С В Е Т

РУССКОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ

А Н А Л И Т И Я

Ощепков П.К.

ДИАЛОГ УЧЁНЫХ СОБЕСЕДНИКОВ

С тех пор как была написана последняя строчка последней главы этой книги, прошло немало времени. И теперь, перечитывая рукопись, как и всякий автор, временами я чувствую необходимость вернуться к ней — одно место хочется немного переделать, другое написать по-иному, там что-то исключить, а здесь что-то дополнить. Таков многократно проверенный закон творчества, и, вероятно, ни один автор не избежал его действия.

В книге много фактического материала, в ней отражены события и факты, взятые непосредственно из жизни. Но в ней есть и спорные места, требующие дальнейшего обоснования или экспериментального подтверждения.

В книге рассказывается о большом научном споре, возникшем много лет назад, который до сих пор занимает умы многих передовых ученых и новаторов. В ней с предельной ясностью отражена и моя мечта, ради которой я пожертвовал бы жизнью, если бы подобная жертва помогла осуществлению идеи. Прочитав книгу, непредубежденный читатель поймет, конечно, что автор мечтает о том, чтобы поставить на службу человеку процессы естественного круговорота энергии в природе. И не только мечтает, но и ищет решения этой сложнейшей проблемы.

Но, спросит читатель, разве есть противники этой идеи? А если есть, кто они и каковы их аргументы?

У читателя может возникнуть такой вопрос: столько светлых умов — от Фарадея до Циолковского — верило в единство сил природы, мечтало поставить на службу человеку процессы круговорота энергии в природе, а человечество все еще пользуется пока только одной ветвью этого мирового закона — почему? До сих пор мы успешно и во все больших масштабах применяем процессы распада, рассеяния, деградации энергии, но даже мысль о возможности активного сосредоточения рассеянной энергии считается покушением на устои науки, осквернением ее святая святых, кощунством, святотатством и т.д.

Как же так? С одной стороны, мечта корифеев науки, оставивших человечеству свои бесценные творения, а с другой стороны, непризнание их взглядов на протяжении многих лет со стороны не менее авторитетных и не менее известных ученых. Где же разгадка?

Думаю, что сейчас никто не решится предсказывать срок, когда кончится этот крупнейший спор. Мы можем здесь лишь повторить о нем замечательные слова Фридриха Энгельса: «Возможно, пройдет еще немало времени, пока мы своими скромными средствами добьемся решения его. Но он будет решен: это так же достоверно, как и то, что в природе не происходит никаких чудес».

Если бы кто-нибудь экспериментально показал нам сейчас диалектическое единство процессов рассеяния и концентрации энергии (в природе оно, безусловно, существует), то мы, конечно, назвали бы это чудом. Но это слово звучало бы просто, без всякой мистики, так же, как произносят «русское чудо», говоря о подвиге нашего народа в 1917г., о подвиге первых космонавтов и т.д. Уверен, что нашему поколению суждено дожить и до того величайшего «чуда», которое составляет суть моей мечты.

Но пока это только убеждения, вера. А как обстоит дело с научным спором? Что говорят наши противники, и можем ли мы ответить им на все их возражения?

Мне кажется, что с точки зрения научных представлений возражения и ответы на них имеют одинаковое право на существование, хотя некоторые ученые и убеждены, что привилегией на это право обладают только те, кто возражает против этой мечты человечества.

Но не будем спорить о правах, а попытаемся в кратком диалоге символистических ученых мужей воспроизвести, что в действительности происходит сейчас в недрах науки. Назовем этих ученых мужей так: коллега А. и коллега Б. Коллега А. олицетворяет противников идеи концентрации энергии, коллега Б.— ее защитников. Встреча происходит в наше время. Подслушивающих нет, поэтому они не боятся уронить свой авторитет в глазах администраторов от науки и говорят прямо и искренне.

Коллега А. Мы не раз встречались и о многом уже переговорили. Надо ли еще раз начинать спор, в котором для меня ясно все, а для тебя, как я понимаю, остаются непонятными даже элементарные истины?

Коллега Б. Не будем ставить точку, едва начав разговор. Обыкновенно не тот, кто знает много, а тот, кто знает мало, чаще всего и категоричнее всего утверждает: «Этого сделать в науке нельзя». Это в ответ на твою колкость. Но я думаю, что мы отбросим такой стиль разговора.

Из всего многообразия не решенных современной наукой вопросов я хочу поставить только один: возможно ли в принципе — теперь или когда-нибудь в отдаленном будущем — сознательное управление процессами круговорота энергии в природе?

Коллега А. Друг мой, ты отстал от жизни, по крайней мере, на сто лет. Все, что вы, сторонники осуществления процессов концентрации рассеянной энергии, проповедуете, все, о чем вы мечтаете, давным-давно отвергнуто наукой! Выдающийся немецкий физик-теоретик Рудольф Клаузиус еще в 1850 г. сформулировал второй закон термодинамики в виде положения о невозможности самопроизвольной передачи теплоты от более холодного тела к более теплому. В 1865 г. он обосновал этот закон с помощью им же введенного понятия энтропии. Откровенно говоря, я думаю, что в наше время, в век атомной энергии, только сумасшедший может мечтать о возможности концентрации рассеянной энергии; во-первых, с научной точки зрения это невозможно; во-вторых, это и не нужно. Атомной энергии хватит на всех. Образно говоря, ее хватит даже для бесперебойного обслуживания канатной дороги Земля — Луна. Так что подобные мечты напрасны.

Коллега Б. Весь свой арсенал аргументов «против» ты обрушиваешь, даже не разобравшись толком ни в одном из них. В том, что ты только что сказал, содержится, по крайней мере, до десятка положений, и в каждом из них надо сначала разобраться. Я не думаю, что нам при обосновании своих взглядов следует прибегать к историческим датам столетней давности. Но если ты решил блеснуть знанием точных дат, то и я могу тебе сказать, что задолго до Рудольфа Клаузиуса молодой французский военный инженер Сади Карно установил общие закономерности теплового цикла. В 1824 г., т.е. когда Клаузиус еще пешком под стол ходил (ему тогда было всего два года), Карно издал печатный труд под названием «Размышления о движущей силе огня». В этой работе он впервые указал, что тепло не может переходить от холодного тела к теплому без затраты работы. Почему же, трактуя этот вопрос, ты начинаешь летосчисление не с Карно, а с Клаузиуса?

Коллега А. Карно действительно на четверть века раньше Клаузиуса установил такую закономерность, но указанный тобой труд мало повлиял на дальнейшее развитие науки. Причиной было то, что Карно придерживался ошибочных взглядов на природу тепла — он признавал «теплород». Только после работ Роберта Майера, Джемса Джоуля и Германа Гельмгольца, установивших закон эквивалентности тепла и работы, Рудольф Клаузиус пришел ко второму началу термодинамики и математически сформулировал его. Клаузиус показал, что сущность второго начала термодинамики сводится к росту энтропии во всех реальных процессах.

Коллега Б. Насчет энтропии мы еще поговорим. А вот по поводу того, что выводы Карно долгое время оставались вне сферы размышлений мужей науки, я скажу тебе, что причина здесь совсем не в том, что он признавал существование «теплорода» как особого вещества.

Смерть рано оборвала жизнь этого замечательного человека —он умер тридцати шести лет от роду. Своей целью он ставил не только отыскание более экономичных процессов в паровых машинах, но и открытие законов обратимости. Такие взгляды Карно не укладывались, конечно, в рамки развиваемых Клаузиусом энтропийных представлений. И это, на мой взгляд, было одной из главных причин того, что не всем работам Карно было воздано должное. Методологически смысловая разница здесь состоит в том, что Карно не распространял и не предполагал распространять установленную им закономерность на все явления природы, а Клаузиус, наоборот, свой энтропийный подход сделал всеобъемлющим.

Коллега А. Но это же правильно. Вся Вселенная— это дорога к равновесию. Все тела, предоставленные сами себе, стремятся только к равновесию. Естественным состоянием тел является механическое тепловое равновесие.

Коллега Б. Нет, это неправильно. Но я не буду нагромождать один вопрос на другой, я хочу закончить сначала свою мысль о Карно. Возьми любой университетский курс термодинамики, и ты найдешь там классическую формулировку второго начала термодинамики, данную Клаузиусом: «Теплота не может переходить сама собой от более холодного тела к более горячему». Сравни ее с формулировкой той же закономерности, данной Карно: «Тепло не может переходить от холодного тела к теплому без затраты работы».

Это далеко не одно и то же. По Клаузиусу, все тела, предоставленные самим себе, стремятся к равновесию, к «тепловой смерти». Из формулировки Карно никак не следует, что переход тепла от холодного тела к теплому принципиально невозможен; в ней утверждается только то, что такие процессы сопровождаются затратой работы, т.е. затратой энергии.

