Глава 11. Второе начало термодинамики

Незнание второго начала термодинамики равносильно незнанию произведений Шекспира.

Чарльз Сноу

Если Первое начало термодинамики говорит, что все процессы в изолированной системе приводят к ее переходу в неактивное состояние, в Хаос, то Второе начало утверждает, что сама собой система выйти из коматозного состояния не способна.

Для наглядности рассмотрим два простых примера.

Пример первый. В двух сообщающихся сосудах налита вода. Уровни воды в обоих сосудах одинаковы (так всегда бывает в сообщающихся сосудах).

Возможно ли, чтобы уровни воды в сосудах сами собой (без всякого внешнего воздействия) вдруг изменились? Чтобы в одном из сосудов уровень воды поднялся, а в другом опустился, то есть возникла бы разность потенциалов, обеспечивающая возможность совершения работы?

Пример второй. У нас есть один достаточно большой сосуд с водой. Плотность воды одинакова по всему объему сосуда и составляет 1 г/см3, что подтверждает помещенный в воду ареометр.

Возможно ли, чтобы без всякого внешнего воздействия в каком-то месте сосуда вода вдруг приобрела большую или меньшую плотность. Например, ее плотность в одном месте сосуда стала бы 1,2 г/см³,а в другом – 0,8 г/см³?

Ответ представляется очевидным: конечно, ни то, ни другое – невозможно!

Таких событий еще никто никогда не наблюдал.

Правда, невозможность первого и второго событий – разная.

В первом случае она носит безусловный характер, а во втором – вероятностный.

В чем разница?

Разница в том, что в первом случае мы имеем дело с макрообъектом, в данном случае – с жидкостью, поведение которой предсказуемо, и мы точно знаем, чего можно от нее ожидать. Во втором случае приходится иметь дело с поведением частиц, составляющих вещество, предсказать поведение каждой из которых невозможно. Тут мы можем говорить лишь о вероятности того, где каждая из этих частиц окажется в тот или иной момент времени.

Когда речь заходит о Втором начале термодинамики, обычно приводят такой пример. Представьте себе изолированную систему, состоящую из двух сосудов, соединенных трубкой. Сосуды заполнены каким-нибудь газом, да хоть обычным воздухом, который, само собой, равномерно распределяется по всему предоставленному ему объему. Как сделать так, чтобы в одном сосуде воздух нагрелся, а в другом охладился? Не прибегая, естественно, к внешним воздействиям.

Вспомним, что температура физического тела (и газа тоже) определяется интенсивностью колебаний составляющих его частиц. Чем быстрее движутся частицы, тем выше температура (и ниже плотность). При любой исходной температуре в газе имеются частицы, колеблющиеся с разной скоростью. Вот если бы мы могли разделить их: медленные – налево, быстрые – направо… Тогда между сосудами возникла бы разница температур. Но как это сделать?

С точки зрения теории вероятностей, если сидеть у таких сосудов очень долго, очень – очень долго, века, тысячелетия, миллионы, а может быть и миллиарды лет, или еще дольше, то однажды произойдет чудо, и все быстрые частицы соберутся в одном сосуде, а медленные – в другом.

Можно этому верить, можно нет.

Вот, у Максвелла, например, не хватило терпения: он предложил на трубке, соединяющей сосуды, установить кран и посадить у крана демона, который бы в одну сторону пропускал только быстрые частицы, а в другую – только медленные. Этот неутомимый демон вошел в учебники под названием «демон Максвелла».

В жизни таких демонов не бывает. А потому и самопроизвольного возникновения разности потенциалов в изолированной системе не бывает тоже.

На практике Второе начало термодинамики означает, что равномерное, равновесное состояние изолированной системы является наиболее вероятным, и поэтому система всегда, в любой момент времени, стремится это состояние сохранить.

Совместное действие Первого и Второго начал термодинамики на изолированную систему выражает Закон возрастания энтропии, который можно сформулировать следующим образом: «В изолированной термодинамической системе энтропия не может убывать. Она или сохраняется, если в системе происходят только обратимые процессы, или возрастает, если в системе протекает хотя бы один необратимый процесс».

