Знание-сила, 2005 № 01 (931)

Конечно, абсолютных законов, верных всегда и повсюду, не существует. Природа слишком сложна и многогранна, чтобы ко всем явлениям, в том числе и к тем, которые только еще предстоит открыть, были бы заведомо применимы известные нам понятия и законы. Это относится и к закону сохранения энергии. Так, микрочастицы могут испускать частички материи, которые тяжелее их самих, — явление, казалось бы, несовместимое со здравым смыслом и заведомо невозможное в рамках классической ньютоновской физики. Но это становится возможным за пределами классической физики на очень короткое время, такое короткое, что, не успев отойти на сколь-нибудь значительное расстояние, они поглощаются обратно. Ньютон и Ломоносов, возможно, сказали бы, что на малых расстояниях царит энергетический хаос. В глубинах микромира могут стать неверными многие представления, кажущиеся нам сегодня очевидными.

Еще одна область, где может быть неверным закон сохранения энергии, это — сильные гравитационные поля. Если верить Общей теории относительности Эйнштейна, то понятия энергии там просто не существует, поэтому и о законе ее сохранения там говорить не имеет смысла. Можно, конечно, сомневаться в справедливости самой этой теории, но это уже другой вопрос[ 2См. об этом статью одного из авторов в январском номере «ЗС» за 2003 год.].

Рис. 1. Кольцор Лазарева.

Два сообщающихся сосуда.

В левом уровень жидкости ограничен пористой пробкой и воздушной прослойкой между нею и жидкостью. Это прослойке играет важную роль в механизме просачивания падающей сверху капли.

Однако если исключить ультрамалые расстояния, окрестности черных дыр и других объектов с огромными полями тяготения, то закон сохранения энергии можно считать строгим и, как говорил Ломоносов, сколько в одном месте убудет, ровно на столько в другом месте прибудет.

А нельзя ли на проблему вечного двигателя взглянуть с несколько иной стороны — не нарушая закон сохранения энергии, попытаться концентрировать для повторного использования тепловую энергию, равномерно или почти равномерно распределенную в окружающей среде? В воде или в воздухе, ведь их температура даже в самые сильные морозы намного выше абсолютного нуля (минус 273 градуса по Цельсию)? Практически бесконечный, неисчерпаемый резервуар тепла.

И вот туг мы встречаемся с еще одним фундаментальным законом природы. Если закон сохранения энергии количественно характеризует ее трансформацию, то другой закон определяет направление этой трансформации. Он говорит, что любой вид энергии стремится стать менее концентрированным, так сказать, размазаться, расплыться по окружающей среде. Обратный процесс происходит лишь под действием внешних сил. Например, электромагнитная волна всегда стремится рассеяться в пространстве, тепло само по себе течет лишь от более нагретого тела к менее нагретому. В то же время заморозить продукты в домашнем холодильнике, «перелив» их тепло в более нафетый воздух комнаты, можно лишь с помощью силы, включив электродвигатель. Сам по себе подобный процесс никогда не происходит.

Физическая причина такой асимметрии состоит в том, что всякий обладающий избыточной энергией объект, взаимодействуя с окружающими телами, делится с ними своей энергией. Вероятность обратного события, когда воздействия окружающих тел вдруг сложатся таким образом, что их сумма станет энергетически более мощной, очень мала. Число переходов в состояния с меньшей энергией всегда больше, чем в обратном направлении. Импульсы хаотически движущихся молекул асфальтовой дорожки, на которой лежит кирпич, могут сложиться и забросить его на крынгу соседнего дома, однако и пятнадцати миллиардов лет жизни нашей Вселенной не хватит, чтобы такой феномен мог с достоверностью произойти хотя бы один раз.

Можно сказать, что эволюция любой независимой, предоставленной самой себе системы протекает по линии наименьшего сопротивления. Любая попытка сместить систему с этой «линии» требует внешнего вмешательства. Этот закон природы называют вторым началом, предполагая, что первое — это закон сохранения энергии.

Если с первым началом сегодня мало кто станет спорить, то второе часто вызывает сомнения. Наверное, многие помнят популярную несколько лет назад телепрограмму Димы Диброва. На его столе всегда стояла игрушка с непрерывно вращающимися лопастями то в одну сторону, то в другую. Стоит подсоединить их к заводному устройству, и можно построить, например, «вечные» часы (их можно купить в магазине) или какой-либо другой концентратор рассеянной энергии, ее случайных флуктуаций.

Еще один весьма впечатляющий концентратор рассеянной энергии — кольцар Лазарева (так он называется по имени своего изобретателя, новосибирского инженера). Это — цилиндр с пористой перегородкой, под которой находится воздушный пузырь, а ниже жидкость, например обычная вода, заполняющая сообщающуюся с цилиндром вертикальную трубку (рис. 1). Жидкость заполняет ее до уровня чуть-чуть выше горизонтального колена. Стоит капле жидкости упасть на пористую перегородку, она просачивается сквозь нее, повышая уровень жидкости в присоединенной трубке. Это порождает новую каплю в цилиндре и так далее. Такой прибор нетрудно изготовить самому, и он будет работать месяцами, пока не понизится уровень жидкости благодаря ее постепенному испарению. В принципе, под капли можно поставить что-то вроде мельничного колеса и аккумулировать концентрируемую энергию. Конечно, она очень мала, но нам сейчас важна сама принципиальная возможность.

Объяснить безостановочный круговорот жидкости в кольцаре труднее, чем работу «вечных часов». Причиной могут быть спорадические вздрагивания основания прибора, случайные перепады атмосферного давления и так далее. Существует несколько теорий на этот счет.

Известно еще несколько конструкций подобных устройств. Они действительно собирают рассеянную энергию, однако абсолютно независимыми, работающими сами по себе такие устройства назвать нельзя. Их приводят в действие слабые внешние воздействия, хотя и не целенаправленные. Такие концентраторы второе начало не нарушают. Если их изолировать от внешних воздействий, например, поместить в термостат с крепкими стенками и виброзащитним основанием, где все флуктуации только на уровне молекулярных тепловых шумов, они, не имея энергетической подпитки, замирают.

То, что второе начало не мешает концентрации рассеянной энергии в офаниченных частях большой системы, возможно, имеет важные космологические следствия, так как не исключено, что собирающие энергию метастабильные образования могут существовать и в космосе, влияя на происходящие там процессы. Гипотеза с первого взгляда довольно фантастическая, но кто знает...