Майстров Л
Сюжет для фантастического рассказа
Л. МАЙСТРОВ,
кандидат физико-математических наук
СЮЖЕТ ДЛЯ ФАНТАСТИЧЕСКОГО РАССКАЗА
- Что имеет два конца и ни одного начала?
- Палка.
- Что имеет два начала и ни одного конца?
- Термодинамика.
(Из студенческого фольклора)
Энергия может переходить из одного вида в другой, но при этом она не возникает и не исчезает. Так звучит первое начало термодинамики. Среди самых различных видов энергии выделяется тепловая: ее нельзя целиком превратить в другой вид энергии. Это - второе начало. Когда его сформулировали, то пришлось ввести специальное понятие - энтропия. Оно как раз и характеризует долю той энергии, которая не может быть превращена в работу. Главное свойство энтропии: в замкнутой системе она никогда не уменьшается - либо остается постоянной, либо повышается. Второе начало термодинамики в формулировке Клаузиуса говорит об этом: "С течением времени энтропия всякой изолированной системы стремится к максимуму". Достигнув максимума энтропии, изолированная система пребывает в состоянии теплового равновесия. Таким образом, физические тела переходят от состояний менее вероятных к состояниям более вероятным. Это все мы и наблюдаем в окружающем нас мире. Классический пример: в комнате находится нагретый утюг. То есть одно тело имеет температуру выше всех окружающих предметов. Это маловероятное состояние. Постепенно утюг и окружающие его предметы сравнивают свои температуры, энтропия системы "комната - утюг" достигнет максимума.
Распространив второе начало термодинамики на всю Вселенную, известный физик В. Томсон еще в 1852 году пришел к выводу о неизбежности тепловой смерти Вселенной.
Согласно этой теории, со временем температура всех тел Вселенной будет выравниваться, все преобразования энергии и любые движения будут происходить все более вяло, и, наконец, наступит момент, когда все тела примут одинаковую температуру, передача и преобразование энергии прекратятся полностью, движение в любом его виде будет невозможно. Вселенная придет в состояние термодинамического равновесия. Наступит "тепловая смерть".
Против теории тепловой смерти выступили многие ученые. Ведущую роль среди них играл Л. Больцман, крупнейший физик-теоретик. Он выдвинул теорию, которая коротко состояла вот в чем. Вся Вселенная в целом находится в состоянии теплового равновесия, но в отдельных ее частях происходят отклонения флуктуации - от этого состояния, затем происходит выравнивание, а флуктуация может возникнуть в другой части Вселенной. "Можно представить себе Вселенную как механическую систему, - писал Больцман, состоящую из громадного числа составных частей, и с громадной продолжительностью существования, так что размеры нашей системы неподвижных звезд ничтожны по сравнению с протяженностью Вселенной, и времена, которые мы называем эрами, ничтожны по сравнению с длительностью ее существования. Тогда во Вселенной, которая, в общем, везде находится в тепловом равновесии, то есть мертва, то тут. то там должны существовать сравнительно небольшие области протяженности звездного пространства (назовем их единичными мирами), которые в течение сравнительно короткого времени эры значительно отклоняются от теплового равновесия, причем одинаково часты такие, в которых вероятность состояния увеличивается, и такие, в которых она уменьшается." (Разрядка наша. - Л. М.)
Задумаемся над этими последними словами.
Из флуктуационной гипотезы вытекает, что сейчас мы живем во время затухания грандиозной космической флуктуации, а когда-то - при нарастании флуктуации - статистические процессы должны были идти в обратном направлении: тепло переходило от холодного тела к горячему, звезды не излучали энергию, а поглощали ее и т. д.
Какой простор для воображения фантастов открывается тут!
Периоды времени, отделяющие возрастание флуктуации от ее затухания, огромны. Время существования Земли, а тем более человечества, ничтожно мало по сравнению с ним. Следовательно, могло случиться так, что наша Земля возникла бы при нарастании космической флуктуации.
Жизнь тогдашних землян во многом отличалась бы от нашей. Ведь при возрастании флуктуации, когда в любой замкнутой системе энтропия уменьшается, физические процессы развиваются "наоборот", потому что тепло переходит от холодного тела к более нагретому. На улице холоднее, чем дома. Для того чтобы нагреть помещение, нужно открыть форточки. Все окна по-прежнему заклеивают, двери обивают, но тепло все равно лезет во все щели. В домах, как и сейчас, устанавливают обогревательные аппараты - камины, печи, радиаторы, которые своим нагревом охлаждают помещение. И чем дольше включены, тем они сильнее разогреваются - за счет охлаждения помещения.