Виктор Бродянский - Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии

Сторонники ppm-2, защищающие возможность использования в энергетике «концентрации энергии» на основе уменьшения энтропии, никак не могут смириться с тем, что отрицание «тепловой смерти» и отрицание закона возрастания энтропии — вещи разные. Они упорно твердят о том, что раз теория тепловой смерти неверна, то неверен и второй закон, «из которого она следует». Тот факт, что она из второго закона никак не следует и такой «логический ход» (экстраполяция закона за пределы его применимости) недопустим, игнорируется.

Из всего предыдущего ясно, что опрокинуть второй закон термодинамики перенесением дискуссии на масштабы Вселенной нельзя. Тем более невозможно доказать таким путем (несмотря на широкое использование цитат из классиков науки) существование «антиэнтропийных» процессов, т. е. идущих с уменьшением энтропии, пригодных для реализации ppm-2. [59] Известно, что в ситуациях, когда в ходе дискуссии нет серьезных доводов или фактов, некоторые люди прибегают к ссылкам на авторитеты; особенно часто используются классики. Этот средневековый прием доказательства «argumentum ipse dixit» («сам сказал») используется идеологами ppm-2 очень широко [3.1-3.2], причем соответствующие цитаты приводятся без серьезного их анализа, без учета времени и условии, при которых отрывок был написан.

Шаткость «космической» базы антиэнтропийных теорий заставляет защитников ppm-2 искать для них более надежный фундамент (не отказываясь и от прежнего). Некоторая путаница в биологической термодинамике создала для этого благоприятную почву.

Вторым, на первый взгляд убедительным доводом, предназначенным для ниспровержения всеобщей применимости второго закона, служит утверждение, что существование жизни на земле противоречит ему. О том, что жизнь — «антиэнтропийный процесс», ведущий к «концентрации», «облагораживанию» энергии, пишут не только защитники ppm-2. Они не сами это придумали, а просто ссылаются на то, что написали некоторые философы, см. например [3.11]; находятся даже и биологи [3.12, 3.26], проповедующие такие теории, не говоря уже о специалистах из других областей науки, тоже попутно затрагивающих эту интересную тему. Как всегда в таких случаях, авторы приводят большое количество соответствующих цитат из трудов классиков науки, где так или иначе говорится об энтропии и жизни. Действительно, если жизнь антиэнтропийна, то нет никаких принципиальных запретов на создание ppm-2 на основе взятых из биологии принципов.

Вот что пишет по этому поводу в предисловии к книге П.К. Ощепкова [3.1] проф. П. Остроумов: «…Да и среди непосредственно окружающего нас мира мы наблюдаем явления, в которых хаос уступает порядку, где также, хотя и временно, наблюдаются как бы отступления от законов статистики, а теория вероятностей требует углубления и расширения. Это — явления в живой природе. Здесь второй закон в его примитивной форме применим далеко не всегда. Невольно возникает мысль: нельзя ли искусственно создать механизм, упорядочивающий статистическое тепловое движение частиц, воспроизводящий функции живого организма хотя бы лишь с энергетической стороны».

Если опустить весьма неопределенные, но «ученые» слова, не имеющие конкретного содержания, вроде «временного отступления от законов статистики», «примитивной формы второго закона» и «углубления и расширения теории вероятностей», то остается достаточно четкий тезис: живая природа демонстрирует нам антиэнтропийные процессы, противоречащие второму закону; познаем их и сделаем на их основе ppm-2!

Если это так, то нужно внять призывам Остроумова и Ощепкова и развернуть усилия энергетиков в этом многообещающем направлении; если же это не так и живая природа подчиняется второму закону, то следование их призывам бессмысленно и ведет в тупик.

Итак, что же происходит с энтропией в живой природе? Чтобы разобраться в этом, нет никакой необходимости вести специальные исследования: вопрос давно решен и нужно только познакомиться с соответствующей литературой. Наиболее четко существо дела изложено в небольшой, но очень весомой классической книжке известного физика А. Шредингера «Что такое жизнь с точки зрения физика» [1.8]. В 1984 г. вышла в значительной степени посвященная этой же теме научно-популярная работа чл.корр. АН СССР К.К. Ребане [1.10]. Мы подойдем к изложению вопроса не столько с физических, сколько с более конкретных инженерно-термодинамических позиций, имея в виду конечную цель, связанную с ppm-2.

Составим для этого прежде всего в общем виде энергетический баланс, характерный для растений, а затем такой же для животных. Такой баланс можно представить достаточно надежно, если не углубляться в существо сложнейших биологических процессов, а ограничиться входящими и выходящими потоками энергии.

На рис. 4.3 представлена схема материального (потоки вещества) и энергетического балансов растения, основанных на законах сохранения массы и энергии. Чтобы составить такие балансы, окружим растение так называемой замкнутой контрольной поверхностью (штриховая линия), чтобы учесть все входящие и выходящие потоки. Если хотя бы один из них ускользнет от учета (или, наоборот, будет учтен тот, который через контрольную поверхность не проходит), баланс станет неверным. Тогда никаких мало-мальски стоящих выводов из него делать нельзя. Мы постараемся не допустить такой ошибки.

Материальный баланс будет иметь вид

М 2+ М 4+ М 5— (М 3+ М 6) = ΔМ 0.

Это уравнение показывает: все, что получает растение (М 2+ М 4+ М 5) за определенный отрезок времени, за вычетом того, что оно отдает (M 3+ M 6) идет на приращение ΔМ 0его массы, связанное с ростом. Аналогичное уравнение получится и для энергии:

W 1+ W 2+ W 4+ W 5— (W 3+ W 6) = ΔW 0.

Здесь ΔW 0— прирост внутренней энергии растения, определяемый увеличением его массы при росте.

Чтобы установить, нарушает эта система второй закон термодинамики или нет, нужно проверить, что происходит с энтропией в процессе жизнедеятельности растения: увеличивается она или уменьшается?

Очевидно, что живая ткань растения более высоко структурно организована, чем поступающие из воздуха питательные вещества. Поэтому при образовании такой ткани (с массой ΔM 0) ее энтропия будет несомненно меньше, чем суммарная энтропия исходных веществ (СО 2, H 2O) и питательных веществ почвы). В этом смысле образование и накопление живой ткани растения и поддержание ее существования будет, несомненно, антиэнтропийным процессом. Но никак нельзя забывать, что одновременно неизбежно меняется энтропия потоков вещества и энергии, проходящих через контрольную поверхность. Здесь получается обратная картина (рис. 4.3): суммарная энтропия выходящих потоков (3 и 6) неизбежно оказывается много большей, чем входящих (7, 2, 4 и 5). Это объясняется тем, что энтропия поглощаемого солнечного излучения [60] Поток излучения, как и всякий поток энергии, тоже характеризуется определенной степенью беспорядка (разные частоты и другие характеристики колебаний частей спектра). Только монохроматическое когерентное излучение (например, лазера) полностью упорядочено и (как и работа) характеризуется нулевой энтропией. сравнительно невелика, так же как и поступающих из почвы минеральных солей; энтропии газов — кислорода и СО 2— близки по значениям. Зато энтропия водяного пара, отдаваемого листьями, относительно велика (примерно в 3 раза больше, чем у воды). В результате энтропия потоков, проходящих через контрольную поверхность, возрастает намного больше, чем снижается энтропия веществ, превращающихся в органическую ткань.