Ужас тепловой смерти

Что же испугало Томсона в принципе Карно, во Втором начале термодинамики? Его испугал вывод о том, что могут существовать условия, при которых невозможно превращение тепла в работу или в другие формы энергии. Ему казалось неприемлемым признание того, что, в отличие от других форм энергии, теплота обладает особыми свойствами, что какие-то её количества выпадают из замкнутого круга взаимных превращений.

Ничего подобного с другими видами энергии не происходило! Томсона поразило особое место теплоты среди других форм энергии. Его ужасал вывод, неизбежно следовавший из этого. Неизбежный логический вывод, противоречащий всему, что казалось надёжно установленным великими предшественниками. Необратимое течение тепловых процессов сулило Вселенной гибель…

Шесть долгих лет Томсон изучал проблему, прежде чем решил опубликовать результат. В 1857 году в работе «О всеобщей тенденции в природе к рассеянию механической энергии» он сообщает драматический вывод: принцип Карно верен, и он отражает гибельную тенденцию, властвующую над природой. Все формы энергии в конечном счете переходят в теплоту, температура всех тел стремится к выравниванию за счёт охлаждения нагретых тел. Это приводит к снижению работоспособности всех процессов, к тепловой смерти!

Вот когда энтропия показала своё истинное лицо. Энтропия, что означает в переводе «изменение», всегда стремится к нулю… Мир стремится к покою…

Теперь мы можем понять, почему Томсон, воспитанный в уважении к законам природы, ещё в 1851 году ввёл в формулировку Второго постулата термодинамики оговорку о неодушевлённых телах. Он не надеялся ни на что, кроме чуда или бога.

Клаузиус пропагандировал вывод Томсона и изложил его в чёткой математической форме.

Приговор был произнесён. Он потряс учёных и воображение широкой публики. Мир не будет существовать бесконечно. Он обречён.

Клерикалы утешали обывателя: мир не мог возникнуть без помощи бога, а раз так, то бог нас не оставит.

Многие учёные пытались оспорить положение Томсона — Клаузиуса. Они искали примеры, противоречащие Второму началу термодинамики. Все возражения были ошибочны, все примеры содержали погрешность.

Физика попала в тупик. Каков же выход?

«Современное естествознание вынуждено заимствовать у философии положение о неуничтожаемости движения: без этого положения естествознание уже не может существовать».

Так охарактеризовал поворот событий Энгельс. Ещё при его жизни гениальный физик Больцман освободил природу от опеки бога. Он показал, как в природе реализуется то, что Энгельс утверждал на основе общих положений диалектического материализма: движение бесконечно, мир не умрёт, не остановится в своём развитии.

Вы спросите: как же так? Второй закон термодинамики утверждает, что мир стремится к покою, а Больцман берёт на себя смелость утверждать, что, вопреки этому велению природы, движение вечно. За счёт чего же?

Как большинство крупных учёных, Больцман был материалистом. В результате изучения явлений природы он стихийно пришёл к тому, к чему диалектический материализм приводит строго научно. Он понял и объяснил парадоксальное уклонение природы от собственных запретов. Примирил теорию и реальность. Узаконил жизнь вопреки правам смерти и отнёс вывод о тепловом угасании мира к области заблуждений.

Проследим же за рассуждениями Больцмана. Проделаем два мысленных эксперимента:

1. Нальём в сосуд две одинаковые жидкости, различающиеся только цветом, и подождём. Они самопроизвольно смешаются. Сегодня и для школьника не секрет, что этот процесс является результатом хаотического теплового движения частиц жидкости. Процесс можно описать формулами.

2. Заложим в барабан слой белых шаров, а на них слой чёрных и приведём барабан во вращение. Шары постепенно перемешаются. Для науки и этот процесс — не загадка. Он описывается уравнениями. Если мы взглянем на эти уравнения, то увидим странную картину. Время может входить в них симметрично: со знаком плюс и со знаком минус. Уравнения механики написаны так, словно вращение барабана в обратную сторону снова разделит на слои смесь шаров, словно бы описываемые формулами процессы могут одинаково развиваться как в сторону будущего, так и в сторону прошлого. Но ведь это противоречит многовековому опыту человечества. Время, как и теплота, неотвратимо течёт только в одну сторону. Время течёт от прошлого к будущему, и нет никакой возможности не только повернуть его вспять, но и остановить хотя бы на мгновение!

Любой объект, принадлежи он мёртвой или живой природе, предоставленный сам себе, развивается в одном, вполне определённом направлении. Разве кто-нибудь когда-нибудь видел хоть одно исключение из этого правила?

Значит, уравнения механики лгут? Ведь они дают основание предположить, что, вращая барабан в обратную сторону, можно добиться разделения шаров на белые и чёрные, то есть вернуть систему в первоначальное состояние, в прошлое. Но в действительности этого не происходит. Не разделяются и смешавшиеся жидкости. Почему?