Блеск и нищета К.Э. Циолковского

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 научных 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].

К.Э. Циолковский был верующим человеком. В первом издании своей работы ^[99] он прямо писал: «Я верую в бога» ^[99] [с. 8], хотя в советское время он, по понятным причинам, делал вид, что является атеистом, но религиозность его оказывалась плохо скрываемой. Поскольку второе начало термодинамики подтверждало «поповскую легенду», то невольно возникает вопрос о том, почему К.Э. Циолковский оказался по эту сторону «баррикад», а не по ту, где сконцентрировали свои усилия идеалисты всех направлений, где участвовали в дискуссии даже священнослужители, где он, наконец, испытывал бы простой душевный комфорт.

Мы попытаемся ответить на него ниже, в разделе о феномене К.Э. Циолковского.