Гарик. Ошибка Доктора Славкина

1. ВВЕДЕНИЕ

Первый раз я увидел Доктора Славкина у себя в разделе и этот момент мне сразу запомнился. Было это 28 июня 2005 года. Тогда я, правда, еще не знал, что он Доктор, да еще и с большой буквы. Все это выяснилось позднее...

Пришел ко мне Славкин в "Физику и философию" и забахал комм: "Общая теория относительности - это на семьдесят процентов философия, остальное математика (самая спорная часть этой теории). В квантовой механике похожая картина". Ну, я и не такое у себя в коммах читал. Ответил недвусмысленно и, на мой взгляд, достаточно вежливо. Не даром же мне Наталья Савицкая такой эпиграф написала. Потом мы еще немного поговорили на разные темы, но, надо сказать, наши точки зрения часто расходились. Наконец, он решил представиться - "Лично я - доктор наук. Автор четырёх десятков публикаций в академических изданиях Запада, двух книг. А Вы?" Хотел, наверное, испугать. Я, конечно же, сразу во всем сознался, но не могу сказать, что уж очень испугался. Более того, в голову закралась шальная мысль: "Ведь это же интернет. Тут доверяй, но проверяй."

Мы уже в XXI веке живем. Есть интернет, а он знает все. Захожу я на специальный научный сайт, Web of Science называется, спрашиваю про Доктора Славкина. Да, отвечают, знаем мы такого, у него опубликовано 20 работ в западных научных журналах с инициалом Ф.; есть еще 3 с инициалами Ф.А. и 5 статей в журналах советских. Как я все эти цифры не складывал, 40 никак не получается. Ошибся, видать, Доктор Славкин. Не очень понимаю, зачем понадобилось это, скажем, преувеличение. Можно было бы сказать около тридцати - вполне достойное количество, а российские научные жуоналы ничем не хуже западных.

Для развлечения читателей, приведу еще пару отрывочков из "бесед" Доктора Славкина с нашим Чижиком. Говорили они обо мне и на моей странице, так что я имею полное право на такое цитирование.

"Валерий Александрович, Вы уверены, что Гарик имеет отношение к науке? Судя по его познаниям и манере ведения дискуссии, он ближе к уркам.

Так он и не ответил насчёт обстоятельств его защиты. Градации учёных степеней на Западе тоже не знает. По-английски не читает..."

"Вот видите, Валерий Александрович! Я был прав! Обычный уркаган дорвался до свободной электронной прессы и устроил себе прикид учёного, а Вы и поверили! А стоило копнуть его как следует, он и сознался!"

Здесь он ошибся только в одном. По-английски я читаю :))

Почему я вдруг заговорил об ошибках Доктора Славкина? - Да просто забавно стало в свете этого комма:

376. Славкин Ф.А. 2005/06/29 19:40 [ответить]

В принципе, Лев Ландау мне очень симпатичен, хотя в одном куске его книги (Стат. Термодинамика) я и нашёл ошибку (расчёт радиуса критического пузыря). ...

Ошибка - не преступление (хотя сам я и стараюсь не ошибаться).

Здесь он, кстати, ошибся. Нет в курсе Ландау и Лифшица такой книги "Стат. Термодинамика". Есть "Статистическая физика". Но это, конечно же, мелочь и совсем "не преступление".

А действительно ли Доктор Славкин уел Нобелевского лауреата? - Он сам в это, кажется, верит. Не даром в другом месте он так и пишет: "Так что если и я химик, то всё равно некоторые разделы физики знаю не слабее некоего нобелевского физика". А может он и здесь ошибается? - Очень может быть, но давайте постепенно.

Статья Славкина с "анализом ошибок" Л.Д. Ландау, статья совершенно физическая, была опубликована в 1991 году во французском "Журнале физической химии и биологической физикохимии", на французском языке (хотя сам журнал рекомендует использование английского).

