Как и многие другие парадоксы, парадокс Эрншоу содержит в себе
зерно существенной истины. При более тщательном исследовании
соответствующих уравнений можно установить, что для адиабатического
течения газа более плотные части волны конечной амплитуды нагоняют
менее плотные и в конечном счете перегоняют их. Показывается
это следующим образом.
Пусть а обозначает всю массу жидкости слева от данной точки,
так что х(а, t) представляет собой положение частицы а момент
времени t, а —
есть у дельный объем .
Тогда да из
параграфа 3 заменяется на ,
есть субстанциональное ускорение; здесь индекс а означает,
что величина а остается постоянной. Уравнение неразрывности
(1') удовлетворяется автоматически, поскольку .
Кроме того, можно использовать уравнение состояния (3), для
того чтобы исключить р посредством соотношения
Следовательно, если не учитывать силу тяжести, то формулы (1) — (3) эквивалентны уравнению
Пуассон открыл важный класс решений уравнения (20), задаваемый формулой
где G(r) — произвольная функция, Эти решения были названы
простыми волнами ; они характеризуются свойством:
есть квадрат скорости звука, которая является функцией удельного
объема. Как показал Адамар, любая плоская волна, только с
одной стороны вступающая в жидкую среду (обычную жидкость
или газ), в начальный момент находящуюся в состоянии покоя,
должна быть простой волной. Так как ,
то формула (20*) дает функциональное соотношение. Делая снова
подстановку в (20*), при ,
легко показать, что более плотные части газа нагоняют менее
плотные, причем с постоянной скоростью. Следовательно, в течение
конечного промежутка времени неизбежно возникает разрыв плотности
или «ударная волна», что находится в самом явном противоречии
с гипотезой (Е) из параграфа 1.