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 10. О количестве энергии во Вселенной

Согласно Большой Советской Энциклопедии, «весь окружающий нас мир представляет собой движущуюся материю».

Обратите внимание: «движущуюся», а не застывшую!

По определению, движение есть форма существования материи. Иными словами, есть движение — есть материя, есть Вселенная. Нет движения — нет материи, нет Вселенной.

А мера движения — это энергия.

Энергия присутствует в любой материальной системе. Иначе просто никакой системы не было бы. Она присутствует, безусловно, и во Вселенной.

Согласно Закону сохранения количество энергии в изолированной системе неизменно, то есть представляет собой некую константу. В каждой изолированной системе эта константа имеет какое-то определенное значение. Но нас интересует не любая изолированная система, а одна конкретная — Вселенная.

И, коль скоро, согласно Закону сохранения, количество энергии во Вселенной представляет собой постоянную и неизменную величину, мы вправе ожидать, что ученые назовут нам эту величину.

Но не тут-то было. Они не спешат этого делать. И вообще предпочитают обходить вопрос стороной, отделываясь невнятными комментариями.

Столетием назад закрыть этот неудобный вопрос было проще. В те времена еще господствовало представление о стационарной Вселенной, вечной и бесконечной. «А значит, и количество энергии в ней бесконечно», — отвечали тогда навязчивым интересующимся. Впрочем, ясности это и тогда не добавляло. Что это за «константа», если она не имеет конкретного значения?

Стационарная модель Вселенной давно отправлена на свалку истории. Современная наука убедительно отвергла представление о бесконечности Вселенной. Да, Вселенная велика. Возможно даже она больше, чем мы думаем. Но она не бесконечна. А значит, энергия Вселенной имеет конечное, вполне определенное значение.

Каково это значение?

Поскольку ученые молчат, давайте попытаемся на него ответить сами.

Начнем с шутливой задачки, на которой прокалываются даже серьезные физики.

Представьте себе, что хулиганы привязали к хвосту кошки консервные банки. Известно, что таким образом экипированная кошка производит бешеный шум, который пугает, прежде всего, её саму. От чего она бежит ещё быстрее. Но чем быстрее она бежит — тем больший шум производит.

Вопрос: с какой скоростью должна бежать кошка, чтобы не слышать этого шума?

На ум сразу приходит сверхзвуковая скорость — если разогнать кошку до такой скорости, она не будет слышать производимого ею шума, потому что он будет запаздывать, распространяясь с меньшей скоростью.

А ведь есть и другое, более простое и естественное решение этой задачи.

Чтобы не слышать шума кошка… не должна бежать! Или, если угодно, ее скорость должна быть равна нулю.

Эта шутка — прямая аналогия нашей проблемы.

Когда говорят о том, что количество энергии в изолированной системе есть величина постоянная, это не обязательно означает, что такой системе присуще какое-то определённое количество энергии. Это количество может иметь и нулевое значение. Закону сохранения энергии такое решение не противоречит. Закон ведь требует только неизменности количества энергии, но не утверждает, что это количество должно быть обязательно ненулевым.

Не противоречит ли такой вывод реальности? Ведь система с нулевой энергией, как уже говорилось выше — это мертвая система, не способная совершать работу. А Вселенная живет и находится в движении. Может ли при этом ее совокупная энергия быть нулевой?

Да, может!

Этот парадоксальный вывод подтверждается научными данными.

Бенджамин Франклин

В 1747 г. американский физик Бенджамин Франклин, тот самый, чей портрет красуется на стодолларовой купюре, открыл еще один закон сохранения — закон сохранения электрического заряда. Закон постулирует точное равенство скалярных величин положительного и отрицательного элементарных зарядов. Звучит это так: «Алгебраическая сумма электрических зарядов тел или частиц, образующих электрически изолированную систему¹⁷, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе». В 1843 закон сохранения электрического заряда был экспериментально подтвержден Майклом Фарадеем.

Оказалось, что разноименные заряды (заряженные частицы) появляются и исчезают парами: положительные и отрицательные. Каково бы ни было их количество, в сумме они дают ноль.

Макроскопические (то есть большие) тела, как правило, электрически нейтральны. В них в равных количествах содержатся как положительные, так и отрицательные заряды. Если говорить о Вселенной, то, как считают ученые, её полный электрический заряд равен нулю. Количество положительных зарядов во Вселенной равно количеству отрицательных.

Это касается не только электрических явлений, но и механических. Открытый Уоллисом закон сохранения количества движения также допускает нулевое значение общего (суммарного) количества движения в изолированной системе. Силы взаимодействия тел, составляющих систему, должны быть взаимно уравновешены, в соответствии с Третьим законом Ньютона: «действие равно противодействию».

И в Законе сохранения количества движения, и в Законе сохранения заряда константы равны нулю.

Почему с Законом сохранения энергии, частными случаями которого являются законы Франклина и Уоллиса, дело должно обстоять иначе?

Несложно представить себе систему, состоящую из многих взаимодействующих (движущихся в разных направлениях) тел, даже такую большую, как Вселенная, в которой моменты взаимодействующих между собой тел взаимно погашаются и их результирующая сумма равна нулю.

Эти соображения позволяют предположить, что, хотя в отдельно взятой части системы количество энергии может достигать весьма значительных величин, скалярная сумма всей энергии Вселенной равна нулю.

Похоже, это единственное удовлетворительное решение для величины энергетической константы Вселенной.

Выходит, дело обстоит следующим образом:

— когда не было Вселенной — энергия была равна нулю;

— когда появилась Вселенная, в ней возникли взаимно уравновешивающие друг друга силы и разнонаправленные движения. Но их результирующая сумма продолжает оставаться нулевой;

— когда, исчерпав свою энергию и способность к движению, материя исчезнет — ее совокупная энергия по-прежнему, в соответствии с Законом сохранения, будет равна нулю.

С точки зрения Закона сохранения энергии нет никакой разницы между существованием или несуществованием Вселенной: Закон не нарушается как в том, так и в другом случае.

Иными словами, Закон сохранения энергии не подтверждает убеждение материалистов насчет вечности и неуничтожимости материи. Совсем наоборот, из этого закона следует, что Вселенная не вечна, что у нее было начало и будет конец.

Но вернемся к генеральной линии нашего рассуждения. Нам осталось познакомиться со Вторым началом термодинамики.

Примечания

17

Электрически изолированной принято называть систему, через поверхность которой нет переноса зарядов.