Удивительная физика - Нурбей Гулиа

А вот тепловое загрязнение, обусловленное термодинамическими законами, считается фатальным. Его можно оттянуть, снизить интенсивность его увеличения, но повернуть его вспять якобы нельзя. Потому что все виды энергии, совершая работу, переходят в тепло, которое повышает температуру окружающей среды нашей замкнутой земной системы. Особенно повышают эту температуру сжигание ископаемого топлива, получение энергии на атомных станциях, даже использование внутреннего тепла Земли и сжигание дров. Только использование природных видов энергии, которая и без нашего вмешательства перейдет в тепло, – солнечной, ветровой, гидравлической и т. д. вроде бы не даст дополнительного нагрева биосферы.

По мере нагрева биосферы повышается влажность и содержание углекислоты в атмосфере (теплая вода меньше ее растворяет, чем холодная), и имеет место парниковый эффект, когда Солнце начинает помогать дальнейшему разогреву биосферы. Повышение средней температуры биосферы на несколько градусов, чего можно ожидать уже в ближайшее время, вызовет таяние ледяных шапок Земли на севере и юге, подъем уровня океанов на 10 м и более. А это затопление огромного количества суши (хуже всего, наверное, придется Голландии, которая и сейчас почти вся ниже этого уровня!), множества крупнейших городов мира и много других бед.

А потом – еще хуже, потому что дальнейшее повышение температуры может изменить тепловое равновесие на Земле и климат станет наподобие венерианского, когда температура достигает сотен градусов и давление – десятков атмосфер. Вот и призывают ученые-экологи к бережному использованию энергии, чтобы как можно меньшее ее количество разогревало биосферу.

Но призывы эти подобны гласу вопиющего в пустыне, и скорее всего это глобальное потепление наступит. Может ли человек этому противодействовать? Автор полагает, что может, хотя почему-то об этом никто и нигде не упоминает. Вряд ли эта мысль никому не приходила в голову.

Мысль эту подсказывают вулканы. Извергаясь, они выбрасывают настолько много пепла (рис. 260), что он годами носится в верхних слоях атмосферы, заслоняя Солнце. И наступают годы глобального похолодания. Сравнительно недавно, в 1883 г. такое случилось с индонезийским вулканом Кракатау. Этот вулкан во время одного из своих самых чудовищных извержений выбросил в верхние слои атмосферы так много пепла, вращавшегося вокруг Земли вместе с пассатами, что за несколько лет существенно снизил температуру биосферы на Земле. А заодно появились и несколько лет простояли необыкновенно яркие зори. Нет худа без добра – может быть, без этого извержения глобальное потепление уже наступило бы…

Заметим, что лет 20 назад, когда говорили об ужасных последствиях предполагаемой ядерной войны, не забывали упоминать о пресловутой «ядерной зиме». Вроде бы от многочисленных сильных взрывов в стратосферу может попасть столько пыли, что солнечный свет перестанет проникать на Землю и наступит «великое оледенение».

Так вот где решение этой, казалось бы, неразрешимой проблемы. Конечно, не стоит провоцировать нового извержения Кракатау или развязывать ядерную войну, но забросить в верхние слои атмосферы в районе экватора сотню-другую самолетов или ракет с алюминиевой пылью или аналогичным светоотражающим порошком не помешало бы. Или, имитируя извержение вулкана, выстреливать из врытой в землю огромной пушки, наподобие жюль-верновской «колумбиады» огромными, разрывающимися в стратосфере снарядами, начиненными пылевидными материалами – той же алюминиевой пудрой, пудрой из мела, песка, глины или другого дешевого материала. Желательнее всего стрелять из такой пушки где-то вблизи экватора. Мелкодисперсная пыль, увлекаемая пассатами и еще более сильными и постоянно дующими ветрами в тропопаузе, на высоте всего 10—12 км, распределилась бы в зоне тропиков и около них и продержалась бы годами. Отражающая способность, или альбедо, Земли существенно возросла бы, поток солнечной энергии на Землю убавился бы, компенсируя выброс тепла от человеческой деятельности, и тепловое равновесие было бы восстановлено. Да и жители тропиков были бы довольны хотя бы временным снижением изнуряющей жары, сэкономили бы на кондиционерах, кроме всего прочего. Причем есть время на подготовку такого проекта века или даже тысячелетия – десяток-другой лет.

