Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Критикуя выводы Клаузиуса, Энгельс пишет: «В каком бы виде ни выступало перед нами второе положение Клаузиуса... во всяком случае, согласно ему, энергия теряется если не количественно, то качественно. Энтропия яе может умень- шаться естественным путем, яо зато может создаваться. Мировые часы должны быть сначала заведены, затем они идут, пока не при- дут в состояние равновесия, и только чудо может вывести их из этого состояния и снова пустить в ход. Потраченная на завод часов энергия исчезла, по крайней мере в качественном отноше- нии, и может быть восстановлена только путем толчка извне. Значит, толчок извне был необходим также и в начале; значит, количество имеющегося во вселенной движения, или энергии, не всегда одинаково; значит, энергия должна быть сотворена; значит, она сотворима; значит, она уничтожима...
Аб аЬзцгбшп)» И дальше: «Клаузиус — В соггес( (если я его правильно понимаю) — дока- зывает, что мир сотворен, следовательно, что материя сотворима, следовательно, что она уничтожима, следовательно, что и сила... сотворима и уничтожима, следовательно, что все учение о «сохра- нении силы» бессмыслица, следовательно, что и все его выводы из этого учения тоже бессмыслица> (1, с. 249], Таким образом, мы видим, что Энгельс указывает на тот факт, что гипотеза «тепловой смерти Вселенной» противоречит закону сохранения энергии, если только понимать его широко, принимая, что энергия не уничтожима как количественно, так и качественно. Тогда гипотеза Клаузиуса приводит к выводу о возможности ка- чественного уничтожения энергии.
Как известно, механистическая физика видела в законе сохране- ния энергии только количественную сторону (именно так понимал закон Гельмгольц). При этом качественная сторона (майеровская трактовка) закона сохранения игнорировалась. Подчеркивая эту мысль, Энгельс писал: «Неуничтогкимость движения надо понимать не только в коли- чественном, но и в качественном смысле. Материя, чисто механи- 1З я. м, Гельфер вз ческое перемещение которой хотя и содержит в себе возможность превращения при благоприятных условиях в теплоту, электричество, химическое действие, жизнь, но которая не в состоянии породить из самой себя эти условия, такая материя потерпела определенный уи(ерб в сноси движении.
Движение, которое потеряло способность превращаться в свойственные ему различные формы, хотя и обладает еще дупаш)з (возможностью — Ред.), но не обладает уже епегпе1а (действительностью — Ред.)» 11, с. 21). Энгельс, не являясь специалистом-физиком, тем не менее попытался представить себе, исходя из общих диалектических закономерностей развития природы, каково могло бы быть решение проблемы «тепловой смерти Вселенной». Он указывал: «...вопрос будет окончательно решен лишь в том случае, если будет показано, каким образом излученная в мировое пространство теплота становится снова используе»юй» [1, с. 2481. Энгельс видит решение вопроса в том, что в природе должен существовать вечный круговорот энергии, вследствие чего Вселенная не может прийти в состояние теплового равновесия: «мы знаем, — писал он, — что за исключением ничтожно малой части, теплота бесчисленных солнц нашего мирового острова исчезает в пространстве, тщетно пытаясь поднять температуру мирового пространства хотя бы на одну миллионную долю градуса Цельсия.
Что происходит со всем этим огромным количеством теплоты? Погибает ли оно навсегда в попытке согреть мировое пространство...? Вот вечный круговорот, в котором движется материя,— круговорот, который завершает свой путь лишь в такие промежутки времени, для которых наш земной год уже не может служить достаточной единицей измерения; кругОворот, в котором время наивысшего развития, время органической жизни и тем более время жизни существ, сознающих себя и природу, отмерено столь же скудно, как и то пространство, в пределах которогп существует жизнь и самосознание; круговорот, в котором каждая конечная форма существования материи... одинаково преходяща и в которой ничто не вечно, кроме вечно изменяющейся, вечно движущейся материи и законов ее движения и изменения. Но как бы часто н как бы безжалостно ни совершался во времени и в пространстве этот круговорот...
