина обсуждаемых дискуссий
- •1.1.8. Квазикристаллические свойства жидкости
- •1.2. Феноменологическое описание свойств жидкости и твердого тела, представление о их противоположности.
- •1.2.1. Прочность и дальний порядок
- •1.2.2. Формирование традиционной молекулярной модели жидкости и затвердевания
- •1.2.3. Успехи кинетической теории на основе традиционной модели
- •1.2.4. Современный вид традиционной модели
- •1.2.5. Аналитические оценки кинетических свойств
- •1.2.6.Выявление неадекватности модели. Анализ прочности на атомарном уровне
- •1.2.7.Структурный подход к плавлению
- •1.2.8. Энергии активации
- •1.2.9. Нарастание трудностей в истолковании фазовых переходов
- •1.2.10. Признаки застоя в молекулярной теории кинетических свойств
- •1.3. Заключение
- •1.3.1. Мировоззренческий характер традиционных взглядов. Влияние философии
- •Традиционная модель и философия
- •Традиционная модель и философия
- •Кризисы в разных областях исследования
- •1.3.2. О химической форме движения материи
- •1.3.3. Ориентировочные оценки и строгие методы. Математизация исследований
- •1.3.4.Математизация исследований. Вытеснение
- •1.3.5. Приближённые оценки
- •1.4. Заключение к главе 1
- •Глава 2. Компьютерное моделирование затвердевания. Характер эффектов, стабилизирующих структуру
- •2.1 Прямое моделирование процессов переноса. Отсутствие затвердевания в традиционной модели
- •2.1.1.Затвердевание как скачок кинетических свойств
- •2.1.2. Прямое компьютерное моделирование вязкого или пластического течения и ионного электропереноса
- •2.1.3. Течение в модели при температурах около абсолютного нуля
- •2.1.4. Релаксация механических напряжений. Деформация постоянной силой
- •2.2. Обсуждение результатов моделирования
- •2.2.1.Температурная зависимость кинетических свойств
- •2.2.2. Влияние вида парного потенциала
- •2.2.3. Молекулярный механизм пластической деформации или вязкого течения
- •2.2.4. Молекулярный механизм течения около абсолютного нуля
- •2.3. Кристаллизация. Устойчивость
- •2.3.1. Моделирование кристаллизации
- •2.3.2. Устойчивость решеток и сеток
- •2.3.3. Определение мягких мод в компьютерном эксперименте
- •2.4. Состояние вопроса об отсутствии затвердевания
- •2.4.1. Литературные данные
- •2.4.2. Расхождение традиционной модели с действительностью по дальнему порядку и размытости фазовых переходов
- •2.5. Затвердевание как переход в квантовую область. Подбор потенциала для стабилизирующих структуру эффектов
- •2.5.1. Затвердевание приходится на температуры перехода из классической области в квантовую
- •2.5.2. Подобие затвердевания и перехода к сверхтекучести
- •2.5.3. Диаграммы состояния других веществ в области около абсолютного нуля
- •2.5.4. Подбор поправки к потенциалу для выражения эффектов, стабилизирующих структуру
- •2.5.5. Влияние направленности и ковалентности связи
- •2.5.6. Другие свойства твердых тел, не объясняющиеся в рамках традиционной модели
- •2.6. Заключение к гЛаве 2. Состояние вопроса
- •Глава 3. Квазикристалличекие свойства жидкостей
- •3.1. Традиционная модель и квазикристаллические свойства. Состояние вопроса
- •3.1.1. Введение
- •3.2. Модуль сдвига и предел прочности жидкости
- •3.2.1. Экспериментальная часть
- •3.2.2. Обсуждение результатов. Состояние вопроса
- •3.2.3. Последействие
- •3.3. Особенности на политермах и структурные перестройки в жидкости
- •3.3.1. Превращение в жидком железе около 1640 oС
- •3.3.2. Превращения в силикатных расплавах
- •3.3.3. Политермы вязкости воды
- •3.3.4. Дифференциальные координаты
- •3.4. О дальнем порядке в жидкости
- •3.4.1. Экспериментальные данные
- •3.4.2. Огранка
- •3.4.3. Сопоставление с традиционным подходом. Состояние вопроса
- •3.5. Осцилляции
- •3. 6. Квазикристаллические свойства жидкости и генерация турбулентных пульсаций в гидродинамическом потоке. Состояние вопроса
- •3.6.1. Введение
- •3.6.2. История вопроса (по работам [12, 53, 133, 134])
- •3.6.3. Механизм генерации пульсаций в потоке при твердоподобном сопротивлении течению
- •3.6.4. Сопоставление с известными примерами генерации колебаний.
