Седьмое доказательство - Виктор Печорин

Если вам трудно представить хаос, представьте незаведённые часы. Энергия-то в них, несомненно, есть, – равная их массе, умноженной на квадрат скорости света. Но толку от той энергии никакого, сколь большой бы она ни была.

Потому что это связанная энергия.

Не эта энергия крутит колесики и стрелки, бьет в колокольчик звонка, а та свободная энергия, которую вы сообщаете часовой пружине, когда заводите часы.

Функционирование часов зависит только от величины свободной энергии.

А величина свободной энергии равна той, которую вы затратили на подзавод часов (если пренебречь той небольшой частью, что ушла на преодоление трения, на нагрев вращающихся частей и т. д.).

Но часы – это не замкнутая система: энергия в них поступает извне.

Если говорить о по-настоящему замкнутой системе, не обладающей внутренними источниками энергии, и рассматривать её в длительном периоде, то, если там и было какое-то количество свободной энергии, оно рано или поздно перейдет в связанную форму. К этому ее принуждают законы термодинамики, с которыми мы познакомимся чуть позже.

И вот, представьте себе, что вся свободная энергия абсолютно замкнутой системы перешла в связанное состояние. Все процессы внутри системы прекратились, ее движение остановилось. По сути, система превратилась в неподвижный труп. Пусть даже она обладает массой, а стало быть и энергией. Но это – связанная энергия. Энергия, которая не может работать, энергия, не приводящая систему в движение…

А теперь вспомним определение: движение есть форма существования материи. Нет движения, – значит нет и существования материи, ничего нет.

Получается, что нет никакой разницы между несуществованием Вселенной – и ее существованием в виде системы со связанной энергией. Между переходом всей энергии Вселенной в связанное состояние – и уничтожением Вселенной.

Жизнь – это только свободная энергия. Связанная энергия – это смерть. Энергия энергии рознь.

А теперь давайте задумаемся. Если бы изначально вся энергия нашей Вселенной находилась в связанной форме, то откуда в такой системе может вообще появиться свободная энергия, которая бы привела ее в движение?

Поскольку в реальной материальной Вселенной свободная энергия, тем не менее, присутствует, это значит, что мнение о том, что кроме материи ничего не существует, ошибочно.

По-видимому, замкнутая в физическом смысле материальная Вселенная не является всё же абсолютно замкнутой.

Наверно, существует что-то вне её, нечто нематериальное, что сообщило ей какое-то количество свободной энергии.

Количество свободной энергии в незамкнутой системе равно сумме сообщенной ей свободной энергии и той энергии, которая благодаря этому, высвободилась внутри системы из связанного состояния за вычетом той части энергии, которая вновь перешла в связанное состояние.

Попросту говоря, Вселенная в энергетическом смысле напоминает рекламного кролика Энерджайзера, в которого кто-то вставил батарейку.

О количестве энергии во Вселенной

А теперь вернемся к вопросу о том самом количестве энергии во Вселенной, которое, согласно закону сохранения энергии, неизменно, то есть представляет собой некую абсолютную константу.

Давайте спросим: а каково же это постоянное и неизменное количество энергии во Вселенной?

Поскольку закон сохранения энергии действует всегда и при любых обстоятельствах, а количество энергии всегда одно и то же, нельзя ли хоть приблизительно установить величину этой константы? Ну что вы – возразят нам, – Вселенная ведь бесконечна, значит и количество энергии в ней бесконечно!

Это уже подозрительно. Где это вы видели безразмерную константу, стремящуюся к бесконечности?

И здесь уместно вспомнить шутливую задачку, на которой спотыкаются даже серьезные физики. Представьте себе, что хулиганы привязали к хвосту кошки консервную банку. Известно, что таким образом экипированная кошка производит бешеный шум, который пугает, прежде всего, её саму, от чего она бежит ещё быстрее. Но чем быстрее она бежит – тем больший шум производит, и так далее. Спрашивается: с какой скоростью должна бежать кошка, чтобы не слышать этого шума?

На ум сразу приходит сверхзвуковая скорость – если разогнать кошку до такой скорости, она не будет слышать производимого ею шума, потому что он будет запаздывать, распространяясь с меньшей скоростью.

А ведь есть и другое, более простое и естественное решение этой задачи!

