Текст книги "Седьмое доказательство"

Энергия

Если читателю когда-нибудь доводилось прогуливаться по старинному кладбищу, возможно, он замечал разницу между часто посещаемыми могилами и теми, за которыми никто не ухаживает. Неухоженная могилка зарастает сорняками, давно некрашеный, с явными следами гниения крест на ней покосился, того и гляди упадет. Само имя покойного уже невозможно прочесть. Пройдет еще какое-то время – и исчезнут всякие следы того, что здесь был кто-то похоронен, и все это место вернется в первоначальное девственное состояние дикой природы.

Нужны ли какие-то усилия для того, чтобы такое превращение совершилось? Очевидно, не нужны. Причина превращения в том и состоит, что никто сюда не приходил и не препятствовал обветшанию могилы. Точно так же обстоит дело с любым предметом или объектом: для его разрушения не нужно прилагать никаких усилий, просто предоставьте его самому себе – и он рано или поздно обратится в прах.

Сформулируем общее правило. Разрушение любой материальной системы, её переход в более простое состояние, приводящий к увеличению энтропии системы, совершается сам собой, в силу внутренне присущего материи свойства. Для этого не нужно прилагать никаких усилий.

А вот для того, чтобы этот процесс замедлить, а более того, повернуть вспять – усилия, безусловно, потребуются. И немалые. Причем, эти усилия должны быть приложены к системе извне.

Всякое усложнение, повышение уровня организации системы, увеличение содержащейся в ней информации, достигается приложением к системе внешнего воздействия.

Такое усилие можно выразить понятием энергия (от греч. energeia – деятельность, способность производить работу).

Этот термин употребляется в различных значениях.

Первоначально под энергией подразумевалась «деятельная сила, соединенная с настойчивостью в достижении поставленной цели»1616
  Наследие Эллады. Энциклопедический словарь, «Советская Кубань», Краснодар, 1993.


[Закрыть]. В этом смысле мы говорим: энергичный человек, т. е. человек, настойчиво и деятельно осуществляющий свои замыслы.

Ученые придали этому слову более отвлеченный смысл. Они именуют энергией общую количественную меру движения и взаимодействия различных видов материи (другими словами – способность тела или вещества производить какую-либо работу). Впервые в таком значении это слово употребил в 1807 году английский физик Томас Янг.

Однако основным всё-таки является первоначальный смысл этого понятия, а второй – не более чем следствие первого. Действительно, для преодоления энтропии системы (если рассматривать это как поставленную цель) необходимо приложить к ней деятельную силу, причем эта сила должна действовать настойчиво, то есть её действие должно быть постоянным или, по крайней мере, достаточно длительным (если мы в течение нескольких лет ухаживали за могилой, а потом забросили её, то она опять придет в упадок).

Способность тел производить работу есть всего лишь следствие приложения к системе упомянутой деятельной силы (т. е. сообщения ей какого-то количества энергии). В этом можно убедиться на простом примере. Сколь тщательно ни была бы изготовлена часовая пружина – сама по себе она не способна производить никакую работу. Она совершает порученную ей работу (вращает часовой механизм) только после того, как вы её заведете, то есть сообщите ей необходимое количество энергии. Вы в этом случае выполняете роль внешней деятельной силы. Другой пример. Камень, лежащий на земле, не может совершить какой-либо работы. Он совершит работу (например, упадет на землю) только в том случае, если его поднять над землей на какую-то высоту. Но для этого опять же нужно применить к нему деятельную силу – только тогда у него появится энергия, достаточная для совершения работы.

В некоторых случаях деятельная сила бывает заключена в самой системе или в объекте; такие объекты, обладающие внутренним источником энергии, способны совершать работу, подпитываясь энергией изнутри. Например, Солнце совершает работу (обогревает и освещает нас), питаясь внутренней энергией протекающих в нём ядерных реакций1717
  The Solar System. W. H. Freeman & Co, San Francisco, 1975, Chapter 3.