Не хочется забегать вперед, но не могу удержаться от того, чтобы не сказать тебе, что авторитет Клаузиуса в этом вопросе был использован не в интересах прогресса. Он не ускорил, а затормозил, с моей точки зрения, развитие науки на целое столетие. Не утвердись этот постулат априорно, развитие науки, возможно, пошло бы по другому пути.

Коллега А. Ты пытаешься заставить меня и тысячи других физиков во всем мире поверить в то, что опровергается повседневными опытами, наблюдениями, фактами. Назови мне хотя бы один пример, где теплота сама собой переходила бы от более холодного тела к более теплому.

Коллега Б. Мир движется и развивается не единственной формой энергии, поэтому более правильным, мне кажется, было бы сформулировать твой вопрос так: «Есть ли в природе примеры перехода энергии из более низкого энергетического состояния в более высокое энергетическое состояние, примеры перехода энергии от более низкого потенциала к более высокому?»

Коллега А. Согласен. Мой вопрос можно сформулировать и так, но это слишком расширенное толкование. Ответь сначала на вопрос в моей постановке. Я считаю, что достоверно наблюдаемый факт — высший судья в науке.

Коллега Б. А ты не боишься при этом уподобиться инквизитору?

Коллега А. Вот уж поистине страсть в спорах не знает предела.

Коллега Б. Нет, нет, я не шучу. Я только хочу напомнить, что инквизиторы в 1600 г. сожгли Джордано Бруно именно за то, что он осмелился восстать против очевидных для всех фактов. Человечество, начиная от древних своих предков и вплоть до коперниковского гелиоцентризма, ежедневно просыпалось и видело, что Солнце всходит и заходит. Все видели, что Солнце и другие небесные светила движутся по небосводу, но никто не видел, что Земля вертится вокруг своей оси, да еще и вокруг Солнца. Все это было неоспоримым и миллионами наблюдаемым фактом. И мы, в исторических масштабах, совсем недавно узнали истинную цену этому «неоспоримому» факту.

Коллега А. Но ведь тогда не было еще научных инструментов, с помощью которых можно было бы опровергнуть массовое заблуждение.

Коллега Б. А ты думаешь, что мы сейчас уже владеем всеми научными инструментами? По-твоему, после нас никто не в состоянии будет что-либо изобрести? Кстати сказать, Коперник и Бруно, не имея в то время никаких приборов для астрономических наблюдений, сумели на основании анализа тех же всеми наблюдаемых фактов прийти к выводу, отрицающему эти факты.

Это еще раз говорит о том, что нельзя и не следует относиться к фактам слепо.

Коллега А. Я тоже не отношусь к фактам слепо. Но есть же еще и теория, которая объясняет эти факты.

Коллега Б. К теории постулата Клаузиуса мы еще вернемся. А сейчас, чтобы ответить на твой вопрос, я предлагаю сделать небольшую мысленную прогулку на какую-либо планету. Представь себе, что мы находимся на Марсе. В нашем распоряжении множество всяких марсианских научных инструментов, они похожи на наши земные, и мы умеем ими пользоваться. Итак, на марсианской астрономической обсерватории мы ведем наблюдения за планетой Земля. Какие же сведения мы можем получить с помощью этих приборов о нашей планете?

Коллега А. Наверное, такие же, какие получаем с Земли о других планетах: о составе земной атмосферы, температуре поверхности Земли и т. д. Что же еще?

Коллега Б. С помощью современного инструментария наука может многое узнать о других планетах. И все же Землю лучше, конечно, изучать с самой же Земли. Я пригласил тебя на Марс только для того, чтобы взглянуть на колыбель человечества глазами марсианина, без очков предвзятости. Что же мы увидим в мощные марсианские телескопы?

Мы удостоверимся, прежде всего, что температура поверхности Земли даже на экваторе в солнечный жаркий день немного выше 300° К, а температура атмосферы и того ниже. Увидим, что над поверхностью Земли плывут облака, а сама Земля — давно потухшее тело — несется в безбрежном космическом океане. Временами мы увидим яркие вспышки молний;, температура которых в месте разряда измеряется десятками и даже сотнями тысяч градусов. Как же так? Температура земной оболочки не превышает 300°, а температура вспышки молний достигает столь огромной величины?

Коллега А. Тут нет ничего удивительного. С поверхности морей и океанов идет непрерывное испарение воды, и по мере образования облаков на них накапливаются электрические заряды. Достигнув определенного значения, они и разряжаются в виде молний. Причиной этого является солнечная энергия, непрерывно падающая на поверхность Земли в виде рассеянного потока.

Коллега Б. «Накопление» или «концентрация» — это дело даже вкуса, кому какое слово нравится, тот такое и употребляет. Важен не термин, а то, что из бесчисленных актов испарения образуются мощные потоки гонимых ветром туч и облаков, энергия которых в вечном круговороте сил природы преобразуется в ливни, молнии, ручейки, потоки, реки. И если говорить о переходе тепла через многие ступени преобразований от низкотемпературной среды, какой является вся атмосфера, в высокотемпературную энергию молнии, то мы обязаны вспомнить Сади Карно, который говорил, что для такого перехода нужна затрата работы, т.е. затрата энергии.

Ты говоришь, что причиной рассматриваемого явления служит солнечная энергия. Согласен. Но разве мы должны исключить из своего рассмотрения Солнце? Разве Солнце и его радиация, достигающая нас, это не частица той самой природы, в которой мы живем и часть которой составляем? И если рассеянную по всей поверхности Земли солнечную радиацию природа может сама собой сосредоточивать (концентрировать) в энергию молнии или в грозные потоки могучих рек, то и человек сможет когда-нибудь научиться управлять подобными процессами.

С далекого Марса взглянем и на нашу родную Москву. Вот мы направили свой сверхсветосильный телескоп на Ленинские горы. Несмотря на грандиозность сооружения, разрешающая способность телескопа не позволяет разглядеть на Земле отдельного человека. О существовании людей можно лишь догадываться по результатам их творений.

Вот мы видим, как на Москве-реке остановилась баржа, груженная гранитным камнем. И, о чудо! Камни «сами» поднимаются на Ленинские горы, укладываются в стройную систему и образуют величественное здание Московского университета.

Спрашивается: чудо это или нет? Нет, не чудо. Но сами ли камни поднимаются против силы гравитационного поля? Я отвечаю, да, сами. Я не удивлюсь, что такой ответ вызывает у тебя ироническую усмешку. Еще никто и никогда не видел, чтобы камни «сами» поднимались (если не считать извержения вулканов, во время которых камни и пепел летят иногда на тысячи метров вверх). Ты скажешь, что в рассматриваемом случае камни поднимают люди и их машины. Но ведь человек, чтобы иметь силу, сам добывает и принимает пищу, составляющую частицу той же природы, как и он сам. Вот и выходит, что природа сама создает организованный порядок. Из хаоса, из груды камней она собирает университеты, города и т.д. Разве это распад, деградация энергии? Нет, не распад. Человек и человеческое общество — нагляднейшие примеры самоорганизующейся материи на нашей Земле.

Коллега А. Твои рассуждения носят слишком общий характер и далеки от конкретности. Неизбежность обесценения тепловой энергии в результате ее рассеяния доказывается строго математически, поэтому на постулат Клаузиуса не надо смотреть как на какое-то субъективно установленное правило. Объективность его проявилась во всем последующем развитии науки.

Коллега Б. Ты хочешь сказать, что закон возрастания энтропии хорошо согласуется с теорией вероятности событий?

Коллега А. Да. Я хочу обосновать закон возрастания энтропии, исходя в первую очередь из теории вероятностей. Определение вероятности состояния любой системы, как тебе известно, имеет исключительно важное и принципиальное значение, так как дает возможность судить о направлении процессов, протекающих в системе. Чем больше, например, степень неупорядоченности движения отдельных частиц какой-либо системы, тем больше вероятность этой системы, ибо тем большим числом состояний она может быть представлена. Без внешних воздействий любая система всегда стремится перейти из менее вероятного состояния в более вероятное, т. е. в такое, которое чаще всего встречается.

Если, например, какое-либо тело имеет с одного конца температуру более высокую, чем с другого, то этому состоянию, как известно, соответствуют более высокие, в среднем, скорости молекул там, где температура выше, и. более низкие скорости молекул там, где температура ниже. Число состояний, отвечающих этому условию, конечно, очень велико. Но можно со всей математической строгостью доказать, что оно значительно меньше числа состояний, при которых молекулы самых разнообразных скоростей распределены по всему объему тела, т. е. когда температура тела по всему его объему одинакова. Первое состояние, безусловно, менее вероятно, а второе более вероятно. Именно поэтому разность температур внутри любого тела сама собой стремится выравняться. Именно поэтому мы никогда не наблюдаем самопроизвольного возникновения различных температур в каком-либо теле, которое до этого находилось при одинаковой температуре.