Давайте проглядим эту статью. Мне сразу бросилось в глаза, что в одной из формул написано "26" вместо "2*σ". Как я это заметил? - "Элементарно, Ватсон". Цифры типа 26 исключительно редко встречаются в точных физических формулах. Но это, наверное, опечатка. А нет ли бросающихся в глаза ошибок? - Есть! В фамилии Landau буква "u" написана с умляутом (двумя точками сверху). Опечаткой это быть никак не может. Во-первых, умляут случайно не поставишь, а, во-вторых, уж больно много раз это повторяется. Еще, одна из ссылок дана неверно. У книги 'Статистическая физика', издания 1980 года, не два, а три автора - Ландау, Лифшиц и Питаевский. Но это все, конечно, мелочи. Главное - это физическое содержание статьи. Дальше я попробую немного проанализировать эту Славкинскую статью, но это уже будет физика. Для тех, кому неохота вникать в физические детали, скажу сразу - статья ошибочна.

Ошибочна? А, как же ее тогда опубликовали в настоящем "западном" научном журнале? - Журнал-то не по физике, думаю, и рецензенты там не очень во всех этих вопросах разбираются. Сильно подозреваю, что Славкин (тогда еще не Доктор) пытался опубликовать и где-нибудь у нас, но безуспешно. Очень может быть, что и этот физико-химический журнал был не первым западным журналом, куда Славкин посылал свою работу. Но это все мои домыслы и особого интереса они не имеют.

Перед тем, как говорить о самой статье, мне придется сделать небольшое лирическое отступление в физику и поведать желающим

2. КАК КИПИТ ВОДА

Это я для упрощения так назвал. На самом деле так кипят все жидкости. И не только кипят. Очень похожие процессы определяют и конденсацию жидкости из пара, и плавление, и затвердевание. Все это называется фазовыми переходами первого рода.

Как же кипение происходит? - Все мы это видели в кастрюле или чайнике. Все бурлит от пузырей, которые поднимаются к поверхности и лопаются. А я хочу поговорить о том, как и почему эти пузыри возникают.

Давайте нагревать эту нашу воду мысленно и постепенно. При температуре кипения (для воды - это 100 градусов при нормальном атмосферном давлении) вода начинает превращаться в пар. С точки зрения физики это происходит потому, что при температурах, больше 100 градусов, энергия пара становится меньше энергии жидкости, и такой процесс превращения становится энергетически выгодным. Испарение происходит и на поверхности жидкости, но, при сильном нагреве, испарения с поверхности недостаточно и во всем объеме жидкости начинают возникать пузырьки пара.

Перед тем, как идти дальше, я должен сказать, что у нашей кастрюли с водой есть три внешних параметра, которые и определяют ее состояние. Это - температура, давление и объем. В физических задачах один из этих параметров обычно фиксируется, один изменяется исследователем, а третий уж, как сам получится. Мы зафиксируем давление и будем менять температуру, не обращая никакого внимания на объем. Можно было бы зафиксировать и температуру, а менять давление. Все будет точно так же. А зафиксировать объем (взять скороварку) нельзя. Если фиксируется объем, никакого кипения не будет, скорее клапан на скороварке сработает.

Теперь, когда мы и это знаем, вернемся к нашим пузырькам. Возникать им внутри жидкости не очень легко. Дело в том, что у пузырька есть поверхность и эта граница, разделяющая пар и жидкость, обладает дополнительной энергией. Эта энергия называется поверхностным натяжением и обычно обозначается греческой буквой σ. Из-за поверхностного натяжения получается, что, чем меньше граница, тем меньше и энергия. Иными словами, граница давит на наш пузырек и старается его схлопнуть. Давление границы на пузырек легко вычислить. В результате получается, что давление в пузырьке больше, чем в окружающей жидкости. Разность давлений в четыре раза больше отношения σ к диаметру пузырька D, т.е., разность давлений равна 4*σ/D. Мы видим, что это дополнительное давление тем больше, чем меньше пузырек. Если пузырек очень маленький, то он из-за этого схлопнется, а, если достаточно большой, то будет расти дальше. Размер, начиная с которого, схлопывание меняется на рост, называется критическим, а такой пузырек часто называется зародышем. Название возникло из-за того, что с таких пузырьков и начинается зарождение новой (газообразной) фазы внутри старой (жидкости).