[Закрыть]. Значит, приложение внешней силы к системе не всегда необходимо?

Не будем спешить с выводом. Наличие объектов со «встроенным» источником энергии нисколько не меняет общего порядка вещей. Ведь бывают и часы, которые не требуют подзавода, – достаточно вставить в них батарейку, внутренний источник энергии. Но ведь эта батарейка сама собой в часах не образуется – кто-то должен ее туда вставить.

Если пример с кварцевыми часами вас не убедил, проведём мысленный эксперимент.

Пусть Солнце и все другие объекты, обладающие внутренними источниками энергии, совершают свою работу до тех пор, пока их источники не иссякнут. А в том, что они иссякают, нет никакого сомнения. Ученые считают, например, что Солнце уже прожило половину отведенного ему срока, израсходовав при этом половину водорода, служащего топливом для ядерной реакции.

И вот, энергия исчерпана. Небесные светила больше не могут производить работу, перестают излучать свет и тепло. Вселенная погружается во мрак, рассыпается в пыль – переходит в свое наиболее вероятное состояние. Как теперь заставить это мертвое вещество производить работу? Внутри него источники энергии исчерпаны. Вот если бы кто-то извне приложил «деятельную силу»… Нет, как ни крути, а часы Вселенной кто-то должен заводить!

Три кита

В древности люди полагали, что земля покоится на трех китах. На самом деле три кита, на которых держится вселенная – это энергия, информация и, увы, энтропия. Рассмотрим, в каких отношениях эти три категории между собой находятся.

Отметим, что работа может совершаться только при наличии разности потенциалов, то есть когда энергия имеет возможность перетекать с одного уровня (высокого) на другой (низкий). Но наличие различных уровней предполагает уже какой-то порядок, описываемый определенным количеством информации. Энтропия же по своей сути означает не что иное, как выравнивание потенциалов. При максимальной энтропии и нулевой упорядоченности никакой работы производиться не может.

Казалось бы, всё просто. Энергия должна быть прямо пропорциональна информации (упорядоченности) и обратно пропорциональна энтропии.

Однако на самом деле зависимость между этими тремя величинами более сложная.

Говоря об информации, мы различаем абсолютную информацию и распределенную информацию (которая может возрастать при неизменной величине абсолютной информации). Говоря об энергии, тоже следует различать свободную энергию (готовую совершить работу) и связанную энергию, которая в связанном состоянии не может совершать работу, но может совершить её при определенных условиях (при условии «высвобождения»). Поэтому связанную энергию еще называют потенциальной.

Различие между связанной и свободной энергией демонстрирует стоячая вода в пруду и вода, низвергающаяся в водопаде. Вода одна и та же, но вторая может совершать полезную работу, скажем, вращать турбины гидроэлектростанции, а первая – не может. Другой пример: перепад атмосферного давления порождает ветер, способный толкать вперед парусное судно. Если давление выравнивается, ветер стихает, наступает штиль – и парусник останавливается: нет энергии, способной совершать работу!

Для того чтобы заставить судно двигаться в условиях штиля, нужно установить на него паровой или дизельный двигатель и сжигать топливо. Для того чтобы заставить стоячую воду совершать работу, надо прокопать канал к более низкому уровню поверхности или нагнетать её насосом на более высокий уровень. Можно высвободить ядерную энергию, заточенную внутри вещества, если создать необходимые условия для протекания ядерной реакции. Но для того, чтобы перевести связанную энергию в свободное состояние в любом случае требуется приложить какие-то усилия, затратить какую-то энергию.

Заметим: различие между свободной и связанной энергией состоит в том, что свободная энергия всегда самостоятельно стремится перейти в связанное состояние (совершаемая ею работа приводит к выравниванию потенциалов), а связанная энергия самостоятельно не переходит в свободное состояние: для этого требуется оказать на нее внешнее воздействие, и затратить какое-то количество свободной энергии.

