Георгий Гамов - Приключения Мистера Томпкинса

— Уф! — вздохнул мистер Томпкинс. — Не хотел бы я делать ставку со столь малыми шансами на выигрыш! А не означает ли это, что отклонения от равнораспределения молекул по пространству попросту невозможны?

— Вы совершенно правы, — согласился профессор. — Можно считать твердо установленным фактом, что смерть от удушья из-за того, что весь воздух соберется под столом, нам не угрожает и жидкость в бокале не закипит вдруг сама собой. Но если мы сосредоточим внимание на гораздо меньших областях, содержащих существенно меньшее число наших игральных костей — молекул, то отклонения от статистического распределения станут значительно более вероятными. Например, в этой же самой комнате молекулы воздуха то и дело группируются несколько более плотно в одних точках пространства, чем в других, образуя слабые неоднородности, которые получили название статистических флуктуаций плотности. Когда солнечный свет проходит через земную атмосферу, такие неоднородности приводят к рассеянию голубых лучей спектра и придают небу знакомый всем голубой цвет. Если бы не было этих флуктуаций плотности, то небо всегда было бы совершенно черным и звезды были бы отчетливо видны даже при полном дневном свете. При нагревании жидкости до точки кипения они слегка мутнеют, что также объясняется теми же самыми флуктуациями плотности, возникающими из-за хаотичности движения молекул. Но в больших масштабах флуктуации настолько маловероятны, что мы могли бы напрасно прождать их миллиарды лет и так и не увидеть ни одной флуктуации.

— Тем не менее у нас есть шанс стать свидетелями какого-нибудь необычного события прямо сейчас в этой самой комнате, — настаивал мистер Томпкинс. — Ведь так?

— Разумеется, такой шанс всегда есть, и было бы неразумно утверждать, будто половина содержимого супницы не может выплеснуться на скатерть потому, что половина всех молекул внезапно приобрела тепловые скорости в одном и том же направлении.

— Именно такое событие произошло лишь вчера, — вмешалась в разговор Мод, закончившая просматривать свой журнал и с интересом слушавшая беседу профессора и мистера Томпкинса. — Суп пролился прямо на скатерть, хотя горничная утверждала, что не притрагивалась к столу.

Профессор тихо рассмеялся.

— В этом конкретном случае, — заметил он, — я склонен винить в случившемся все же горничную, а не демона Максвелла.

— Демона Максвелла? — повторил мистер Томпкинс в величайшем изумлении.

— А я-то думал, что ученые менее всего помышляют о всяких там демонах и прочей чертовщине.

— По правде говоря, мы воспринимаем его не слишком серьезно, — пояснил профессор. — Знаменитый физик Джеймс Клерк Максвелл ввел представление о таком статистическом демоне для большей наглядности. Демон понадобился Максвеллу при рассмотрении некоторых явлений, связанных с теплотой. Демон Максвелла — существо весьма проворное и успевает изменять направление движения каждой молекулы в отдельности любым образом, каким вы только пожелаете. Если бы такой демон существовал в действительности, то тепло можно было бы заставить течь против градиента температуры и за фундаментальный закон термодинамики, известный под названием принципа возрастания энтропии , никто бы не дал и ломаного гроша.

— Энтропии? — переспросил мистер Томпкинс. — Мне приходилось слышать это слово и прежде. Один из моих коллег однажды пригласил гостей, и после нескольких тостов присутствовавшие среди приглашенных студенты-химики спели на мотив «Ах, мой милый Августин» куплеты, которые начинались так:

«Возрастает, убывает,

Убывает, возрастает —

Химики того не знают.

Энтропия возрастает?»

Кстати, а что такое энтропия?

— Понять это совсем нетрудно. Энтропия — это просто термин, используемый для описания степени беспорядочности движения молекул в любом физическом теле или в системе тел. Многочисленные случайные столкновения между молекулами всегда способствуют увеличению энтропии, так как полный хаос является наиболее вероятным состоянием любого статистического ансамбля. Но если бы за работу принялся демон Максвелла, то он довольно скоро смог бы навести кое-какой порядок в движении молекул так же, как хорошая сторожевая собака не дает разбежаться и пасет стадо овец, и тогда энтропия системы пошла бы на убыль. Должен сказать вам также, что согласно так называемой Н-теореме, которой мы обязаны Людвигу Больцману…

Явно забыв о том, что он разговаривает с человеком, который практически ничего не понимает в физике, а не читает лекцию студентам-старшекурсникам, профессор с увлечением продолжал свой монолог и без малейших колебаний прибегал даже к таким маловразумительным для непосвященных терминам, как «обобщенные параметры» и «квазиэргодические системы». Ему казалось, что в таком изложении фундаментальные законы термодинамики и их связь со статистической механикой Гиббса становятся кристально ясными. Мистер Томпкинс уже успел привыкнуть к тому, что его тесть изъясняется на несколько недоступном для него уровне, и поэтому с философским спокойствием потягивал виски с содовой, пытаясь придать лицу умное выражение. Но весь блеск и красота статистической физики явно ускользали от Мод, уютно свернувшейся калачиком в своем кресле и с героическими усилиями боровшаяся с дремотой. Дабы окончательно развеять сонливость, она решила встать и пойти посмотреть, как идут приготовления к обеду.

— Мадам что-нибудь желает? — с поклоном спросил ее высокий тщательно одетый дворецкий, едва Мод появилась на пороге столовой.

— Благодарю вас, ничего. Просто решила посмотреть, как идут приготовления к обеду, — ответила она, лихорадочно пытаясь понять, откуда он взялся. Появление метрдотеля было очень странным, поскольку прислуги Томпкинсы не держали, дворецкого у них никогда не было, они и подумать не могли о такой роскоши. Дворецкий был худощав, строен, со смуглой оливковой кожей, длинным крючковатым носом и зеленоватыми глазами, в которых тлел странный огонек. Мурашки пробежали у Мод по спине, когда на лбу у дворецкого она заметила два симметричных выступа, тщательно прикрытых черными, как смоль, волосами.

— Либо я сплю, либо предо мной Мефистофель собственной персоной прямо с оперных подмостков, — подумала она.

— Вас нанял мой муж? — спросила Мод лишь для того, чтобы что-нибудь сказать.

— Не совсем, — ответил необычный дворецкий, завершая великолепную сервировку стола. — Если быть точным, я явился сюда по собственному желанию, дабы показать вашему батюшке, известному своими познаниями, что я не миф, как он думает. Позвольте представиться: я демон Максвелла.

— О! — вымолвила Мод с облегчением. — Тогда вы, должно быть, не злокозненны, как другие демоны, и не имеете намерений причинять вред кому-нибудь.