Чтение онлайн

Но беспорядок все же не будет полным. Солдаты идут в одном определенном направлении, и если нам не удастся отличить одну часть колонны от другой, то мы сможем по крайней мере определенно судить о своем положении относительно их движения. С одной стороны мы будем видеть, что солдаты идут влево, с другой — вправо, с третьей — прямо на нас и так далее.

Наконец, если солдаты будут двигаться совершенно хаотически, с разными скоростями в разных направлениях каждый, то, где бы мы ни стояли, одни будут двигаться на нас, другие — от нас, какая-то часть — влево, другая — вправо… Нам не удастся уже ни выделить определенные группы среди солдат, ни определить свое положение. Беспорядок станет гораздо более полным.

Вернемся, однако, к молекулам и рассмотрим еще раз резервуар горячего газа, соединенный с объемом холодного газа. Если бы вы видели молекулы этих газов, вы могли бы отличить молекулы горячего газа от молекул холодного, опираясь на тот факт, что первые в среднем движутся быстрее, чем вторые. Но и не видя молекул, вы можете сделать это, наблюдая за ртутным столбиком термометра.

Так как тепло переходит от горячего газа к холодному, разница в энергичности среднего молекулярного движения, а тем самым и в температуре уменьшается и различие между двумя газами становится все менее четким. Наконец, когда температуры обоих газов уравняются, отличить их друг от друга станет невозможно. Другими словами, когда тепло перетекает в направлении, предписанном Вторым началом термодинамики, беспорядок возрастает. Поскольку энтропия тоже увеличивается, вы могли бы подумать: уж не являются ли энтропия и неупорядоченность весьма родственными понятиями?

По-видимому, так оно и есть. В любом самопроизвольном процессе повышается и энтропия, и беспорядок. Если перетасовать разложенную по порядку колоду карт, то получится беспорядочно перемешанная колода, но не наоборот. (Разумеется, при дьявольском везении вы могли бы, начав с беспорядочно перемешанной колоды и перетасовав ее, получить колоду, разложенную в полном порядке, но, говоря начистоту, станете ли вы пробовать и если да, то за какое время рассчитываете управиться? А ведь это задача всего-навсего с 52 объектами. Представьте себе, что то же самое нужно сделать с несколькими квинтильонами квинтильонов предметов, тогда вы не удивитесь, что чайник на плите не замерзает.)

Если строю солдат разрешить разойтись, они быстро станут беспорядочной толпой. С другой стороны, весьма мала вероятность, что по чистой случайности в беспорядочном движении толпы вдруг образуется безупречный строй парада.

Все самопроизвольные процессы влекут за собой увеличение беспорядка и повышение энтропии, причем и тот и другая идут рука об руку.

Можно показать, что из всех форм энергии теплота самая беспорядочная. Соответственно во всех самопроизвольных процессах, связанных с другими (не тепловыми) формами энергии, некоторая часть энергии всегда превращается в тепло, а это само по себе уже означает увеличение беспорядка, а с ним и энтропии.

Зато ни в каких реальных условиях весь запас теплоты в системе невозможно перевести в какой-либо другой, нетепловой вид энергии, ибо это само по себе означало бы возрастание порядка и тем самым понижение энтропии. Наоборот, если некоторое количество теплоты претерпевает понижение энтропии, переходя в другую форму энергии, то остальная тепловая энергия должна испытать такое повышение энтропии, которое с избытком окупило бы первый процесс. Общее изменение энтропии всей системы должно сводиться к ее увеличению.

Не трудно, конечно, привести случаи понижения энтропии, коль скоро речь идет не о всей системе, а о части ее. Например, мы видим, как человечество извлекает металлы из руд и создает машины исключительной сложности из металлических болванок. Видим, как скользят вверх лифты, катят в гору автомобили, строятся в колонны солдаты и раскладываются по порядку карты. Все эти и очень многие другие действия связаны с понижением энтропии, вызываемым жизнедеятельностью человечества. Возникает впечатление, что разумная жизнь способна «повернуть вспять энтропию».

Тут, однако, не все учтено. Люди поглощают пищу и поддерживают свою жизнеспособность благодаря энергии, извлекаемой из химических реакций в организме. Они сжигают уголь и нефть, чтобы дать энергию машинам. Используют энергию гидроэлектростанций, чтобы получить из руды алюминий. Короче, вся направленная на понижение энтропии деятельность человека осуществляется за счет повышающих энтропию процессов, связанных с потреблением пищи и топлива. Действия, повышающие энтропию, далеко перевешивают всю деятельность по понижению энтропии. Общий конечный результат — повышение энтропии.

Сколько бы мы ни стучали по столу и ни призывали: «К порядку! К порядку!», порядка нет, а беспорядок увеличивается.

На самом деле, говоря об изменении энтропии на Земле, несправедливо рассматривать Землю в отрыве от Солнца, ибо она постоянно потребляет его энергию. Поток энергии Солнца питает все процессы на Земле, которые связаны с местными понижениями энтропии: образование угля и нефти из растительности, круговорот веществ в атмосфере и океане, дальние перемещения масс воды в виде пара и так далее. Именно благодаря щедрости этого источника мы продолжаем извлекать энергию из сжигаемого угля или нефти, используем силы ветра, рек, водопадов и т. д. Всеми этими запасами энергии прямо или косвенно мы обязаны Солнцу.

Понижение энтропии на Земле настолько мало по сравнению с возрастанием энтропии, в грандиозных масштабах происходящим на Солнце при превращении массы в энергию, что оно попросту поглощается им. Солнечная система в целом испытывает колоссальное, не прекращающееся ни на миг повышение энтропии.

Так как то же самое должно происходить и в других звездах, физики XIX столетия рассудили, что энтропия всей Вселенной, по-видимому, быстро растет и рано или поздно наступит момент, когда конечный запас энергии, заключенный в конечной Вселенной, достигнет состояния с максимальной энтропией.

В таком состоянии во Вселенной иссякнет энергия, которую можно было бы превратить в полезную работу. Вселенная придет в состояние максимального беспорядка. Она будет представлять собой однородную массу с одинаковой повсюду температурой. Не будет происходить никаких изменений, по которым можно было бы измерить время, и, следовательно, время не будет существовать. Не будет возможностей отличить одно место в пространстве от другого, и, следовательно, пространство также прекратит свое существование. Такое состояние с максимальной энтропией было названо «тепловой смертью Вселенной».

Но, конечно, при этом подразумевалось, что Вселенная конечна, то есть имеет пределы. Если она бесконечна, то и запас энергии в ней неограничен, а для того чтобы энтропия достигла максимума, потребуется вся бесконечная вечность. Кроме того, можно ли неопровержимо доказать, что законы термодинамики, выведенные в наших лабораториях из наблюдений за небольшими объемами пространства и верные (или как будто верные) для чуть-чуть б'oльших объемов — нашей астрономической округи, верны и для всей Вселенной в целом?