Красота законов мироздания

Переходя к рассмотрению физических характеристик мирозда­ния, вспомним наиболее важные физические категории.
Вначале была «сила» — конкретное и «осязаемое» понятие, успеш­но «математизированное» Ньютоном. По определению, сила — дейст­вие, направленное на изменение состояния тела (статического или динамического, энергетического или структурного). Важно усвоить для себя следующее: сила проявляет себя только там, где встречает сопротивление.
Энергия — имманентное (внутренне присущее) свойство вещест­ва, физического тела, поля совершать (запасать) работу, общая мера различных форм движения. Основным достижением науки XIX в. как раз и явилось признание энергии как наиболее общего понятия, позво­лившего рассматривать с единой точки зрения все процессы и явления. Впервые центральное место в физике заняло совершенно абстрактное понятие, со свойственными ему неясностью и неуловимостью.
Теплота — это движение, процесс, а не какой-нибудь предмет или вещество, вроде «теплорода», один из способов передачи энергии, — свойство, которое не обнаруживается в эксперименте. То же можно сказать и о работе.
Теплота и работа — суть два способа передачи энергии систе­мы: посредством её нагревания и посредством совершения над ней работы; других способов — нет.
Когда переходим от классического рассмотрения траектории дви­жения отдельной частицы к системам многих частиц и оперируем средними значениями параметров, определяющих свойства системы, мы переходим к термодинамике. Здесь мы обнаруживаем законы, ко­торые управляют миром. Энергия термодинамической системы, равная сумме кинетической и потенциальной энергий всех частиц, определяет температуру системы, наиболее привычную, осязаемую и доступную к измерению физическую величину .
Несведущему человеку трудно разобраться во всем многообразии физических явлений и процессов, непрерывно протекающих в окру­жающей нас природе, их источниках, причинах и следствиях. Можно, конечно, не знать всего этого и не интересоваться ничем, но как это, должно быть, скучно. К тому же они постоянно напоминают о себе; нельзя не заметить, что мы постоянно находимся в поле действия не­ких скрытых, а порой и таинственных, сил, проявляющихся различ­ным образом: в виде силы тяжести, перепадов температуры, игры све­та, звука, электромагнитного излучения, радиации… Где-то там берёт начало и источник всякого движения и эволюции. Гармония Вселен­ной создаётся гонким балансом многочисленных сил, и сдвинуть ба­ланс способна иногда «деталь, на невнимательный взгляд совсем пус­тячная».
Человек усвоил давно: чтобы извлечь даже самую незначительную работу, нужно затратить энергию — свою, физическую, или энергию ветра, воды, солнца, прибегнуть к помощи машин и механизмов. Не оставляет человека и мысль найти некий «бездонный» источник энер­гии, построить вечный двигатель, найти философский камень, жизнен­ный эликсир. Любознательность и необходимость во все времена по­догревали его энтузиазм. Ошибки и разочарования охлаждали не в ме­ру разогретые умы. Но, как известно, даже отрицательный результат в науке является ценным результатом и способствует продвижению впе­рёд. Фикции, без которых не обошлась большая наука, как ни парадок­сально, оказывались полезными в продвижении научной мысли для целых поколений: в математике — это задача о квадратуре круга; в ме­ханике — «perpetuum mobile»: в химии поиски философского камня; в астрономии — наблюдения над гороскопами; в физиологии — поиск жизненного эликсира и т.д. Так что дерзайте!
О чем говорит наш повседневный опыт? Каким бы сложным и мно­гообразным ни казался мир движений, превращений, в основе всех машин и механизмов, процессов и явлений — всего-навсего несколько причин, которые можно пересчитать на пальцах. Давайте так и сделаем.
• Чтобы крутилось колесо водяной мельницы или турбина гидро­электростанции, нужен перепад уровней воды. Тяжесть, вес, масса и инерция — следствие притяжения тел, гравитации фундаментального свойства материи.
• Чтобы работала тепловая машина, двигатель внутреннего сго­рания, нужно обеспечить разность температур рабочего тела на входе и на выходе машины. Чем больше эта разность, тем больше тепла может превратить машина в работу, тем выше её эффективность. Здесь без топлива не обойтись.
• Чтобы работала электрическая машина, нужна разность потен­циалов — электрическая сила. Эту разность потенциалов нужно предва­рительно создать с помошью генераторов, химических или солнечных элементов. Конструкция атомов и молекул, механизмы химических и биохимических превращений зиждутся на электрических силах.
• Ядерные процессы, олицетворяющие самые мощные силы при­роды, протекают в тех реакциях, в балансе которых обеспечивается разность (дефект) масс компонентов, участвующих в реакции. Упомя­нем и об аннигиляции — реакции между частицами и их античастица­ми, которая также может служить источником колоссальной энергии.
• Нечто похожее присуще всей живой материи. Все живые сис­темы, как правило, отдают тепло окружающей среде. Для этого между живой и окружающей средой должна поддерживаться определенная разность температур. Основная функция биологических фотоэлектри­ческих систем заключается в приёме электронов от низкоэнергетиче­ского донора, в подъёме их на более высокий энергетический уровень с помощью света и отдаче соответствующему акцептору.
Создать «perpetuum mobile» нельзя, источник движения с КПД > 1 — тоже. Всё остальное: тепловые, электрические, ядерные генераторы — это лишь источники, отличающиеся скоростью отбора и распыления энергии в пределах мирового резервуара. Отсюда сделаем одно пред­варительное заключение: система совершает работу из неравновесного состояния (созданного случайно или целенаправленно), двигаясь к равновесию. Все перечисленные процессы, как мы выясним далее, объединяет закон возрастания энтропии — фундаментальный закон природы, который говорит о том, что в термодинамически замкнутой системе все процессы, связанные с выполнением полезной работы, неуклонно сопровождаются движением к большему равновесию, а это значит. — к беспорядку и возрастанию энтропии. Эволюция жизни также основана на исходной и поддерживаемой неравновес­ности, неравенстве; в организме биохимические реакции идут за счёт обмена веществ, в котором постоянно присутствует обмен энергией (и энтропией) с окружающей средой. Навязывание равен­ства противоречит закону эволюции. Об этом следует помнить и в социальной сфере, где наблюдаются постоянные шарахания от одного -изма к другому. Но это — отдельный разговор. Здесь мы акцентируем внимание на том, что действительная опасность, грозящая человечест­ву, заключается не в энергетическом, а в «энтропийном» кризисе. Дело не в том, что энергии «мало» (её сохранение строго контролируется Первым началом термодинамики), а в том, что «качество» этой энергии понижается (точнее говоря, растёт энтропия энергоносителей).

 

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.