В соответствии с этим законом реальная изолированная система стремится к максимальному значению энтропии, при котором наступает состояние термодинамического равновесия.

А когда такое равновесие наступило, выйти из него (перейти в неравновесное состояние) система сама уже не способна.

Применительно к Вселенной это означает, что самостоятельно вывести себя из состояния с максимальной энтропией и нулевой энергией, то есть из «неактивного» состояния Вселенная не может. Это все равно, что пытаться вытащить самого себя из болота за волосы.

Глава 12. Гипотеза флюктуаций

Люди видят то, что хотят видеть; слышат то, что хотят слышать; верят в то, во что хотят верить и отказываются верить в то, что им не нравится.

Скилеф¹⁸

Поклонники всемогущей Материи говорят:

– Ну и что, что в начальный момент Вселенная была лишена энергии и обладала максимумом энтропии. Она могла выйти из этого состояния благодаря «флюктуациям»!

Может быть они правы, и существует способ обойти действия законов Природы, запрещающих самопроизвольное возникновение Вселенной? Если такой способ есть, мы должны его узнать.

Флюктуациями (от лат. fluctuatio – колебание) называются «случайные отклонения от средних значений физических величин в системе, состоящей из большого числа частиц».

Обратите внимание: случайные отклонения. Это значит, что с точки зрения гипотезы флюктуаций в основе создания мира лежит не закономерность, а случайность!

В системе с большим количеством частиц, утверждает эта гипотеза, существует вероятность временного локального повышения плотности, т.е. вероятность случайного скопления частиц в одной области пространства.

Шекспир однажды образно назвал людей «пузырями земли». Видимо, он представлял себе, что как в бродильном чане из жидкости появляются, увеличиваются, а затем лопаются и возвращаются назад в ту же жидкость пузыри, так и люди рождаются из земли, а затем вновь возвращаются в неё.

Флюктуационная гипотеза рассматривает Вселенную тоже в виде своеобразного пузыря, спонтанно возникшего в исходной неактивной материальной среде.

Авторы этой гипотезы воспользовались единственным шансом, предоставленным Вторым началом термодинамики, а именно – вероятностным характером этого закона. Второе начало формально не запрещает самопроизвольное уменьшение энтропии в локальной области системы, а лишь констатирует чрезвычайно малую вероятность такого события. Вот за эту малую вероятность и уцепились материалисты. Больше просто не за что.

Предположим, материалисты правы и чрезвычайно маловероятное событие каким-то чудом все-таки свершилось, и в небольшой локальной области системы возникла флюктуация – кратковременное повышение плотности среды, случайное скопление частиц в одном месте.

Но ведь любая флуктуация довольно скоро заканчивается («рассасывается») и система возвращается к первоначальному, гораздо более вероятному, состоянию!

Временное повышение плотности частиц в каком-то месте системы вовсе не означает, что эти частицы сами собой начнут создавать структуры возрастающей сложности.

Нет ни одной причины, по которой они стали бы это делать.

Зато имеется гораздо больше причин для того, чтобы они вновь рассредоточились, что означало бы конец флюктуации.

Например, какой бы большой объем чистой воды вы не взяли, вряд ли в нём сами собой образуются рыбы или хотя бы амебы, хотя в некоторых местах этого объема в течение бесконечно большого временного промежутка плотность воды и может ненадолго самопроизвольно увеличиться. Это случайное уплотнение, однако, долго не продержится: оно будет стремиться к наиболее вероятному состоянию, то есть состоянию с наибольшей энтропией. Достаточно просто представить судьбу очень – очень маловероятной флюктуации на фоне стремления объемлющей её среды перейти в состояние с максимальной энтропией.

Можно ли принимать такое случайное и кратковременное явление за причину возникновения столь огромного и сложнейшего механизма, как Вселенная?

Ответ очевиден. Сценарий, предусматриваемый флюктуационной гипотезой, нереалистичен и не подтверждается практикой. Флюктуационная гипотеза – это соломинка, брошенная утопающему материализму в тщетной попытке его спасти.

Глава 13. Доказательство

Если ты попал в тупик – не будь идиотом: выйди там, где вошёл.

Хорхе Букай

Вот, наконец, мы и добрались до кульминации нашего рассуждения.

