Седьмое доказательство

Виктор Печорин

– Браво! – вскричал иностранец, – браво! Вы полностью повторили мысль беспокойного старика Иммануила по этому поводу. Но вот курьез: он начисто разрушил все пять доказательств, а затем, как бы в насмешку над самим собою, соорудил собственное шестое доказательство!– Доказательство Канта, – тонко улыбнувшись, возразил образованный редактор, – также неубедительно…М. Булгаков. Мастер и Маргарита

Глава 5. Система, вещество и энергия

В отличие от предшественников, теологов и философов, мы будем строить наше доказательство, опираясь на законы физики с привлечением, при необходимости, данных других наук.

А для этого, рискуя сильно сократить читательскую аудиторию (кому захочется почувствовать себя вновь за школьной партой?) придется ненадолго погрузиться в физику и некоторые смежные с ней области науки. Можно было бы без этого обойтись, — мы бы, непременно, так и поступили. Но… Невозможно перейти брод, не замочившись. Невозможно формулировать доказательство на основе физики, не понимая язык физики. Единственно, чем мы можем утешить читателя, что наш экскурс будет по возможности кратким и не заумным.

В этой главе мы рассмотрим такие необходимые для доказательства понятия, как «система», «вещество» и «энергия».

Система

Системой называют совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность, единство.

Примером системы является совокупность небесных тел, сгруппированных возле Солнца и связанных гравитационными силами. Она так и называется: Солнечная система.

Системами являются: атом вещества, человек, планета Земля, Галактика, вся Вселенная в целом. Вообще любой материальный объект является системой. Почему? Да потому что все материальные объекты состоят из составных частей, элементов, частиц.

Если бы существовал цельный и неделимый объект, не имеющий внутри себя составных частей, его нельзя было бы назвать системой — это был бы просто единичный объект. Но такого объекта в материальном мире нет. Все материальные объекты — это системы.

Существует специальная научная дисциплина — Теория систем, которая изучает виды и типы систем, основные принципы и закономерности их функционирования и развития. В рамках этой дисциплины различают, например, системы биологические, термодинамические, социальные, механические. Для целей нашего доказательства значение имеют два вида систем: открытые и изолированные.

Изолированные системы, в отличие от открытых, не имеют возможности обмениваться веществом или энергией с другими системами или окружающей средой.

Примером механической изолированной системы являются механические часы, у которых потерян ключ. Отсутствие ключа делает невозможным поступление в них энергии извне.

С точки зрения термодинамики, изолированная система — это система, для которой невозможен обмен энергией с внешней средой путем совершения работы.

Примером термодинамической изолированной системы является термос, стенки которого устроены таким образом, что изолируют содержимое от внешней среды, препятствуя оттоку тепловой энергии.

Большинство систем можно назвать изолированными только условно, потому что в реальных условиях трудно обеспечить абсолютную изоляцию. Например, как бы ни был хорош термос, кофе в нем рано или поздно остынет вследствие утечек тепла. Термос — несовершенная изолированная система.

Вообще 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 является сама Вселенная, которая представляет собой абсолютно изолированную систему. Вселенная не может ни с чем взаимодействовать, поскольку по определению помимо нее ничего больше нет. Во всяком случае, ничего материального.

Взаимодействовать ей просто не с чем. Вселенная — абсолютно изолированная система.

Вещество

Вещество — это то, из чего состоят вещи, физические тела.

В этом смысле вещество как будто бы тождественно материи, ведь материя — это тоже материал, из которого состоит Вселенная, а стало быть, и все входящие в неё тела.

Однако понятие материи шире понятия вещества. Материя может существовать не только в виде вещества, но и в виде физического поля, не обладающего массой, но обладающего энергией, т.е. способностью совершать работу.

Основным свойством вещества является инерция, или, как выражались наши предки, косность — свойство физического тела сопротивляться изменению скорости, с которой оно движется.

В 1678 году Исаак Ньютон в книге «Математические начала натуральной философии» сформулировал Закон инерции (Первый закон Ньютона): «Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние».

В соответствии с этим законом любое вещественное тело, предоставленное самому себе, двигалось бы бесконечно долго по прямой траектории, если бы на него не влияли другие тела, которые изменяют скорость или направление его движения.

Мерой инерции является масса.

Чем больше масса, тем труднее изменить скорость движения тела, тем больше его инерция. То есть масса и инерция это, по сути, одно и то же.

С другой стороны, масса также является мерой количества вещества. Чем больше это количество — тем больше инерция, тем сильнее тело сопротивляется внешним воздействиям.

Отсюда видно, что главное свойство вещества — это косность. Само по себе вещество не способно ни к самостоятельному движению, ни к развитию, а, наоборот, по самой своей природе является тормозом и препятствие тому и другому.

Энергия

Древнегреческие натурфилософы, введшие в научный оборот термин «энергия» (от греч. energeia — деятельность, способность производить работу) подразумевали под этим словом «деятельную силу, соединенную с настойчивостью в достижении поставленной цели»¹⁵. В этом смысле мы говорим: «энергичный человек», подразумевая человека, настойчиво и деятельно осуществляющего свои замыслы.

Позже физики придали этому слову более отвлеченный смысл.

Сегодня под «энергией» подразумевают «общую количественную меру движения и взаимодействия различных видов материи». Другими словами, энергия — это способность тела или вещества производить какую-либо работу. Впервые в таком значении это слово употребил в 1807 году английский физик Томас Янг.

Первоначальный (древнегреческий) смысл этого понятия, однако, лучше отражает его сущность. Для преодоления инерции (косности) вещественной системы 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.

Способность системы производить работу возникает не сама собой, а вследствие приложения к системе деятельной силы (т.е. сообщения системе какого-то количества энергии извне).

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 порученное ей дело (приводит в движение часовой механизм) только после того, как вы её заведете, то есть сообщите ей необходимое количество энергии. Вы в этом случае выполняете роль источника 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 некоторую 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 реакций. 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.

Примечания

15

Наследие Эллады. Энциклопедический словарь. Советская Кубань, Краснодар, 1993.