Что же получается? Получается, что с ростом упорядоченности системы (с ростом количества информации) возрастает не всё количество энергии, а только её свободная часть. А с ростом энтропии убывает только свободная энергия, а количество связанной возрастает. А что при этом происходит с общим количеством энергии в системе? Оно уменьшается или убывает? При таком раскладе это уже не выглядит столь очевидным.

Чтобы разобраться с этим, необходимо рассмотреть некоторые фундаментальные законы мироздания. Без этого никак не обойтись. Знание этих законов позволит выяснить весьма важные вещи. Но, поскольку мы собираемся применить эти законы к Вселенной, прежде нужно разобраться с такими понятиями, как Вселенная и материя.

Вселенная и материя

Слово «Вселенная» – буквальный перевод (или, как выражаются филологи – «калька») с греческого «Ойкумена», то есть обжитая, населенная. В старинной картине мира этому слову соответствовало понятие Земли, населенной людьми и расположенной в самом центре мироздания, кроме которой никаких других обитаемых миров не существует. После открытия гелиоцентрической системы мира именно отмена этого представления вызвала у многих людей «культурный шок»: оказалось, что Земля вовсе не центр мира, а всего лишь одно из множества небесных тел, и что таким образом они тоже могут быть обитаемыми. Благодаря этому открытию понятие Вселенной было расширено – сначала на Солнечную систему, затем на галактику, а после и на Метагалактику, включающую в себя все множество известных нам галактик. В конечном итоге понятие о Вселенной, берущее начало от греческой «Ойкумены» привело к представлению о вселенной как о части материального мира, доступной изучению естественнонаучными методами1818
  Статья «Вселенная» в Философской Энциклопедии.


[Закрыть].

Латинское название вселенной, «Универсум», передает иной, более общий, скорее философский, чем физический оттенок смысла. Универсум – это буквально «все, что есть, все сущее». Понятие Универсум включает в себя все существующее и предполагает имплицитное утверждение о том, что ничего иного, кроме Вселенной, никаких иных объектов или сущностей, нет и быть не может. Иными словами, понятие Вселенная равносильно понятию Бытия: все, что только имеет существование, в обязательном порядке является частью Вселенной. Отсюда – второе толкование Вселенной как всего окружающего мира1919
  См., напр.: БСЭ. Вселенная; Определение Вселенной по Сурдину В. Г.; ВСЕЛЕННАЯ – Толковый словарь Ожегова / Словари 299 ру., и др.


[Закрыть].

Не будет ошибкой сказать, что существует два понятия о Вселенной – первое – практическое и относительное, зависящее от возможностей человека познавать окружающее его пространство, второе – теоретическое и абсолютное. Для целей наших рассуждений нам подходит только второе, более общее и фундаментальное определение Вселенной, по отношению к которому первое представляет собой частный случай.

Итак, Вселенная или Универсум – это «все, что существует, вся система мироздания, совокупность всех существующих в природе миров».

В течение многих тысячелетий в понятие Вселенной, помимо Земли или физического (феноменального) мира включался также и ноуменальный мир, т. е. мир духовных сущностей. Иначе говоря, понятие Вселенной вмещало в себя оба мира: как материальный, так и духовный. И это никого не смущало: раз уж вселенная – это все, что существует, а духовный мир существует, стало быть, он тоже является частью Вселенной.

Однако после того как в середине XIX века в науке укрепилась материалистическая доктрина, которая отрицала реальность духовного мира и утверждала, что кроме материи ничего больше нет, под Вселенной стали понимать исключительно материальный мир, принимая его за все, что существует. Определение материи не изменилось – изменилось только понимание того, что следует понимать под «всем, что существует». Такое понимание Вселенной – Универсума весьма недвусмысленно было высказано, например, академиком Николаем Моисеевым: «все, что лежит вне Универсума, не существует и относится к вере, т. е. находится вне науки и практического опыта»2020
  Моисеев Н. Н. Современный антропогенез и цивилизационные разломы. М.: МНЭПУ, 1994.