В этой главе мы докажем, что материализм не прав, и что невозможно объяснить возникновение материальной Вселенной иначе, чем признав существование нематериального фактора.

При этом мы не пойдем по пути материалистов, которые просто категорически отрицают все, что выходит за рамки материального мира, не обременяя себя доказательствами.

Мы не станем отрицать их убеждения. Напротив, согласимся с ними, – и посмотрим, к чему это приведет.

Классик материализма Фридрих Энгельс утверждал: «Уверенность, что кроме материального мира не существует еще особого духовного мира, есть результат длительного и трудного исследования реального мира»¹⁹.

Вообще – то логика в этом утверждении, мягко говоря, прихрамывает.

Это все равно, что сказать: «я долго и трудно исследовал содержимое своего кармана, и, не обнаружив в нем денег, пришел к глубокому убеждению, что никаких так называемых „денег“ в природе не существует».

Но не будем придираться к классику.

Предположим, что он прав, и что за пределами материальной Вселенной больше ничего нет.

Есть одна только Вселенная, состоящая из материи, и ничего кроме.

Понятно, что в этом случае Вселенная не может осуществлять обмен веществом или энергией. Ведь обмениваться ей не с чем: больше то ничего нет!

Соответственно, такая Вселенная является изолированной системой. Причем – абсолютно изолированной системой. Более изолированную систему и представить трудно.

В соответствии с Первым законом термодинамики, даже если Вселенная каким-то чудом существует, она не может существовать вечно. Она движется навстречу неизбежному концу.

Если Вселенная не вечна, значит, она возникла.

Но каким образом она могла возникнуть?

Второй закон термодинамики говорит, что сама собой она возникнуть не могла.

А если она не могла возникнуть, значит, не может и существовать. К такому выводу мы пришли, опираясь на законы физики и исходя из предположения о существовании одной лишь материи.

Соответствует ли вывод действительности?

Очевидно, не соответствует.

Ведь Вселенная – то существует! «Она – таки вертится», как сказал Галилей, выйдя из дверей инквизиции. Если Вселенная существует, значит, она каким-то образом возникла! А если она возникла, значит, исходное предположение не верно. Не верно, что ничего кроме материи не существует.

Видимо, что-то кроме материи всё-таки существует, причем то, что материей не является. То есть что-то нематериальное.

От одного ветерана – железнодорожника я услышал как-то: «Главное, переводя стрелки, помнить – в тупик заехать легко, а вот выезжать придётся задом». Эта железнодорожная премудрость долго блуждала где-то в закоулках подсознания. А теперь, всплыла на поверхность.

Если задача не имеет решения, значит что-то не так в ее условиях. «Невозможно решишь проблему, если будешь думать точно таким же образом, как те, кто её создал» – отозвался старик Эйнштейн с разворота случайно открытой книги.

– Ага! А кто создал эту проблему? – задумался я.

Прочтя внимательно формулировку Второго закона термодинамики, я заметил то, на что прежде не обращал особого внимания. Закон действует только в отношении изолированной физической системы. Не любой, а именно изолированной! Не будь Вселенная изолированной, закон не запрещал бы ей возникнуть!

Так вот где была переведена стрелка, направившая нас в тупик!

А кто же перевел стрелку? Кто создал эту проблему? Кто сказал, что Вселенная – это изолированная система? Кто заявил, будто помимо материальной Вселенной ничего больше нет?

Постойте, да ведь это же – главный догмат материализма!

Заметьте: мы встали на позицию материализма, и именно с этой позиции доказали, что материализм не прав. Потому что если бы он был прав, Вселенная бы не существовала. И мы с вами тоже.

Если материализм не прав, мы не обязаны соглашаться с его тезисом, что ничего кроме материи не существует. Наоборот, придется допустить, что что-то кроме нее существует. Что-то за пределами материи. Что-то нематериальное.

Нематериальный фактор.

Если помимо материальной Вселенной имеется что-то еще, значит, она не является абсолютно изолированной системой.

Тогда Второй закон термодинамики на Вселенную не действует, не запрещает ей существовать.

Наличие нематериального фактора снимает с Вселенной ограничение: теперь она может возникнуть.