состояние атомного ядра – в середине таблицы Менделеева. Такие ядра расколоть труднее всего – нужно затратить наибольшую энергию. Отсюда же следует, что при высоких температурах, когда идут термоядерные реакции, все легкие элементы могут синтезироваться только до средних: водород переходит в гелий, гелий – при уже большей начальной температуре и с меньшим выделением энергии – перейдет в углерод и т.д. Для каждой следующей реакции нужно повышать начальную температуру, а энергии будет выделяться все меньше. Такой процесс неизбежно должен прекратиться. Тяжелым же ядрам еще проще без всякого дополнительного подвода энергии распадаться до средних ядер.
Возникает вопрос: почему еще не все легкие элементы в звездах исчерпаны, ядерные реакции еще идут, причем самые первые – выгорает водородное ядерное горючее? Другой вопрос: откуда в природе появились тяжелые элементы и почему они еще до сих пор существуют несмотря на постоянный распад?
Всякий необратимый процесс в природе, который мы наблюдаем, ставит нас перед этими двумя вопросами: во-первых, он должен был иметь начало – когда оно было? Во-вторых, он должен иметь и конец – когда он будет и почему мы еще его не видим? Более распространенного во Вселенной процесса, чем термоядерный синтез, очевидно, не существует. Итак, почему наша Вселенная не состоит только из железа, если она всю свою бесконечную историю подчиняется существующим в ней теперь законам? Значит, несомненно, она имела свое начало, внешнюю Причину своего бытия. Впрочем, подробнее этот вопрос будет рассмотрен на втором уроке.
Но, может быть, выделяемая при ядерных реакциях энергия каким-то образом вновь возвращается на поворот реакции в обратную сторону, образуя что-то вроде всемирного колебания материи из химического разнообразия к устойчивым средним элементам, а затем обратно? Рассмотрим же и законы передачи энергии.
2. Второе начало термодинамики
В учебнике физики для 10 класса этот закон дан в предельно сжатой форме без каких-либо мировоззренческих выводов. Простейшая формулировка его такова: самопроизвольно тепло может передаваться только от горячего тела к холодному. Иначе это же положение можно выразить так: невозможно осуществить циклический процесс, в котором тепло, подводимое к рабочему телу перешло бы полностью в какой-либо иной вид энергии (не тепловую).
Оказывается, что закон сохранения энергии справедлив лишь с количественной стороны. Он гласит, что
а) энергия не возникает из ничего;
б) энергия не исчезает бесследно, но лишь переходит из одной формы в другую, она неуничтожима количественно.
Второе начало термодинамики вносит сюда новую дополнительную поправку: не будучи уничтожимой количественно, энергия уничтожима качественно, то есть существует некая предпочтительная форма энергии, в которую стремятся перейти все прочие виды, притом перейти необратимо.
Школьный курс физики сообщает нам, что замкнутые системы всегда стремятся к тепловому равновесию, что достигается переходом тепла от горячих тел к холодным, но не обратно. Возможно, конечно, осуществление холодильного процесса, когда тепло от холодного тела отводится и передается нагретому, но это всегда должно сопровождаться передачей еще большего тепла от горячего тела к холодному и к тому же требуется затрата механической работы. На этом основано устройство холодильника.
Тепловая энергия есть энергия беспорядочного движения молекул. Ее можно было бы полностью преобразовать, положим, в механическую, если бы все молекулы в какой-то момент двинулись в строго определенном направлении, и в этом направлении толкнули бы, скажем, какой-то поршень. Тогда внутренняя энергия газа перешла бы полностью в механическую работу. Но такое распределение скоростей молекул по направлениям (хотя любая из них может в какой-то свой момент времени двигаться в данном направлении) совершенно невероятно, ибо каждая молекула должна «угадать» одно-единственное направление и все это должно произойти одновременно с огромным множеством молекул.
Итак, тепловая энергия никогда не перейдет нацело в механическую, электрическую или какую- либо иную энергию упорядоченного движения. Зато всякая другая энергия переходит в тепловую полностью, и притом легче всего именно в тепло, а не в какой-то иной вид энергии. В реальных процессах преобразования одной нетепловой энергии в иную нетепловую всегда возникают бо?льшие или меньшие тепловые потери, то есть «первосортная» энергия стремится «растратиться» на тепло, или «испортиться», сохраняя лишь общее свое количество. Если энергия вообще не передается, то в самом лучшем случае она сохраняется в прежнем своем качестве.
Таков один из фундаментальных законов природы, без учета которого невозможно сконструировать ни одной тепловой машины. Когда он был открыт в середине прошлого века С. Карно и Р. Клаузиусом, материалисты стремились просто отрицать его или вводить его в противоречие с законом сохранения энергии. «Энергия уничтожима хотя бы качественно, значит, она должна быть сотворена? – делает совершенно логичный вывод Энгельс, но тут же гневно добавляет: – Абсурд!»
Это лучшее свидетельство того, что материализм есть религиозная вера. Если какой-то закон природы или природное явление опровергает веру в отсутствие Бога – значит, тем хуже для этого закона, материалисты просто не принимают его.
ТЕПЛОВАЯ СМЕРТЬ ВСЕЛЕННОЙ
Применение второго начала термодинамики ко всей Вселенной вкупе с законом необратимости ядерных превращений приводит нас однозначно к выводу о конечных сроках жизни Вселенной. В замкнутой системе должно рано или поздно наступить тепловое равновесие, когда все виды энергии перейдут в тепловую, а та в свою очередь равномерно распределится между всеми телами системы.
Если Вселенная есть замкнутая система, то рано или поздно, когда источники термоядерного горючего излучат всю свою энергию, а эта энергия будет поглощена всем прочим веществом во Вселенной, наступит равновесное состояние, когда все вещество будет иметь одинаковую температуру и никакой энергии, кроме тепловой, в природе не останется. Это равновесное состояние и назвали «тепловой смертью» Вселенной.
В принципе наша солнечная система и любая иная звездная система (скопление звезд) с точки зрения притоков энергии является довольно замкнутой системой. Энергия поступает лишь в виде слабого света звездного неба, ничтожного по сравнению с излучением самой звезды.
Далее, солнечная система входит в состав Галактики и не вполне замкнута по причине гравитационного взаимодействия с центром Галактики и всеми прочими звездами. Но любая галактика (скопление галактик) отстоит достаточно далеко от прочих галактик (скоплений) и потому также может считаться системой замкнутой.
Поэтому не только вся Вселенная в целом, но и каждая галактика (скопление галактик, звездных систем) должна стремиться к тепловой смерти. Более того, если где-либо существует уже сейчас некая астрономическая система в состоянии тепловой смерти, то нам ее весьма трудно будет увидеть, поскольку испускает она ничтожно мало низкотемпературного излучения (столько же, сколько принимает), а отстоя далеко от других астрономических объектов, очень мало влияет на них гравитационным полем.
Итак, состояние тепловой смерти для Вселенной, существующей бесконечное время и являющейся причиной самой себя, было бы неизбежным и самым естественным ее состоянием. Если бы мир жил по тем законам, которые действуют в нем теперь, он никогда бы и не вышел из такого состояния.