у нас есть уверенность в том, что материя во всех своих превращениях остается вечно одной и той же, что ни один из ее атрибутов никогда не может быть утрачен и что поэтому с той же самой железной необходимостью, с которой она когда-нибудь истребит на Земле свой высший цвет в мыслящий дух, она должна будет его снова породить где-нибудь в другом месте и в другое время» 11, с. 22 — 23].
Вряд ли можно предполагать, что физики — современники Энгельса были знакомы с его взглядами на проблему «тепловой смерти Вселенной>. Тем не менее концепции, по сути дела, основанные на идее «круговорота энергии во Вселенной>, были высказаны в первые десятилетия ХХ в. некоторыми физиками. При этом 194 они исходили из новейших открытий в области физики и астрофизики. Основная идея указанных концепций заключалась в том, что их авторы противопоставляли стремлению Вселенной к состоянию термодинамического равновесия известные процессы, ведущие к концентрации энергии.
Таким образом, идеи о круговороте энергии во Вселенной намечали путь опровержения концепции «тепловой смерти». Рассмотрим две попытки решения проблемы «тепловой смерти Вселенной» в рамках вышеизложенных идей. В 1922 г. В. Нернст выступил в Прусской Академии наук с лекцией «Мироздание в свете новых исследований»'в, в которой изложил свои взгляды на указанную проблему. В начале лекции он вспоминает, что когда в бытность свою студентом слушал лекцию Больцмана о втором начале термодинамики, то на него сильное впечатление произвели слова великого венского физика о том, что «асе попытки спасти Вселенную от тепловой смерти не увенчались успехомж «С тех пор, — говорил Нервст далее, — я постоянно следил, не появится ли какой-нибудь исход.
Ибо едва ли может быть серьезное сомнение в том, что указанное следствие второго закона в высшей степени невероятно» тч Основываясь на открытии радиоактивности, которое «познакомило нас с источниками энергии такого могущества, о котором мьг ранее не имели никакого представления», Нернст развивает следующую концепцию: гипотеза «тепловой смерти Вселенной» невероятна потому, что «процессу выравнивания температур и радиоактивному распаду атомов во Вселенной должен противостоять процесс самопроизвольного роста температур и образования сложных веществ. Рассеяние энергии происходит в процессе теплового излучения звезд, которое должно переходить в мировой эфир.
Поэтому мировой эфир должен заключать огромное количество энергии, с помощью которой должны возникать новые химические элементьш. «Этим путем,— говорит Нервст,— мы пришли бы к представлению о непрерывном зарождении и исчезновении материи во Вселенной». Далее, согласно Нернсту, в эфире будут образовываться атомы с более высоким, чем у урана, атомным весом.
Вновь возникшие атомы должны будут скапливаться в холодные звезды. Однако в результате высокой радиоактивности этих трансурановых элементов холодные звезды будут постепенно нагреваться и в конце концов благодаря радиоактивности и высокой температуре превратятся в раскаленные звезды. Таким образом во Вселенной возникнут центры, откуда потоки энергии будут противодействовать стремлению Вселенной к состоянию термодинамического равновесия.
«В конечном счете,— говорит Нарвет,— нашему взору мир не может уже представиться хотя бы в весьма далеком будущем в виде мрачного кладбища; *д гс *« * *»д С «у»н. 1923..!!l, . г — В.. ш. "' Там же, с. 152, " Там же, с. 174. 1Зч 195 Гипотеза Нернста, основанная на данных современной ему науки, не была лишена интереса, поскольку предвосхищала некоторые позднейшие открытия и астрофизические концепции. С несколько иных позиций пытался опровергнуть вывод о «тепловой смерти Вселенной» Р. Миллнкен, основывавший свою гипотезу на свойствах космических лучей. В своей статье он пишет: «В глубине тех пространств, где мы при помощи космических лучей действительно наблюдаем непрерывное образование из протонов и электронов атомов гелия, кислорода, кремния и железа, происходит также и непрерывное пополнение числа этих частиц путем обратного превращения в ник той радиации, которая непрерывно испускается в пространство звездами.