[Закрыть].

Центральной категорией материалистической доктрины является понятие материи (от лат. materia – вещество), которую определяют как «бесконечное множество всех существующих в мире объектов и систем, субстрат любых свойств, связей, отношений и форм движения. Материя включает в себя не только все непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все те, которые в принципе могут быть познаны в будущем на основе совершенствования средств наблюдения и эксперимента. Весь окружающий нас мир представляет собой движущуюся материю в её бесконечно разнообразных формах и проявлениях, со всеми её свойствами, связями и отношениями»2121
  Такое определение материи дает Большая советская энциклопедия.


[Закрыть].

Согласно утверждению В. И. Ленина: «В мире нет ничего, кроме движущейся материи»2222
  Ленин В. И. Материализм и эмпириокритицизм. Критические заметки об одной реакционной философии. – М.: «Политиздат», 1969, 392 с., тир. 450000 экз., 3К23 М34, Гл. III «Теория познания диалектического материализма и эмпириокритицизма», п. 5 «Пространство и время».


[Закрыть]. До Ленина та же идея была высказана Декартом, а еще ранее – Джордано Бруно, который говорил: «…Все вещи находятся во вселенной, и вселенная во всех вещах… все сходится в совершенном единстве»2323
  Бруно Дж. О причине, начале и едином // Диалоги. С. 278.


[Закрыть].

Сопоставляя понятие материи с материалистическим пониманием Вселенной, несложно заметить, что эти понятия совершенно тождественны, между ними нет никакого различия. Вселенная – это все, что существует, и материя – это все, что существует. Все, что не попадает под понятие о Вселенной – не существует, и нет ничего, кроме материи. Иными словами, речь идет об одном и том же множестве всех материальных объектов и явлений, называемом разными словами: Вселенная и материя.

В последующих рассуждениях нам еще понадобится понятие «замкнутой системы», поэтому дадим определение и этому понятию.

С точки зрения механики, замкнутой системой называется совокупность физических тел, у которых взаимодействия с внешними телами отсутствуют или скомпенсированы.

С точки зрения термодинамики, замкнутая термодинамическая система – это изолированная термодинамическая система, для которой невозможен обмен с внешней средой путем совершения работы.

По отношению к реально существующим физическим системам понятие «замкнутая система» применяется с известной долей условности, поскольку на самом деле в мире все взаимосвязано, и любая система, как бы тщательно мы ее не изолировали от других, все равно каким-то образом взаимодействует с ними. Единственным исключением из этого правила является сама Вселенная, или материя (как мы видели выше, для материалистов это одно и то же), которая представляет собой абсолютно замкнутую систему. Ни сама Вселенная, ни любая ее часть, не может ни с чем взаимодействовать, поскольку по определению помимо Вселенной (материи) ничего больше нет, так что взаимодействовать просто не с чем.

Итак, согласно материалистической доктрине, Вселенная и материя – это одно и то же, а именно – вся совокупность существующих материальных объектов. При этом материалисты утверждают, что все, что существует – это материя, а кроме материи ничего нет. Даже разум, или, скажем, дух – это всего лишь функция материи. Согласимся – пусть будет так.

Если кроме материи ничего нет, то материальная Вселенная – это абсолютно замкнутая (закрытая) система. То есть система, на которую ничто внешнее влиять не может – за полным отсутствием чего бы то ни было «внешнего».

Теперь, вооружившись этими знаниями и определениями, можно перейти к рассмотрению самых фундаментальных законов природы.

