Время, основные законы использования энергии и будущее мира

Проф. I. ПОКРОВСКИЙ

Многие свойства материи, многие особенности окружающих нас явлений в природе и технике настолько привычны, что очень трудно взглянуть на них по-новому и уяснить себе их особенности. Между тем таким путем можно нередко прийти к важным практическим и философским выводам.

Возьмем например время. Оно обладает некоторой, на первый взгляд очень неудобной особенностью. Его движение не подчиняется нашей воле. Действительно, в пространстве мы свободны. Мы можем по нашему желанию перемещаться в том или ином направлении, попадать в то или иное место. Во времени же двигаться назад и вперед по нашему желанию невозможно. Ускорить или тем более повернуть назад ход времени нельзя. Известный английский писатель Уэльс написал фантастический роман «Машина времени», где описывается прибор, позволяющий якобы двигаться как в отдаленное будущее, так и в прошедшее. Возможно ли, действительно, осуществить это? Или, может быть, Уэльс впал здесь в принципиальную ошибку?

*

Рассматривая вопрос об обратимости хода времени, предположим например, что с горы спускается трамвай. При этом его нужно тормозить, поглощая тем или иным способом работу силы тяжести. Наиболее экономичным и совершенным является такое торможение: путем особых переключений моторы трамвая превращаются в динамомашины, вырабатывающие электроток. Этот ток направляется в сеть и может быть так или иначе использован. Выработанная энергия может быть также накоплена и сохранена в аккумуляторах. Обратить ход времени назад означало бы в нашем случае перемену в движении вагона. Нужно было бы воспользовавшись накопленной при спуске вагона энергией, поднять вагон снова на гору. Вот как раз эта задача и является принципиально неразрешимой.

Дело в том, что энергия силы тяжести не могла полностью превратиться в электрическую энергию. Часть ее затратилась на трение в частях механизма и колес о рельсы и перешла в теплоту. Другая часть пошла на преодоление сопротивления воздуха и также немного нагрела его, часть была излучена в пространство в виде электромагнитных колебаний и наконец часть нагрела провода. Словом, энергия силы тяжести преобразовалась в огромное количество разнообразнейших форм и только частично собралась в аккумуляторах.

*

Итак вместо одной единственной формы энергии мы получили громадное разнообразие их. Такое явление считается обычно весьма неудобным. Действительно, благодаря ему мы теряем часть энергии и не можем поднять вагон вновь на гору. Это же значит, что обращение хода времени в данном случае, как и во всяком другом, невозможно. Невозможно из полученного многообразия форм энергии получить вновь одну единственную энергию силы тяжести.

Чем сложнее превращения энергии в какой-нибудь машине, тем больше соответствующие потери. Рассмотрим например работу паровоза. Энергию для его движения мы получаем, сжигая уголь или нефть в топке. Здесь мы имеем первое превращение энергии. Здесь химическая энергия топлива переходит в теплоту. Эта теплота передается стенкам топки и воде в котле. Вода переходит в пар, и мы имеем превращение тепловой энергии в энергию сжатого, находящегося под большим давлением пара. (Впрочем необходимо отметить, что и эта последняя форма энергии относится к теплоте.) Пар давит на поршни в цилиндрах паровоза и приводит в движение колеса. Здесь происходит таким образом превращение теплоты в механическую работу.

*

При всех описанных превращениях энергии, а также при ее переходе от одного тела к другому часть этой энергии растрачивается, переходя в различные, в данном случае, вовсе ненужные формы. Поэтому коэффициент полезного действия, т. е. число, показывающее, какая часть общей энергии, полученной от топлива, затрачивается на механическую работу движения паровоза, здесь очень низок. Он равен примерно 5 проц. Остальные же 95 проц. переходят в другие формы энергии и теряются для нас бесполезно.

Распределение энергии в паровозе. Ширина полос соответствует количеству энергии

При всяком процессе в любой машине, в любой части окружающей нас природы происходит подобное увеличение многообразия форм энергии. Однако неизвестно ни одного случая, когда бы, наоборот, из многообразных форм получилась бы только какая-нибудь одна. Поэтому обратить ход времени назад нельзя, так как при движении от настоящего в прошлое мы должны были бы переходить от разнообразия к однообразию форм энергии и материи. В этом и состоит замечательная особенность времени.

