2. Тепловая смерть

В одной из совершенно самостийных стран ближайшего зарубежья на лекции лектор сообщил о том, что наше Солнце погаснет через девять миллиардов лет. В зале возникла паника. Наконец, один из слушателей овладел собой:

— Через скилько, через скилько? — спросил он.

— Через дэвьять миллиардив рокив, — повторил лектор.

— Слава Богу! — воскликнул слушатель. — А то нам послышалось, что через дэвьять миллионив!

Паника улеглась. До дэвьяти миллиардив рокив было все-таки еще далеко.

Вопрос о тепловой смерти Вселенной возник вскоре после того, как немецкий физик Рудольф Юлиус Эммануэль Клаузиус в 1850 г. сформулировал Второе начало термодинамики: «Теплота не может сама перейти от более холодного тела к более теплому». Именно он, Клаузиус, введя в 1865 году понятие энтропии, распространил принцип возрастания энтропии на всю Вселенную, что и привело к мысли о тепловой смерти Вселенной: однажды все температуры выровняются, и на этом процессы во всей Вселенной остановятся. И с тех пор грозный призрак Тепловой Смерти не дает спокойно спать всему человечеству. Потому что однажды Вселенная даст дуба. Или отдаст концы. В общем, сыграет в ящик. И хоть это произойдет не скоро, а все же обидно.

Общий методологический подход к решению этой проблемы, по-видимому, первым предложил французский король Людовик XIV, которого называли королем-Солнцем из-за его склонности к кардинальному решению вселенских проблем:

— После нас — хоть потоп! — воскликнул король, имея в виду, что до Тепловой Смерти он может и не дожить.

В 1872 году 26-летний австрийский физик Людвиг Больцман, не удовлетворенный методологическими разработками короля Луи Четырнадцатого, предложил иное решение проблемы. Поскольку он был газовиком и знал, что молекулы газа все время флуктуируют, то он подумал, что Вселенная, пожалуй, не успокоится никогда, а тоже будет флуктуировать. Это предположение Больцмана на некоторое время приглушило остроту проблемы.

О проблеме Тепловой Смерти вспомнили уже в XX столетии, когда обнаружилось, что вся Вселенная разбегается. Центром, от которого все разбегалось, естественно, сначала была Земля, но потом кто-то сообразил, что это вовсе не обязательно, хотя в том, что центр, от которого все побежало, где-то был, никто не сомневался. Здесь трудности возникли в связи с тем, что этот центр не к чему было привязать, так как тогда, когда вся Вселенная была сконцентрирована в одной точке, названной сингулярной, ничего, кроме этого центра, вообще не было. И значит, где именно этот центр находился, сказать было невозможно.

Однако это не помешало физикам заняться актуальной проблемой Большого Взрыва — как вела себя Вселенная после Большого Взрыва. Они тщательно, за самую скромную зарплату и в настоящее время исследуют это состояние — через 1 секунду, через 0,1 секунды после Взрыва и даже через 0,00…1 секунды после Взрыва. А на вопрос о том, что было хотя бы перед самым Взрывом, за секунду до этого или за год, физики, не краснея, отвечают, что не было ничего. Потому что раз не было ни Земли, ни Солнца, ни даже самих физиков, то нечем и некому было все это измерить. И значит, таким вопросом можно и не интересоваться. Так что король Луи Четырнадцатый и здесь оказался прав, только не вперед, а, наоборот, назад.

Но и здесь оказалась закавыка. Что же это, начало есть, а конец? Так и будет разбегаться Вселенная? Нехорошо! И умные теоретики решили, что Вселенная так вести себя не должна, поскольку такое поведение неэтично. Тем более, что до этого не учитывали Законы Всемирного тяготения. Надо учесть. А после того, как учли, оказалось, что перед Вселенной открывается масса возможностей. Она может разбегаться, она может сбегаться, правда, не сразу, а чуть погодя, а может пульсировать туда-сюда. И все эти варианты находятся в полном согласии с великой научной теорией ОТО — Общей Теорией Относительности, созданной величайшим гением мира А. Эйнштейном. Потому что главная задача Вселенной — не противоречить этой замечательной теории.