Законы сохранения

В 1668 году английский математик Джон Уоллис, исследуя поведение сталкивающихся тел, пришел к удивительному выводу. Он обнаружил, что в любой замкнутой системе (такой, на которую не действуют никакие внешние силы) общее количество движения всех составляющих её тел всегда, при любых обстоятельствах, остается одинаковым. Тела, составляющие систему, могут как угодно двигаться – с любой скоростью, в любых направлениях, соударяться, разбегаться, – и, тем не менее, сумма их движений всегда будет одной и той же, не увеличиваясь и не уменьшаясь. Открытый Уоллисом закон получил название закона сохранения количества движения или закона сохранения момента2424
  Движение любого тела можно охарактеризовать величиной, которую называют «момент» (по латыни это слово означает – «движение»). Момент равен массе тела, умноженной на его скорость.


[Закрыть].

В 1687 году Исаак Ньютон в книге «Математические начала натуральной философии» сформулировал закон сохранения движения любого отдельно взятого материального тела, известный сегодня как Первый закон Ньютона или закон инерции:

«Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние».

Комментируя эти открытия, и предвосхищая открытие других «законов сохранения», о которых пойдет речь в этой главе, Рене Декарт утверждал, что в основе этих законов лежит… неизменность Бога:

«Бог не подвержен изменению и постоянно действует одинаковым образом» – такова предпосылка, без которой не имел бы силы ни закон инерции, ни закон сохранения количества движения, ни другие основополагающие законы Природы.

Если вспомнить, что единственная по-настоящему замкнутая система – это Вселенная, наиболее общая формулировка закона сохранения количества движения может выглядеть так: «сумма движений всех тел во Вселенной постоянна». Она никогда не меняется на протяжении существования Вселенной. Не имеет значения, какие происходят или могут произойти изменения, при этом общий момент не меняется.

В 1748 году Михайло Ломоносов в письме к Леонарду Эйлеру высказал предположение о том, что не только общее количество движения в системе, но и общее количество вещества в ней (выражаемое массой), есть величина постоянная, то есть сформулировал закон сохранения вещества. А в 1774 году французский химик Антуан Лавуазье экспериментально подтвердил этот вывод, доказав: в пределах замкнутой системы некоторые тела могут терять массу, а другие наращивать, но общая масса системы остается постоянной.

С появлением понятия энергии различные явления, способные совершать работу: движение, тепло, свет, звук, электричество, магнетизм, химические изменения и т. д. – стали считаться различными формами энергии. Возникла мысль о том, что одна форма энергии может преобразовываться в другую, что некоторые тела могут терять энергию, а другие – приобретать энергию, но при этом в любой замкнутой системе общее количество энергии постоянно. Первым высказал такую мысль немецкий физик Герман фон Гельмгольц, а в 1847 году ему удалось убедить весь научный мир в том, что это действительно так. Поэтому он обычно считается первооткрывателем закона сохранения энергии.

В 1905 году Альберт Эйнштейн предложил формулу, связывающую энергию (Е) с массой (m):

Е = mс², [7]

где с – скорость света в пустоте.

Исходя из формулы Эйнштейна, масса представляет собой одну из форм энергии, поэтому закон сохранения массы утратил свое значение в качестве самостоятельного закона: стало очевидно, что он является частным случаем закона сохранения энергии.

Закон сохранения энергии, применительно ко Вселенной2525
  Под «Вселенной» в данном случае подразумевается весь материальный мир. В этом качестве вселенная является идеально замкнутой системой, поскольку, по определению материалистической науки, помимо материи в окружающем нас мире ничего иного не существует (все существующее есть материя).


[Закрыть] (как замкнутой системе), может быть сформулирован следующим образом: «Вселенная обладает некоторым количеством энергии, и это количество энергии всегда, при любых изменениях внутри Вселенной, остается неизменным, не прибавляется и не исчезает».

Прежде чем делать из этого закона выводы, приведём ещё одно несложное рассуждение.

