Игорь Забелин - Человечество - для чего оно?

Что люди на земном шаре не пассажиры, а уж по крайней мере весьма энергично работающий экипаж, естествоиспытателям, да и не только естествоиспытателям, известно давно. Нравится это или не нравится, а деятельность человечества уже приняла планетарный размах и ширится с каждым годом.

Но констатация этого факта — лишь малая часть той проблемы, к которой мы сейчас вплотную подошли.

Энтропии Клаузиуса в свое время «повезло» примерно так же, как теории относительности, на некоторое время она оказалась «модной», и потому понятие это приобрело широкую известность. Я лишь коротко напомню суть дела, суть второго закона термодинамики, не вдаваясь в несущественные для моих целей вариации и подробности. Второй закон термодинамики еще называют законом рассеяния энергии.

Наиболее важное и нужное для понимания дальнейшего заключается в том, что различные формы энергии с переходом в тепловую как бы консервируются, «выходят из игры»; энергия не исчезает, но становится бесполезной, неработающей, и таким образом возрастает энтропия системы. Если все виды энергии перейдут в замкнутой системе в тепловую, то наступит тепловая смерть системы (максимальная энтропия), и лишь некий толчок со стороны может вернуть системе жизнь, вновь привести ее в движение.

Клаузиус, считая Вселенную конечной, распространил второй принцип термодинамики на всю Вселенную и предсказал ей тепловую смерть, то есть такое состояние, когда вроде бы все остается — и материя, и прежнее количество энергии, но уже не происходит никаких изменений и превращений.

В отдельных частях Вселенной увеличение энтропии действительно вполне возможно, или, иначе говоря, такая отдельная часть или такая система может перейти из состояния менее вероятного в состояние более вероятное.

Австрийский физик Людвиг Больцман, в числе первых подвергший критике гипотезу Клаузиуса, нарисовал такую картину Вселенной: «Можно себе представить мир как механическую систему, состоящую из огромного числа частиц и существующую неизмеримо долго. В сравнении с размерами этой системы ничтожна вся наша звездная система, и промежутки времени, измеряемые необозримыми эпохами, будут малы по сравнению со временем существования Вселенной. В этой Вселенной господствует почти везде тепловое равновесие и как его следствие — смерть. Но то там, то здесь в небольших относительно участках (они будут порядка нашего звездного мира; мы их будем называть индивидуальными мирами) окажутся значительные отступления от термического равновесия… Число частей Вселенной, переходящих к состояниям более вероятным, равно числу частей, переходящих к менее вероятным состояниям».

Иначе говоря, во Вселенной существуют как «энтропийные», так и «антиэнтропийные» миры (миры, а не системы, по принятой в этой статье терминологии), причем направление их эволюции со временем может изменяться на противоположное. Но с возможностью увеличения энтропии считаться приходится. «Итак, в конце концов приходят все же к исчерпанию и прекращению движения, — писал Энгельс. — Вопрос будет окончательно решен лишь в том случае, если будет показано, каким образом излученная в мировое пространство теплота становится снова используемой. Учение о превращении движения ставит этот вопрос в абсолютной форме, и от него нельзя отделаться при помощи негодных отсрочек векселей и увиливаньем от ответа». [10] «Диалектика природы», 1946, стр. 230.

Речь идет, стало быть, о поисках антиэнтропийных процессов, как назвал их Циолковский, антиэнтропийных систем, способных аккумулировать теплоту — по отношению к земному шару солнечное тепло — и затем как-то использовать ее.

Первый такой процесс, сразу же противопоставленный второму началу термодинамики, был обнаружен сравнительно быстро — это органическая жизнь, растительность в первую очередь, с ее способностью к фотосинтезу. Именно в растениях концентрируемое солнечное тепло вновь становится используемым, начинает активно функционировать. О том, что жизнь как некая система противостоит закону рассеяния энергии, писали и К. А. Тимирязев и В. И. Вернадский, а Н. А. Умов даже предлагал ввести в научный обиход третий закон термодинамики, определяющий развитие живой природы.

Но на земном шаре протекает еще один антиэнтропийный процесс, значительно менее известный. Я имею в виду зарядку геохимических аккумуляторов.

Дело тут в следующем. Исследованиями кристаллографов еще в довоенное время была установлена почти для всех породообразующих минералов атомная, или «тонкая», структура (подразумевается взаимное расположение составляющих атомов в кристалле). Уже в более позднее время, при сравнении полученных результатов, кристаллографы подметили существенное структурное различие между главными минералами изверженных и излившихся пород — с одной стороны, и минералами из осадочных и метаморфизованных пород — с другой (я использую работы советских ученых В. И. Лебедева и особенно Н. В. Белова). По распространенности в земной коре «чемпионом» среди химических элементов является кислород (около 50 процентов), на втором месте — кремний (25 процентов), а на третьем — алюминий (9 процентов). Так вот, при внимательном анализе обнаружилось, что элемент алюминий в кристаллических решетках изверженных и излившихся пород окружен атомами кислорода гораздо плотнее, ближе, чем в кристаллических решетках минералов осадочных и метаморфических пород.

Но изменение расстояния между атомами алюминия и кислорода связано с изменением количества энергии, с освобождением ее в недрах земного шара. Значит, где-то и когда-то минералы должны были зарядиться, чтобы потом «разрядиться». Предполагается, что процесс этот имеет такой характер…

Впрочем, сначала одна оговорка. В. И. Вернадский полагал, что все процессы, протекающие в земной коре и не затронутые жизнью, строго подчиняются второму закону термодинамики — возрастает энтропия, нивелируются уровни гор и равнин, разрушаются горные породы…

И вот в то же самое время в земной коре идет и антиэнтропийный процесс, прямо противоположный второму закону термодинамики. Скажем, горные породы разрушаются выветриванием, но в процессе разрушения солнечные лучи как бы «заряжают» некоторые минералы, повышают их энергетическое состояние. Спускаясь постепенно в глубь Земли, осадочные породы отдают там солнечное тепло, и, быть может, именно оно играет главную роль в сложной тектонической жизни земной коры. Во всяком случае, Н. В. Белов подсчитал, что если при радиоактивном распаде необходимое для переплавления горных пород тепло накапливается за 50–55 миллионов лет, то с помощью геохимических аккумуляторов то же количество тепла может быть легко собрано в любом секторе Земли за несколько тысяч лет.