Коллега Б. Само собой разумеется, что теорию вероятностей можно приложить к рассмотрению бесчисленного множества процессов. Однако я не сторонник универсального объяснения всех явлений природы выводами одной только этой теории. Если, например, положить два шарика — один черный и один белый — в ящик и начать покачивать его, то можно с уверенностью сказать, что никогда, ни в какой отдельно взятый момент времени эти шарики не могут быть равномерно распределенными по дну ящика. Ни белый, ни черный шарик не может находиться одновременно и в левом углу ящика и в правом. Никакая теория вероятностей тут не поможет. Для выполнения такого условия и черный и белый шарики должны были бы расколоться по крайней мере пополам, т.е. перестать быть тем, чем они на самом деле являются.

Но, с другой стороны, если вести очень длительное наблюдение за состоянием тех же шариков в качающемся ящике, то, исходя из теории вероятностей, можно сделать вывод, и это будет правильный вывод, что белый и черный шарики равномерно распределены по всему дну ящика. В любом из участков дна этого ящика белый шарик побывает ровно столько же раз, сколько и черный. Вот и выходит: процесс один и тот же, а выводов по нему можно сделать два и притом совершенно противоположных.

Коллега А. Конечно, второй закон термодинамики носит не абсолютный, а статистический характер, поэтому при наблюдении объектов с небольшим содержанием частиц или молекул возможны отступления от него. Броуновское движение это очень хорошо иллюстрирует.

Коллега Б. Для меня очень важно, что ты не придаешь теперь второму началу термодинамики абсолютного характера хотя бы в области микромира. Но своим примером с черным и белым шариками я хотел подчеркнуть совсем другое. Я хотел сказать, что за статистическим результатом наблюдения какого-либо процесса мы можем иногда не разглядеть истинной природы явления. Картина электронного облака в атоме является, безусловно, статистической, и она правильно описывает распределение плотности электрического заряда вокруг ядра, но этим она не раскрывает еще природы самого электрона, природы единичных актов движения электрона в атоме.

Коллега А. Поскольку во всех реальных телах окружающего нас мира находится не единичное количество атомов и молекул, а огромное их число, то мы вправе ожидать в них только такие процессы, которые ведут к высшей степени неупорядоченности. Только такие состояния отвечают наибольшей вероятности. Тепловое равновесие, как самое вероятное состояние, лишь наиболее убедительно иллюстрирует эту закономерность.

Конечно, и в нем с точки зрения теории вероятностей возможны отступления, но они столь же невозможны, сколь и невероятны. Подсчитано, например, что даже в одном кубическом сантиметре объема такое событие, как перемещение всех молекул воздуха в верхнюю его половину, может произойти лишь один раз на 10 в степени (3 умноженное на 10 в 19 степени) случаев. Такую цифру невозможно даже мысленно представить себе — настолько она огромна. Это еще раз говорит о том, что не следует делать различия между «невероятным» и «невозможным».

Коллега Б. Если память мне не изменяет, то, кажется, известному физику Вильсону принадлежат слова, что эквилибристикой математики можно внушить доверие даже к самой ложной теории. Я не могу, да и не хочу выступать против приложения теории вероятностей к тепловым процессам. Все достижения науки должны быть разумно использованы. Но твой пример носит явно абсурдный характер. Ведь для того, чтобы все молекулы воздуха сами собой переместились из нижней половины сосуда в верхнюю его половину и создали там двойное давление, необходимо затратить работу. Ты же этого условия не обеспечил, поэтому подсчитанная тобою вероятность относится к тому, чего вообще быть не может. В этом случае невероятное действительно есть в то же время и невозможное. Я знаю, во всех курсах физики невероятное отождествляется с невозможным даже тогда, когда для этого нет достаточных оснований.

Коллега А. А ты приведи мне хотя бы один пример, один процесс, в котором невероятное не соответствовало бы невозможному.

Коллега Б. Привести такой пример очень легко. Прежде всего, это рождение новых звезд и вечное движение материи. С точки зрения теории вероятностей, с точки зрения энтропистов, это принципиально невозможно. Но ведь это существует! Мы сами с тобой, как живые организмы, являем собой пример нарушения этого правила. Не признать этих примеров ты не можешь, если только втайне не решил обратить меня в верующего.

Коллега А. Реакционная философия использовала, конечно, учение Клаузиуса для того, чтобы обосновать религиозное представление о начале и конце мира. На этом поприще подвизались не только попы, включая римского папу Пия XII, но и многие псевдоученые. Но современная наука не имеет ничего общего с поповскими представлениями. Наукой доказано: когда наступает равновесие, то вокруг этого равновесия начинаются небольшие колебания — отступления от этого равновесия, или, как их еще называют, флюктуации.

Коллега Б. Я согласился бы объяснить рождение новых миров флюктуацией, если бы эти флюктуации были действительно столь велики. Но ведь ты сейчас же скажешь, что флюктуации заметны лишь для систем, состоящих из небольшого числа частиц, а для систем, состоящих из большого их числа они или совсем незаметны, или почти незаметны.

Коллега А. Хотя мы условились с тобой не выходить за рамки курса физики для всех, однако я хотел бы прибегнуть к некоторым элементарным выкладкам, чтобы показать тебе, что закон возрастания энтропии есть объективный закон природы, а не какое-то субъективное умозаключение и что общая энтропия тел, участвующих при любых реальных процессах, всегда возрастает и только возрастает.

Коллега Б. Я думаю, нам не стоит тратить времени на взаимное объяснение того, что такое энтропия. По этому поводу было так много сказано в научной и технической литературе, что мы едва ли будем в состоянии что-нибудь добавить к написанному. Одни авторы преувеличивали и до сих пор преувеличивают значение понятия «энтропия», другие, наоборот, с не меньшим рвением отрицают всеобщую значимость этого понятия. Я считаю, что и те и другие бесплодно тратят силы.

Для ряда технических расчетов понятие «энтропия» как математическое выражение полезно, и пренебрегать им не следует. Для не слишком больших замкнутых систем оно совершенно справедливо, хотя и не содержит в себе какого-либо нового физического качества, которое ранее не было известно.

Ошибочность представлений Клаузиуса состоит не в том, что он установил это понятие, а в том, что он бездоказательно распространил его на всю Вселенную, которая как всем известно, не является замкнутой системой и, следовательно, не подчиняется этому закону. Именно в этом смысле и состоит прежде всего антинаучность постулата Клаузиуса. Наблюдая неограниченно долго бесконечно большую систему, мы обязательно будем встречать в ней как возрастание энтропии, так и уменьшение ее, как рассеяние энергии, так и концентрацию ее.

Мне кажется, что теперь в этом убеждается все большее число представителей науки, и поэтому общие разговоры на эту тему можно сократить. Ни для микромира, ни для бесконечно больших систем понятие возрастания энтропии не имеет смысла.

Коллега А. Но ты же не можешь отрицать взаимную связь между понятием энтропии и вероятностью, которая, так же как и энтропия, при любых процессах никогда не уменьшается, а только возрастает?

Коллега Б. Само собой разумеется, что если мы насыплем в ящик сначала какое-то количество белых шариков, а затем на них такое же количество черных, то при покачивании ящика белые и черные шарики постепенно перемешаются. Раздельное состояние шариков в этом случае будет маловероятным, а смешанное состояние будет более вероятным. Из этого маловероятного состояния ты, конечно, сразу же сделаешь вывод о невозможности раздельного состояния шариков, особенно если общее количество их будет очень велико. Я же такого вывода распространять на все процессы не буду.

Коллега А. Назови мне хотя бы один процесс, в котором невероятное стало бы вероятным. Нет и быть не может таких процессов.

Коллега Б. Изволь. Все мы не раз видели, что ветер гонит плавающий на воде предмет в ту сторону, куда он дует. И никто никогда не видел, чтобы бревно плыло навстречу ветру. Такое движение, безусловно, невероятно, а значит, и невозможно. Так было на протяжении миллионов лет, пока человек не поставил в соответствующее положение парус и руль (бревно или лодка — это принципиального значения не имеет). Какой результат из этого получился, ты знаешь сам, — бревно поплыло против ветра. Силой ветра оно стало перемещаться против ветра. Я убежден, что когда впервые это кем-то было сделано, то первобытные люди смотрели на это как на чудо. Но чудо ли это? Нет, не чудо, а разумное вмешательство человека в процесс взаимодействия участвующих в этом сил.