- •3.6.5. Концентрация течения в отдельных плоскостях
- •3.6.6. Образование вихрей
- •3.6.7. Объемная и поверхностная турбулизация
- •3.6.8. Резюме к параграфу 3.6
- •Глава 4. Зернистая, или блоковая, структура реальной жидкости
- •4.1. Блоки и размытость фазовых переходов
- •4.1.1. Температурный интервал размытия т переходов
- •4.1.2. Экспериментальные данные [28, 30]
- •4.1.3. Оценка величины "кванта превращения" при других переходах
- •4.1.4. Размытость "концентрационных фазовых переходов"
- •4.1.5. "Надмолекулярный" характер соединений в твердом теле
- •4.1.6. Устойчивость соединений. Выделение химического и структурного слагаемых в энергии взаимодействия
- •4.2. Неоднородность течения реальной жидкости. Зернистая структура и соотношение коэффициентов вязкости и диффузии
- •4.2.1. Неоднородность течения
- •4.2.2. Оценка размеров "блоков течения" в жидкости
- •4.3. Наследование зернистой структуры при плавлении и кристаллизации
- •4.3.1."Наследственность"
- •4.3.2. Потоковая обработка
- •4.3.3. Термовременная обработка жидкого металла (тво) [24, 25]
- •4.3.4. Зародышеобразование и кинетика кристаллизации
- •4.3.5. Микронеоднородность эвтектических расплавов
- •4.3.6. Влияние слабых полей. Ультразвуковая обработка
- •4.3.7. Жидкий кристалл
- •4.3.8. Зависимость свойств поликристалла от размера зерна. Сверхпластичность. Дисперсионное упрочнение
- •4.4.9. Микрокристаллитная и коллоидная модель стекла
- •4.3.10. Состояние вопроса
- •4.4. Заключение к главе 4
- •Глава 5. Структурные дальнодействия и поверхностные явления
- •5.1. Дальнодействия в пленках и коллоидах
- •5.1.1. Дальнодействия в модели
- •5.1.2. Опытные данные по пленкам
- •5.1.3. Вязкие коллоиды и гели
- •5.1.4. Обсуждение опытных данных. Состояние вопроса
- •5.2. Дальнодействия в твердом состоянии
- •5.2.1. Масштабный фактор прочности
- •5.2.3. Дисперсионное упрочнение
- •5.2.4. О морфологии включений, фаз эвтектики, растущих кристаллов
- •5.2.5. Эффект ребиндера
- •5.2.6. Ориентирующие взаимодействия кристаллов
- •5.3. Выделение вклада дальнодействий в поверхностном натяжении
- •5.3.1. Дальнодействия, толстые пленки и их вклад в поверхностное натяжение
- •5.3.2. Термодинамические функции взаимодействия
- •5.3.3. Энтропия взаимодействия и оценки плотности упаковки, степени квантовости
- •5.3.4. Модель разорванных связей
- •5. 3. 5. Электронные теории поверхностного натяжения
- •5. 3. 6. Уточнение формулы для поверхностного натяжения чистых жидкостей
- •5.3.7.Поверхностное натяжение растворов
- •5.3.8.Аномально высокая поверхностная активность
- •5.3.9. Межфазное натяжение
- •5.3.10.Выделение вклада структурных дальнодействий и толстых пленок в поверхностное натяжение. Граница кристалл-жидкость в однокомпонентной системе
- •5.3.11. Граница кристалл-газ. Межзеренные границы
- •5.3.12. Зависимость температуры кристаллизации от размера капельки
- •5.3.13. Решетка и огранка малых частиц
- •5.4. Спекание и смачивание. Роль структурных дальнодействий и толстых пленок
- •5.4.1. Кинетический акт в традиционной модели
- •5.4.2. Кинетический акт спекания и смачивания в предлагаемой модели. Трение
- •5.4.3. Опытные данные по скорости самого акта спекания (кинетического звена)
- •5.4.4. Кинетическое сопротивление растеканию
- •5.4.5. Транспортное сопротивление спеканию и смачиванию.
