Под знаком необратимости (Очерки о теплоте) - [2]

В начале 1960-х годов с помощью тепловидения стали распознавать симптомы опасных заболеваний раньше, чем другими методами. Так, темные пятна над надбровными дугами, означающие, что их температура ниже температуры других участков лица, свидетельствуют о сужении кровеносных сосудов, предшествующем инсульту — кровоизлиянию в мозг. Инфравидение позволило также обнаруживать злокачественные опухоли, скрытые глубоко под кожей. Скорость деления клеток опухоли больше, чем у здоровой ткани, поэтому ее температура на 1,5–2 °C выше и на инфраграмме она выглядит светлым пятном на темном или сером фоне.

По повышению температуры можно судить о заболевании не только человека, но и растений. Здоровое зеленое растение обычно хорошо отражает падающие на него инфракрасные лучи. Растения больные, высыхающие теряют эту способность. Поэтому с помощью инфракрасной аэрофотосъемки удавалось установить заболевание лесов за три года до появления явных симптомов.

Но остановимся: возможные области применения приборов инфракрасного видения бесконечны, ибо бесконечно разнообразие процессов, происходящих в окружающем нас мире. А всякий реальный процесс в природе, всякое реальное движение обязательно сопровождаются более или менее заметными, более или менее явственными тепловыми эффектами. Не будет преувеличением сказать: тайна рождения многих наук заключается лишь в том, что их основоположники сумели очистить реальные процессы от шелухи «тепловых наслоений». Сделать это легче всего было, конечно, там, где такие «наслоения» были минимальны. Вот именно поэтому раньше всех других наук родилась астрономия…

Глава I МИР, В КОТОРОМ ВСЕ ПОНЯТНО, НО КОТОРОГО НЕТ

«Астрономия первая показала нам, что существуют законы, — писал в начале нашего века знаменитый французский математик и механик Анри Пуанкаре. — Наученные этим опытом, мы лучше разглядели наш собственный мир, где под кажущимся беспорядком нашли ту же гармонию, с которой нас познакомило изучение неба. Наш земной шар тоже подчиняется законам, но они более сложны, находятся в кажущемся противоречии друг с другом, и глаз, не привыкший к иного рода зрелищам, видел бы в мире один лишь хаос и царство случая и каприза».

Какое зримое, какое явственное, какое коренное различие!

Идеальный, но бесконечно далекий от нас мир небесных тел, и реальный, бесконечно близкий, определяющий все наше существование мир родной планеты. С одной стороны — движение миров, предсказуемое на сотни лет вперед, с другой — погода, которую не всегда удается предсказать с уверенностью даже на несколько суток вперед.

Значит, движение атомов и молекул на Земле подчиняется иным законам, чем в космическом пространстве? Значит, физика явлений изменяется по мере их удаления от нас? И если нет (ибо предполагать такую возможность было бы возвратом к тому самомнению, от которого человечество было отучено Коперником и Дарвином), то в чем же различие между движением тел в космосе и на Земле?

Мы не ошибемся, сказав: все это различие имеет своей причиной один-единственный физический процесс — понимаемое в широком смысле слова трение. То есть трение, понимаемое как процесс непосредственного превращения различных форм движения в тепловое движение. В представлении большинства людей трение — это процесс выделения теплоты между двумя движущимися относительно Друг друга твердыми поверхностями. Но ведь теплота выделяется и тогда, когда вязкая жидкость движется в трубе или в канаве. И тогда, когда в самой вязкой жидкости возникают турбулентные вихри. Поэтому такие процессы тоже можно назвать трением. Трением можно назвать и выделение теплоты в проводнике, по которому течет электрический ток. Наконец (пока мы просим читателей поверить нам на слово), трением можно назвать даже такой процесс, как движение теплоты от нагретого к холодному концу теплопроводного стержня.

Накладываясь на идеальные процессы — абстракции, исследованием которых занимается классическая механика, классическая электродинамика, классическая термодинамика, — широко понимаемое трение резко изменяет картину идеального мира, такого, каким он должен был бы быть, если бы в нем выполнялись законы только этих наук.

Действительно, в полном соответствии с законом сохранения энергии все формы движения могут сколь угодно долго и без малейших потерь переходить одна в другую. В принципе, такие взаимопревращения, не затухая, могут продолжаться вечно, и в этом смысле все формы движения равноправны. Но если в цепь, состоящую из механических, электромагнитных, химических и других элементов, включить звено, в котором есть трение, электрическое сопротивление или теплопроводность, картина меняется. Каждое из таких звеньев оказывается своеобразной ловушкой, в которой различные формы движения превращаются в тепловое. А это превращение принципиально отличается от остальных тем, что оно никогда не может быть полностью обратимым. Вот почему включение подобного звена в цепь взаимопревращений приводит к тому, что движение в цепи затухает, и тем быстрее, чем больше трение.

В действительности идеальных элементов, в которых трение отсутствовало бы полностью, нет. Поэтому во всякой реальной цепи, в каждом элементе с той или иной интенсивностью выделяется теплота, и всякий процесс поэтому со временем затухает. Чтобы возобновить или поддержать его, бессмысленно подводить к цепи выделившуюся из нее теплоту. Для этого надо питать ее либо электрическим током, либо приводить в движение механическим двигателем. Таким образом, трение, генерирующее в цепи тепловое движение, делает процесс необратимым. Именно в этой необратимости лежит фундаментальное различие между воображаемым идеальным миром, в котором все процессы полностью обратимы и вечны, и реальным, в котором все процессы в большей или меньшей степени необратимы и потому рано или поздно затухают.