Седьмое доказательство

Если рассматривать, скажем, систему, состоящую из камня и земли, на которой лежит камень, то сила сопротивления земли согласно закону Ньютона равна, но противоположна силе давления на нее камня, а общая сумма этих двух сил (с учетом знака) равна нулю. Именно по этой причине эта система находится в состоянии покоя. Если бы сила земли превысила силу камня, земля бы подбросила камень вверх, а если бы сила камня превысила силу земли – камень бы погрузился в землю (такое случается с метеоритными камнями, с чудовищной силой ударяющимися о землю).

Несложно представить себе систему, состоящую из многих взаимодействующих (движущихся в разных направлениях) тел, даже такую большую, как вся Вселенная, в которой моменты взаимодействующих между собой тел взаимно погашаются и их сумма равна нулю.

Как видим, и в законе сохранения количества движения, и в законе сохранения заряда константы равны нулю. Нет оснований думать, будто с законом сохранения энергии дело обстоит иначе. Во всяком случае, это должно быть справедливо в отношении свободной энергии, частными случаями которой являются энергия движения (кинетическая энергия) и электрическая энергия (энергия электрического поля, создаваемого зарядами). Это дает нам право предположить, что общее количество свободной энергии в изолированной системе равно нулю. Потому это количество и постоянно. Похоже, это единственное приемлемое решение для величины энергетической константы Вселенной.

Первое начало термодинамики

Давайте еще немного углубимся в физику, точнее в науку о движении теплоты – термодинамику. Несмотря на скучное название, эта наука удивительно интересная. Она на многое открывает глаза. Взять хотя бы тот факт, что на основании законов термодинамики была точно установлена невозможность создания perpetuum mobile – вечного двигателя, над которым ломали головы многие поколения энтузиастов29.

Термодинамика изучает превращения энергии в различных явлениях, сопровождающихся тепловыми эффектами. А надо сказать, что тепловая форма энергии является базовой по отношению к другим – практически при любом переходе энергии из одного вида в другой некоторая часть энергии (порой – довольно значительная) выделяется в виде теплоты. Например, когда мы превращаем электрическую энергию в световую (включаем электролампочку), эта лампочка кроме света выделяет также и довольно много тепла, даже если это нам не требуется. Когда мы ту же электрическую энергию превращаем в механическую, например, пользуемся электрической дрелью, то двигатель дрели ощутимо нагревается, что приводит к его ускоренному износу. Но поделать с этим ничего нельзя. Даже создание холода в холодильнике не обходится без выброса в атмосферу тепла.

Тепловая энергия – универсальный вид энергии. Любой вид энергии в конечном счете превращается в тепло. Поэтому термодинамика и представляет для нас такой интерес.

Термодинамика основывается на опытных законах, которые называют началами термодинамики.

Первое начало термодинамики описывает тот очевидный факт, что при наличии разности потенциалов (энергетических уровней) энергия всегда перемещается в направлении от более высокого уровня к более низкому, от избытка к недостатку. Представьте себе водопад – резкий перепад уровня воды. В какую сторону течет вода? Конечно, с высокого уровня – на более низкий. При этом она совершает работу, которую можно использовать, например, заставив её крутить лопасти турбины и вырабатывать ток, на чём, собственно, основана идея любой гидроэлектростанции. Может ли вода двигаться в обратном направлении, снизу вверх? Конечно, не может.

Ну, это вода. Может быть, тепло ведет себя по-другому? Возьмем два предмета, имеющих различную температуру, например, горячий чай (температура 80 °С) и обычную чашку (температура комнатная, 20°С) и приведем их в соприкосновение, т. е. нальем чай в чашку. Что будет происходить? Через какое-то время мы заметим, что чай остыл, так что его можно пить, а чашка нагрелась. Очевидно, часть тепла перешла от чая к чашке. Могло ли быть по другому? Могла ли часть тепла, имевшаяся у чашки (все-таки 20 °С!) перейти к чаю, так, чтобы он вскипел, а чашка бы при этом охладилась до нуля? Нет, это уже похоже на фантастику. Тепло, как и вода, переходит всегда от более нагретого тела к менее нагретому, то есть с более высокого уровня на более низкий, и никогда иначе.