Седьмое доказательство

Однако основным всё-таки является первоначальный смысл этого понятия, а второй – не более чем следствие первого. Действительно, для преодоления энтропии системы (если рассматривать это как поставленную цель) необходимо приложить к ней деятельную силу, причем эта сила должна действовать настойчиво, то есть её действие должно быть постоянным или, по крайней мере, достаточно длительным (если мы в течение нескольких лет ухаживали за могилой, а потом забросили её, то она опять придет в упадок).

Способность тел производить работу есть всего лишь следствие приложения к системе упомянутой деятельной силы (т. е. сообщения ей какого-то количества энергии). В этом можно убедиться на простом примере. Сколь тщательно ни была бы изготовлена часовая пружина – сама по себе она не способна производить никакую работу. Она совершает порученную ей работу (вращает часовой механизм) только после того, как вы её заведете, то есть сообщите ей необходимое количество энергии. Вы в этом случае выполняете роль внешней деятельной силы. Другой пример. Камень, лежащий на земле, не может совершить какой-либо работы. Он совершит работу (например, упадет на землю) только в том случае, если его поднять над землей на какую-то высоту. Но для этого опять же нужно применить к нему деятельную силу – только тогда у него появится энергия, достаточная для совершения работы.

В некоторых случаях деятельная сила бывает заключена в самой системе или в объекте; такие объекты, обладающие внутренним источником энергии, способны совершать работу, подпитываясь энергией изнутри. Например, Солнце совершает работу (обогревает и освещает нас), питаясь внутренней энергией протекающих в нём ядерных реакций17. Значит, приложение внешней силы к системе не всегда необходимо?

Не будем спешить с выводом. Наличие объектов со «встроенным» источником энергии нисколько не меняет общего порядка вещей. Ведь бывают и часы, которые не требуют подзавода, – достаточно вставить в них батарейку, внутренний источник энергии. Но ведь эта батарейка сама собой в часах не образуется – кто-то должен ее туда вставить.

Если пример с кварцевыми часами вас не убедил, проведём мысленный эксперимент.

Пусть Солнце и все другие объекты, обладающие внутренними источниками энергии, совершают свою работу до тех пор, пока их источники не иссякнут. А в том, что они иссякают, нет никакого сомнения. Ученые считают, например, что Солнце уже прожило половину отведенного ему срока, израсходовав при этом половину водорода, служащего топливом для ядерной реакции.

И вот, энергия исчерпана. Небесные светила больше не могут производить работу, перестают излучать свет и тепло. Вселенная погружается во мрак, рассыпается в пыль – переходит в свое наиболее вероятное состояние. Как теперь заставить это мертвое вещество производить работу? Внутри него источники энергии исчерпаны. Вот если бы кто-то извне приложил «деятельную силу»… Нет, как ни крути, а часы Вселенной кто-то должен заводить!

Три кита

В древности люди полагали, что земля покоится на трех китах. На самом деле три кита, на которых держится вселенная – это энергия, информация и, увы, энтропия. Рассмотрим, в каких отношениях эти три категории между собой находятся.

Отметим, что работа может совершаться только при наличии разности потенциалов, то есть когда энергия имеет возможность перетекать с одного уровня (высокого) на другой (низкий). Но наличие различных уровней предполагает уже какой-то порядок, описываемый определенным количеством информации. Энтропия же по своей сути означает не что иное, как выравнивание потенциалов. При максимальной энтропии и нулевой упорядоченности никакой работы производиться не может.

Казалось бы, всё просто. Энергия должна быть прямо пропорциональна информации (упорядоченности) и обратно пропорциональна энтропии.

Однако на самом деле зависимость между этими тремя величинами более сложная.

Говоря об информации, мы различаем абсолютную информацию и распределенную информацию (которая может возрастать при неизменной величине абсолютной информации). Говоря об энергии, тоже следует различать свободную энергию (готовую совершить работу) и связанную энергию, которая в связанном состоянии не может совершать работу, но может совершить её при определенных условиях (при условии «высвобождения»). Поэтому связанную энергию еще называют потенциальной.

Различие между связанной и свободной энергией демонстрирует стоячая вода в пруду и вода, низвергающаяся в водопаде. Вода одна и та же, но вторая может совершать полезную работу, скажем, вращать турбины гидроэлектростанции, а первая – не может. Другой пример: перепад атмосферного давления порождает ветер, способный толкать вперед парусное судно. Если давление выравнивается, ветер стихает, наступает штиль – и парусник останавливается: нет энергии, способной совершать работу!