При помощи такого допущения мы оказываемся в состоянии рассматривать Вселенную как систему, находящуюся теперь в стационарном состоянии, а также считать, что нигилистическая доктрина о грядущей тепловой смерти эти»~ самьин навсегда опровергается» 'ь. Ниже мы рассмотрим некоторые другие попытки решения проблемы «тепловой смерти». Дискуссии о тепловой аксиоме Клаузиуса Превращение тепловой аксиомы Клаузиуса во второе начало термодинамики прошло довольно тернистый и сложный путь и доставило немало хлопот ее автору. Оно сопровождалось многочисленными попытками доказать несостоятельность тепловой аксиомы, а также отрицанием ее научной ценности.
Отчасти в этом был виноват и сам Клаузиус, который недостаточно четко разъяснил смысл, который он вкладывал в понятие «компенсация» и в утверждение об эквивалентности двух формулировок: «теплота нг может сама собой переходить от холодного тела к горячему» и «твплота нг может без компенсации переходить от холодного тела к горячему». В самой аксиоме содержатся две мысли: первая состоит в том, что при непосредственном тепловом контакте двух различно нагретых тел тепловой поток направлен всегда от тела с более высокой температурой к телу, температура которого ниже. Во втором случае имеется в виду более сложное содержание: возможность процесса, идущего в направлении, противоположном естественному переходу тепла (от горячего тела к холодному), при условии, что этот обратный процесс протекает одновременно с преобразованием работы в теплоту. Многим ученым неубедительным казалось данное Клаузиусом доказательство второго начала, основанное на рассмотрении работы двух сопряженных обратимых тепловых машин.
Если для обратимых круговых процессов равенство ) (1/Т)Щ=О не вызывало сомнений, то этого нельзя было сказать относительно неравенства ) (1/Т)оЯ<0, выражавшего второе начало для необратимых процессов. Все доказательства этого неравенства не представлялись убедительными. "э Научное слово, 1928, № 2. 196 Если ко всем этим непониманиям и сомнениям прибавить и гипотезу «тепловой смерти Вселенной», то причина появления многочисленных «опровержений» второго начала станет достаточно ясной. Рассмотрим некоторые «феноменологические» возражения против второго начала, выдвинутые в разное время разными авторами, и их опровержения Клаузиусом.
Первое по времени возражение принадлежит Ранкину™. О его теории реконцентрации энергии во Вселенной мы упоминали выше в связи с проблемой «тепловой смерти». На основании своей теории он приходит к заключению, что тепловая аксиома Клаузиуса неверна, так как с помощью вогнутого зеркала можно концентрировать теплоту и тем самым переводить ее без всякой компенсации (затраты работы) от тела с более низкой температурой к телу, температура которого выше. Для опровержения этого возражения Клаузиус провел специальное исследование о прохождении и концентрации световых и тепловых лучей в прозрачных средах.
В результате он пришел к заключению, что «никакое вогнутое зеркало не может дать в своем фокусе температуру выше той, какая присуща телу, испускающему лучи, по крайней мере при условии, что тепловое излучение зависит не только от строения тела, но также и от среды, через которую проходит излучение> (68, 5. 271; 70, Вг[. 11, 8. 314). Вскоре после появления первых работ Клаузиуса (1858) Г. Дехер опубликовал сочинение «О сущности тепла», в котором доказывает, что дифференциальные уравнения, с,которыми Клаузиус оперирует в сочинениях !850 и 1854 гг., «не более как халтура и бессмыслица» и что вообще «многочисленные работы Г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
