Предчувствия и свершения. Книга 2. Призраки

Дойдя до стенки цилиндра, поршень остановится. Как показал еще Карно, процесс протекает в одном направлении, с потерей тепла. Мы, знающие больше, чем Карно, можем сказать — все происходит в соответствии с законами термодинамики. Опыт можно провести в обратном направлении, приложив к поршню силу, которая вернет его в исходное положение. Передвигаясь справа налево, поршень будет действовать на молекулы газа, как «атакующая» ракетка на теннисный мяч, — молекулы получат дополнительную скорость, газ будет нагреваться, его давление (из-за уменьшения объема газа) расти. Но запомним: все это происходит не само по себе, не за счет тепловой энергии молекул, а за счет работы внешней силы.

А можно ли вернуть газ обратно без помощи поршня? Без внешней силы? Ответ настолько не прост, что нам нужно проделать еще один мысленный опыт.

Заменим поршень скользящей перегородкой, которую можно вытащить через узкую щель в стенке цилиндра, не выпустив из него газ. Первоначально газ был в левой половине. После удаления перегородки он займет весь цилиндр. Что изменилось по сравнению с первым опытом? Давление газа, естественно, упало — ведь увеличился объем. А температура? Она не изменилась. Молекулы не теряли скорости на уходящем поршне. Газ не совершал работы. Он просто расширялся, не встречая сопротивления, и долетел до неподвижной правой стенки цилиндра. Теория говорит: все в порядке, энергия газа не изменилась, ведь она зависит от числа молекул и от их скорости, а они остались прежними… Так, может быть, газ в этом случае способен без помощи поршня возвратиться в исходное состояние? В то состояние, когда перегородка возвращена на место, а газ находится с одной ее стороны?

Молекулярно-кинетическая теория, основанная на модели соударения упругих шаров, не запрещает такой возможности. Ведь соударения упругих шаров подчиняются законам Ньютона, которые совершенно симметричны по отношению к направлениям любых механических процессов.

Несомненно, каждому интуитивно ясно, что практически невозможно изменить на противоположное направление движение каждой молекулы газа и таким способом (в соответствии с законами Ньютона) привести газ в исходное состояние. Но нет ли, помимо этой «практической трудности», какого-либо глубокого принципиального запрета, препятствующего выполнению этой задачи?

Возвратим на место нашу скользящую перегородку, но предварительно снабдим ее небольшим отверстием, за-закрываемымтакой же скользящей маленькой заслонкой. Теперь, открывая заслонку, когда к ней подлетают молекулы движущиеся справа налево, и закрывая ее, если молекулы подлетают к ней слева, мы можем вновь собрать все молекулы в левой половине цилиндра. Какие возможности открываются перед нами! Мы можем соединить обе половины цилиндра Тонкой трубкой и установить в ней маленькую турбинку. Тогда газ, перетекая по трубке слева направо, будет вращать турбинку, совершая даровую работу, а мы, не совершая никакой работы, а лишь управляя заслонкой, будем постоянно возвращать его в исходное состояние.

Максвелл, обдумывавший подобный мысленный эксперимент, знал, что такое устройство было бы вечным двигателем. Ведь, по условию, трения нет, и заслонка, не затрачивая работу, поддерживает разность давления между обеими половинами цилиндра. А за счет этой разности давлений работает турбинка. Это вечный двигатель, дающий даровую работу! Следовательно, заключил он, такой механизм не может работать, если им не управляет некое сверхъестественное существо, способное сортировать молекулы, не совершая работы.

Это значит, что молекулярно-кинетическая теория, основанная на модели идеально упругих шаров, подчиняющихся законам Ньютона, не может описать работу паровой машины, не прибегая к помощи термодинамики. От моле-молекулярнокинетической теории нет прямого пути к термодинамике и ее законам. Законы термодинамики не могут быть получены из механики Ньютона. Связь между ними долго казалась непостижимой…

Так в обиход науки вошел «дьявол Максвелла», воображаемый механизм, который совершил бы чудо получения работы без ее затраты, если бы мог существовать.

Максвелл придумал своего нечистого в 1871 году и был в полной уверенности, что тут же его уничтожил. Но «дьявол» оказался хитрее и коварнее. Он покинул Максвелла, так как тот в него не поверил, и начал поиски сторонников подоверчивее.

Козни дьявола