- •5.5. Поверхностные свойства и дальнодействующие структурные
- •Глава 6. Корреляция параметров затвердевания и стабильности структуры с приведенной температурой и с мерой квантовости.
- •6.2.Превращения в начале и конце интервала затвердевания.
- •6.2.1. Начало интервала затвердевания или переход от состояния простой жидкости к состоянию реальной (затвердевающей) жидкости.
- •6.2.2. Конец интервала затвердевания.
- •6.2.3. "Точка стеклования" кристаллических веществ.
- •6.3.Общая сxема изменения кинетических свойств.
- •6.3.1. Общая схема изменения кинетических свойств при стекловании и кристаллизации.
- •6.3.2. Общий вид и истолкование политерм вязкости. Состояние вопроса.
- •6.3.3. Описание затвердевания в терминах вязкости и прочности. O качественном различии жидкости и твердого тела.
- •6.3.4. Тепловой эффект, сопровождающий повышение вязкости.
- •6.3.5. Химические классы жидкостей и стадии затвердевания.
- •6.4. Влияние атомарных квантовых эффектов.
- •6.4.1. Затвердевание и “степень квантовости”.
- •6. 4. 2. Влияние квантового параметра на tемпературу плавления.
- •6.5. Аналогичные закономерности для скорости химических реакций.
- •6.5.1. Подобие закономерностей для стабильности межмолекулярной и внутримолекулярной структуры. Постановка вопроса.
- •6.5.2. Зависимость стабильности внутримолекулярной структуры и “степени молекулярности” от квантового параметра.
- •6.5.3. Переходы от молекулярной формы к атомарной. Стёкла как промежуточные состояния.
- •6.5.4.Размягчение внутримолекулярной структуры при нагреве. Температурная зависимость энергий активации химических реакций.
- •6.5.5.Другие закономерности. Усреднение степени молекулярности компонентов раствора и катализ.
- •6.5.6. Перераспределение суммарной стабильности между внутри- и межмолекулярной структурой.
- •6.5.7. Перераспределение жесткости структуры и термодинамические характеристики плавления молекулярных веществ.
- •6.5.8.Простая атомарная многокомпонентная жидкость.
- •6.6. Заключение. Состояние вопроса.
- •6.6.1. Основные результаты.
- •7. Резюме.
- •Часть 2. - м.: Металлургиздат, 1966, 720 с.
