Герман Смирнов - Под знаком необратимости (Очерки о теплоте)

А реки? Если бы в привычном нам мире не было теплообмена, температура воды в низовьях рек вследствие нагрева от трения была бы выше, чем в верховьях. Нетрудно рассчитать, что ледяная вода, низвергаясь с высоты 42,7 км, у подножия такой небывалой горы начала бы кипеть. Действительно, работа, совершаемая при опускании 1 кг воды с высоты 42 700 м, равна 42 700 кгм. Разделив эту величину на 427 кгм/ккал — механический эквивалент теплоты, — мы получим 100 ккал.

А поскольку теплоемкость воды 1 ккал/кг°С, ясно, что температура воды, низвергшейся с такой горы, будет равна 100 °C. Пропустив поток через гидротурбины, мы могли бы в принципе сохранить температуру воды неизменной, зато каждый килограмм произвел бы колоссальную механическую или электрическую работу — 42,7 тыс. кгм! Отсюда вытекает неожиданный вывод — гидроэлектростанции вырабатывают электроэнергию за счет охлаждения воды. Вывод, способный озадачить гидроэнергетиков.

Теперь представьте себе, что вся эта энергия не превращается в тепло и не отбирается в виде электроэнергии. Непрерывно ускоряясь, мчалась бы сверхтекучая вода рек в Мировой океан, и, вливаясь в него, она порождала бы неуничтожимые, все время усиливающиеся течения и волны, ввергающие океан в состояние непрерывно крепнущего шторма.

В обратимом мире «импульсный» характер был бы свойствен не только механическим, но и электромагнитным движениям. Так, все электропроводники превратились бы в сверхпроводники и их сопротивление исчезло бы. Ом не смог бы открыть своего закона: в обратимом мире такого закона просто не существовало бы. Зато «не вмешивающийся» в течение тока сверхпроводник чрезвычайно облегчил бы Фарадею открытие законов электромагнитной индукции. Причем электродинамика в обратимом мире выступила бы в очищенном, идеализированном виде, не затемненная эффектами необратимости. Например, обычная электродинамика не симметрична: в ней постоянный электрический ток создает магнитное поле, а постоянное магнитное поле не порождает постоянного электрического тока. Поэтому для генерирования тока электротехники вынуждены помещать проводники в магнитное поле непрерывно меняющееся во времени, что и приводит к несимметричности электродинамических уравнений. В обратимом мире симметрия постоянного тока и постоянного магнитного поля восстанавливалась бы. Достаточно втолкнуть сверхпроводящее кольцо между полюсами постоянного магнита — и в кольце толчком, импульсом наводится постоянный ток, не нуждающийся для своего дальнейшего поддержания в непрерывном подводе энергии от аккумуляторов или генераторов.

Нагревание и охлаждение были бы настоящей проблемой в обратимом мире. Отсутствие теплообмена превратило бы стены домов, все вещества в абсолютные теплоизоляторы. Электроплитки и печи не смогли бы работать в обратимом мире — превращение электрической энергии в тепловую, как и горение топлива, безусловно запрещены. Впрочем, если бы даже они и работали, от них все равно не было бы никакого толку: из-за отсутствия теплообмена неопределенно долго могут соседствовать нагретый до миллиона градусов газ и стенки сосуда. Жидкий кислород можно смело хранить в одной банке с расплавленным чугуном, а человек с равным успехом мог бы купаться в расплавленной лаве вулканов и в ледяной воде арктических морей.

Одежда и жилище в таком мире, естественно, утратили бы одно из своих основных назначений — защищать человека от холода и жары. Температура, с которой младенец появляется на свет, в обратимом мире чудесным образом сохранялась бы на всю жизнь.

Итак, со всем, что касается выработки, передачи и сохранения энергии, со всем, что касается перемещения и транспортировки, в обратимом мире дело обстоит неплохо, хотя в обмен за это мы получаем некоторые неожиданные и весьма катастрофические последствия. Но дело не исчерпывается одними этими катастрофами. Вся беда в том, что требование обратимости, по сути дела, налагает запрет практически на любое потребление энергии.

Действительно, в обратимом мире различные формы движения можно сколь угодно долго и без всяких потерь превращать одну в другую, но их невозможно употребить на что-нибудь полезное для человека, так как в таком мире невозможна никакая обрабатывающая промышленность. Вдумайтесь, например, куда девается сейчас энергия, вырабатываемая электростанциями земного шара. Парадоксально, но факт: вся она превращается в теплоту на фабриках, заводах, шахтах. Но зато ценой такого превращения мы достигаем того, что из руды получается металл, из металлических листов — детали, из древесины — бумага, из волокон — ткани. Короче говоря, ценой превращения работы в теплоту мы необратимо преобразуем лицо нашей планеты.