Кто такой «демон Максвелла»?

Как уже говорилось, Рудольф Клаузиус доказал, что тепло может непосредственно (без преобразований!) переходить только от горячих тел к холодным. Это называется вторым началом термодинамики. Конечно, с помощью преобразователей энергии – машин можно передать тепло от холодных тел горячим. Ну, например, холодной батарейкой от карманного фонаря раскалить горячий волосок лампочки. Но это происходит с преобразованиями форм энергии и опять же с переходом части ее в низкотемпературное тепло. А чтобы обратно – от холодных к горячим, – так тепло не ходит, хотя принципиального запрета на это нет.

Последняя фраза как будто прямо призывает искать такие процессы, которые полностью превращали бы тепло в движение, иначе говоря, позволяли теплу переходить от менее нагретых тел к более нагретым. Что это обеспечило бы миру, ясно без слов. Мы имели бы неограниченное количество энергии, причем не боялись при этом нагревания, теплового загрязнения окружающей среды и, разумеется, тепловой смерти нашего Мира.

Эту идею поддерживал и К. Э. Циолковский, он сам работал над полным превращением тепла в работу. Циолковский считал, что в природе существуют процессы концентрирования энергии, обратные процессам рассеяния, поэтому получается «вечный круговорот материи», вечно возрождающаяся юность Вселенной. Отыскать механизмы, концентрирующие энергию, освоить их, использовать для утоления энергетического голода – вот задача, которую ставил Циолковский.

Решить такую задачу, правда, по-своему, попытался еще в 1871 г. великий английский ученый Джеймс Максвелл. Он приписал функции подобного механизма некоему фантастическому существу, названному позже «демоном Максвелла». Это существо, утверждал ученый, обладает столь изощренными способностями, что может следить за каждой отдельной молекулой в ее движениях и знать ее скорость. Если взять сосуд, разделенный перегородкой на две части, и посадить «демона» у дверцы в перегородке, мы можем заставить его открывать дверцу только перед быстрыми или только перед медленными молекулами. «Демон» будет пропускать быстрые молекулы в одну часть сосуда, а медленные – в другую, тогда в одной части сосуда и температура, и давление окажутся выше, чем в другой, то есть мы без затраты работы получим неограниченный запас энергии.

«Демон Максвелла», придуманный более 100 лет назад, и ныне будоражит умы людей. Много раз ученые убедительно доказывали, что это лишь шутка великого физика, не имеющая никакой реальной основы игра воображения. Действительно, если бы в сосуде были всего две молекулы, то и без «демона» они в половине случаев могли бы оказаться в какой-либо одной части сосуда. Если же молекул много, то вероятность подобного случая чрезвычайно мала. Академик А. Ф. Иоффе оценил возможность процессов концентрации энергии дробью, в которой после запятой идут еще восемьдесят четыре нуля. Это гораздо меньше вероятности получения в столкновении «Москвича» и «Запорожца» совершенно нового «Мерседеса».

Однако страсти не унимаются, приверженцы «демона» стараются найти все новые аргументы в его защиту. В одном из научных журналов, в статье, посвященной проблеме «демона Максвелла», всерьез говорится о том, что роль «демона» в разделении молекул с разной энергией взял на себя квантовый генератор – лазер, который отделяет возбужденные молекулы с большой энергией от невозбужденных.

Утверждают, что разделение молекул по скоростям в потоке молекул газа якобы происходит в вакуумной камере под воздействием гравитационного поля Земли: дескать, в этих условиях медленные молекулы больше отклоняются от первоначальной траектории, чем быстрые. Кроме того, заявляют, будто измерения температуры кипения жидкости в различных ее частях показали отклонения, достигающие десятков градусов. Как, если не с помощью «демона Максвелла», они могли возникнуть?

Однако до сих пор нет ни строгих доказательств возможности перехода тепла от холодных тел к горячим, или, как этот процесс иногда называют, энергетической или тепловой инверсии, ни строгих его опровержений, что и подогревает интерес к дальнейшим поискам.

Так что ищите, если хотите, хотя вероятность находки исчезающе мала…

Перпетуум-мобиле поливает огурцы

После «демона Максвелла», которого старательно ищут изобретатели всех стран и народов, не мешало бы поговорить о тепловых «вечных двигателях», которые… работают. Поливают огурцы, например.