Краса законів світобудови

Переходячи до розгляду фізичних характеристик світобудови, згадаємо найбільш важливі фізичні категорії.
Спочатку була «сила» – конкретне і «відчутне» поняття, успішно «математизированной» Ньютоном. За визначенням, сила – дія, спрямована на зміну стану тіла (статичного чи динамічного, енергетичного або структурного). Важливо засвоїти для себе наступне: сила проявляє себе тільки там, де зустрічає опір.
Енергія – іманентна (внутрішньо властиве) властивість речовини, фізичного тіла, поля здійснювати (запасати) роботу, загальна міра різних форм руху. Основним досягненням науки XIX ст. якраз і стало визнання енергії як найбільш загального поняття, що дозволив розглядати з єдиної точки зору всі процеси і явища. Вперше центральне місце у фізиці зайняло абсолютно абстрактне поняття, з властивими йому неясністю і невловимістю.
Теплота – це рух, процес, а не який-небудь предмет або речовина, на кшталт «теплорода», один із способів передачі енергії, – властивість, яка не виявляється в експерименті. Те ж можна сказати і про роботу.
Теплота і робота – суть два способи передачі енергії системи: за допомогою її нагрівання і за допомогою здійснення над нею роботи; інших способів – ні.
Коли переходимо від класичного розгляду траєкторії руху окремої частки до систем багатьох частинок і оперуємо середніми значеннями параметрів, що визначають властивості системи, ми переходимо до термодинаміки. Тут ми виявляємо закони, які керують світом. Енергія термодинамічної системи, що дорівнює сумі кінетичної і потенційної енергій всіх частинок, визначає температуру системи, найбільш звичну, відчутну і доступну до виміру фізичну величину.
Необізнаній людині важко розібратися у всьому різноманітті фізичних явищ і процесів, безперервно протікають в навколишньому нас природі, їх джерелах, причини і наслідки. Можна, звичайно, не знати всього цього і не цікавитися нічим, але як це, має бути, нудно. До того ж вони постійно нагадують про себе; не можна не помітити, що ми постійно перебуваємо в полі дії якихось прихованих, а часом і таємничих, сил, що виявляються різним чином: у вигляді сили тяжіння, перепадів температури, гри світла, звуку, електромагнітного випромінювання, радіації … Десь там бере початок і джерело всякого руху та еволюції. Гармонія Всесвіту створюється гінким балансом численних сил, і зрушити баланс здатна іноді «деталь, на неуважний погляд зовсім дріб'язкова».
Людина засвоїв давно: щоб витягти навіть саму незначну роботу, потрібно затратити енергію – свою, фізичну, або енергію вітру, води, сонця, вдатися до допомоги машин і механізмів. Не залишає людини і думка знайти якийсь «бездонний» джерело енергії, побудувати вічний двигун, знайти філософський камінь, життєвий еліксир. Допитливість і необхідність у всі часи підігрівали його ентузіазм. Помилки і розчарування охолоджували не в міру розігріті уми. Але, як відомо, навіть негативний результат в науці є цінним результатом і сприяє просуванню вперед. Фікції, без яких не обійшлася велика наука, як не парадоксально, виявлялися корисними в просуванні наукової думки для цілих поколінь: в математиці – це завдання про квадратуру кола; в механіці – «perpetuum mobile»: у хімії пошуки філософського каменю; в астрономії – спостереження над гороскопами; в фізіології – пошук життєвого еліксиру і т.д. Так що дерзайте!
Про що говорить наш повсякденний досвід? Яким би складним і різноманітним не здавався світ рухів, перетворень, в основі всіх машин і механізмів, процесів і явищ – всього-навсього кілька причин, які можна перерахувати на пальцях. Давайте так і зробимо.
• Щоб крутилося колесо водяного млина або турбіна гідроелектростанції, потрібен перепад рівнів води. Тяжкість, вага, маса і інерція – наслідок тяжіння тіл, гравітації фундаментальної властивості матерії.
• Щоб працювала теплова машина, двигун внутрішнього згоряння, потрібно забезпечити різниця температур робочого тіла на вході і на виході машини. Чим більше ця різниця, тим більше тепла може перетворити машина в роботу, тим вище її ефективність. Тут без палива не обійтися.
• Щоб працювала електрична машина, потрібна різниця потенціалів – електрична сила. Цю різницю потенціалів потрібно попередньо створити з допомогою генераторів, хімічних або сонячних елементів. Конструкція атомів і молекул, механізми хімічних і біохімічних перетворень грунтуються на електричних силах.
• Ядерні процеси, які уособлюють найпотужніші сили природи, протікають в тих реакціях, у балансі яких забезпечується різницю (дефект) мас компонентів, що беруть участь у реакції. Згадаємо і про анігіляції – реакції між частинками і їх античастинками, яка також може служити джерелом колосальної енергії.
• Щось схоже притаманне всієї живої матерії. Всі живі системи, як правило, віддають тепло навколишньому середовищу. Для цього між живою і навколишнім середовищем повинна підтримуватися певна різниця температур. Основна функція біологічних фотоелектричних систем полягає в прийомі електронів від низькоенергетичного донора, у піднесенні їх на більш високий енергетичний рівень за допомогою світла і віддачі відповідному акцептору.
Створити «perpetuum mobile» не можна, джерело руху з ККД> 1 – теж. Все інше: теплові, електричні, ядерні генератори – це лише джерела, що відрізняються швидкістю відбору і розпилення енергії в межах світового резервуара. Звідси зробимо одне попередній висновок: система здійснює роботу з нерівноважного стану (створеного випадково або цілеспрямовано), рухаючись до рівноваги. Всі перераховані процеси, як ми з'ясуємо далі, об'єднує закон зростання ентропії – фундаментальний закон природи, який говорить про те, що в термодинамічно замкнутій системі всі процеси, пов'язані з виконанням корисної роботи, неухильно супроводжуються рухом до більшої рівноваги, а це означає. – До безладу і зростанню ентропії. Еволюція життя також заснована на вихідної і підтримуваної неравновесности, нерівність; в організмі біохімічні реакції йдуть за рахунок обміну речовин, в якому постійно присутній обмін енергією (і ентропією) з навколишнім середовищем. Нав'язування рівності суперечить закону еволюції. Про це слід пам'ятати і в соціальній сфері, де спостерігаються постійні шарахання від одного-ізму до іншого. Але це – окрема розмова. Тут ми акцентуємо увагу на тому, що дійсна небезпека, що загрожує людству, полягає не в енергетичному, а в «Ентропійно» кризі. Справа не в тому, що енергії «мало» (її збереження строго контролюється Першим початком термодинаміки), а в тому, що «якість» цієї енергії знижується (точніше кажучи, росте ентропія енергоносіїв).

 

MAXCACHE: 0.47MB/0.00246 sec