5. Уравнение существования звезды

— Определение условий и вывод уравнений существования звезды

Версия о том, что ядро звезды состоит из газа, в котором происходит синтез ядер гелия, имеющего большую плотность и подчиняющегося законам идеального газа, настолько нелогична, что как рассмотрение, так и опровержение этой ошибочной теории мы считаем, мягко говоря, неуместным! Особо ярым сторонникам этой теории хочу напомнить, что различие между газом, жидкостью и твердым веществом является именно плотность. Человечеству пока еще не известны газы с плотностью 160 г/см³ или 58 г/см³, как в ядре Солнца и даже с плотностью как у урана U и плутония Pu, 18 г/см³ и 19 г/см³.
В этом разделе мы аналитически попытаемся определить необходимые условия существования звезды и вывести уравнение ее термодинамического равновесия. Мы не ставим перед собой задачу точно вывести это уравнение. Для одного и даже для группы исследователей эта задача очень непростая.
Наша цель — привлечь внимание специалистов к данной проблеме, показать одно из возможных направлений решения и разобрать механизм, структуру и возможное влияние друг на друга физических процессов происходящих внутри звезды.
Почему «существования», а не «равновесия» звезды?
В звезде происходят нестабильные динамические процессы, изменяющиеся и по значению, и во времени.
Можно ли данное состояние звезды назвать равновесным?
Наоборот, из-за отсутствия равновесия в звезде происходит формирование белого карлика в ее ядре, и выделяется энергия в космическое пространство. Но если рассматривать звезду как отдельный объект, являющийся источником энергии на протяжении небольшого промежутка времени, при некоторых допущениях, существует возможность принятия, ее как уравновешенный объект.
Многие аналитики возразят, что существование объекта возможно только в условиях равновесия. Но горение костра или жидкого топлива не назовешь равновесным процессом. Хотя справедливо можно назвать его переходным процессом в момент, которого выделяется энергия.
Возможно, и в звездах происходят переходные процессы длительные по времени, в течение которых выделяется энергия.
Находится ли звезда в равновесии или нет — это философский вопрос, который необходимо рассматривать относительно разных существующих условий.
В этой главе спорная фраза «равновесие звезды» заменена более точной — «существование звезды». К сожалению, мы пока не можем составить уравнения существования звезды для ядерных процессов, проходящих в ней, так как наших знаний еще не достаточно.
Мы попытаемся составить уравнения существования звезды для термодинамических процессов, происходящих в звезде.
Вывод любых уравнений или формул должен начинаться с их логического рассмотрения.
В первую очередь мы должны понять, какие силы действуют в звезде?
В звезде нас интересует два вида сил: силы стремящиеся сжать звезду, и силы, стремящиеся ее расширить. Существует силы, вращающие звезду, ее материю и другие, но в этой работе они нас не интересуют. Нас интересует, как вращение может влиять на силы сжатия и расширения?
Силы, действующие на сжатие звезды:
— гравитационная сила;
— сила от излучения.
Сила, действующая на расширение звезды:
— сила от давления горячей газо-плазменной смеси;
— центробежная сила, созданная вращением звезды.
Силы, вызванные влиянием магнитных и других полей звезды, действие которых нам пока неизвестно. На сегодняшний день значения этих сил приравняем к нулю, но в будущем, возможно, значение их будет установлено.
В общем виде действие сил можно выразить формулой:

   F_z = F_p+ F_ω + F_G + F_iz + F_Φ + F_s = 0                                             (5.1)

где Fz — сила, результирующая от сил, действующих на звезду;
Fp — сила от действия давления газо-плазменной смеси;
Fω — сила, созданная вращением звезды;
FG — сила гравитации;
Fiz — сила, созданная действием излучения;
FΦ — сила, действующая из-за влияния магнитных полей;
Fs ~ 0 — сила, действующая под влиянием других полей и физических явлений, пока еще не известных нам. Для упрощения формулы из-за неопределенности в настоящее время силы, действующие внутри газо-плазменной смеси, причиной появления которых являются процессы генерации термоядерного синтеза и возможных других ядерных взрывов, впишем и учтем в этом слагаемом. Динамические процессы ядерных взрывов создают силы, направленные на разрыв и разрушение звезды. Так как события ядерных взрывов кратковременны, и прогнозировать мы их еще не можем, то в данном анализе действие сил от этих взрывов учитываться не будут.
1. Сила, образованная давлением газо-плазменной смеси.
Для идеального газа в нормальных земных условиях уравнение состояния имеет вид:
                                                           (5.2)
                  p_g — давление газа;
                  v_g — объем газа;
                  T_g — температура газа;
                  m_g — масса газа;
                   μ — молярная масса газа.
  — универсальная газовая постоянная;

                 k — постоянная Больцмана или газовая постоянная к одной молекуле;
                 N_A — число Авогадро, количество атомов в одном моле:

формулу (5.2) можно записать:

                          
               где ν — число молей газа.
Если газ является смесью нескольких газов, то:

                    где p_gi — давление i-того компонента смеси газов;
                           ν_i— число молей i-того компонента смеси.

                         
Мы разобрали уравнение состояния для идеального газа. Но существуют различия между идеальным газом и реальным. Формула (5.2) для реального газа будет иметь некоторые отличия и поправки.
В данном случае нас интересует вещество, находящееся в газо-плазменном состоянии. Так как, возможно, что в атмосфере звезд вещество находится в состоянии и газа, и плазмы.
В момент рождения и смерти звезды, газ частично или полностью переходит в плазму и обратно. Попробуем логически вывести формулу, учитывающую и такое состояние. Почему газ переходит в состояние плазмы, а плазма переходит в газовое состояние?