Энергия в любой системе делится на свободную – совершающую (или готовую в любой момент совершить) работу, и связанную, которая вроде бы есть, но совершать работу в нынешнем виде не способна: чтобы заставить её совершить работу, к ней нужно приложить дополнительную энергию. К примеру, взведённая пружина в часовом механизме совершает полезную работу: вращает стрелки часов. А корпус часов никакой полезной работы не совершает. А ведь он тоже имеет массу, а значит, согласно формуле Эйнштейна, и энергию. Просто это не та энергия, она «связана».

Согласно закону сохранения энергии всякое уменьшение свободной энергии приводит к соответствующему увеличению связанной: если где-то что-то убыло, значит, где-то столько же прибыло, как говаривал Ломоносов. Теоретически закон сохранения энергии допускает и обратное: убывание связанной энергии и возрастание свободной. Однако не тут-то было: растратив свою энергию, часовая пружина становится такой же «мертвой» деталью, как и корпус часов. То есть процесс в целом идёт в сторону потери системой свободной энергии и нарастания связанной.

В нынешнем состоянии совокупная энергия Вселенной представляет собой сумму свободной и связанной энергии, соотношение между которыми нам неизвестно. Зато мы точно знаем: оно меняется в сторону увеличения доли связанной энергии. Когда этот процесс завершится, вся энергия Вселенной окажется связанной. Это будет состояние с максимальной энтропией (состояние хаоса). По современным научным воззрениям связанная энергия хаоса представляет собой тепловую энергию, равномерно рассеянную в пространстве, и, вследствие отсутствия разности потенциалов, не способную совершать работу.

Будучи замкнутой системой, из такого состояния Вселенная самостоятельно выйти не могла: это запрещает Второе начало термодинамики. Чтобы привести её в движение, необходимо введение в неё извне дополнительного количества свободной энергии, которое бы высвободило её внутреннюю энергию.

Как мы видели выше, движение Вселенной объясняется наличием источника энергии, который находится вне её. Но что может находиться вне Вселенной?

Согласно материалистическим представлениям, «все, что лежит вне Универсума (под Универсумом понимается существующий и доступный нашему наблюдению мир, который можно рассматривать как целое, т. е. Вселенная), не существует и относится к вере, т. е. находится вне науки и практического опыта»2626
  Моисеев Н. Н. Современный антропогенез и цивилизационные разломы. М.: МНЭПУ, 1994.


[Закрыть].

Но если вне Вселенной ничего нет – откуда тогда взялась та энергия, которая привела в действие Вселенную?

Если материалисты правы, и кроме материальной Вселенной ничего нет – то Вселенная и не должна существовать! А ведь она таки существует – и этот факт свидетельствует о том, что материализм ошибается, и что кроме материи должно быть еще что-то, какой-то нематериальный источник энергии. Располагающий энергией, достаточной для того, чтобы вывести Вселенную из «спячки» и привести её в движение. Но если мы допустим существование нематериального источника дополнительной энергии, то почему бы не предположить, что и вся остальная энергия Вселенной (в том числе и связанная) произошла из того же источника? В таком случае, это должен быть чрезвычайно мощный источник, энергия которого должна быть не меньше суммы всей связанной энергии Вселенной и той свободной энергии, которая необходима, чтобы активировать «спящую» Вселенную.

Нематериальный источник энергии материальной Вселенной? Нет ли тут противоречия? Все-таки энергия – это физическая величина, материальная. Энергия есть мера движения материи. Может ли она иметь нематериальный источник? Может ли такое быть?

Может!

Мы ведь не зря выше упоминали информацию и связь информации с энергией. Информация по своей природе нематериальна. Но она способна производить энергию, преобразовываться в энергию. Информация – это и есть то самое Слово, о котором сказано: «Все чрез Него начало быть, и без Него ничто не начало быть, что начало быть».

Да, для возникновения энергии необходимо поистине неисчерпаемое, негораниченное количество информации.

А неограниченная информация – это не что иное, как Всезнание, Всеведение – атрибут Абсолюта. Другой его атрибут, Всемогущество, – это и есть безбрежный океан энергии, превышающий энергию всей Вселенной.