Давайте теперь вычислим этот критический размер. В таких случаях проще всего вычислить энергию пузырька, как функцию его размера, и учесть, что любая система стремится уменьшить свою энергию. При маленьких размерах энергия пузырька растет с увеличением размера. Потом она достигает максимума и начинает уменьшаться. Если энергия уменьшается с ростом пузырька, то он самопроизвольно растет. Значит размер, соответствующий максимуму энергии и будет нашим критическим размером.

Жидкость и пар имеют разные энергии на единицу объема (плотность энергии), мы их обозначим через Еж и Еп, и обе они, зависят от давления. Создавши пузырек, мы, безусловно, изменили энергию системы. Поскольку абсолютное значение энергии нам совершенно несущественно, то энергию можно отсчитывать от любого уровня. Самое простое - вычесть из всех энергий Еж. Тогда энергия жидкости будет равна нулю и, при вычислениях, можно не думать о том, сколько у нас воды и не изменилось ли ее количество. Создавши пузырек диаметра D, мы получили объем pi*D**3/6 (я использую ** для возведения в степень), в котором пар и, значит, плотность энергии не равна нулю. Напомню, что из-за поверхностного натяжения давление в пузырьке несколько выше. Записывая энергию, связанную с образованием пузырька, мы не должны забывать и о поверхностной энергии, которая равна поверхности пузырька pi*D**2, умноженной на коэффициент поверхностного натяжения σ. В результате получим:

(Еп - Еж)*pi*D**3/6 + σ*pi*D**2

Если мы теперь найдем, какому диаметру пузырька соответствует максимум этого выражения, то мы и нашли искомый критический размер. Выражения для Еж и Еп и их зависимости от давления известны, если не ошибаюсь, еще с позапрошлого века и дальнейшие вычисления серьезных трудностей не представляют. Они, однако, слишком громоздки, чтобы приводить их здесь. Желающих прошу обратиться к учебникам статистической физики или термодинамики. Еще я нашел лекцию на эту тему в Интернете.

То, что я попытался здесь изложить, это простейший подход к проблеме. Если все посчитать таким образом, получится, что из-за того, что поверхностное натяжение мешает возникновению пузырьков, воду можно перегреть до температур, заметно превышающих 100 градусов, до того, как она закипит. В действительности это не так. Образование пузырьков-зародышей значительно облегчается различными примесями и мелкими частичками, которых в нашей питьевой воде великое множество. Но даже, если воду хорошо очистить, зарождение пузырьков будет происходить не в объеме жидкости, а на стенках кастрюли, где это значительно легче.

Существуют, однако, и жидкости, в которых очень сильный перегрев может быть достигнут без особых ухищрений. Я здесь не специалист и знаю только одну такую жидкость - жидкий азот. Его температура кипения - минус 196 градусов. У нас, в России, его обычно хранят в очень больших металлических "термосах", которые в просторечии называются дьюарами (в честь Джеймса Дьюара, который их изобрел). По форме эти дьюары похожи на круглые химические колбы и имеют объем 15-30 литров. Если, по случайным причинам, азот чистый, т.е., в нем нет замерзшей воды и углекислого газа, он может очень сильно перегреться. Если потом даже слегка толкнуть такой дьюар, азот мгновенно и очень бурно вскипает, выбрасывая высокий фонтан жидкого азота. Такое азотоизвержение может продолжаться десятки секунд пока азот не остынет до своей "правильной" температуры кипения. Очень, скажу, впечатляющее и опасное зрелище.

Зачем нужно знание критического радиуса (спасибо Лу за этот вопрос)?

