Если металлическую болванку нагреть с одного бока, то довольно быстро температура во всей болванке выровняется. Более точно Р.Клаузиус (1822-1888) сформулировал это в 1850 г. в виде постулата:
"Теплота не может переходить самопроизвольно от более холодного тела к более теплому".
Что ж, полезный пример направленного процесса! Но мало ли других таких? В любом процессе можно выделить разные стадии, а также последовательные и необратимые изменения каких-нибудь характеристик. Например, при испарении из океанов вода в виде газа упорно поднимается вверх (поскольку она легче воздуха), а затем в виде дождя или снега столь же настойчиво падает вниз.
Наверное, только Господь может что-то творить в мгновение ока. Но и Ему на сотворение мира понадобилось аж семь дней. А Божьи заповеди тысячи лет никак не могут прижиться. Уже все передрались из-за неясности Божественных указаний. Сегодня все грамотные, и чуть ли не каждый норовит вылезти со своей религией и от имени Бога вразумлять человечество. Так что всё, связанное с Богом, тоже вызывает длительное брожение, отнюдь не более скорое, чем распространение тепла.
В общем, никаких проблем не возникло бы, если бы пример с железной болванкой записали в летописи и засунули в долгий ящик. Но не тут-то было! У физиков тоже есть свои любимые игрушки, которые им дороги не менее, чем святые реликвии для верующих. Особенно, если на эти игрушки есть спрос, и за них хорошо платят. А платить было за что. Топливо для паровых двигателей, обосновавшихся чуть ли не в любом промышленном производстве, стоило немало. Поэтому было очень актуально получать максимум мощности при минимуме затрат энергии. Без науки тут не обойтись.
Так что же сказала наука?
В 1851 г. У.Томсон (1824-1907) сформулировал второй закон термодинамики и в 1852 г. "принцип рассеяния энергии". Но более определенно в 1865 г.
Р.Клаузиус на основе второго начала термодинамики сделал вывод о тепловой смерти Вселенной, где всё уравновесится, и ничего не будет происходить.
А ведь уже с XVIII века существовала гипотеза Канта-Лапласа о происхождении Солнечной системы из газово-пылевой туманности, где из относительно однородного облака наперекор всякой энтропии произошло формирование планет. Правда, это была именно гипотеза. Не ясно было, почему так ярко и долго светит Солнце, поскольку о ядерной энергии тогда не знали. Для этого Лаплас предполагал, что исходная туманность была очень горячей, но это в свою очень требовало объяснений.
Сегодня мы знаем, что в космическом пространстве царит жуткая холодрыга. Всего за одну ночь температура на неосвещенной стороне Земли падает на 10-20 градусов, а кое-где и на 50. Так что если не само исходное облако Канта и Лапласа, то затем сгустки вещества должны были быстро остыть. Ныне исходную туманность считают холодной.
Критика воззрений об энтропии и столкновения разных мнений начались практически сразу. Еще в 1872 г. Л.Больцман выдвинул так называемую флуктуационную гипотезу. Далее постулаты термодинамики не раз подвергались ревизии и пересмотру. Как пишут знатоки Н.И.Белоконь и А.А.Гухман, "на рубеже XIX-XX веков стало очевидным, что постулаты запрещения Клаузиуса, Томсона и др. совершенно не соответствуют содержанию и современным требованиям, предъявляемым к обоснованию принципа существования энтропии". Вот так! Аж "совершенно не соответствуют"!
Вся эта уже почти двухвековая история с энтропией больше похожа на поучительный пример того, сколько ошибок можно наделать, особенно при распространении относительно проверенных знаний на области, где эти знания дают сбой.
В XX веке и поныне широко в ходу мнение, что Вселенная вообще не является термодинамической системой, и, значит, законы термодинамики к ней неприменимы.
Сегодня во всем этом трудно разобраться не только рядовому читателю, но и профессионалам. Впрочем, это не мешало во все времена философам и всем энтузиастам делать далеко идущие выводы о судьбе Вселенной.
Сложность в том, что ключевое понятие "энтропия" довольно туманно. В Википедии так откровенно и пишут: "физический смысл энтропии непосредственно не вытекает из ее математического выражения и не поддается простому интуитивному восприятию". Там же приводится несколько неудачных попыток придания смысла. В конце концов сошлись на том, что энтропия - это мера рассеивания энергии. Но это более походит на литературный оборот, который годится также для мощности взрыва, для скорости любого потока и вообще для любого движения.
С рождения термодинамики до наших дней сильно изменились представления о строении вещества. В XIX веке атомы мыслились неделимыми элементарными частицами материи. Тогда понятия не имели о том, какие процессы происходят на Солнце. В лучшем случае предполагали, что там горит каменный уголь, который в то время в Европе как раз был наиболее действенным и перспективным источником энергии.
