Блеск и нищета К. Э. Циолковского - Гелий Салахутдинов

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.

Настанет время, когда Солнце потухнет, мир замрет, живое уничтожится.

Но этого не будет, если постулат Клаузиуса не признавать началом или законом (ну, и логика - Г.С.). Мир существует давно, даже трудно предположить, чтобы он когда-нибудь не существовал. А если он уже существует бесконечное время, то давно бы должно наступить уравнение температур, угасание Солнца и всеобщая смерть. А раз этого нет, то и закона нет, а есть только явление, часто повторяющееся" [97, с.6-7].

Оригинальная точка зрения, не правда ли? Главное - самостоятельная и, как всегда, без ссылок на предшественников.

Теперь приведем цитату И. Ньютона, относящуюся к 10 декабря 1692 года, когда в письме к Бентли он писал:

"Мне кажется, что если бы вещество нашего Солнца и планет и все вещество Вселенной было равномерно рассеяно по всему небу, и каждая частица обладала врожденным тяготением ко всему остальному, и все пространство, по которому это вещество рассеяно, было бы, тем не менее, конечным, то вещество с наружной стороны этого пространства направлялось бы его тяготением ко всему веществу внутри и в результате упало бы в середину всего пространства и образовало бы там одну большую сферическую массу. Но если бы вещество было равномерно распределено

по бесконечному пространству, оно никогда бы не собралось в одну массу, но некоторое его количество собралось бы в одну массу, а некоторое количество в другую так, чтобы создать бесконечное число больших масс, рассеянных на больших расстояниях друг от друга по всему бесконечному пространству. И так могли быть образованы Солнце и Неподвижные Звезды, если считать, что вещество имеет постижимую природу" [194, с. 234].

Эту идею И. Ньютона подхватили Кант, Лаплас и Гельмгольц. К.Э. Циолковский узнал о ней из работ Лапласа, с которыми он был несомненно знаком (вероятно, с [31 ]) и использовал в своих первых работах, посвященных причинам Солнечной энергии, т.е. лучеиспускания, причем сделал это после Гельмгольца.

И вот эту-то идею он и противопоставил второму началу термодинамики. Он, в частности, отмечал, что атомы и молекулы вещества притягиваются к центру планет, светил и пр., что приводит ко все большему сжатию вещества по направлению к центру притяжения. Поскольку сжатие сопровождается выделением тепла, то налицо источник тепла, видимо, по мнению К.Э. Циолковского - неисчерпаемый. Следовательно, тепло переходит от холодных молекул к теплому ядру, и в этом он видел нарушение рассматриваемого закона.

Он писал: "...постулат Клаузиуса в чистом виде, без оговорок, не оправдывается.

Сила тяготения, как и другие причины, - число же их неизвестно - его нарушают...

...В своем чистом виде постулат может быть нарушен и еще во множестве случаев, но опять-таки не сам собою, а вследствие каких-либо исключительных условий" [97,с.18].

Заканчивает он свою работу таким утверждением: "действительно, теплота переходит от холодного тела к теплому, но не сама собой, а через вмешательство силы тяготения" [97, с. 19].

Если бы он хотя бы прочитал работу Р. Клазиуса [24], то вряд ли появилась бы его работа [97], представлявшая собой нечто иное, как борьбу с недостаточно четким изложением второго начала термодинамики в используемых им источниках, т.е. фактически с его собственным непониманием этого закона.

Если в соответствующем тепловом процессе появляются некоторые явления, компенсирующие потери тепла, то закон этот будет нарушаться именно потому, что это обстоятельство оговорено в его формулировке или, другими словами, из-за нарушения области и (или) условий его применения.

Как заметил автор работы [56], "поверхность планеты оказывается кишит массой объектов, которые ведут себя совершенно "противозаконным", с точки зрения физико-химического порядка, парадоксальным образом. Они противоречат закону возрастания энтропии" [56, с. 14].

Дело все тут как раз и состоит в том, что это, якобы нарушение второго закона термодинамики, возникает в большинстве случаев попросту из-за несоответствия условиям, для которых он получен. Даже в те далекие времена, когда в моде было изобретение вечного двигателя, было построено множество устройств, основанных на скрытом использовании явлений природы, например, суточных колебаний температуры, напора ветра или воды и пр.

