Глава четвертая. «ТЕПЛОВАЯ СМЕРТЬ ВСЕЛЕННОЙ», БИОЛОГИЯ, ТЕПЛОВОЙ НАСОС

Глава четвертая.

«ТЕПЛОВАЯ СМЕРТЬ ВСЕЛЕННОЙ», БИОЛОГИЯ, ТЕПЛОВОЙ НАСОС

Даже небольшая кучка людей может создать большую путаницу.

Б. Франклин

4.1. «Тепловая смерть Вселенной» и ppm-2 

Первая часть второго закона термодинамики — положение о существовании энтропии и ее неизменности в обратимых процессах — не вызывает теперь ни у кого сомнений.

Иная ситуация сложилась с другой частью этого закона — положением о неизбежном возрастании энтропии в реальных, необратимых процессах. Дискуссия по поводу принципа возрастания энтропии и границах его применимости началась с того самого момента, когда Клаузиус его сформулировал. Дело в том, что он не ограничил область применения закона возрастания энтропии изолированными системами конечных размеров, а распространил его действие ни много, ни мало на всю Вселенную! Это неизбежно приводило к очень далеко идущим выводам.

^{Рис. 4.1. Рудольф Клаузиус}

Клаузиус писал об этом так: «Работа, могущая быть произведенной силами природы и содержащаяся в существующих движениях небесных тел, будет постепенно все больше и больше превращаться в теплоту[58]. Теплота, переходя постоянно от более теплого к более холодному телу и стремясь этим выравнивать существующие различия в температуре, будет постепенно получать все более и более равномерное распределение и наступит также известное равновесие между наличной в эфире лучистой теплотой и теплотой, находящейся в телах. И, наконец, в отношении своего молекулярного расположения тела приблизятся к не которому состоянию, в котором, что касается господствующей температуры, совокупное рассеяние будет возможно наибольшим». И далее: «Мы должны, следовательно, вывести заключение, что во всех явлениях природы совокупная величина энтропии всегда может лишь возрастать, а не уменьшаться, и мы получаем поэтому как краткое выражение всегда и всюду совершающегося процесса превращения следующее положение: энтропия Вселенной стремится к некоторому максимуму.

Чем больше Вселенная приближается к этому предельному состоянию, в котором энтропия достигает своего максимума, тем больше исчезают поводы к дальнейшим изменениям, а если бы это состояние было, наконец, вполне достигнуто, то не происходило бы больше никаких дальнейших изменений, и Вселенная находилась бы в некотором мертвом состоянии инерции.

Настоящее состояние Вселенной пока что еще очень далеко от этого предельного состояния, и приближение к нему совершается столь медленно, что все те промежутки времени, которые мы называем историческими, представляют собою совершенно краткие отрезки по сравнению с теми чрезвычайно огромными периодами, в которых нуждается Вселенная, чтобы получились сравнительно ничтожные превращения. Все же остается важным результатом тот вывод, что найден закон природы, который позволяет уверенно заключить, что во Вселенной не все является круговоротом, а что она все дальше и дальше меняет свое состояние в определенном направлении и стремится таким образом к некоторому предельному состоянию».

В поддержку этого положения Клаузиуса высказался, хотя и в более осторожной форме, В. Томсон (Кельвин). В дальнейшем теория «тепловой смерти» отстаивалась учеными, стоявшими на идеалистических философских позициях. Наиболее четко их точку зрения выразил известный английский астрофизик Д. Джине (1877-1946 гг.). Будучи хорошим популяризатором, он нашел выразительный, поистине пугающий образ Вселенной в виде машины, доживающей свой век: «Машина Вселенной постоянно ломается, трескается и разрушается; реконструкция ее невозможна. Второй закон термодинамики заставляет Вселенную двигаться все время в одном направлении по дороге, которая приводит к смерти и уничтожению».

Наиболее активно за теорию «тепловой смерти» ухватились церковники, поскольку она «работала» непосредственно на них. Папа Пий XII, один из самых реакционных пастырей католической церкви, друг и защитник Гитлера, изрек по этому поводу: «Закон энтропии, открытый Рудольфом Клаузиусом, дал нам уверенность в том, …что в замкнутой материальной системе… в конце концов процессы в макроскопическом масштабе когда-то прекратятся. Эта печальная необходимость свидетельствует существовании Необходимого Существа».

Лучше всего об ошибке Клаузиуса, обобщившего принцип возрастания энтропии на всю Вселенную (из-за чего и «загорелся сыр-бор»), написал М. Планк: «Едва ли вообще есть смысл говорить об энергии или энтропии мира, ибо такие величины не поддаются точному определению».

Что же касается конкретных теорий, связанных с причинами, исключающими распространение «на всю Вселенную» принципа возрастания энтропии, то в этом направлении работали и работают многие ученые, начиная с Л. Больцмана. Этот вопрос выходит за рамки нашей задачи; с ним можно ознакомиться не только по специальной литературе [1.24-1.25], но и научно-фантастической [2.18].

^{Рис. 4.2. Людвиг Больцман}

Из всего того, о чем говорилось выше, вывод может быть однозначным: где бы ни проходила граница применимости положения о возрастании энтропии, а следовательно, и второго закона в целом, она проходит достаточно далеко от условий, существующих в известной нам части Вселенной. Для тех, кто занимается земной и даже космической энергетикой, второе начало термодинамики незыблемо.

Правильность второго закона вовсе не определяет неизбежность «тепловой смерти» Вселенной. Точно так же отрицание «тепловой смерти» вовсе не ведет к отрицанию второго закона термодинамики — это разные вещи. Второй закон действует «в пределах своей компетенции» неотвратимо; эти пределы, как мы видим, достаточно широки.

Здесь действует тот самый принцип соответствия Н. Бора, о котором мы упоминали в «Рассуждении о законах». Более широкие законы релятивистской термодинамики, опровергающие тепловую смерть Вселенной, которые сейчас создаются, никогда не отменят ее второго закона, а будут включать его как частный случай, сохраняющий силу в определенных для него пределах (так же, как классическая механика входит как часть в механику релятивистскую).

Сторонники ppm-2, защищающие возможность использования в энергетике «концентрации энергии» на основе уменьшения энтропии, никак не могут смириться с тем, что отрицание «тепловой смерти» и отрицание закона возрастания энтропии — вещи разные. Они упорно твердят о том, что раз теория тепловой смерти неверна, то неверен и второй закон, «из которого она следует». Тот факт, что она из второго закона никак не следует и такой «логический ход» (экстраполяция закона за пределы его применимости) недопустим, игнорируется.

Из всего предыдущего ясно, что опрокинуть второй закон термодинамики перенесением дискуссии на масштабы Вселенной нельзя. Тем более невозможно доказать таким путем (несмотря на широкое использование цитат из классиков науки) существование «антиэнтропийных» процессов, т. е. идущих с уменьшением энтропии, пригодных для реализации ppm-2.[59]

Шаткость «космической» базы антиэнтропийных теорий заставляет защитников ppm-2 искать для них более надежный фундамент (не отказываясь и от прежнего). Некоторая путаница в биологической термодинамике создала для этого благоприятную почву.