*

Для техники рассмотренное нами рассеяние энергии имеет большое значение и вызывает, как мы видели уже выше, очень большие потери. В результате рассеяния энергии при всех процессах в природе, во всей вселенной происходит все большее и большее уравнивание распределения энергии. Раскаленные звезды постепенно растрачивают свою энергию, и эта энергия рассеивается в пространстве в виде различных излучений. Но чем равномернее распределяется энергия, тем менее интенсивным становится ее переход от одних тел к другим, тем слабее протекают все явления.

Это постепенное замирание всех процессов нашло себе весьма характерное истолкование у буржуазных ученых второй половины XIX и первой половины XX столетия. Был сделан вывод, что мир движется к «тепловой смерти», к состоянию, при котором прекращаются все процессы. Выходило таким образом, что мир существует якобы не вечно. Это в свою очередь приводило к ряду противоречий. Чтобы выйти из такого затруднения многие высказывали и до сих пор высказывают предположение, что должны существовать какие-то нам неизвестные процессы, которые вновь собирают рассеянную энергию и возвращают ее к первоначальному состоянию. В результате этого в той или иной части вселенной весь процесс развития может повторяться подряд бесконечное число раз. Получается нечто вроде граммофонной пластинки, которую можно прослушивать подряд много раз.

Однако такое представление едва ли верно. Оно противоречит многообразию форм материи, оно противоречит тому факту, что обратить ход истории назад нельзя. Да и вообще нигде и никогда не удавалось наблюдать собирания вновь в одно место рассеянной энергии.

Поэтому такой способ преодоления тепловой смерти мира неверен. Однако может ли на самом деле наступить тепловая смерть вселенной? Для ответа на такой вопрос рассмотрим простейший случай. Пусть у нас в холодной среде 'находится раскаленное тело. Оно будет отдавать свою энергию окружающей его материи. Прекратится ли когда-нибудь этот процесс. Многим, может быть, покажется, что конечно тело быстро остынет и рано или поздно его температура сравняется с температурой окружающего пространства.

На самом деле это не так. Простой подсчет показывает, что охлаждение будет идти по такому закону: если за 1 час разность температур уменьшилась в два раза, то через два часа температура уменьшится в 4 раза и вообще через часов уменьшится в раз. Однако никогда эта разность не станет точно равной нулю. Поэтому можно утверждать, что процесс передачи энергии никогда не остановится и «тепловая смерть» в данном случае не наступит никогда.

График падения температуры при охлаждении раскаленного тела

Правда, интенсивность процесса уменьшиться. Но где абсолютная мера интенсивности? Что назвать сильным и что слабым процессом?

Кроме того нужно обратить внимание и на совсем другую сторону дела. Мы уже видели раньше, что при всяком преобразовании энергии увеличивается многообразие ее форм. Вся материя поэтому находится в состоянии непрерывного усложнения, непрерывного творческого процесса. Каждый из нас в отдельности и все человечество в целом являются также этапами в этом процессе постепенного усложнения и совершенствования форм материи.

Простой подсчет показывает, что если например какое-нибудь тело движется среди других неподвижных и, сталкиваясь с ними, передает им часть своей энергии, то считая, что одно соударение происходит в течение 1 часа, мы получим через 1 час 2 движущихся тела, через 2 часа 4 движущихся тела и через  часов  движущихся тел. Таким образом в простейших случаях закон усложнения форм движения в точности тот же, как и закон рассеяния энергии.

Рост числа молекул, получивших энергию удара с течением времени

Эти два процесса взаимно дополняют друг друга. Они ведут вселенную от состояния космических туманностей, через стадии образования звезд, планет, органической жизни, сознания, социальной организации к еще неведомым формам бытия, относительно которых можно оказать только, что они должны быть необычайно сложно и совершенно организованы.

Одновременно с этим возникающее непрерывно многообразие форм проявления материи открывают нам новые источники энергии. Развивающаяся техника дала нам, например, уголь и нефть, даст, может быть, скоро внутриатомную энергию. Этим самым закон усложнения форм материи как бы преодолевает и побеждает закон рассеяния энергии. Мы видим, что призрак тепловой смерти рассеивается вместе с многими другими предрассудками, порожденными историческими и социальными условиями.

Мы видим, что творческие усилия лучшей части человечества — неотъемлемая часть прогресса всей вселенной, которому не может быть конца.