Техника - молодёжи 2001-04, страница 17

и

НАШИ

И

Л

щ

И

ЧЕТВЕРТОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

Необходимость исследовать общие свойства так называемых антиэнтропийных систем назрела уже давно. Еще в 1959 г., выступая на Всесоюзной конференции по философским вопросам, Густав Наан, академик АН ЭССР, сказал так: «При анализе совокупности фактов, известных науке, трудно избавиться от подозрения, что список фундаментальных законов природы существенно неполон, что в нем не хватает, по крайней мере, одного очень общего закона. В самом деле, мы имеем закон, ответственный за стабильность и преемственность мирового порядка. Это закон сохранения энергии — первый закон термодинамики. Мы имеем другой закон, ответственный за направленность процессов природы, — второй закон термодинамики. Этот закон говорит об универсальности эволюции в направлении большего беспорядка, хаоса, если угодно, демобилизации энергии. (Сразу же отметим, что существует еще и так называемая теорема Нернста, которую иногда называют третьим законом термодинамики: при абсолютном нуле температур энтропия S любого кристаллического вещества равна нулю. — Ред.)- Между тем, в природе мы наблюдаем самые разнообразные процессы, так сказать, антиэнтропийного характера — процессы возникновения сложного из более простого. Быть может, возникновение звезд, планет, галактик, происхождение жизни, по крайней мере, отчасти именно поэтому с таким трудом поддаются раскрытию, что нам неизвестен соответствующий общий закон, и мы находимся во власти сильно укоренившегося представления о том, что все эти явления могут получить объяснение только как редкое исключение из общего правила».

Спустя два года, выступая на конференции в США, известный кибернетик Уолтер Росс Эшби высказал сходные мысли, отметив, что ошибочный взгляд на происхождение жизни как на редкое и странное явление опровергается результатами исследований общих принципов самоорганизации систем, существующих в природе. Действительно, примерно в те же годы Илья Пригожин создал термодинамику необратимых процессов, позволяющую, казалось бы, объяснить принципиальную возможность самоорганизации вещества, не нарушающую второй закон (или, как говорят, начало) термодинамики, за что и был удостоен Нобелевской премии. (Написанные им в соавторстве с Изабеллой Стенгерс книги «Порядок из хоаса» и «Время, хаос, квант» были опубликованы на русском языке издательством «Прогресс» в 1986 и 1994 гг. соответственно.)

Потом Манфред Эйген (тоже впоследствии ставший нобелевским лауреатом) предложил теоретически обоснованную, а затем и экспериментально подтвержденную модель возникновения жизни и ее эволюции на молекулярном уровне.

Казалось бы, проблема происхождения жизни решена.

И все же остается неприятное ощущение, будто в современной науке недостает какого-то «самого главного» закона природы. Попытки найти этот закон не прекращаются и по сей день.

Как только возникла классическая механика, между живыми и неживыми объектами не стали делать никаких особых различий. Положение изменилось только с появлением понятия энтропии как меры беспорядка: после этого все системы стали выстраивать в некую цепочку, на одном конце которой оказался хаос космической пыли, а на другом — высокоорганизованная органическая жизнь, включающая человека и его сознание, вместилищем которого служит головной мозг.

Но, несмотря на то, что энтропию любой системы можно вычислить (для этого и нужен третий закон термодинамики), никто не понимает до конца ее физического смысла. И никто не знает — чем, скажем, энтропия даже самого сложного современного компьютера отличается от энтропии человеческого мозга. Они могут, в принципе, быть даже равными, но это какие-то явно разные величины!

Более того, если для измерения объема, температуры, давления и других физико-химических параметров системы существуют определенные приборы, то для измерения энтропии таковых нет! Тогда какой же физический смысл имеет эта очень странная ненаблюдаемая величина? Ведь физики твердо убеждены в том, что в природе не может быть явлений, которые невозможно измерить с помощью тех или иных приборов: все остальное считается чем-то вроде телепатии...

Из этого можно сделать лишь один вывод: коль скоро устройство для измерения энтропии невозможно создать научно-техническими средствами, но энтропия все же существует, то прибором для ее измерения служат явления, лежащие в основе жизнедеятельности. И показания этого «измерителя» каким-то неведомым нам образом управляют всеми антиэнтропийными процессами на любом уровне организации материи. Что можно записать в виде очень простой формулы: dS/dt = С,

где величину С можно назвать «самочувствием» материи. Чем выше это «самочувствие», тем интенсивнее идут процессы самоорганизации. Причем это можно отнести как к сознанию человека, управляющему его поступками, так и к деятельности любой живой клетки и даже любой микрочастицы. Если бы такого закона термодинамики не существовало, то весь наш мир оказался бы абсолютно неживым механизмом, а мы с вами — просто биороботами.

Борис СОЛОМИН, доктор технических наук, г.Запорожье

ОТ РЕДАКЦИИ. В послевоенные годы на кафедре физической химии Московского государственного университета работал профессор А.В. Фрост — талантливый ученый и большой оригинал. Говорят, что однажды ему было поручено составить поквартальный план работы его лаборатории на будущий год. И вот примерно какую бумагу он представил начальству:

1-й квартал — «закрыть» первое начало термодинамики.

2-й квартал — «закрыть» второе начало термодинамики.

3-й квартал — «закрыть» третье начало термодинамики.

4-й квартал — открыть четвертое начало термодинамики! ■

ИЗ ЧЕЛ) СОСТОИТ

В результате соединения водорода с кислородом по реакции

2Нг + Ог = 2 НгО + 136,8 ккал образуется не только вода, но и возникает взрыв, сопровождающийся выделением света и тепла. В левой части этого уравнения находятся реагирующие газы (например, 44,8 л водорода и 22,4 л кислорода), а в правой части — продукты реакции, 0,036 л воды и 136,8 ккал энергии.

Химические уравнения реакций отражают, в первую очередь, закон сохранения материи, согласно которому масса реагирующих веществ должна быть равна массе продуктов реакции. Однако при этом не учитывается масса энергии, которая кажется нам практически «невесомой» хотя она тоже вполне материальна и должна в скрытой, потенциальной форме содержаться в массе реагирующих газов.

Итак, в результате взаимодействия 67,2 л смеси газов образовалось 0,036 л воды, в которой и сосредоточилась вся масса «весомого» вещества, а его «невесомая» часть в количестве 136,8 ккал рассеялась в окружающем пространстве. Но значит ли это, что «невесомая» тепловая энергия не занимала в веществе никакого объема?

Заменим массы всех веществ, участвующих в образовании воды, их объемами и обозначим как X объем теплоты: 44,8+ 22,4 = 0,036+ Х Решив это нехитрое уравнение, мы придем к неожиданному выводу, что в 67,2 л исходной смеси водорода и кислорода теплота занимала... 67,164 л, или 99,9% всего объема вещества! И если учесть, что ядра атомов имеют исчезающе малые размеры, то придется признать, что все материальные тела буквально насыщены особой «невесомой» материей, которую при желании можно, как и в старину, назвать «теплородом». ■ Геннадий ТРОФИМОВ, кандидат химических наук, г.Апатиты

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 4 2 0 0 1

15