А уж если Вселенная однажды снова сойдется в сингулярной точке, не имеющей ни размеров, ни координат, то все процессы в ней снова остановятся, и время как таковое исчезнет. И в таком состоянии она снова простоит или провисит неопределенно долго, потому что некому и нечем будет измерить время от конца сжатия до нового Взрыва, так как не будет никого из тех физиков-теоретиков, кто придумал всю эту галиматью.

Здесь пора вспомнить о той дискуссии, которая развернулась по близкой проблеме в нашей печати в 50-е годы. Проблема эта касалась обыкновенных холодильников. Дело в том, что обычный домашний холодильник работает как-то неправильно, не совсем соответствуя Второму началу термодинамики, открытому Клаузиусом. Он, видите ли, выделяет энергии больше, чем потребляет из сети. Ну, в самом деле, из сети он берет энергию, скажем, сто ватт, а на своем конденсаторе, который расположен сзади холодильника, выделяет двести. Потому что еще сто ватт он добывает из холодильной камеры, в которой охлаждаются продукты. Эту энергию, отобранную у продуктов, он и выдает в виде тепла в комнату, в которой стоит, обогревая воздух.

О чем здесь можно спорить, мне лично непонятно, но дискуссия была, причем очень жестокая, и одному из ее участников — Павлу Кондратьевичу Ощепкову, изобретателю радиолокатора, очень крепко досталось именно за то, что он не видел здесь никаких проблем. Единственно, чего он добивался, это признания того, что всю эту могучую задачу надо рассматривать не с точки зрения коэффициента полезного действия, а с точки зрения рассеивания или концентрации энергии.

Во всех обычных процессах, когда что-нибудь сгорает или теплообменивается, происходит рассеивание энергии, тут кпд меньше единицы. А в холодильнике энергия извлекается из двух мест — сети и морозильной камеры, а выделяется в одном — конденсаторе. И поэтому холодильник всегда и принципиально имеет кпд больше единицы, и тут ничего не поделаешь. И вообще, напоминал Павел Кондратьевич, создать энергию невозможно, а можно лишь перегнать ее с одного места на другое, преобразовав по дороге из одного вида в другой. Это все так, соглашались оппоненты, но все равно все это антинаучно, потому что кпд-то у вас больше единицы? Больше. Ну и вот!

С тех пор, несмотря на всю антинаучность утверждений П.К. Ощепкова, во всем мире построено много обогревательных станций типа «тепловых насосов», в том числе и у нас в Крыму. Принцип действия этих станций простой: морозильная камера опускается в воду — в реку или море, а лучше — сразу в океан, и оттуда тепло перегоняется в батареи водяного отопления в дома. И из комнат тепло выдувается через щели, обогревает земную атмосферу и снова возвращается в океан. Или в реку. А оттуда снова поступает в морозильник. Тем самым осуществляется кругооборот тепла вокруг дома, в котором установлены тепловые насосы. И если из сети забирается 100 Вт энергии, то в домах оседает 400 Вт, а если 100 кВт, то соответственно 400 кВт. А стало быть, это очень выгодно, в чем и убедились тепловики во всем мире. Поэтому дискуссия на тему о кпд, который больше единицы, как-то увяла, хотя в своих мнениях оппоненты нисколько не переменились. Но теперь их давно уже никого нет на свете, а их ученики на всякий случай не возникают с подобными вопросами, да и время сейчас для дискуссий не очень подходящее.

И остается только удивляться, почему вокруг таких очевидных вопросов возникают дискуссии. Хотя, как рекомендовали древние римляне или кто-то еще древнее, если вы не можете разобраться, почему происходят дискуссии о кпд, большем единицы, ищите, кому они выгодны.