Традиционная модель и философия
Интересен следующий вопрос: если в химии и физхимии ко всем явлениям примысливаются механические "первые принципы", то не следует ли считать, что подобным же образом "из первых принципов" (в сущности - из традиционной модели) можно вывести (или будут выведены в будущем) и явления, изучаемые в других науках? Например, в биологии? Может быть, даже и в психологии? в социологии и др.? Возможно, "механические явления достаточны нам для объяснения всей жизни органической, умственной и общественной" [49]? Если принимается положительный ответ на все эти вопросы, если в качестве первых принципов или конечных причин всех явлений примысливается механика материальных точек, то мы приходим к радикальным формам философского материализма. Когда в какой-то области отказывались от этого предположения, то соответствующий материализм признавался чрезмерным, или "вульгарным". Чем больше дается отрицательных ответов на такие вопросы, то есть чем более узкой считается область явлений, понимаемых на основе механической традиционной модели, тем более широкая область оставляется для идеалистических, мистических, религиозных концепций. До торжества механики эти концепции преобладали. Выбор между материализмом и идеализмом часто сводился практически (осознанно или неосознанно) к дилемме: следует ли данным явлениям примысливать механические первые принципы, или же более продуктивны предшествующие идеалистические представления о конечных причинах? Насколько широкой следует представлять область явлений, подлежащих анализу методами точного естествознания? Так, философский детерминизм непосредственно "выводится" из уравнений механики, обосновывается тем, что все последующие состояния классической механической системы полностью определяются начальными условиями. Если подобный материализм признавался чрезмерно радикальным, "вульгарным", то переход к более умеренным его формам в ряде случаев выражался в том, что убирались прямые ссылки на уравнения механики, на движущиеся взаимодействующие частицы; в исследованиях сохранялся, однако, "дух" механики, бэконовский метод; предполагали, что исследование должно пройти путь становления механики: от собирания фактов к их классификации, выдвижению гипотез, затем к их улучшению до точных законов. Однако ни в одной другой области не получены точные законы, сравнимые по мощи с фундаментальными уравнениями механики в применении к традиционной модели; этот пример остается уникальным, единственным и не превращается в универсальный метод познания. В некоторых пунктах, как известно, наука прямо потеснила религиозные представления (Коперник, Дарвин и др.); в определенной мере удалось понять происхождение Земли и планет, то есть "сотворение мира", а также "сотворение жизни и человека" без "гипотезы Бога". Но для огромного большинства явлений лишь "примысливание" религиозных конечных причин сменилось "примысливанием" механических первых принципов, под влиянием успехов механики и техники, роста их авторитета. После кризисов и катастроф в каких-то областях познания происходят и обратные переходы от механических примысливаемых причин к религиозным или мистическим. В этом плане интересны споры о границах применимости и пределах возможностей научного метода. Можно ли, например, создать эффективную научную социальную идеологию и успешно перестроить общество, семейные отношения и др? Или же в будущем, как и в прошлом, перестройки этих сфер будут происходить при смене религии? Может быть, в понимании духовной жизни у научного метода нет шансов конкурировать с религиозным, а в быту - с мышлением здравого смысла? Или же, например, в лирических описаниях природы поэт всегда будет убедительнее ученого и т.д.? Или же почти всюду, где не удается прямо применить все те же результаты для традиционных систем взаимодействующих материальных точек, научный метод становится менее эффективным, а само отличие научного подхода от иных становится трудноопределимым? Достаточно очевидно, что успехи научного метода в разных сферах весьма неодинаковы. Явно некоторые области хорошо поддаются анализу методами точных наук, а другие - плохо или совсем практически не поддаются. Успехи исследований "научным методом" или "в духе механики" послужили стимулом для построения теорий в психологии и социологии и к построению обших философских систем на тех же принципах. Ряд философов, "отбросив окончательно средневековую схоластику и метафизику, имели смелость взглянуть на весь мир как на ряд фактов, ... изучаемых по тому же бэконовскому индуктивно-дедуктивному методу .... без какого-либо вмешательства богов, оккультных сил или метафизических слов, заключающих скрытые намёки на сверхъестественные силы" [49]. Основателями позитивной (естественно-научной) философии обычно считают О.Конта и Г.