Однако, расщепление атома ознаменовало конец золотого века классической физики и повергло в кризис всю физику. Оказалось, что молекулы водорода могут образовывать гелий, а атомы урана могут распадаться, и оба эти процесса происходят с выделением большого количества энергии. Конечно, в комнатных условиях и даже в лабораториях XIX века такие эффекты не обнаружить. Но на космических просторах им есть где разгуляться. В больших объемах гравитация сжимает водород, даже если сначала он был распределен по объему равномерно и всюду имел одинаковую температуру. Загораются звезды, и энтропия вместо положенного возрастания убывает.
Могут возразить, что в дело тут вмешалась гравитация. Но где ее нет? В определениях термодинамических систем насчет гравитации ничего не сказано, и было бы явным отходом от реальности исключить гравитацию вовсе.
Определения термодинамических систем весьма нечетки. В XIX веке при "неделимых" атомах особой четкости не требовалось. Потом оказалось, что многое вроде бы распространяется на более мелкие частицы. Но граница применимости так и осталась загадкой. Изредка для определения термодинамических систем приоткрывают сногсшибательный секрет, мол, по умолчанию предполагается, что в них действуют статистические закономерности. Причем какие конкретно закономерности, - это не указывается. В общем, в термодинамических системах заранее неявно предполагают то, что только еще надо доказать.
Нарушения однородности случаются не только в космических масштабах. При испарении воды в первую очередь улетают более шустрые, т.е. более теплые молекулы, а более холодные пока остаются в жидком виде. Вот вам наперекор Р.Клаузиусу самопроизвольный переход теплоты от более холодного тела к более теплому.
Я не поленился сделать следующий эксперимент. Обернул комнатный термометр влажной тряпкой. До оборачивания он показывал 23 градуса. Причем для надежности эксперимента я предварительно подержал тряпку в руке, дабы ее немного подогреть. Так что сначала термометр пополз вверх и дошел до 25 градусов. Однако, вскоре он опустился до 21 градуса. А когда я убрал тряпку, то для контроля убедился, что термометр вернулся к своим 23 исходным градусам.
Таким образом, испарение воды четко дало падение температуры на 2 градуса. Этот эффект используется в холодильниках, где нетрудно достичь даже отрицательных температур, правда, с другими хладагентами. Физики, конечно, заметят, что холодильник использует энергию извне, которая в итоге рассеивается, давая положенный рост энтропии в более широкой системе.
Но в моем эксперименте дополнительной энергии не потребовалось, всё то же самое можно провести в закупоренной бочке. И на некотором промежутке времени мы будем иметь устойчивый перенос тепла от более холодного тела к более теплому. Могут возразить, что в дело опять вмешалась гравитация. Но и в условиях невесомости на космическом корабле поверхностное натяжение формирует из воды шарики, и на поверхности этих шариков происходит аналогичное испарение, уменьшающее температуру шариков. Так что гравитация тут ни при чем.
Испарение воды - это не такое уж редкое и мелкое явление. Оно охватывает все океаны Земли!
Ну, а гравитация в космосе, тем более, делает свое дело. Гравитация - это вообще очень удивительная вещь. Если гравитационное поле Земли притянуло к Земле метеорит, то оно сделало работу, потратило энергию, и вроде бы должно ослабеть. Но не тут-то было! Даже если каким-то фантастическим образом перенести этот упавший метеорит в какое-нибудь потустороннее пространство, то масса Земли останется той же, как до падения метеорита, и согласно закону всемирного тяготения гравитация Земли не ослабнет. Более того, реально с этим захваченным метеоритом чуть потяжелевшая Земля обретает более сильное гравитационное поле, которое как ни в чем не бывало готово к новым работам.
Несложный расчет, который я уже не раз приводил, показывает, что согласно закону всемирного тяготения энергия, выделяющаяся при сближении даже двух мельчайших пылинок, может расти до бесконечности.
Еще одна удивительная вещь, недавно открытая физиками, это то, что наша Вселенная не просто расширяется, а расширяется с ускорением. Т.е. какая-то внешняя сила, называемая темной энергией, вмешивается и все сильнее разгоняет галактики. Это уже на грани краха закона сохранения энергии, Если так и дальше пойдет, то еще какие-нибудь силы могут вмешаться. Так что покой нам только снится.
Таким образом, наряду с процессами выравнивания и роста энтропии существуют не менее масштабные и мощные процессы, привносящие неравномерность в наш мир. С таким же успехом стрелой времени можно было объявить противоположные процессы. А значит, и те, и другие, мягко говоря, не тянут на громогласные стрелы времени.
Авторская публикация. Свидетельство о публикации в СМИ № J108-49154.
Обсуждения Термодинамическая стрела времени
Но шрифты все ж не забывай!
Хотелось бы знать, чтобы самому не напороться.
Статью внимательно прочитал, комментарий написал.
Но сейчас обнаружил, что статья исчезла, хотя Ваше появление на сайте я не зарегистрировал.
То всегда поможет ухо.
Отловить им можно звук,
Если не хватает рук.
А от трудов своих приходят в ужас.
Что можно греть свое нутро
Хоть красотой чужой натуры,
А хоть бутылкой политуры.
Мне на душе становится тепло,
Но есть увы такие тут натуры,
Включают свет духовный, им светло.