Таким образом, дорожка к случаям, когда Второе начало термодинамики не соблюдается, была протоптана, в том смысле, что оказалось, что оно, это Второе начало, не ко всему имеет отношение. Однако Тепловая Смерть от этого не отодвинулась, а как бы заколебалась. Но сегодня на горизонте появилась эфиродинамика, которая опять по-иному ставит вопрос, и автор надеется, что на этот раз Тепловой Смерти не сдобровать.

Дело в том, что эфиродинамика основана на представлениях об эфире как об обычном реальном газе. Когда ее автор, то есть я, понял, что эфир — это газ, то для меня, это явилось сильнейшим потрясением. Потому что я не имел ни малейшего представления о том, как ведет себя газ вообще и эфир, в частности. Ибо я был всего-навсего инженером-электриком, специалистом по электроприводу в бумагоделательной промышленности и в металлургии, поэтому работал в области авиационного бортового оборудования и занимался емкостными датчиками перемещения, в авиации пока не употребляющимися и не имеющим к авиации и электроприводу никакого отношения. И вообще не знал, как к газовой динамике подступиться. А потому я засел за книжки по газовой динамике. И тут выяснилась прелюбопытная вещь.

Во-первых, оказалось, что газовая динамика — интереснейшая область науки. Во-вторых, выяснилось, что эфир обладает всеми свойствами обычного реального, то есть вязкого и сжимаемого газа. В-третьих, что в микромире действуют обычные физические законы, те же, что и в макромире. В-четвертых, что все законы микромира, в том числе квантовость, корпускулярно-волновой дуализм и т. п., и т. д., элементарно объясняются законами газовой динамики.

А в-пятых, оказалось, что в самой газовой механике полно всяких нерешенных проблем, над которыми профессионалы еще не доломали свои головы. И одной такой проблемой является энергетика газовых вихрей. Потому что с точки зрения все того же Второго начала термодинамики совершенно непонятно, откуда газовые вихри — смерчи, циклоны и т. п. берут энергию. Ибо кпд у них больше единицы и поэтому их не может быть на свете. А они есть. И хотя известно, что если факты противоречат теории, то тем хуже для фактов, все же надо было что-то придумать, чтобы эти факты объяснить. Но придумать тут решительно ничего невозможно, потому что газовые смерчи никак не вписываются в теорию. Тем более, что изучать смерчи небезопасно: был случай, когда смерч наполовину побрил курицу, выщипав на одной ее половине все перья, а на второй не тронув ни пушинки. Представляете, если то же самое произойдет с любопытным газодинамиком, как он тогда покажется своим жене и подругам?

А главное, даже представления о том, какую структуру имеет газовый вихрь, в учебниках нет. Все, что написано для жидких вихрей, не годится, так как жидкость не сжимается. Да и представления о вихрях в жидкости тоже какие-то неполноценные: там столько натяжек, что не видеть их могут только профессора, читающие студентам лекции на эту тему. Например, центр такого вихря должен вращаться по закону твердого тела, хотя это жидкость. А с чего бы это? Мне это показалось непонятным, но я утешился тем, что профессионалам виднее. Но о газовых вихрях профессионалы вообще ничего не говорят, так что тут я оказался совершенно свободным в своих изысканиях. И я пошел в одно из отделений своего родного института к Васе К., молодому, но уже талантливому инженеру.

— Вася, — спросил я его, — правда ли, что ты занимаешься газовыми вихрями, которые ломают наши авиационные двигатели, даже несмотря на то, что они самые крепкие в мире?

— Правда, — сказал Вася, — ломают, стервецы. 75 процентов всех поломок двигателей по этой причине. А все потому, что вихри образуются перед двигателями, никого не спросясь. Эти вихри бегают перед стоящим самолетом и тащат в турбину все, что плохо лежит перед самолетом на стоянке, даже булыжники или забытые пассатижи. Им все равно. И эта штука — отвертка или гаечный ключ — летит в компрессор и ломает там лопатки. Ты бы тоже не выдержал, если бы они полетели тебе в голову или в какое-нибудь другое место.