Спенсера. В XIХ и начале ХХ века данное направление мышления, сводящее все явления к механике, в целом было быстро развивающимся, наступающим, прогрессирующим. "Виталисты", как оппоненты "механистов", считали, что область его применимости и вообще сфера науки ограничена неживой природой; эволюция живого организма содержит нечто, принципиально не сводимое к эволюции механизма. Однако успехи медицины или физиологии, генетики и др. достигнуты на основе обычного физического мышления. В качестве примера суждений оппонентов описываемого направления мысли приведём также взгляды Л. Толстого по подобным вопросам; он был один из тех, кто ещё в Х1Х веке, до "катастроф", видел опасность "чрезмерных притязаний молодой науки", главным образом по вопросам психологии, жизни, социологии, и вел с этими взглядами полемику в сильной и яркой художественной форме. В его публицистических и философских произведениях многократно разбирается (обычно с позиций художника) "такое странное учение, объяснимое только фанатизмом суеверия.." Согласно Л. Толстому, "основной догмат веры" современной ему науки о жизни состоит в том, что движение "..механическое переходит в молекулярное, молекулярное выражается теплом, электричеством, нервной, мозговой деятельностью. И все без исключения явления жизни объясняются отношениями энергий. Все так красиво, просто, ясно и, главное, удобно. Так что, если нет всего того, чего нам хочется, и что так упрощает нашу жизнь, то все это надо как-нибудь выдумать... Во всей деятельности этой науки видишь не столько желание исследовать явления жизни, сколько одну, всегда присущую заботу доказать справедливость своего основного догмата. Что потрачено сил на попытки объяснений происхождения органического из неогранического... поищем на дне моря - найдем штуку, которую назовем ядром, монерой... И там нет; будем верить, что найдется,- тем более, что к нашим услугам целая бесконечность веков, куда мы можем спихивать все, что должно бы быть по нашей вере, но чего нет в действительности." "..Чтобы объяснение такое объясняло что-нибудь, необходимо верить в догматы науки так же бесконтрольно, как верят евреи в Мессию .... Такое утверждение, .. что жизнь происходит из игры физических и механических сил..., направляет деятельность человеческой мысли на путь ложный и праздный." [61]. Происшедшие с тех пор катастрофы - экологические, социальные, медицинские - могли бы служить аргументом в пользу мнения Толстого. Он заметил также, что "наука настоящая, знающая свое место и потому свой предмет, скромная и потому могущественная", такая, как физика или химия, никогда не претендует на такие широкие мировоззренческие толкования; они встречаются в "периферийных" областях. К "ненастоящей" науке приводит "безграничная вера" в мощь науки вне области применимости модели материальных точек. Здесь многие теории представляют собою "лишь слегка усовершенствованный здравый смысл"; нередко они лишь претендуют на надежность выводов, свойственную точным наукам, и распространяют "недостаточное знание - опасную вещь", и т.д. В работах по молекулярной теории затвердевания, обсуждаемых в данной книге, также присутствует, часто неосознанно, забота "доказать справедливость основного догмата" - в данном случае того, что все эти явления должны объясниться в рамках традиционной молекулярной модели. Проявляется также забота "...спихивать все, что должно быть по нашей вере, но чего нет в действительности...", например, на возможное влияние направленности и ковалентности связи, не поддающееся количественной проверке при современных вычислительных возможностях. Если бы не было такой "заботы" и глубокой "приверженности" к этой модели, то, очевидно, не оставались бы не замеченными катастрофические расхождения модели и действительности по кинетическим свойствам, например, на 20 порядков величины. Если не учитывать такую "заботу" и "фанатизм суеверия" "упрямой и бескомпромиссной теории", то невозможно понять - как может оставаться не замеченным многочисленными исследователями тот элементарный факт, что в модели процессы кристаллизации, релаксации напряжений, спекания и другие протекают за время нескольких атомных колебаний, тогда как в действительности они могут продолжаться, например, год; как можно, имея целью моделировать механические свойства сверхтвердых материалов, спекание или хрупкое разрушение, не замечать, что в действительности исследуемое в модели "вещество" имеет кинетические свойства плотного газа и более текуче, чем вода. Подобная "поразительная слепота" наступает под влиянием глубоко укоренившейся, "упрямой и бескомпромиссной" идеологии. "Фанатизм суеверия" и в молекулярной теории затвердевания также завёл в ряде вопросов "на путь ложный и праздный", привел к многочисленным трудностям и искажениям теории; выяснение и исправление таких искажений в ряде конкретных вопросов и составляет основную задачу данной книги.