Естествознание

Термодинамика

Понятие об энергии стало настолько тривиальным, что уже трудно оценить всю масштабность его интеллектуального достижения. Трудно и дать ему определение.

Джеймс Джоуль открыл эквивалентность теплоты и механической работы. Никола Карно сформулировал закон о взаимных превращениях теплоты и работы. Уильям Томсон, лорд Кельвин обнаружил у них путаницу физических понятий: теплота и механическая работа — два принципиально разных способа изменения состояния систем. Обобщают их уже не эфемерные векторные силы, а энергия (др.-греч. ἐνέργεια — действие, деятельность, мощь) — как основа всей будущей физики. В историческом плане энергия — неологизм из учения Аристотеля об актуально и потенциально сущем: энергия и энтелехия означали незавершенность и завершенность процессов и не имели предметного смысла.

Термодинамику основали на постулате: есть два принципиально разных способа изменения состояний систем. Один связан с перемещением тел и работой тел над системами; другой — с нагревом и отводом теплоты при неизменном размещении тел.

Раздел этот чисто математический. Функциональную форму отношений ввел Клаузиус; но без них оказывается, что нет и предмета для анализа. Больцман в статистической физике также свел всю предметность раздела к уравнениям (Питер Эткинс: Порядок и беспорядок в природе)

Начала термодинамики

Начала, или законы термодинамики состоят из словесных утверждений. В XIX веке теплоту еще представляли средой, теплородом. В разделе термодинамики утвердили: никакого материального объекта теплоты не существует. То же самое относится к наименованию работы: это не материальный предмет, который можно запасать и переливать, а только способ изменения энергии.

Известны четыре начала; иногда называют и пятое о термодинамическом равновесии. Первым появилось второе, последним — нулевое (оправдание задним числом понятия о температуре); между ними — первое и третье. Но их содержание проще, чем хронология изучения энергии, объекта столь эфемерного. Краткие формулировки законов (начал), не лишенные марказма:

      1. Теплоту можно преобразовать в работу.
      2. Полностью это возможно при абсолютном нуле температуры.
      3. Абсолютный ноль температуры недостижим.

Третье начало, теорема Нернста, о физическом принципе поведения системы при приближении температуры к абсолютному нулю, где энтропия уже не зависит от параметров. Дополняет гипотеза Планка: при абсолютном нуле энтропия равна нулю. При конечной последовательности охлаждающих процессов температуры абсолютного нуля достичь невозможно. Мощности всех энергетических установок в мире недостаточно, чтобы в объекте природной среды создать температуру абсолютного нуля: −273,15 °C.

В нем предполагается структурность материальной среды, тогда как другие начала — словесные утверждения, не зависящие от предположений такого рода. Между третьим и другими началами термодинамики — существенное различие (Питер Эткинс: Порядок и беспорядок в природе)

Вторые начала термодинамики

В работе "Размышление о движущей мощи огня и машинах, способных ее развивать", 1824, Никола Карно сформулировал закон: Теплота — часть природной среды, изменяющая свой вид. Там, где прекращается движение, возникает теплота в адекватном количестве. А при нарушении теплового баланса так же адекватно проявляется движущая мощь. В природе она существует в неизменном количестве и меняет лишь форму, вызывая то один род движения, то другой. По моим расчетам, создание единицы движения требует затрат 2,7 единиц теплоты.

Новые авторы формулировку Карно переиначили свойством превращений. Пусть количество энергии всегда и сохраняется, но качество ее должно изменяться совершенно необратимым образом. Об этом вторые начала термодинамики и утверждают:

      1. Невозможно построить периодически действующую машину, вся деятельность которой сводилась бы к совершению механической работы и соответствующему охлаждению теплового резервуара (второе начало Томсона).
      2. Невозможен процесс, единственный результат которого состоял бы в переходе энергии от более холодного тела к более горячему (второе начало Клаузиуса).
      3. Невозможно построить вечный двигатель второго рода (второе начало Оствальда).

Изменив смысловое значение, новые авторы смогли отделить энергию термодинамики от породившей ее паровой машины. Томсон еще утверждал об асимметрии между теплотой и работой. Клаузиус уже вовсе не упоминал о работе. В его втором начале лишь асимметрия тепловых процессов: качество тепловой энергии должно падать сверху вниз и никак иначе. Но если утверждения правомерны, то они должны быть следствием единого закона и более общей его формулировкой, чем каждое из этих утверждений по отдельности (Питер Эткинс: Порядок и беспорядок в природе)

О смысле термодинамической энергии

— Но должна же энергия иметь носителя! — говорят сторонники материи.
— А почему? — резонно спрашивает Оствальд. — Разве природа обязана состоять из подлежащего и сказуемого?

На самом деле мысленное устранение материи как подлежащего означает абсурдное допущение мысли как чего-то первичного, независимого от материи. Устраняется-то не подлежащее, а объективный источник ощущения, и подлежащим становится само ощущение. Если энергия — движение, то вы только передвинули вопрос с подлежащего на сказуемое: материя ли движется? на материальна ли энергия? Или это идеи, символы, условные знаки и тому подобное? На этом и сломала себе шею энергетическая философия — попытка новой терминологией замазать старые гносеологические ошибки.

Энергия — чистый символ!

Для материалиста это как бы спор между человеком, верящим в желтого черта, и человеком, верящим в зеленого черта. Ведь важны не различия, а общее: идеалистическое толкование энергии, отрицание объективной реальности, в приспособлении к которой состоит опыт человека, в снимке с которой заключена единственная научная методология (Ленин: Материализм и эмпириокритицизм)