— Это верно, — согласился я. — Конечно, не выдержал бы. Ну и что вы собираетесь делать?

— А мы пока не знаем, — признался Вася, — посмотреть на вихри надо бы, да не знаем как. Подскажи что-нибудь.

Я подсказал. Надо сделать перед самолетом ямку, на нее положить доску с дырками, укрепить все это, чтобы вихрь не утащил эту доску в турбину, а под доску положить дымовушку, чтобы вихрь стал виден. Вокруг доски нужно поставить вертикальные пластинки, чтобы вихрь не болтался, а стоял на месте. А тогда уж можно и фотографировать. При этом я сказал, что вероятнее всего вихрь должен представлять собой трубу, то есть иметь уплотненные стенки, поскольку центробежная сила из центра выгонит молекулы газа на периферию, а пограничный слой, образовавшийся на внешней стороне вихря, не даст ему разбросаться. Вася согласился попробовать.

Но когда все это попробовали, и все получилось, то выяснилось, что при размере воздухозаборника метр на метр диаметр вихря составляет всего лишь 5–6 сантиметров. И если взять железную штангу и водить ею около вихря, то никакого воздействия на нее со стороны газового потока не наблюдается. А вот если, не приведи Господь, конец штанги попадет в вихрь, то ее рвет из рук с громадной силой.

— Руки вывернет и голову снесет, — пообещал Вася. — Так что ты поосторожнее, а лучше отойди подальше.

Получалось, что весь воздух в турбину поступает через образовавшийся вихрь, а значит его тело сильно уплотнено и скорости в нем очень даже большие. Но ведь вихрь образуется перед турбиной, а не сзади нее. Значит, турбина не может быть причиной вихреобразования, она только с помощью компрессора сосет воздух, образуя сильное течение воздуха. А вихрь образуется сам. Тогда кто же его сжимает, и что же при этом получается?

И тут я вспомнил, что в механике существует два способа движения массы при переменном радиусе ее вращения вокруг центра. В соответствии с первым способом масса движется вокруг гвоздика, на котором сидит гномик. Для того чтобы уменьшить радиус вращения массы, гномик должен потянуть на себя веревочку, к которой привязан груз. Но тогда он должен совершить работу, ибо нужно преодолеть центробежную силу. А во втором случае нет ни гномика, ни гвоздика, а есть цилиндр или палец, на которые наматывается веревочка. Если груз толкнуть, то он полетит вокруг цилиндра или пальца, это не принципиально, веревочка начнет наматываться на них, и радиус начнет уменьшаться.

Однако, пардон! В обоих случаях это движение с переменным радиусом. А в механике существует закон о том, что при вращении с переменным радиусом должен соблюдаться момент количества движения, то есть произведение радиуса на массу и на скорость ее движения должно оставаться неизменным. И если радиус уменьшается, то скорость должна расти, а энергия расти. А за счет чего? Ведь не из пальца же она высасывается, то есть не из цилиндра же, вокруг которого масса движется по инерции безо всякого дополнительного подвода энергии. Не получается ли, что мы имеем два разных случая движения массы с переменным радиусом? Где в механике эти случаи положены рядом и вместе рассмотрены? И тут выяснилось, что нигде. За 300 лет существования механики, которая изъезжена вдоль и поперек, никто не догадался этого сделать. А может, и догадался, но не опубликовал. А может быть, и опубликовал, но я этого не нашел, хотя и перевернул не одну книгу.

И тогда я пошел к своему товарищу Михаилу Ефимовичу.

