Меморандум о естествознании

Термодинамика

Понятие энергии стало так тривиально, что трудно оценить масштабность его интеллектуального достижения. Не менее трудно дать ему точное определение. Мало найдется слов, значение которых так запутано и разноречиво, как работа, мощность, энергия. Такая путаница в понятиях нетерпима не только в научной, но и в любой другой области знаний (Л.Элиот, У.Уилкокс: Физика)

Джеймс Джоуль открыл эквивалентность теплоты и работы. Никола Карно сформулировал закон взаимных превращений теплоты и работы. Уильям Томсон, лорд Кельвин в работе "К динамической теории теплоты" (1851 г.) обнаружил возникшую путаницу понятий: результаты опытов скрывают два закона, и выводы Карно в определенном смысле сохраняют свое значение, не вступая в противоречие с открытием Джоуля. Эфемерные векторы инерциальных сил уже не способны их обобщить: основа понятий всех будущих физико-математических разделов — энергия.

В историческом плане неологизм метафизики, учения Аристотеля об актуально и потенциально сущем: не имея предметного смысла, энергия и энтелехия означали незавершенность и завершенность процессов.

Раздел термодинамика основан на абсурдном 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 задал Клаузиус, однако без них нет и предмета для анализа; в разделе статистической физики всю предметность рассуждений Больцман также свел к уравнениям.

О началах раздела термодинамики

В XIX веке теплоту представляли в виде флюида, теплородной жидкости. В разделе термодинамики материальность теплоты и работы абстрагировали, а наименования, которые нельзя запасать и переливать, разделили и утвердили двумя способами изменения энергии.

В нем четыре начала (закона): первым появилось второе, последним — нулевое (оправдание задним числом понятия температуры); между ними — первое и третье. Их содержание проще, чем хронология изучения энергии, объекта в природе неуловимого. Краткие формулировки:    

      0. Изолированная термодинамическая система с течением времени самопроизвольно переходит в состояние термодинамического равновесия при одинаковой температуре и остается в нем сколь угодно долго, если внешние условия сохраняются неизменными (общий закон раздела).
      1. Теплоту можно преобразовать в работу (первое начало).
      2. Полностью это возможно при абсолютном нуле температуры (вторые начала).
      3. Абсолютный ноль температуры недостижим (третье начало).

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 мира не хватит, чтобы в каком-либо месте или объекте природной среды создать температуру абсолютного нуля: −273,15 °C. Третье начало предполагает материальность природных процессов; этим оно существенно отличается от других словесных утверждений начал, которые не зависят от предположений такого рода.

О вторых началах раздела термодинамики

В работе "Размышление о движущей мощи огня и машинах, способных ее развивать", 1824, Никола Карно обобщил: Теплота — не что иное, как движущая мощь, или вернее, движение, изменившее свой вид; повсюду, где происходит уничтожение движущей мощи, проявляется теплота. Обратно: всегда при расходе теплоты возникает движущая мощь. Можно высказать и обобщенное положение: Теплота в природе никогда не создается, никогда не уничтожается; в действительности она лишь меняет форму, вызывая то один род движения, то другой. По моим представлениям теории теплоты, для создания единицы мощи требуются затраты 2,7 единиц теплоты.

Положение это он обосновывал так: Проявление движущей мощи обязано в паровых машинах не трате теплорода, а его переходу от горячего тела к холодному, то есть восстановлению равновесия, — равновесия, которое было нарушено некоторой причиной, будь то химическое горение или что-то иное. Этот принцип применим ко всем машинам, приводимым в движение теплотой. Недостаточно создать теплоту для проявления движущей мощи. Нужно еще добыть холод: без него теплота стала бы бесполезной. Если бы вокруг все тела были бы такие же горячие, как топка, как бы можно было сконденсировать пар? Не следует думать о выбросе его в атмосферу: она не приняла бы его. Она принимает его как большой холодильник при более низкой температуре. Там, где есть разность температур, возможно восстановление равновесия и получение движущей мощи. Водяной пар — одно из средств проявить эту мощь, но не единственное: в природе все тела способны к изменению объема, к сжатию и расширению при действии теплоты и холода: могут при изменении своего объема преодолевать некоторое сопротивление и, таким образом, развивать движущую мощь.

В том, что тепловые машины часть теплоты выбрасывают в атмосферу (цикл Карно), новые авторы нашли свойство энергетических превращений. Количество энергии в разделе термодинамики сохраняется, но качество ее должно изменяться необратимо. Вторые начала об этом и утверждают:
      1. Невозможно построить периодически действующую машину, вся деятельность которой сводилась бы к совершению механической работы и соответствующему охлаждению теплового резервуара (закон Томсона).
      2. Невозможен процесс, единственный результат которого состоял бы в переходе энергии от более холодного тела к более горячему (закон Клаузиуса).
      3. Невозможно построить вечный двигатель второго рода (закон Оствальда).

Авторы нового раздела энергию смогли отделить от породившей ее паровой машины и, по сути, от всех природных процессов: так холодильные машины теплоту от морозилки передают горячему змеевику наперекор вторым законам. Томсон еще утверждал асимметрию между теплотой и работой. Клаузиус уже не упоминал ни о какой работе: его начало об асимметрии тепловых процессов. Но если такие утверждения правомерны, 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)

Про энергию физико-математических разделов

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

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

Энергия — чистый символ!

Для материалистов это как спор между верящими в желтого или в зеленого черта. Ведь важны не различия, а общее: идеалистическое толкование энергии, отрицание объективной реальности, в приспособлении к которой состоит весь опыт человека, в снимках с которой — единственно верная научная методология и энергетика (Ленин: Материализм и эмпириокритицизм)