Л. МАЙСТРОВ,
кандидат физико-математических наук
СЮЖЕТ ДЛЯ ФАНТАСТИЧЕСКОГО РАССКАЗА
- Что имеет два конца и ни одного начала?
- Палка.
- Что имеет два начала и ни одного конца?
- Термодинамика.
(Из студенческого фольклора)
Энергия может переходить из одного вида в другой, но при этом она не возникает и не исчезает. Так звучит первое начало термодинамики. Среди самых различных видов энергии выделяется тепловая: ее нельзя целиком превратить в другой вид энергии. Это - второе начало. Когда его сформулировали, то пришлось ввести специальное понятие - энтропия. Оно как раз и характеризует долю той энергии, которая не может быть превращена в работу. Главное свойство энтропии: в замкнутой системе она никогда не уменьшается - либо остается постоянной, либо повышается. Второе начало термодинамики в формулировке Клаузиуса говорит об этом: "С течением времени энтропия всякой изолированной системы стремится к максимуму". Достигнув максимума энтропии, изолированная система пребывает в состоянии теплового равновесия. Таким образом, физические тела переходят от состояний менее вероятных к состояниям более вероятным. Это все мы и наблюдаем в окружающем нас мире. Классический пример: в комнате находится нагретый утюг. То есть одно тело имеет температуру выше всех окружающих предметов. Это маловероятное состояние. Постепенно утюг и окружающие его предметы сравнивают свои температуры, энтропия системы "комната - утюг" достигнет максимума.
Распространив второе начало термодинамики на всю Вселенную, известный физик В. Томсон еще в 1852 году пришел к выводу о неизбежности тепловой смерти Вселенной.
Согласно этой теории, со временем температура всех тел Вселенной будет выравниваться, все преобразования энергии и любые движения будут происходить все более вяло, и, наконец, наступит момент, когда все тела примут одинаковую температуру, передача и преобразование энергии прекратятся полностью, движение в любом его виде будет невозможно. Вселенная придет в состояние термодинамического равновесия. Наступит "тепловая смерть".
Против теории тепловой смерти выступили многие ученые. Ведущую роль среди них играл Л. Больцман, крупнейший физик-теоретик. Он выдвинул теорию, которая коротко состояла вот в чем. Вся Вселенная в целом находится в состоянии теплового равновесия, но в отдельных ее частях происходят отклонения флуктуации - от этого состояния, затем происходит выравнивание, а флуктуация может возникнуть в другой части Вселенной. "Можно представить себе Вселенную как механическую систему, - писал Больцман, состоящую из громадного числа составных частей, и с громадной продолжительностью существования, так что размеры нашей системы неподвижных звезд ничтожны по сравнению с протяженностью Вселенной, и времена, которые мы называем эрами, ничтожны по сравнению с длительностью ее существования. Тогда во Вселенной, которая, в общем, везде находится в тепловом равновесии, то есть мертва, то тут. то там должны существовать сравнительно небольшие области протяженности звездного пространства (назовем их единичными мирами), которые в течение сравнительно короткого времени эры значительно отклоняются от теплового равновесия, причем одинаково часты такие, в которых вероятность состояния увеличивается, и такие, в которых она уменьшается." (Разрядка наша. - Л. М.)
Задумаемся над этими последними словами.
Из флуктуационной гипотезы вытекает, что сейчас мы живем во время затухания грандиозной космической флуктуации, а когда-то - при нарастании флуктуации - статистические процессы должны были идти в обратном направлении: тепло переходило от холодного тела к горячему, звезды не излучали энергию, а поглощали ее и т. д.
Какой простор для воображения фантастов открывается тут!
Периоды времени, отделяющие возрастание флуктуации от ее затухания, огромны. Время существования Земли, а тем более человечества, ничтожно мало по сравнению с ним. Следовательно, могло случиться так, что наша Земля возникла бы при нарастании космической флуктуации.
Жизнь тогдашних землян во многом отличалась бы от нашей. Ведь при возрастании флуктуации, когда в любой замкнутой системе энтропия уменьшается, физические процессы развиваются "наоборот", потому что тепло переходит от холодного тела к более нагретому. На улице холоднее, чем дома. Для того чтобы нагреть помещение, нужно открыть форточки. Все окна по-прежнему заклеивают, двери обивают, но тепло все равно лезет во все щели. В домах, как и сейчас, устанавливают обогревательные аппараты - камины, печи, радиаторы, которые своим нагревом охлаждают помещение. И чем дольше включены, тем они сильнее разогреваются - за счет охлаждения помещения.
Если температура внутри помещения ниже, чем температура вне помещения, то вести себя нужно наоборот. При открытых форточках помещение остывает. Для нагрева нужно включить холодильные установки, которые будут самостоятельно охлаждаться и тем самым нагревать помещение. Это "наоборот" преследует всюду. Чтобы вскипятить воду, ее необходимо поставить в холодильник. Все животные, в том числе и человек, не выделяют энергию, а поглощают ее. Если ее не удается компенсировать физической работой, необходимо принимать пищу, которая поглощает энергию животного и выбрасывает ее вовне его тела. Поэтому можно представить себе следующую картину. Когда наступает голод, животные начинают усиленно бегать и прыгать, но таким образом им все равно не удается расходовать всю энергию, вырабатываемую организмом, и если не поступает пища, животные гибнут от избытка энергии.
