Блеск и нищета К. Э. Циолковского - Гелий Салахутдинов

[Ill, с. 129]. "Как земная атмосфера очищается растениями при помощи Солнца, так может возобновляться и наша искусственная атмосфера. Как на Земле растения своими листьями и корнями поглощают нечистоты и дают взамен пищу, так могут непрерывно работать для нас и захваченные нами в путешествие растения" [111, с. 128].

Эта идея, вообще говоря, неизбежно приходила к любому, кто задумывался над проблемой жизнеобеспечения. Так, например, один из российских пионеров космонавтики Ф.А. Цандер еще в 1907 году пришел к этой идее, в 1911 году добавив к ней предложение российского ученого И.А. Арциховского о методе аэропоники [68, с. 30-31]. Вместе с тем, эта идея ни К.Э. Циолковским, ни Ф.А. Цандером теоретически осмыслена не была. Они оба не заметили, что в космосе не происходит полного восстановления энергии, поскольку часть ее идет на компенсацию жизнедеятельности. Другими словами, в этом цикле наблюдается возрастание энтропии и требуется закрытую систему жизнеобеспечения как-то открыть - иначе круговорот веществ будет стремиться к нулю. Но как это сделать, где в космосе взять дополнительное и пригодное вещество? Без решения этого вопроса все многочисленные и поныне суждения об автономных длительных пилотируемых космических полетах, космических поселениях и пр. представляются попросту несостоятельными.

В 1914 году в Калуге вышла брошюра [112] с дополнениями к предыдущей статье. Сущность этих дополнений сводилась к тому, что некоторые положения, изложенные в предыдущих статьях, теперь формулировались в форме теорем, которые были или ошибочны, или не интересны, поскольку, как правило, могли быть получены, в ряде случаев, просто из поверхностного рассмотрения основных уравнений ракетодинамики.

В этом же году он, наконец, опубликовал отдельной брошюрой [97] свою работу, с опровержением второго начала термодинамики, которую закончил еще в 1905 году.

Понимая, что он в тепловых процессах не разбирался, вряд ли стоило подробно останавливаться на ее анализе, если бы не два обстоятельства.

Во-первых, К.Э. Циолковский сам придавал ей большое значение, отметив в автобиографии, что он опроверг Клаузиуса и Томсона.

Во-вторых, неожиданно идеи, высказанные им в этой небольшой по объему статье, до сих пор привлекают большое внимание и являются иногда источником заблуждений некоторых современных ученых. Достаточно сказать, что нам известны по крайней мере две книги [11, 56] и ряд статей, посвященных развитию этих его идей (см., например, [2,47]).

Конечно, мы далеки от мысли решать здесь глобальные проблемы термодинамики и обсуждать все то, о чем говорят специалисты. Однако нам придется ответить на вопрос о том, действительно ли К.Э. Циолковский опроверг второй закон термодинамики, и, если ответ окажется отрицательным, необходимо будет указать на ошибку в его рассуждениях.

Со вторым законом термодинамики он, как и обычно, познакомился из научно-популярной литературы или из учебников. По крайней мере, "Механическую теорию теплоты" Р. Клаузиуса он не читал и это станет ясно любому, кто сопоставит эту работу с его работой [97].

Р. Клаузиус писал: "Теплота не может переходить сама собой от более холодного тела к более теплому" [24, с. 133],.и добавил, что "Появляющиеся здесь слова "сама собой" требуют, чтобы быть вполне понятными, еще объяснения, которое дано мною в различных местах моих работ" [24, с. 133].

Далее, объяснив в общих чертах содержание этих слов, с его учетом Р. Клаузиус дал вторую формулировку этого закона:

"Переход теплоты от более холодного тела к более теплому не может иметь места без компенсации" [24, с. 134].

К.Э. Циолковский, не зная о существовании этих и других объяснений Р. Клаузиуса, начал свою работу именно с критики этих слов "сама собой", что и служит убедительным свидетельством незнания им всех аспектов этого закона в том виде, в каком они были изложены его автором.

"Что значит сама собой? - спрашивал он. - Может быть теплота от холодного тела к нагретому может переходить особенным неизвестным действием природы? Человеческой силой, умом, искусством? Не чудом же? Выходит, что сама собою теплота не переходит, но не сама собою переходит" [97,с.6].