Коллега А. Но в твоем примере есть направленный поток энергии, поэтому его нельзя отождествлять с тепловым потоком рассеяния.

Коллега Б. А ты считаешь, что тепловой поток лишен направленности? Вы же сами беспрестанно утверждаете, что тепло может распространяться только от более горячего тела в сторону более холодного. Разве это не направленность теплового, а следовательно, и энергетического потока? Конечно, направленность. Мы еще не знаем пока, какой и как поставить «парус» на пути этого потока, чтобы использовать его силу для накопления потенциала. Но я уверен, что такой «парус» найдется.

Коллега А. Я все-таки считаю, что твой пример с бревном не имеет отношения к рассматриваемому вопросу.

Коллега Б. А я думаю наоборот: он имеет очень большое отношение. Движение бревна (или лодки) против силы ветра — ярчайший пример использования силы для движения против самой силы.

Коллега А. Конечно, бревно не может плыть против течения — это невероятно. Но я, право же, не вижу взаимной связи этого явления с самопроизвольным ростом какого-либо энергетического потенциала.

Коллега Б. В том-то все и дело, что вы, сторонники всеобщей деградации энергии, упорно делаете одновременно две ошибки в одном вопросе. С одной стороны, вы все время подчеркиваете слово «самопроизвольно». Тем самым вы исключаете активную организующую роль человека в этом процессе. И, с другой стороны, подобными утверждениями вы отрываете человека от природы, как будто человек не есть сама природа. Если человек организовал подъем гранитных плит на Ленинские горы, то ведь это в действительности сделала сама природа.

Коллега А. Но есть неумолимый закон природы, ведущий ко всеобщему равновесию. Все видят, как нагретое тело остывает, а вот чтобы чернильница, например, сама собой нагревалась за счет тепла окружающей среды, то этого еще никто и никогда не видел.

Коллега Б. Мало ли чего первобытный человек не видел и не умел делать. Телевидение тоже никто и никогда не видел, пока его не создал человек, разумно организовав взаимодействие все тех же сил природы. В телевидении нет ничего сверхъестественного, но само по себе оно тоже никогда не существовало. И если бы кто-нибудь задался целью подсчитать вероятность самопроизвольного появления телевидения, то он тоже строго математически доказал бы, что оно невероятно, а значит и невозможно.

Коллега А. Не надо понимать меня так, будто при тепловом равновесии наступает полный покой. Любое физическое тело, достигая равновесия, в каждое мгновение как бы перестает быть прежним, ибо взаимное расположение молекул в нем не остается постоянным, а беспрестанно изменяется.

Это означает, что значение любой физической величины, характеризующей тело, сохраняется только в среднем. Строго говоря, физические величины никогда не равны своим наиболее вероятным значениям, а все время колеблются около них. Среднее значение относительной флюктуации, т.е. той доли, на которую изменяется интересующая нас физическая величина благодаря хаотическим движениям молекул, может быть выражено величиной 1/(корень квадратный из N), где N — число молекул данного изучаемого тела или его части. Из этого соотношения следует, что флюктуации заметны лишь для систем, состоящих из небольшого числа молекул, и совсем не заметны для систем, состоящих из огромного числа молекул.

Коллега Б. Выходит, что ты, как правоверный сторонник теории всеобщего рассеяния тепла, признаешь, что флюктуации действительно являются каким-то своеобразным нарушением закона равновесия? В тот момент, когда тело отклоняется от равновесия, флюктуации переводят его из более вероятного состояния в менее вероятное.

Коллега А. При флюктуациях равномерное распределение молекул действительно нарушается, временами возникает как бы более упорядоченное состояние. В таком понимании тепло действительно может на отдельных участках переходить от более холодного места к более теплому. Но не вздумай предложить мне на этом принципе создание вечного двигателя. Наукой это давно опровергнуто. И ошибочность всех изобретений в этом отношении доказана.

Из этого следует, что хотя нарушения всеобщего стремления природы к равновесию благодаря флюктуациям непрерывно возникают вокруг нас, но они не могут изменить неумолимого хода всех физических процессов в сторону увеличения вероятности, в сторону обесценения энергии.

Коллега Б. Выходит, что мы с тобой живем в очень счастливое время. Кто-то позаботился о нас и создал нам приятное, теплое, ласковое солнце. Так, что ли?

Коллега А. Я не исключаю в этом случае наличия крупного противоречия с основными нашими представлениями. Критическое рассмотрение окружающей нас действительности в отдельных случаях указывает на то, что наши представления о пространстве и времени, а также основные законы, которые мы до сих пор считали несомненными, чем-то нехороши. Образно говоря, наша старая машина оказывается негодной как для очень малого, так и для очень большого.

О том, какие изменения надо внести в наши прежние формулировки законов природы, чтобы их можно было применять в одних случаях к микромиру, а в других — ко всей Вселенной, покажет только будущее.

Коллега Б. Вот это деловой разговор. Лучше признать незнание, чем хвастливо прикрывать его ложными знаниями.

Говоря о флюктуациях, я так же, как и ты, не имею в виду использование их для получения работы. Но я не преуменьшаю их роли в масштабах Вселенной. Я думаю, что и ты не высказал мне по этому поводу всего, что хотел.

Коллега А. Уже сегодня астрономы при помощи телескопов проникли в глубь Вселенной на расстояния, в 1012—1013 раз превышающие размеры Солнечной системы. Если наша Солнечная система — это флюктуация, то, значит, мы наблюдаем неравновесные состояния, которые превышают масштаб, необходимый для нашей жизни, по крайней мере в 1012 раз. Таким образом, наше существование ни в какой степени не оправдывает невообразимо малую вероятность флюктуации, приведшей к образованию Вселенной в современном виде.

Коллега Б. Что верно, то верно. Только ты не совсем правильно понимаешь «невообразимо малую вероятность флюктуации». Говоря так, ты все время имеешь в виду относительную величину флюктуации. Она действительно с ростом числа частиц катастрофически убывает. Но ведь в реальных процессах участвует не относительная, а абсолютная величина флюктуации, т.е. ее прямое значение как квадратный корень из N. С ростом абсолютного числа частиц в системе абсолютное значение флюктуации тоже растет, а не убывает. При бесконечно большом числе частиц в системе флюктуации в ней по своей абсолютной величине могут также достигать бесконечно большого значения.

Коллега А. Мы рассмотрели со всех сторон проблему получения энергии из окружающего пространства и пришли к выводу, что она не имеет под собой никакого научного основания. Может быть, кончим на этом наш разговор?

Коллега Б. Если ты считаешь постулат Клаузиуса достаточным основанием для своих взглядов, то, может быть, ты, по-своему, и прав, я же считаю, что настоящего разговора на эту тему мы еще и не начинали.

Коллега А. Что ты этим хочешь сказать?

Коллега Б. А то, что энергия рассеяна повсюду вокруг нас, и поэтому я уверен, что наступит такое время, когда люди сумеют включать ее в активный цикл круговорота.

Коллега А. Я не завидую тебе. Ты рискуешь подвергнуться изничтожающим нападкам со стороны всех, кто не разделяет твоих взглядов, а ты же знаешь, что в науке таких большинство.

Коллега Б. А я хочу спросить тебя, было ли в истории развития науки хотя бы одно сколько-нибудь значительное открытие, которое миновало бы «родовые муки»?

Коллега А. Да, но вопрос, который ты поднимаешь, выходит за рамки всего известного, он ворошит грандиозные области знаний. Ты рискуешь выступать против установившихся и безраздельно признаваемых законов природы.

Коллега Б. Выходит, что мы говорим с тобой на разных языках. Я тысячу раз повторяю и готов сказать тебе еще не одну тысячу раз, что в наше время не найдется ни одного здравомыслящего человека, который бы выступил с отрицанием правомерности установленных наукой законов природы, в том числе и второго начала термодинамики в любой его формулировке. Только в пылу полемической тенденциозности люди могут бросать такие обвинения. В пределах тех явлений, для которых эти законы установлены, они незыблемы. Какое может быть в этом сомнение?! Но надо решительно и действительно мужественно выступать против произвольного, расширенного толкования любых законов по отношению к тем явлениям, которые остаются для человечества еще непознанными.

Можно ли назвать такие выступления мужественными, я не знаю. Но всякий выступающий в защиту идеи круговорота энергии должен, безусловно, обладать верой в единство сил природы. Без такой веры нельзя достигнуть даже самого маленького успеха на этом пути. Если бы Фарадей не избрал своей основой глубокую веру в единство сил природы, то он не сделал бы тех величайших открытий, за которые человечество будет вечно ему благодарно.

