Георгий Гамов - Мистер Томпкинс внутри самого себя

Ставить на то, что оно произойдет, все равно, что ставить на то, что при бросании монеты она несколько сотен раз подряд выпадет вверх орлом, хотя такое также встречается, хотя и очень-очень редко.

Степень беспорядка, случайности молекулярного движения в физике измеряется энтропией, которая по причинам, входить в которые здесь было бы неуместно, определяется как логарифм вероятности, приписываемой конкретному типу движения. Поэтому наибольшее значение энтропии соответствует наиболее вероятному совершенно беспорядочному движению, в то время как типам молекулярного движения, которые обладают определенной степенью порядка, физики приписывают меньшие значения энтропии.

— А что такое закон возрастания энтропии? — поинтересовался мистер Томпкинс.

— Закон неубывания энтропии утверждает, что естественная тенденция событий заключается в переходе от менее вероятных, или упорядоченных, распределений к более вероятным распределениям, обладающих большей степенью беспорядка. Моя жена Вера, как любая домохозяйка, хорошо знакома с законом возрастания энтропии. Чтобы поддерживать порядок в доме, требуется все время прилагать усилия, и сколько бы вы ни трудились, все будет мало. А вот для того, чтобы в доме воцарился беспорядок, никаких усилий не требуется; достаточно посидеть сложа руки денек-другой. Тому, кто по долгу службы отвечает за состояние дорожных покрытий, нет необходимости заботиться о специальном оборудовании, чтобы сделать вверенные его попечению дороги совершенно непроезжими. А всякому армейскому офицеру известно, каких усилий стоит научить солдат ходить в ногу и как легко нарушается строй, если лишь немного ослабить дисциплину.

— А разве нельзя как-нибудь обойти столь печальное положение вещей в природе? — улыбнулся мистер Томпкинс.

— Как ни прискорбно, нельзя. Если бы закон возрастания беспорядка не выполнялся для теплового движения, то стали бы возможны некоторые весьма необычные технические проекты. Если бы молекулы воздуха можно было «заставить» достаточно часто двигаться с описанным выше распределением скоростей (когда одна треть молекул движется вверх-вниз, другая треть — вперед-назад и еще одна треть — вправо-влево), то можно было бы строить реактивные самолеты, способные летать без топлива. Действительно, треть всех молекул, движущаяся в одном и том же направлении, образовала бы идеальный ««естественный» реактивный двигатель. Мы могли бы построить автомашину, способную двигаться без заправки топливом: такая машина черпала бы энергию беспорядочного теплового движения от поверхности дороги, поскольку любое дорожное покрытие очень горячо по сравнению с абсолютным нулем и превращала бы его в упорядоченное движение колес. Помимо прочего такие автомашины делали бы намного терпимее температуру на городских улицах летом, так как, отсасывая тепло от дорожного покрытия, они охлаждали бы проезжую часть улиц. Однако построить такого рода машины, хотя они и ни в чем не погрешат против закона сохранения энергии, не представляется возможным, так как они нарушают закон возрастания энтропии. Их часто называют вечными двигателями второго рода, сохраняя название «вечный двигатель первого рода» за фантастическими машинами, нарушающими закон сохранения энергии.

— Вернемся к растениям, — предложил мистер Томпкинс.

— Охотно. Предположим, что вы посадили в землю желудь и из него вырос огромный дуб. Сложные органические молекулы, образующие ствол, ветви и листву дуба, состоят из атомов, некогда входивших в состав молекул поглощенной листьями дуба двуокиси углерода, воды и некоторых простых неорганических солей, всосанных корнями дуба из почвы. Мы имеем в данном случае превращения простых молекулярных структур из воздуха и водных растворов солей в почве в высокоорганизованные структуры молекул белков и растительных клеток. Нет никаких сомнений, что вторые структуры сами по себе гораздо более упорядочены, чем первые, и что в процессе роста энтропия возросла.

— Что я вам говорил? — воскликнул виталист. — Отмеченное вами различие в сложности между органическими и неорганическими молекулярными структурами со всей определенностью доказывает, что мы должны ввести понятие vis vitalis, организующей силы жизни, которая противостоит тенденции неорганических материалов к неупорядочению. И покуда в растении или в животном присутствует vis vitalis, развитие организма происходит в нарушение законов обычной физики.

Но как только наступает смерть, vis vitalis отлетает от организма, как белый голубь, законы физики снова вступают в силу, и органическая материя истлевает и распадается на составляющие ее первичные элементы.

Энергия и отрицательная энтропия приводят телегу в движение

Удобный аргумент на первый взгляд кажется очень убедительным, но задумаемся на минуту. Разве развивающееся растение не поглощает из окружающей среды ничего, кроме двуокиси углерода, воды и солей?

А солнечный свет, без которого растение не может развиваться? Никто не станет отрицать, что солнечные лучи приносят энергию, необходимую для образования сложных органических молекул из гораздо более простых молекул двуокиси углерода и воды. По мере того, как развивается растение, солнечная энергия поглощается и запасается в его тканях. Она высвобождается, когда мы используем растения в качестве топлива или когда растения, поедаемые животными, служат источником механической энергии. Замечу кстати, что с этой точки зрения лошадь следует считать двигателем, работающим на атомной энергии, так как лошадь черпает энергию, поедая траву. Трава в свою очередь получает энергию от солнечных лучей, а солнечная радиация поддерживается термоядерными реакциями, протекающими в недрах солнца.

Более того, лошадь даже превосходит наши ядерные реакторы, так как не производит опасных радиоактивных побочных продуктов. С той же по существу, но несколько более сложной ситуацией мы сталкиваемся в случае фермера, диета которого включает и овощи, и мясо.

Энергия и отрицательная энтропия дают пищу фермеру

— А разве солнечные лучи не могут быть причастны к увеличению молекулярного порядка или уменьшению энтропии при развитии растений? — поинтересовался мистер Томпкинс.

— Любой физик, которому ты задашь этот вопрос, ответит на него утвердительно. Он скажет, что солнечная радиация, достигнув Землю, обнаруживает очень большой дефицит энтропии и что растениям предоставляется великолепная возможность воспользоваться нехваткой энтропии солнечного излучения, чтобы уменьшить свою собственную энтропию. Чтобы суть дела стала яснее, мне придется в общих чертах познакомить тебя со свойствами излучения.