Именно не сама собою и переходит, с компенсацией ее потерь, с осуществлением некоторой дополнительной работы и пр. В отмеченном выше цикле жизнеобеспечения на борту космического корабля будет наблюдаться рассеивание энергии и безусловное выполнение второго закона термодинамики до тех пор, пока не найдутся некоторые способы компенсации этого рассеивания, например, изготовлением на Луне удобрений и доставкой их на корабль.

К.Э. Циолковский этого закона не понимал. Пытаясь доказать это, нам необходимо выбрать аргументы, созвучные с научными представлениями не нынешними, а конца XIX - начала XX в. В качестве такого аргумента может служить объяснение этого закона Г. Гельмгольцем, относящееся к 1899 году, с которым, в принципе, должен был познакомиться и К.Э. Циолковский прежде, чем вступать в дискуссию с представлениями Р. Клаузиуса.

Г. Гельмгольц писал о том, что весь запас энергии во Вселенной можно условно разделить на две части: одна из них представляет собой теплоту и должна ею остаться, другая, - к которой принадлежит теплота более нагретых тел и весь запас механической, электрической и магнитной энергии - может быть превращена в любую форму энергии, и она-то и поддерживает все бесконечно разнообразные процессы в жизни природы. Но теплота более нагретых тел непрерывно стремится при помощи теплопроводности и излучения перейти в менее нагретые тела и вызывать равновесие температуры.

При движении земных тел, благодаря трению и толчкам, часть механической энергии превращается в теплоту, только часть которой может быть опять превращена в механическую энергию; то же самое происходит и при каждом химическом или механическом процессе. Из этого следует, что первая часть энергии природы - неизменная теплота - непрерывно увеличивается, тогда как вторая, механическая, электрическая и химическая энергия, - непрерывно уменьшается, так что, если физические процессы во Вселенной будут непрерывно идти таким путем, вся энергия превратится, наконец, в теплоту, и тогда может наступить полное равновесие температуры. С этого момента дальнейшие превращения энергии окажутся невозможными, и все процессы должны будут приостановиться [12, с. 16-17], т.е. наступит тепловая смерть Вселенной.

Обратим внимание, что речь здесь идет (в частности) о том, что переход разных видов энергии в тепловую как раз и является свидетельством ее рассеивания или процесса возрастания энтропии.

Из многочисленных формулировок второго закона термодинамики одна как раз и подчеркивает переход от порядка к беспорядку, т.е. от организованного механического движения к хаотическому тепловому движению.

В конце XIX - начале XX в. велись жестокие философские баталии в отношении высказанной Р. Клаузиусом и В. Томсоном идеи о тепловой смерти Вселенной.

Достаточно четко эта мысль была сформулирована В. Томсоном, который писал: "В прошлом, отстоящем на конечный промежуток времени от настоящего момента, Земля находилась и, спустя конечный промежуток времени, она снова очутится в состоянии, непригодном для обитания человека, если только в прошлом не были проведены и в будущем не будут предприняты такие меры, которые являются неосуществимыми при наличии законов, регулирующих известные процессы, протекающие ныне в материальном мире" [79, с. 182].

Материалисты, увидев в выводах из этого закона начало и конец света, всю эту философию стали называть поповской легендой, против которой повели свои наступательные действия.

Не вдаваясь в подробности развернувшейся в то время дискуссии, остановимся только на отдельных аргументах противников этой идеи.

Н.Г. Чернышевский в 1885 году писал: "Если бы могло настать когда-нибудь такое состояние (т.е. тепловая смерть Вселенной - Г.С.), оно было бы уже наставшим с бесконечно давнего прошлого. Эта аксиома, против которой нет никаких возможных возражений" [174, с. 534].

И далее: "Формула, предвещающая конец движению во вселенной, противоречит факту существования движения в наше время. Эта формула фальшивая" [174, с. 535].

А вот фрагмент из статьи профессора Московского университета Н.А. Умова(1904-1905 гг.):

"Перейдем теперь к вопросу о смерти нашего мира. Не поражало ли вас, что, несмотря на рост энтропии, на идущее от века рассеяние энергии, наш мир никак не может умереть и небесные светила не могут потухнуть?" [173, с. 282].

А теперь - аргумент К.Э. Циолковского:

"Так, согласно усердным последователям Клаузиуса и Томсона, теплота тел стремится к уравнению, к одной определенной средней температуре; иными словами, энтропия вселенной непрерывно растет.