Чтобы не слышать шума кошка… не должна бежать! Или, если угодно, она должна иметь скорость, равную нулю.

Эта шутка – прямая аналогия с нашей проблемой. Когда говорят о том, что количество энергии в замкнутой системе есть величина постоянная, это не обязательно означает, что такой системе в целом действительно присуще какое-то определённое количество энергии. Иначе говоря, общее количество энергии системы может равняться нулю.

Как это может быть?

В 1747 г. американский физик Бенджамин Франклин, тот самый, чей портрет украшает стодолларовую купюру, открыл еще один закон сохранения – закон сохранения электрического заряда, смысл которого заключается в точном равенстве величин положительного и отрицательного элементарных зарядов. Этот закон формулируется так: «Алгебраическая сумма электрических зарядов тел или частиц, образующих электрически изолированную систему28, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе». В 1843 закон сохранения электрического заряда был экспериментально подтвержден англичанином Майклом Фарадеем.

Оказалось, что разноименные заряды (заряженные частицы) появляются и исчезают парами: положительные и отрицательные. Так что, каково бы ни было их количество, в сумме они дают ноль.

Макроскопические тела, как правило, электрически нейтральны, т. е. в них в равных количествах содержатся как положительные, так и отрицательные заряды.

Если говорить о Вселенной, то, как считают ученые, её полный электрический заряд равен нулю; число положительно заряженных частиц равно числу отрицательно заряженных элементарных частиц.

А теперь вспомним открытый Уоллисом закон сохранения количества движения, утверждающий, что «общее количество движения в замкнутой системе постоянно». Согласно третьему закону Ньютона «действие равно противодействию», то есть силы взаимодействия двух тел равны по величине и противоположны по направлению.

Если рассматривать, скажем, систему, состоящую из камня и земли, на которой лежит камень, то сила сопротивления земли согласно закону Ньютона равна, но противоположна силе давления на нее камня, а общая сумма этих двух сил (с учетом знака) равна нулю. Именно по этой причине эта система находится в состоянии покоя. Если бы сила земли превысила силу камня, земля бы подбросила камень вверх, а если бы сила камня превысила силу земли – камень бы погрузился в землю (такое случается с метеоритными камнями, с чудовищной силой ударяющимися о землю).

Несложно представить себе систему, состоящую из многих взаимодействующих (движущихся в разных направлениях) тел, даже такую большую, как вся Вселенная, в которой моменты взаимодействующих между собой тел взаимно погашаются и их сумма равна нулю.

Как видим, и в законе сохранения количества движения, и в законе сохранения заряда константы равны нулю. Нет оснований думать, будто с законом сохранения энергии дело обстоит иначе. Во всяком случае, это должно быть справедливо в отношении свободной энергии, частными случаями которой являются энергия движения (кинетическая энергия) и электрическая энергия (энергия электрического поля, создаваемого зарядами). Это дает нам право предположить, что общее количество свободной энергии в изолированной системе равно нулю. Потому это количество и постоянно. Похоже, это единственное приемлемое решение для величины энергетической константы Вселенной.

Первое начало термодинамики

Давайте еще немного углубимся в физику, точнее в науку о движении теплоты – термодинамику. Несмотря на скучное название, эта наука удивительно интересная. Она на многое открывает глаза. Взять хотя бы тот факт, что на основании законов термодинамики была точно установлена невозможность создания perpetuum mobile – вечного двигателя, над которым ломали головы многие поколения энтузиастов29.

Термодинамика изучает превращения энергии в различных явлениях, сопровождающихся тепловыми эффектами. А надо сказать, что тепловая форма энергии является базовой по отношению к другим – практически при любом переходе энергии из одного вида в другой некоторая часть энергии (порой – довольно значительная) выделяется в виде теплоты. Например, когда мы превращаем электрическую энергию в световую (включаем электролампочку), эта лампочка кроме света выделяет также и довольно много тепла, даже если это нам не требуется. Когда мы ту же электрическую энергию превращаем в механическую, например, пользуемся электрической дрелью, то двигатель дрели ощутимо нагревается, что приводит к его ускоренному износу. Но поделать с этим ничего нельзя. Даже создание холода в холодильнике не обходится без выброса в атмосферу тепла.