Коллега А. Ты не составляешь исключения! Несметное содержание энергии в окружающем нас мире действует гипнотически на многих изобретателей.

Я как-то читал, что если бы нам удалось понизить температуру земного шара всего лишь на один градус, то при теплоемкости земли в 0,2 ккал/кг мы смогли бы получить энергии 1,2 на 10 в 24 степени ккал. Это в миллиарды раз больше той энергии, которая ежегодно вырабатывается сейчас электростанциями всего мира.

Такие неисчислимые «возможности» получения энергии могут вскружить голову не только малоопытным изобретателям.

Коллега Б. Постой, постой! Ты отдаешь отчет в своих словах? Пример, который ты только что привел, представляет собой вопиющую профанацию проблемы. Здесь налицо глубочайшее заблуждение, хотя бы оно и было прикрыто авторитетами и цифрами.

Коллега А. В чем же, по-твоему, состоит «глубочайшее заблуждение»?

Коллега Б. Изволь. Земной шар охладить искусственно хотя бы и на один градус можно только в том случае, если потребитель энергии будет находиться вне Земли, например в Галактике, на другой планете, в межзвездном пространстве и т. д. Но это же явная чушь.

Никакой земной потребитель не может охладить земной шар, ибо любое количество энергии, отнятое от среды, туда же и вернется. Любая жилая комната, будучи нагретой за счет тепла окружающего пространства, в конце концов обязательно охладится, и все тепло, содержащееся в ней, вернется туда же, откуда оно было взято. Потери земной энергии могут происходить только при посылке радиоизлучений в мировое пространство и при полетах космических кораблей. Даже искусственные спутники Земли не могут изменить ее энергетического баланса.

С этой точки зрения, сколь бы грандиозной ни казалась нам цифра 10 в 24 степени ккал, она не верна. При круговороте энергии действует неумолимый закон сохранения энергии, и поэтому запасы ее бесконечны. Энергию так же нельзя уничтожить, как нельзя ее создать.

Землю нельзя представлять как некую однородную массу. Земной шар — вечно движущаяся, вечно развивающаяся материя как в биосфере, так и в своих недрах. Подходить к ней как к мертвому телу — значит подменивать реальность надуманным примером.

Коллега А. Возможно, мой пример с земным шаром и не совсем удачен. Но это не меняет сути дела. Ты не можешь не согласиться с тем, что все окружающие нас тела находятся в состоянии теплового равновесия и, следовательно, выйти из него самопроизвольно они не могут.

Коллега Б. Что значит «самопроизвольно»?

Коллега А. А то, что если энергия колеблющегося механического маятника, например, вследствие сопротивления воздуха и трения в подвесах, самопроизвольно переходит в тепло, то обратного процесса произойти не может. Маятник ни при каких условиях не начнет самопроизвольно раскачиваться за счет тепла, содержащегося в окружающей среде.

Коллега Б. Я бы осторожнее относился к слову «самопроизвольно», ибо и в первом случае энергия качающегося маятника, если говорить точно, тоже не совсем самопроизвольно переходит в тепло. Для того чтобы маятник начал качаться, ему необходимо было предварительно сообщить какое-то количество энергии, или, как сказал бы Карно, — необходимое количество работы. Надо было также создать такое устройство, при котором запасенная в маятнике потенциальная энергия переходила бы в тепло не сразу, как это бывает при упавшем камне, а постепенно, с каждым периодом раскачивания, за счет трения о воздух и т. п. Все это означает, что в качающемся маятнике процесс был организован. Если быть последовательным, то и в обратный процесс надо сначала внести элементы организации.

Коллега А. Никакая организация процесса не может дать возможности получить энергию за счет охлаждения какого-либо тела окружающей нас среды. Все тела, находящиеся в равновесии друг с другом, энергетически бесплодны. Энергия теплового движения молекул любого тела, находящегося в равновесии с другими телами, хотя и огромна, но мертва.

Коллега Б. Я с этим в корне не согласен, и, по-видимому, это и составляет главную суть наших расхождений. Ты признаешь, что энергия может быть «мертвой», а я этого признать не могу и никогда не признаю.

Коллега А. Но ты не можешь указать мне хотя бы на один пример использования тепловой энергии окружающего пространства.

Коллега Б. Задавая вопрос так, ты грешишь против собственной совести. Ты сам знаешь, что примеры такие существуют. Ты их или не видишь, или не хочешь связать с обсуждаемой проблемой. А может быть, ты и не можешь найти эту взаимосвязь.

Коллега А. Ты начинаешь говорить загадками.

Коллега Б. Существуют, как ты знаешь, различные системы тепловых насосов. И отрицать то, что они позволяют получать тепло, например, для отопления зданий за счет охлаждения воды в реке и т.п., — ты не можешь.

Коллега А. Но в этом нет ничего особенного. Это просто-напросто обращенная тепловая машина.

Коллега Б. И я говорю, что нет ничего особенного в том, что Колумб на глазах изумленной публики поставил яйцо на острый конец. Я не помню, кому принадлежат слова, но хочу повторить их тебе: ты, видимо, безнадежно потерял способность удивляться — это очень плохо для ученого.

Ты вот привел пример с маятником и видишь в нем только то, что запасенная потенциальная энергия постепенно переходит в тепло и никогда больше не превращается обратно в энергию качающегося маятника. Тебя не удивляет это устройство, для тебя оно слишком примитивно. А я до сих пор восхищаюсь этим устройством и вижу в нем прежде всего пример всеобщего закона природы о единстве сил. В самом деле, если отвести маятник в самое верхнее положение и задержать его там, то количество потенциальной энергии в нем от этого не уменьшится. Наоборот, он будет обладать в этом положении максимумом потенциальной энергии, хотя и не будет совершать никаких движений. При движении же потенциальная энергия будет то превращаться в кинетическую форму, то снова в потенциальную. Это ведь то же самое, что движение планет вокруг Солнца, что движение электрона вокруг ядра и т.п.

Планеты, приближаясь к Солнцу, то преобразуют часть своей потенциальной энергии в кинетическую, то, удаляясь от него, вновь увеличивают запасы своей потенциальной энергии. И ровно столько, сколько было израсходовано потенциальной энергии при преобразовании ее в кинетическую, будет вновь получено при преобразовании кинетической энергии в потенциальную. Это тот же маятник, только удаленный от нас, невидимый, а маятник земной мы можем, как говорится, и ощущать.

А разве не удивляет то, что маятник Фуко, установленный в Исаакиевском соборе, наглядно показывает принцип вращения Земли? Маятник — великое изобретение, и, не будь открыто маятниковое движение, мы, возможно, до сих пор пользовались бы водяными клепсидрами или песочными часами. Вот почему я с таким восхищением смотрю на простой, обыкновенный маятник.

Коллега А. Я пока не вижу никакой связи между твоим восхищением маятником и твоими мечтами об использовании энергии окружающего пространства.

Коллега Б. Я тебе еще не рассказал всего того, что думаю о маятнике. Принцип этот существует не только в механике. Он прекрасно осуществлен в радиотехнике. В любом колебательном контуре энергия попеременно преобразуется то в электрическую форму, то в магнитную. И это удивительное преобразование совершается тем большее количество раз, чем меньше будут собственные потери в колебательном контуре.

Коллега А. Ну и что же ты нашел в этом особенного? Теперь каждый школьник, каждый радиолюбитель знает, как устроен колебательный контур. Теория его изучена, а практика льется через край.

Коллега Б. Я уже говорил, что порой даже самые простые, самые привычные понятия и факты требуют анализа и исследования. Часто, к сожалению, очень часто мы, свыкнувшись с ними, перестаем критически относиться к ним.

Но раз уж мы заговорили о радиотехнике, то я хочу напомнить тебе о прекрасной механической модели, иллюстрирующей принцип работы связанных контуров. Любой из нас даже в домашних условиях может поставить интересный опыт. Он крайне прост, но дает много пищи для размышлений.

Между спинками двух стульев натяни бечевку длиной примерно полметра и подвесь на нее на некотором расстоянии друг от друга два грузика (скажем, две гайки) на нитках длиной 30—40 см. Получатся два маятника на мягких подвесках. Теперь оттяни один из грузиков и отпусти его. Он, понятно, начнет качаться. И тут мы увидим следующую картину: амплитуда качающегося маятника станет постепенно затухать, но зато второй маятник, который был до этого в покое, начнет сам раскачиваться, и чем дольше, тем больше. Наконец, амплитуда второго маятника сравняется с амплитудой первого маятника. Первый маятник, таким образом, передаст часть своей энергии второму маятнику, иначе как же объяснить это явление? Казалось бы, в дальнейшем колебания обоих маятников должны затухать одновременно. Но произойдет необычное: амплитуда колебаний первого маятника по-прежнему будет затухать и упадет в конце концов до нуля, а амплитуда колебаний второго будет все увеличиваться и увеличиваться, пока наконец не достигнет своего максимума. Затем они поменяются ролями, и процесс повторится еще несколько раз.