— Дорогой Ефимыч, — сказал я ему. — Помоги моему горю. Поставь, пожалуйста, на попа вон те два цилиндра, которые остались у нас от морских экспедиций. Диаметр у них подходящий — по 10 сантиметров, и укрепи на них два маятника из стальных шариков с ниткой. Вот я тебе их принес, прямо из проходной шарикоподшипникового завода. Они, правда, бракованные, в подшипники не годятся. Но на проходной даже не спросили, что я несу. Так что я мог вполне вынести не только бракованные шарики, но и ползавода. Но ползавода нам с тобой пока не нужны, это в другой раз. Придумай, как просверлить дырки в закаленных шариках, а потом два шара подвесь за нитки к этим цилиндрам. А третий шарик на горизонтальной нитке прикрепи к одному из цилиндров.

Михаил Ефимович все так и сделал, добавив к каждому маятнику по шкале. Тогда мы отклонили первый маятник, отпустили шарик, он стукнул по шарику номер три, тот соскочил с гвоздя, описал спираль вокруг второго цилиндра, намотав на него нитку, и ударил по шарику номер два. И оказалось, что углы отклонения первого и второго маятников практически одинаковы, у второго чуть-чуть поменьше, потому что потери. И все встало на свои места.

Значит, когда шарик движется по инерции вокруг цилиндра, мы имеем закон постоянства энергии, а не момента количества движения. Постоянство момента мы имеем тогда, когда подводим энергию, т. е. когда имеется гномик или что-то его заменяющее. Это все тут же было подтверждено математическими выкладками. И, значит, при формировании газового вихря мы именно этот случай и имеем. А роль гномика выполняет внешняя атмосфера, которая сжимает вихрь. Она это может сделать потому, что стенки вихря состоят из газа, и если сумма внутреннего давления в вихре и давления, вызванного центробежной силой, превышает внешнее давление, то лишний газ тут же отлетит, а внешнее давление будет сжимать тело вихря, увеличивая его энергию.

Таким образом, над формированием каждого воздушного вихря трудится вся атмосфера планеты, и над циклоном, и над смерчем, и над тем вихрем, что образуется перед самолетом. И этот процесс перегоняет потенциальную энергию давления воздуха в кинетическую энергию тела вихря. И если потенциальной энергией атмосферы воспользоваться трудно, то кинетической легко, например, засунув в тело вихря турбину. Только при этом нужно соблюдать осторожность, а то этот вихрь может вас побрить, как упомянутую курицу, наполовину, отделив или прическу, или голову, это уж как получится.

Вот вам и кпд! Оказывается, мы в виде вихрей имеем природную машину по переработке потенциальной энергии атмосферы в кинетическую энергию вращения вихря и по самопроизвольной концентрации рассеянной энергии. То есть, это антиэнтропийный процесс!

Так-то, дорогой Рудольф Юлиус Эммануэль Клаузиус, вот вам и Второе начало! Концентрация энергии есть, а Второго начала нет и в помине, не тот случай.

Ну, а как же со Вселенной?

Если с позиций эфиродинамики рассмотреть процесс образования протонов в ядре Галактики в результате соударения струй эфира, поступающего туда по спиральным рукавам Галактики, то станет ясно, что это тот же процесс образования вихрей, только тороидальных. Из протонов образуется макрогаз водород, из него — звезды, которые движутся в спиральных рукавах навстречу эфирному потоку к периферии. За время своего движения протоны за счет вязкости эфира потеряют свою энергию и устойчивость, и на периферии Галактики вещество развалится и вновь обратится в свободный эфир, который потечет обратно к ядру. И так будет крутиться до тех пор, пока эфир не отсосет соседняя галактика. Но тогда там начнется то же самое. А значит, Вселенная может существовать вечно, никуда не разбегаясь, в среднем сохраняя свой вид таким, каков он сейчас. И Тепловая Смерть не состоится на радость всему человечеству и его потомкам.

И все это поддается экспериментальной проверке. Для этого надо встретиться через девять миллиардов лет и во всем, что сказано выше, убедиться лично.