Разве можно считать нарушением этого закона существование тепловых насосов, с помощью которых в принципе можно обогревать жилище, используя более низкую температуру окружающего воздуха. Пример К.Э. Циолковского не только не противоречит идее тепловой смерти, но и даже подтверждает ее, поскольку в нем энергия тяготения лишает последнего (внутреннего) тепла молекулы воздуха (газа).

К.Э. Циолковский по-видимому считал, что выделение тепла при гравитационном сжатии будет бесконечное, поскольку во Вселенной бесконечное количество вещества.

Однако из известной формулы А. Эйнштейна Е = mc2 следует, что и запас энергии Вселенной ограничен. Кроме того, бесконечной Вселенной соответствует бесконечное количество гравитирующих центров так, что запас внутренней энергии газов, приходящейся на один из них (центров) ограничен.

Наконец, в работе [97] высказана еще одна идея К.Э. Циолковского. Он полагал, что градиент температур по высоте атмосферы Земли обусловлен эффектом гравитации, поскольку молекулы воздуха, притягиваясь к центру Земли, при сжатии выделяют на ее поверхности больше тепла, чем на высоте (идея Г. Гельмгольца).

Далее он считал, что если какую-нибудь трубу длиной в несколько десятков километров заполнить водородом, хорошо теплоизолировать и установить вертикально, то температуры газа распределяться по высоте в соответствии с этим выделением тепла.

Он предложил своим читателям провести такой эксперимент, поскольку ему самому, если он это сделает, не поверят. На этой основе он предлагал также создать и своего рода машину. Он писал:

"Вообразим себе в вертикальной плоскости замкнутую трубу, изогнутую в прямоугольник. Она наполнена водородом и стоит в атмосфере какой-либо планеты (или на Земле - в воздухе). Горизонтальные части этой металлической трубы пусть ни чем не будут прикрыты, так что они будут иметь температуру воздуха (например, снизу + 20° и сверху - 30° ). Вертикальные же колена ее пусть закрыты непроводящим тепло веществами (пух). Верхнее колено трубки охладится (-30° С) воздухом, нижнее нагреется (+20°С). Температура отвесных боковых частей может быть вначале и одинакова и различна. Если одинакова, то надо дать столбу водорода в трубке толчок в ту или другую сторону. Если, напр., верхний холодный газ толкнем вправо, то холодный водород потечет по замкнутой трубе в правое отвесное колено. В нем, через некоторое время, температура установится, близкая к 30° холода. Напротив, в левой ответной части, температура будет близка к 20° тепла. Верхнее горизонтальное колено, наполняясь теплым газом (20°), будет непрерывно выделять свою теплоту в верхнюю холодную часть атмосферы и охлаждаться до -30° С. Этой теплотой мы можем воспользоваться для получения работы. Нижнее горизонтальное колено, наполняясь холодным водородом, будет непрерывно поглощать теплоту из нижней теплой части атмосферы, чем мы также можем воспользоваться для получения работы. В результате правое колено будет иметь всегда температуру на 50° С более низкую, чем левое. Отсюда непрерывное движение газа в трубе и непрерывное выделение механической работы" [97, с. 21-22].

К сожалению, картина эта далека от реалистичной. К.Э. Циолковский не понимал, что в газе распределение температур определяется мощными процессами конвективного тепломассообмена. Если, как он предлагал, толкнуть водород вправо, то, конечно, он частично пройдет в правое отвесное колено, но, перемешиваясь с более теплым поднимающимся вверх газом, придет в тепловое равновесие и остановится (точнее будет передвигаться по законам конвективного тепломассообмена).

Надо отметить, что к выводу о невозможности тепловой смерти Вселенной, но уже на других ночных основаниях, приходили в разное время многие ученые. Вероятно, первым из них был М. Смолуховский, показавший, что "мир" находится в состоянии статистического равновесия, которое, однако, непрерывно сопровождается колебаниями и притом колебаниями любого размаха; последним присуще столь громадное время возврата, что мы не можем составить себе о нем какого-то представления. Тот факт, что второй основной закон находит столь широкое применение в области нашего опыта, следует приписать тому обстоятельству, что мы случайно находимся как раз в очень "ненормальной" фазе, в силу чего, как считал Смолуховский, у нас создается впечатление полной необратимости [72, с. 308].