Коллега А. И что же тут необычного? Этот опыт видели, наверное, многие студенты и даже школьники.

Коллега Б. Я тоже думаю, что его видели многие. Но едва ли задумывались над такими вопросами: почему энергия первого маятника «перекачивается» второму даже тогда, когда амплитуда первого стала уже меньше амплитуды второго маятника? Почему энергия низшего потенциала переходит к маятнику с энергией более высокого потенциала? Почему второй маятник как бы концентрирует на себе всю энергию первого маятника? И это наглядно видно в данном опыте, так как амплитуда первого маятника действительно доходит до нуля, тогда как второй маятник в это время раскачивается с максимальной амплитудой. Почему нет одновременного выравнивания и усреднения энергии между этими двумя маятниками? Все здесь кажется очень простым, но если задуматься, то все это не так-то просто.

Коллега А. Ты, видимо, любишь философствовать по всякому поводу...

Коллега Б. Друг мой! Как бы мне хотелось дать тебе вторые глаза. В простом, ставшем уже будничным, ты действительно не хочешь видеть философской стороны.

Коллега А. У нас очень много философов, но, помоему, все они стоят по ту сторону техники, конкретных наук.

Коллега Б. Я не о философах говорю, а о философском смысле. Слово «философия» меня не отталкивает, как это бывает с некоторыми представителями «чистой» науки, а привлекает. Истинный ученый не может не быть философом в своем любимом деле, ибо слово «философия» означает не что иное, как стремление к мудрости, к глубокому смыслу. Не признавать за учеными права на такое стремление по меньшей мере непростительно.

Коллега А. Я не вижу, чтобы наши знания о колебательном контуре от такого рассуждения стали шире и глубже.

Коллега Б. Знаю. Всякий, кто считает себя на вершине книжных знаний, не может без труда допустить иного толкования описанных в книгах явлений. Вот если бы мы встретились с тобой этак лет через 30—40, то, я думаю, мы легче нашли бы общий язык.

Коллега А. Что нам стоит мысленно перенестись лет на 20—30 вперед? Я согласен.

Коллега Б. Представим себе, что мы оба живем в 2000 году и случайно зашли в лекторий, где идет популярная лекция по энергоинверсии. Послушаем, о чем говорит лектор.

«Такие слова, как «энергетическая инверсия», «инвертор», «инвертоника», применительно к самому главному, чем живет человек, — к энергетике — сравнительно недавно вышли на страницы наших учебных программ.

Энергоинверсия — это обобщенное понятие о новых методах получения энергии за счет инверсии, т.е. за счет перемещения (перестановки) тепла окружающего пространства. Как и кибернетика, эта новая область науки прошла сложный путь развития. Так же как и кибернетику в свое время, ее называли лженаукой, третировали как неправильно понятые и ложно истолкованные высказывания классиков марксизма, а отдельных энтузиастов-исследователей, пытавшихся хоть немного продвинуться вперед на этом пути, называли невеждами. Но все это теперь позади, и мы можем сегодня не с опаской, а с восхищением перед человеческим разумом рассмотреть основные принципы этой новой области знаний.

Чтобы понять смысл этой дисциплины, надо сначала обратиться к таким привычным для нас системам, как колебательный контур, механический маятник и т. п. Что примечательного в этих системах? Примечательно в них то, что сообщенная им энергия длительное время совершает взаимные превращения одного вида энергии в другой и обратно. В колебательном контуре электрическая энергия конденсатора преобразуется в магнитную, а магнитная обратно в электрическую, и так несколько раз. В механическом маятнике, представляющем собой тоже колебательный контур, происходит поочередное превращение потенциальной гравитационной энергии в кинетическую форму энергии и обратно».

Коллега А. В этом я пока не вижу ничего нового. Подобными рассуждениями ты меня уже осаждал.

Коллега Б. Не делай поспешных выводов, наберись терпения. Слушай, что говорит лектор...

«И, как часто бывает в науке, одни и те же факты, одни и те же закономерности под другим углом зрения обнаруживают признаки новой взаимосвязи. В этом нет ничего удивительного. Известны случаи, когда даже сами авторы, открывшие то или иное явление, затрудняются указать на главное следствие своего открытия. Достаточно вспомнить в связи с этим имена великого изобретателя Эдисона и великого физика Резерфорда. Первый сам открыл эмиссию электронов с накаленной вольфрамовой нити в вакууме, но упорно отрицал практические возможности ее использования. Теперь же все знают, что в мире нет ни одной радиолампы, которая не основана именно на этом явлении. Второй впервые в мире осуществил ядерную реакцию, но до конца своих дней упорно отрицал практическую возможность получения атомной энергии. Даже в 1933 г., т.е. почти накануне открытия цепной реакции, на годичном собрании Лондонского королевского общества он говорил, что «всякий, кто высказывается за возможность получения внутриатомной энергии в больших масштабах, говорит чистейший вздор». Как глубоко ошибся этот великий ученый в своих предсказаниях, теперь известно всем.

В какой связи нас интересует сейчас колебательный контур? Почему вводный раздел энергетической инверсии мы начинаем с рассмотрения маятника, который был известен еще древним? Ответ на этот вопрос очень простой: в колебательном контуре инверсия энергии в количественном отношении многократно превосходит потери энергии за тот же период обращения.

В том случае, когда внутренние потери колебательного контура компенсируются внешним источником энергии, колебания становятся, как известно, незатухающими (радиотехника, часовой механизм и т.п.).

Вывод о том, что в колебательном контуре инверсируемая (обращаемая) энергия превосходит потери за тот же период обращения, имеет глубокое принципиальное и исключительно важное значение. В самом общем виде можно сказать, что потери энергии за один период колебаний составляют 1/n долю запасенной в контуре энергии, где n — число периодов колебания.

В результате огромного труда исследователей дальнейшее развитие этой мысли привело к созданию такой колебательной системы, в которой тепловая энергия среды или тела в процессе колебания стала переходить в электрическую форму энергии, а последняя вновь в тепловую форму энергии. Именно это и привело к возможности управления перераспределением энергии окружающей среды как в сторону некоторого повышения, так и в сторону понижения теплового потенциала. Именно в теплоэлектрическом колебательном контуре идея концентрации и деконцентрации энергии окружающей среды нашла свое первое воплощение».

Коллега А. Говоря от имени лектора, ты хочешь сказать, что уже достигнута возможность преобразования менее организованной, т. е. хаотической, формы энергии в более организованную форму?

Коллега Б. И да, и нет. С точки зрения теории вероятности при более низкой температуре, как ты сам мне доказывал, существует наибольший беспорядок. С этой точки зрения повышение температуры есть переход к менее вероятному состоянию. Однако последующее преобразование тепловой энергии в электрическую форму энергии с упорядоченным движением электронов означает переход тепловой хаотической энергии молекул в еще более высокоорганизованную форму энергии.

Коллега А. Конечно, если бы удалось найти способ прямого преобразования тепловой энергии в электрическую с соотношением 1:1, то, возможно, возникли бы условия для осуществления идеи о колебательном контуре «тепло — электричество — тепло». Но пока таких условий нет. Если же исходить из термодинамических законов, то тепловая форма энергии не допускает стопроцентного преобразования ее в другие формы. Любая другая форма энергии (например, электрическая энергия на омическом сопротивлении) может стопроцентно переходить в тепловую форму энергии, однако обратный процесс, т.е. преобразование тепловой формы энергии в электрическую, согласно законам термодинамики принципиально невозможен. Имеющееся соотношение (Т1 – Т2)/Т1 - является пределом даже для идеального цикла.

Коллега Б. Тут я с тобой вновь решительно не согласен. И не потому, что это соотношение неверно, а потому, что оно не учитывает всех возможных процессов.

Коллега А. Попытайся доказать, что тепло окружающей среды может прямо и стопроцентно переходить в электрическую или какую-либо иную форму энергии.

Коллега Б. Доказать это можно очень просто. Я мог бы сослаться на эффект Гельмгольцевой теплоты в аккумуляторах и некоторых гальванических элементах, например в элементе Бугарского, но я сошлюсь прежде всего на опыты Ленца.

Коллега А. Ты имеешь в виду его опыт с замораживанием капли воды на спае двух разнородных проводников?

Коллега Б. Вот именно.

Коллега А. Не понимаю, какое отношение опыт Ленца имеет к обсуждаемой проблеме?