Если жидкость нагревать, то она всегда кипит при температуре несколько выше "правильной" температуры кипения. Как раз, из-за того, что совсем маленький пузырек расти не может и нужно сразу сделать его достаточно большим, а это трудно.

Знание критического радиуса, само по себе, не очень важно. В старом издании книги Ландау и Лифшица, которое у меня есть, он даже и не вычисляется. Важнее вычислить энергию, которая необходима для создания такого критического зародыша. Зная эту энергию, можно найти, с какой вероятностью такой критический пузырек возникнет и, таким образом, узнать насколько жидкость будет горячей своей температуры кипения. Но это все, конечно, для очень идеализированного случая.

В учебнике это приводится скорее для того, чтобы люди понимали, что там и почему происходит. Такое понимание помогает, когда уже сталкиваешься с реальными ситуациями и проблемами.

3. ПРЕТЕНЗИИ ДОКТОРА СЛАВКИНА

Все кажется достаточно простым. Чем же здесь недоволен Доктор Славкин?

1. В резюме статьи он пишет, что другие авторы не принимают во внимание прямое влияние поверхностей раздела на термодинамические потенциалы.

Это не так. Учет поверхностного натяжения и есть принятие во внимание этого эффекта. Если добавить сюда что-нибудь еще, то ответ получится неправильный.

2. В другом месте он пишет, что одно из уравнений всегда неправильно потому, что жидкости несжимаемы, а плотность пара всегда значительно меньше плотности жидкости.

Звучит, вроде бы, убедительно. Действительно, испарили мы немножко жидкости, возникла полость, но очень маленькая. Пузырек же пара получился гораздо большего размера. Как же мы его туда запихнем? - А нам и не надо его в эту маленькую полость запихивать. Полость будет такая, как надо. Просто уровень жидкости в кастрюле чуть-чуть поднимется.

3. Как одну из претензий к книге Ландау и Лифшица, Славкин также указывает, что некто Базаров, в своей "Термодинамике", изданной в Берлине на немецком языке, получил совсем другую формулу для размера критического зародыша. Формулу Базарова он приводит в своей статье под номером (11). Более того, он возмущается, что объяснение этого расхождения не дано ни Ландау (надо бы Ландау и Лифшицем - Гарик), ни Базаровым.

А есть ли это расхождение? - В своей статье он сравнивает две формулы, записанные в разных переменных. Это всегда опасно - можно легко ошибиться. На самом деле там и нет никакого расхождения. Посмотрим на уравнение (11) из Славкинской работы (формула "Базарова"), оно гласит, что радиус критического пузырька равен

2*σ/(ДАВЛ(п) - ДАВЛ(ж))

ДАВЛ - обозначает давление, а (п) и (ж) обозначают пузырек и жидкость. Противоречит ли это Ландау и Лифшицу? - Отнюдь. Откроем "Статистическую физику", параграф 147 "Образование зародыша", и что же мы видим? - Это самая "базаровская" формула идет первым уравнением этого параграфа под номером (147.1). У меня под рукой английское издание 1958 года (162.1 в английском издании 1980 года), но, думаю, что и в соответствующих русских изданиях, нумерация такая же. Эта формула идет самой первой потому, что она самая простая и получается автоматически.

Должен еще добавить, что формулы (7) , которую Славкин приписывает учебнику Ландау и Лифшица, в книге нет вообще. Ни в издании 1958 года, ни 1980, на которое Славкин ссылается в своей статье. По-видимому, он ее получил сам.

4. Формула (7) в статье Доктора Славкина, если в ней исправить опечатку (заменить '6' на букву 'сигма') полностью совпадает с формулой (9) (см. иллюстрации). Тоже рецензенты прозевали.

Да, остается только удивляться, что эту Славкинскую статью таки напечатали. Но рецензенты тоже люди и они не получают ни копейки за свою, подчас очень непростую, работу. Не получают они и никакой другой благодарности - имена рецензентов тщательно скрываются от всех окружающих. А написать отзыв положительный в тысячу раз легче, чем отрицательный. Даже читать статью в этом случае не обязательно.

