Тепловая смерть Вселенной. Статья №37. 18.04.17.


Пожалуй, нет ни одной другой области физики, способной конкурировать по степени загадочности и парадоксальности с термодинамикой. И дело здесь не столько в сложности её математического аппарата, сколько в глобальной претензии термодинамики на роль, не просто технической дисциплины, а некой всеобщей метафизической философии.

Представление о внутренней энергии тела, зависящей только от его температуры, породило эпоху тепловых двигателей и одновременно напророчило тепловую смерть вселенной, когда всё космическое вещество приобретает одну и ту же усреднённую температуру.

Стремление к неизбежному выравниванию температуры термодинамика объясняет самой природой тепла, которое является конечным итогом всякого природного движения.

Порывы ветра, течение рек, волнение морей, разряды молний и солнечный свет, проникающий на землю – всё эти проявления энергии земных стихий, с неизбежностью, завершают свой жизненный цикл в виде тепла.

Та же судьба у всех механизмов, созданных человеческой цивилизацией. Будь то автомобиль, корабль, самолёт, электростанция и даже компьютер и мобильный телефон – всё это, не более чем “нагревательные приборы”, превращающие полезную электрическую энергию в бесполезное низкопотенциальное тепло.

С точки зрения термодинамики, рассеянное тепло находится в окончательном равновесии, и у него нет будущего. Оно мертво, как болото, в плане порождения “живой” энергии.

Природа, таким образом, вовсе не движется по магическому кругу превращений, как считали древние, а неумолимо стремится к тепловому покою, чтобы уснуть в нём вечным сном.

При этом энергия мира не воспроизводит саму себя в бесконечном круговороте, а деградирует в субстанцию инертного тепла. Следовательно, мир движется от рождения к своей стагнации – этакая зловещая термодинамическая безысходность.

Как видим, термодинамика не только накладывает запрет на возможность возрождения рассеянной энергии, с помощью “энергетического рычага” – вечного двигателя второго рода, она вдобавок ещё и хоронит солнечную систему, галактику и всю вселенную, предрекая ей смерть в гробу с постоянной температурой.

В качестве количественной характеристики, отражающей степень деградации тепловой энергии, в термодинамике используется специальный параметр под названием энтропия. Популярность этого параметра оказалась настолько значительной, что он перешагнул не только границы самой термодинамики, но и границы физики.

Энтропию, как показатель деградации или меры беспорядка (хаоса), стали активно использовать в биологии, в информатике, в социологии и даже в философии.

Под холодящим душу лозунгом “энтропия мира неуклонно нарастает” дружно объединились почти все ветви современной науки.

А между тем, энтропия это, всего лишь, физическая характеристика энергетической ценности тепловой энергии и ничего более. Чем выше температура конкретной порции тепловой энергии, тем выше её энергетическая ценность, в плане преобразования в механическую энергию, и тем ниже её энтропия.

В то же время, исходя из теоремы Нернста (в трактовке Планка), при температуре абсолютного нуля по шкале Кельвина, энтропия физического тела устремляется в нуль.

Явный парадокс, впрочем, как и сама энтропия.

Энтропия – характеристика изначально негативная – параметр, обратный энергетической ценности порции тепла. В этом её деструктивность, если не сказать, порочность.

Трудно себе представить выбор физиками такого параметра состояния, который был бы противоположностью, например, скорости, или давления, или температуры.

А вот энтропия – параметрическая противоположность. Этакий критерий негативности.

По сути, ничто не мешало термодинамикам ввести в оборот, вместо негативной, позитивную характеристику состояния (анти–энтропию), отражающую степень энергетической ценности тепловой энергии. В этом случае содержательный смысл ценностной характеристики энергии был бы более понятен для инженеров, а его спекулятивные толкования за пределами термодинамики, скорее всего, были бы сведены к нулю.

Но, не стоит так уж сильно печалиться по поводу неудачно выбранного параметра состояния.

По правде говоря, термодинамическая страшилка под названием: “тепловая смерть вселенной” сильно смахивает на страшного-престрашного “тараканища” из детской сказки.

Почему так ?

Да, потому что физическая картина мира неизмеримо шире тех ограничений, которые были провозглашены термодинамиками в качестве фундаментальных законов, на основании весьма ограниченного объёма исследований тепловых машин.

Реальные процессы, происходящие в земной атмосфере, опровергают тезис о неизбежном выравнивании температуры.

Известно, что температура атмосферного воздуха убывает с каждым километром высоты примерно на шесть с половиной градусов. Данный перепад температуры достигает ста градусов. Его происхождение вызвано влиянием гравитационного поля земли.

Вопреки предсказаниям термодинамиков, температура земной атмосферы, почему-то, не желает выравниваться. Мало того, несмотря на постоянный перенос тепла от нижних слоёв воздуха к верхним за счёт теплопроводности и конвективного перемешивания, температурный градиент атмосферы постоянно восстанавливается.

А это значит, что в природе возможны процессы расслоения тепловой энергии по температуре без явных затрат внешней энергии.

Но, может быть, работу расслоения совершает гравитация ?

Нет, это невозможно, поскольку масса каждого из слоёв атмосферного воздуха остаётся неизменной. При отсутствии перемещения массы, работа перемещения равна нулю.

Другой пример термодинамической аномалии обнаруживается в промышленных циклонах, очищающих воздух от пыли. Вихревая струя воздуха на выходе из циклона, на некоторых режимах, становится заметно холоднее, чем на входе. И это, несмотря на трение воздуха о стенки циклона, которое должно, по логике, приводить к небольшому подогреву потока.

С точки зрения термодинамики, такого просто не должно быть, ведь газовая струя не может охлаждаться сама собой, без отдачи тепла внешнему телу. Да, конечно, существуют вихревые газовые холодильники, действующие на эффекте Ранка, но там имеет место расслоение газа на холодный и тёплый. В циклоне же, охлаждается весь массив воздуха. То есть, кинетическая энергия газового потока преобразуется не в тепло, а в холод. Тем самым создаётся возможность изменения температуры изолированной системы.

Как видим, даже в простых газовых процессах обнаруживаются аномалии, ставящие под сомнение термодинамическую гипотезу о неизбежности тепловой смерти. Но тогда и трактовка основополагающих канонов термодинамики невольно подпадает под сомнение.

Вот об этих канонах мы и поговорим в следующей статье.

Игорь Юрьевич Куликов


Превратим наш потенциал в патент
на ваше изобретение.

Телефон: +7 (495) 737-63-77 доб. 6800
Нина Николаевна Андреева



Автор:  Игорь Юрьевич Куликов. Видео - Николай Геннадьевич Соков.

Возврат к списку