Коллега Б. Самое непосредственное. На этом опыте можно наглядно видеть, что количество электрической энергии, затрачиваемой на движение электронов в месте соединения разнородных проводников, значительно меньше того тепла, которое поглощается в этом месте из среды. Если бы тепло, образующееся на границе двух металлов (Джоулево тепло), было больше тепла, поглощаемого в месте спая, то, конечно, ни Ленцу, ни кому-либо другому не удалось бы заморозить каплю воды.

Вот и выходит, что в капле воды заморожена огромная сила. Надо только уметь в малом видеть большое.

Коллега А. Не понимаю, чему ты радуешься. Какую разгадку ты нашел в этом? В основе опыта Ленца лежит эффект Пельтье, и ничего больше.

Коллега Б. Я ничуть не сомневался, что ты так скажешь. Но вдумайся только в то, что на стыке двух разнородных металлов капля воды замерзла. В свете эффекта Пельтье тебе все это кажется элементарно простым. Я же отношусь к этому по-другому. Я тоже знаю эффект Пельтье и тем не менее удивляюсь опыту Ленца.

Коллега А. Воля твоя, можешь удивляться, чему хочешь.

Коллега Б. В том-то и беда, что вы, физические «ортодоксы», перестали, как я уже говорил, удивляться! Вы не хотите видеть дальше своего носа. А следовало бы. Внимательно присматриваясь к прохождению электрического тока через проводники разной химической природы, можно многое увидеть. Ты должен согласиться, что в эффекте Пельтье тепло, поглощенное в холодном спае, переносится к теплому спаю не в форме тепловой энергии, а в форме электронов, энергетический уровень которых соответствует химической природе проводника, соединяющего эти слан. Если бы это было не так, то мы обнаружили бы вдоль проводника или повышение его температуры, или наличие дополнительных электрических зарядов на нем. Однако ни того, ни другого не обнаруживается! Следовательно, тепловая энергия на холодном спае проводников непосредственно и стопроцентно преобразуется в энергию движущихся электронов. Кроме того, перемещение этой энергии совершается со скоростью электрических процессов, а не со скоростью теплопередачи. Сколько было поглощено тепловой энергии на спае разнородных металлов, ровно столько же ее будет заключено в движущихся электронах. Отрицать это ты не можешь, так как на горячем спае тепла выделится вновь столько же, сколько было поглощено на холодном спае. Вот и выходит, что прямое, стопроцентное преобразование тепловой энергии в энергию других форм в природе возможно. Закрывать глаза на это нельзя. А если присмотреться повнимательнее, то мы найдем, вероятно, и другие примеры подобных преобразований.

Коллега А. Ты хочешь, видимо, снова напомнить мне тот случай, который произошел несколько лет назад при разработке какого-то аппарата микроклимата на полупроводниках?

Коллега Б. Нет, сейчас мы ведем с тобой принципиальный спор, и нам нет необходимости ссылаться на печальные недоразумения.

Коллега А. Ты считаешь, что там было печальное недоразумение, а не ошибка?

Коллега Б. Наоборот, я считаю, что было слишком много ошибок.

Коллега А. В чем же там, по-твоему, было дело?

Коллега Б. Лучший ответ на это дали тогда те, кто наиболее остро критиковал якобы обнаруженный эффект. Я не стремился запоминать содержание подобных статей того времени, но одно место мне все же запомнилось. Вот что писали: «Было обнаружено, что даже если прекратить протекание через аппарат воды, из которой он черпает тепловую энергию, то к.п.д. аппарата все же превышает 100%. Если бы это было так, то это было бы действительно «чудом» — нарушением закона сохранения энергии и доказательством возможности вечного двигателя».

Коллега А. Но, по-видимому, так там все и было? По-моему, это очень объективная оценка.

Коллега Б. Для того чтобы давать объективную оценку чему-либо, надо сначала хорошо изучить то, что собираешься оценивать, а из приведенной мною выдержки видно, что авторы вообще не знали, о чем они говорят. Если же предположить, что они видели и даже знали предмет своей критики, то станет совершенно непонятным, каким образом они умудрились в одном утверждении нагромоздить столько принципиальных ошибок.

Коллега А. По-твоему выходит, что ошибка содержалась в оценке, да к тому же еще и публичной? В чем же она состоит?

Коллега Б. Попробуем проанализировать приведенное выше утверждение вместе. Из него следует, что до выключения воды аппарат черпал тепловую энергию из нее, и это, как видно из текста, авторов оценки не смущало...

Коллега А. А почему это должно смущать? Существуют же тепловые насосы различных типов, которые черпают тепловую энергию из воды, грунта и т.д.

Коллега Б. Приятно слышать от тебя такие слова. Но они расходятся с тем, что ты несколько минут назад утверждал. Ты только что говорил, что все окружающие нас тела находятся в тепловом отношении в равновесии и их тепловая энергия является «мертвой», «бесплодной», «бесполезной» и т.д. А теперь выходит, что из «мертвой» «бесплодной» энергии можно извлекать какую-то пользу. Где же в таком случае твоя научная совесть?

Коллега А. Но ведь было сказано, что вода выключена. В этом-то случае к.п.д. аппарата уж никак не может быть выше 100%.

Коллега Б. Вот в этом-то и состоит ошибка. В тепловом насосе, работающем по схеме Пельтье, к.п.д. принципиально не может быть ниже 100%, ибо это означало бы исчезновение подводимой электрической энергии. Исчезновение же энергии так же противоестественно, как и ее создание из ничего. По закону Джоуля электрическая энергия на омическом сопротивлении, как тебе хорошо известно, целиком (т.е. стопроцентно) переходит в тепловую форму энергии. Эта тепловая энергия не может исчезнуть. Так как на холодном спае нет выделения энергии (он сам поглощает энергию), то, следовательно, эта тепловая энергия выделяется на горячем спае вместе с переносимой теплотой Пельтье. Таким образом, стопроцентный к.п.д. такого аппарата обеспечен автоматически.

А так как изолировать систему от окружающей среды, даже после того как отключили воду, нельзя (это даже богу, наверное,, не под силу сделать), то к холодному спаю всегда будет идти поток энергии от окружающей среды. Он будет меньше, чем от воды, но он будет идти. Этот дополнительный поток энергии, суммируясь с Джоулевым теплом, и обеспечивает общий коэффициент полезного действия, превышающий 100%. В такой системе к. п. д. не только не может быть меньше 100%, он не может быть даже равен 100%, он всегда может быть только выше 100%.

Коллега А. но разве ты не видишь, что это противоречит закону сохранения энергии!

Коллега Б. Нисколько. Именно в этом-то и заключена еще одна твоя ошибка. Получение дополнительной тепловой энергии не означает, что она получена «из ничего». Источник этой энергии в данном случае более чем ясен — это энергия окружающей среды, и закрывать глаза на него нельзя.

Коллега А. По-твоему, выходит, что если подобное устройство использовать в качестве отопительного прибора, то в некоторых случаях с его помощью можно получить тепла даже больше, чем вообще можно его получить при полном превращении электрической энергии в тепловую?

Коллега Б. Совершенно справедливо. И в этом нет ничего удивительного. Мы только что разбирали схему работы электрической цепи, состоящей из разнородных проводников, в которой, согласно эффекту Пельтье, тепло переносится от холодного спая к теплому спаю сверх того тепла, которое выделяется за счет потерь на омическом сопротивлении этой цепи.

Коллега А. Но это означает, что коэффициент полезного действия такой установки в месте выделения тепла будет выше 100%. Я уже говорил, что этого быть не может.

Коллега Б. Опять неверно. Никакого нарушения закона сохранения энергии здесь нет и не может быть. Я еще раз подчеркиваю, что, сколько тепловой энергии поглотится из окружающей среды на холодном спае, ровно столько выделится на горячем спае.

Коллега А. Но мне помнится, что по этому поводу было очень много разговоров...

Коллега Б. От подобных разговоров, вероятно, очень трудно избавиться. Всегда есть люди, которые жаждут похорон всего нового. Для них теперь найдено даже специальное определение — мезонисты, т.е. люди, боящиеся нового. Печально, но это реальная действительность.

Коллега А. А как к указанному факту отнеслись физики? Это, по-моему, прежде всего их забота.

Коллега Б. По-разному. Одни выступали резко против— это те, которые знали дело издалека. Другие самоотверженно боролись «за» — это те, которые знали существо вопроса. Но я не придаю чрезмерно большого значения узкому профилю в науке. В науке очень часто фундаментальные открытия делали как раз не те, которым следовало бы их сделать. Велосипедные мастера братья Уилбер и Орвилл Райт, как известно, положили начало авиации, а член Французской академии наук Лоланд упорно стоял на позиции, что летать на аппаратах тяжелее воздуха принципиально нельзя. Первые опыты по искусственным источникам тока провел Луиджи Гальвани, хотя он был не физиком, а физиологом. Да мало ли таких примеров, когда люди из другой области знаний своим творчеством обогащали ту или иную науку.