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вот, пожалуй, и все. Славкин добавил к термодинамическим потенциалам то, что туда добавлять не следует и, естественно, получил неправильный ответ.

Согласится ли Доктор Славкин с моим анализом его работы? - Это бы меня очень удивило. Уверен, что он уже не раз слышал и эти, и другие возражения 15 лет назад, когда пытался опубликовать эту свою работу. Тогда он их не понял. Нет никаких оснований думать, что с тех пор что-нибудь изменилось.

Раз уж я стал говорить об ошибках Доктора Славкина во множественном числе, добавлю еще одну. В одном месте он пишет: "Концепция образования зародышей в однородной среде была развита, в первую очередь, Русской (Советской) научной школой, особенно Л.Д. Ландау и Я. Френкелем". Ошибка. В отличие от Френкеля, у Л.Д. Ландау нет ни одной работы на эту тему.

5. ПОСТСКРИПТУМ

Надо сказать, что с этой своей статьей Славкин пристает ко мне уже довольно давно. Я бы может и раньше ее прочел, но журнал, в котором она напечатана (Journal de Chimie Physique et de Physico-Chimie Biologique) не очень популярен и есть только в трех Швейцарских библиотеках. Присылать статью по почте Славкин не захотел, намекая, что я не заслуживаю таких хлопот. Я хотел уже плюнуть на все это дело, но мне тут рассказали, что в Швейцарии существует межбиблиотечный абонемент, и научили им пользоваться...

Почему же Славкин так настаивал на том, чтобы я ознакомился с этой его работой? - У меня две версии. Либо он хотел моего восхищения своей гениальностью, либо надеялся, что я не знаю французского. В любом случае он ошибся. Это и была ошибка Доктора Славкина.

P.P.S. Как я и предполагал, Доктор Славкин не согласился с моими возражениями, а написал свой ответ. В качестве иллюстраций там приведен и полный текст статьи Доктора Славкина на Французском языке. Оставляю название этого 'труда' на совести автора. Хочу, правда, заметить, что по загадочным причинам он именует меня И.Л. Ландау, хотя всему самиздату отлично известно, что я Гарик.

В 'физической' части своего ответа, он кратко пересказывает текст своей статьи, но так и остается неясным, как может формула (11) противоречить книге Ландау и Лифшица, если она там написана черным по белому.

Хочу еще сказать по поводу фразы 'Иное решение было найдено Френкелем на основе его общего подхода к проблеме критических зародышей. В ур. (12) работа по образованию зародыша Ф равняется сумме поверхностной энергии и собственно свободной энергии вещества в зародыше.'. это какое-то недоразумение. Именно этот подход и изложен в книге Ландау и Лифшица (формула (147.2) в старом издании и (162.2) - в новом).

Для читателя, не особенно интересующегося физикой, наибольший интерес представят цитаты, искусно надерганные, из здешних комментариев.

Комментарии: 776, последний от 14/02/2011. © Copyright Гарик (igor_L70@hotmail.com) Размещен: 13/09/2005, изменен: 17/02/2009. 22k. Статистика. Эссе: Мемуары, Естествознание Посиделки по физике Иллюстрации/приложения: 3 шт. Скачать FB2		Оценка: *2.0459** Ваша оценка:
Аннотация: Некий Мичуринский гибрид из физики и социологии СамИздата. Добавлены "иллюстрации". Желающие могут посмотреть полный текст статьи Доктора Славкина с авторскими комментариями и несколько странным названием. "Почему же Славкин так настаивал на том, чтобы я ознакомился с этой его работой? - У меня две версии. Либо он хотел моего восхищения своей гениальностью, либо надеялся, что я не знаю французского. В любом случае он ошибся. Это и была ошибка Доктора Славкина."

Гарик : другие произведения.

Ошибка Доктора Славкина