Энергия
Если читателю когда-нибудь доводилось прогуливаться по старинному кладбищу, возможно, он замечал разницу между часто посещаемыми могилами и теми, за которыми никто не ухаживает. Неухоженная могилка зарастает сорняками, давно некрашеный, с явными следами гниения крест на ней покосился, того и гляди упадет. Само имя покойного уже невозможно прочесть. Пройдет еще какое-то время – и исчезнут всякие следы того, что здесь был кто-то похоронен, и все это место вернется в первоначальное девственное состояние дикой природы.
Нужны ли какие-то усилия для того, чтобы такое превращение совершилось? Очевидно, не нужны. Причина превращения в том и состоит, что никто сюда не приходил и не препятствовал обветшанию могилы. Точно так же обстоит дело с любым предметом или объектом: для его разрушения не нужно прилагать никаких усилий, просто предоставьте его самому себе – и он рано или поздно обратится в прах.
Сформулируем общее правило. Разрушение любой материальной системы, её переход в более простое состояние, приводящий к увеличению энтропии системы, совершается сам собой, в силу внутренне присущего материи свойства. Для этого не нужно прилагать никаких усилий.
А вот для того, чтобы этот процесс замедлить, а более того, повернуть вспять – усилия, безусловно, потребуются. И немалые. Причем, эти усилия должны быть приложены к системе извне.
Всякое усложнение, повышение уровня организации системы, увеличение содержащейся в ней информации, достигается приложением к системе внешнего воздействия.
Такое усилие можно выразить понятием энергия (от греч. energeia – деятельность, способность производить работу).
Этот термин употребляется в различных значениях.
Первоначально под энергией подразумевалась «деятельная сила, соединенная с настойчивостью в достижении поставленной цели»16. В этом смысле мы говорим: энергичный человек, т. е. человек, настойчиво и деятельно осуществляющий свои замыслы.
Ученые придали этому слову более отвлеченный смысл. Они именуют энергией общую количественную меру движения и взаимодействия различных видов материи (другими словами – способность тела или вещества производить какую-либо работу). Впервые в таком значении это слово употребил в 1807 году английский физик Томас Янг.
Однако основным всё-таки является первоначальный смысл этого понятия, а второй – не более чем следствие первого. Действительно, для преодоления энтропии системы (если рассматривать это как поставленную цель) 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 (если мы в течение нескольких лет ухаживали за могилой, а потом забросили её, то она опять придет в упадок).
Способность тел производить работу есть всего лишь следствие приложения к системе упомянутой деятельной силы (т. е. сообщения ей какого-то количества энергии). 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 порученную ей работу (вращает часовой механизм) только после того, как вы её заведете, то есть сообщите ей необходимое количество энергии. Вы в этом случае выполняете роль 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 какую-то 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 реакций17. 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.
Если пример с кварцевыми часами вас не убедил, проведём мысленный эксперимент.
Пусть Солнце и все другие объекты, обладающие внутренними источниками энергии, совершают свою работу до тех пор, пока их источники не иссякнут. А в том, что они иссякают, нет никакого сомнения. Ученые считают, например, что Солнце уже прожило половину отведенного ему срока, израсходовав при этом половину водорода, служащего топливом для ядерной реакции.
И вот, энергия исчерпана. Небесные светила больше не могут производить работу, перестают излучать свет и тепло. Вселенная погружается во мрак, рассыпается в пыль – переходит в свое наиболее вероятное состояние. Как теперь заставить это мертвое вещество производить работу? Внутри него источники энергии исчерпаны. Вот если бы кто-то извне приложил «деятельную силу»… Нет, как ни крути, а часы Вселенной кто-то должен заводить!