Коллега А. Но теперь науки резко обособились, теперь стало гораздо труднее разобраться даже в смежных областях знаний. Если говорить о полупроводниках, например, то, я думаю, мнение узких специалистов в этой области должно быть наиболее авторитетным.

Коллега Б. Я с этим согласен. Но имей в виду, что нет таких специалистов, которые были бы всегда непогрешимы при оценке новых вопросов.

Коллега А. Я тоже не придерживаюсь крайних суждений, но знать мнение специалистов узкой области необходимо.

Коллега Б. Если отбросить крайние суждения, то наиболее правильно мнение специалистов, зарекомендовавших себя в области полупроводниковой техники, сводилось к следующему: «Электронные полупроводниковые приборы позволяют перекачивать тепла больше, чем электроэнергия, затрачиваемая на эту перекачку. Нужно подчеркнуть, — говорили они, — что здесь нет никакого нарушения закона сохранения энергии, как это может показаться при невнимательном рассмотрении вопроса. Речь идет не о том, что создается новая энергия, а только о том, что электронный поток позволяет перекачать энергии тепловой больше, чем электрическая энергия, затрачиваемая на создание электронного тока».

Коллега А. Это, конечно, важное высказывание, и оно льет воду на вашу мельницу. Однако я считаю, что возможность полного круговорота энергии этим еще не доказывается.

Коллега Б. Я не утверждало, что это уже полное решение проблемы круговорота энергии. Но кто откажется уже сейчас вместо 100 кал, содержащихся в потребляемой электроэнергии, получить 150 или 200 кал тепла за счет энергии окружающего пространства? Разве калории мечены или вторые менее ценны, чем первые? Если я хочу согреться в теплом помещении, то едва ли буду разбираться в том, какие калории меня греют. Разве калории пахнут?

Тепловые насосы и им подобные устройства — это первая, хотя и маленькая ступень к использованию человеком круговорота энергии в природе. Пути к полному торжеству идеи уже вырисовываются. Если мы будем не отвергать эту цель, а добиваться ее, то постепенно найдем и средства ее достижения. Изучение электронных переходов на границах веществ с различной химической природой, применение новейших средств исследования явятся существенным шагом на этом пути.

Во всяком случае, «учение о превращении движения ставит вопрос в абсолютной форме, и от него нельзя отделаться при помощи негодных отсрочек векселей или увиливанием от ответа... Круговорота (энергии) не получится, пока не будет открыто, что излученная теплота может быть вновь использована», т. е. может опять производить работу и переходить в другие формы энергии.

Эти слова принадлежат великому Фридриху Энгельсу, и я не думаю, что они потеряли свое значение. Они звучат для нас набатным призывом. Уверен, что целеустремленное сосредоточение творческих сил позволит решить и эту грандиозную проблему.

Коллега А. Ты, я вижу, оптимист до мозга костей.

Коллега Б. Да.

Коллега А. Как скоро, по-твоему, придет то время, когда защищаемое тобою направление получит признание науки?

Коллега Б. Это трудно предсказать. Раньше я думал, что до этого пройдет очень много времени. Однако некоторые факты говорят о том, что сроки могут сократиться.

Коллега А. Что ты имеешь в виду?

Коллега Б. Видишь ли, еще несколько лет назад понятие концентрации энергии отождествлялось с поразительным невежеством, а теперь этот термин вошел уже в университетские курсы термодинамики и в учебники общей теплотехники для вузов.

Коллега А. Но это относится, по-моему, пока только к большим мирам, ко Вселенной.

Коллега Б. Я доволен и этим. Пусть сначала будет признано для Вселенной. Вселенная — это тоже природа. Следующим этапом будет признание права на эти процессы и на нашей грешной Земле. Утверждать обратное станет все труднее и труднее. Даже в домашней обстановке каждый, у кого есть холодильник, видит, что потребляемая из сети электроэнергия идет не в охлаждаемую камеру (в этом случае камера не охлаждалась бы, а нагревалась), а преобразуется в конечном счете в тепло, и только в тепло. Тепло, отнятое от холодильной камеры, выделяется, как известно, за пределы холодильника. Делившаяся дополнительная энергия затем вновь возвращается через теплопередачу стенок в холодильную камеру, и вот вам первый круговорот энергии, организованный человеком. Пройдут годы, и из маленькой искры надежды возгорится настоящее пламя в буквальном смысле этого слова за счет энергии окружающей среды.

Коллега А. Ну что ж, время покажет, кто прав.

Коллега Б. Да тут и ждать-то осталось очень недолго.

Коллега А. Что ты имеешь в виду?

Коллега Б. А разве энергетический кризис, уж,е проявивший себя во многих странах, не вынудит человечество искать новые источники энергии? Вынудит, очень скоро вынудит.

Коллега А. Да, это верно, что запасы ископаемого топлива не неисчерпаемы. Но есть еще надежда на ядерное и термоядерное топливо.

Коллега Б. Что касается ядерного топлива, то запасы его тоже не бесконечны, а о широком использовании термоядерного топлива надо еще очень много и крепко подумать.

Коллега А. Я уверен, что со временем будут найдены вполне эффективные средства защиты от вредного влияния излучений таких источников.

Коллега Б. Вот то-то и оно, что здесь есть еще и другие проблемы. А самое главное состоит в том, что неизбежное повышение радиации и все живое — это две совершенно несовместимые субстанции.

Коллега А. Отчаиваться не надо. Ты же сам как-то приводил слова Циолковского о том, что человечество и в этом случае все-таки извернется.

Коллега Б. Да, извернется. И уже вот-вот наступит момент, когда надо будет начать изворачиваться.

Коллега А. Что ты имеешь в виду?

Коллега Б. А взять хотя бы мнения наиболее крупных физиков нашего времени. У тебя, я думаю, нет сомнений в компетентности академика Ландау?

Коллега А. Ну еще бы! Это широкоизвестная и незаурядная личность в науке нашего времени.

Коллега Б. А я когда-то учился вместе с ним, мы с ним однокашники по институту.

Коллега А. Ну и что же?

Коллега Б. А то, что он, будучи уже академиком, в одной из своих работ писал: «Наше существование ни в какой степени не оправдывает невообразимо малую вероятность флюктуации, приведших к образованию Вселенной в современном виде. Таким образом, противоречие остается в полной силе. Это указывает на то, что основные представления о пространстве и времени, а также основные законы, которые мы до сих пор считали незыблемыми, в чем-то нехороши. Где-то в фундамент науки надо внести поправки».

Коллега А. И что же ты думаешь?

Коллега Б. Я думаю, что важную роль в разрешении этой проблемы должны будут сыграть физика электрона и кибернетика. Кибернетика сформировалась как самостоятельная наука именно благодаря тому, что было открыто единство процессов управления, где бы они ни происходили, ибо все они характеризуются точной количественной мерой — уменьшением энтропии. Это очень важный вывод, и он должен быть взят на вооружение.

Большое значение будут иметь также термохимические элементы и новые методы интроскопии, которая в конечном счете позволит наблюдать движение электронов внутри проводящих тел. Но все это только этапы трудного пути. Реальные же средства разрешения проблемы будут найдены только при планомерной, целеустремленной и широко поставленной работе. Старое никогда добровольно не сдает своих позиций. Об этом ярко пишет академик Н.П. Дубинин в своей замечательной книге «Вечное движение», в 1975 г. вышедшей вторым изданием в издательстве «Политическая литература». Здесь мы читаем: «Идейная борьба сопутствует любому процессу рождения нового, и чем значительнее это новое, тем больше накал этой борьбы, ибо в это время особенно велико влияние противостоящих друг другу социальных и идеологических сил, характеров и стремлений людей», Общеизвестно, что гены, науке о которых посвятил свою жизнь Н. П. Дубинин, — это основа основ всей живой материи. А электрон, электроны? Это тоже одна из важнейших основ всех межатомных и межмолекулярных взаимосвязей, в том числе и в живой клетке.

Наш разговор, вероятно, можно закончить такими словами: кто хочет что-либо решить, тот ищет пути решения, а кто не хочет, тот ищет причины, оправдывающие его нежелание заниматься проблемой.

Мы неустанно будем искать пути решения проблемы. Она актуальна и своевременна, она несет с собой важнейший элемент техники коммунизма, и решение ее нельзя откладывать на долгие годы.

Источник - Ощепков П.К. Жизнь и мечта. - М.: Московский рабочий, 1977

10.04.2018