Реферат: Становление космологии и космогонии

Становление космологии и космогонии

Глава 1. Становление космологии и космогонии


1.1. Становление классической космологии


Ниже излагается позиция официальной науки относительно того, что представляет собой Вселенная, и только в некоторых местах к этой общей картине добавляются комментарии.

Вселенной является весь мир, безграничный во времени и в пространстве и бесконечно разнообразный по тем формам, которые принимает материя в процессе своего развития [1]. Вселенная существует объективно, независимо от сознания человека ее познающего. Вселенная содержит гигантское множество небесных тел, многие из которых превосходя Землю иногда во много миллионов раз.

Материализм считает, что различные явления, происходящие во Вселенной, взаимосвязаны и обусловлены. Суждения о Вселенной в целом, основанные на всех научных знаниях, составляют задачу космологии [2]. Происхождение и развитие космических тел и их систем, – звезд, звездных скоплений, галактик, туманностей составляет задачу космогонии [3].

История познания Вселенной является одной из наиболее блестящих иллюстраций ленинской теории познания, согласно которой «…Человеческое мышление по природе своей способно давать и дает нам абсолютную истину, которая складывается из суммы относительных истин» [4].

На первых ступенях развития культуры представления о Вселенной ограничивались знанием ближайших к жилью человек рек, гор, лесов и наиболее заметных небесных светил. В дальнейшем эти знания стали распространяться на значительные области поверхности Земли; следующим этапом было установление шарообразности Земли и относительно удаленных небесных светил.

Наиболее развитые представления о Вселенной, космосе и его законах сформировались в период расцвета государств Древней Греции, где были созданы условия для систематических научных исследований. В еще нерасчлененной стихийно-диалектической науке (философии) древних греков учения о бесконечности Вселенной и бесконечности миров, о вечности Вселенной, о движении Земли вокруг Солнца противостояли господствовавшему тогда учению о пространственной ограниченности материальной Вселенной, основанному на геоцентрической системе мира. Именно противостояние двух концепций устройства мира – гелио- и геоцентрической – ознаменовало период развития древней науки и философии и определило направление исследований в области космологии до того момента, пока столь естественная и понятная нам гелиоцентрическая система не победила в долгой и упорной борьбе длительностью в тысячелетия, и здесь главенствующую роль сыграло развитие научных методов познания, основанных на опыте и эксперименте.

В течение тысячелетий в Европе было мало прибавлено, но многое позабыто из того, что было известно ученым античности. Священное писание являлось каноном, из которого черпались ответы на все вопросы. Лишь арабы и примыкающие к ним народы постарались новыми наблюдениями уточнить старые астрономические данные.

Для развития науки нужна была прикладная потребность, нужна была новая ступень в развитии производства и торговли, стимулирующих географические открытия и развитие наблюдательной астрономии. Эта эпоха породила «титанов по силе мысли, страсти и характеру, по многосторонности и учености» (Энгельс). Одним из таких титанов был польский ученый Н.Коперник.

Сочинение Коперника «Об обращении небесных сфер» – одно из выдающихся произведении в истории науки. Именно с него, по выражению Энгельса, «…начинает свое летоисчисление освобождение естествознания от теологии» [5, с. 8, 165]. Из него следовало, что «…одного лишь движения Земли достаточно для объяснения многих видимых неравенств на небе».

Переворот, совершенный в науке Н.Коперником, уже в 16 в. привел к тому, что область Вселенной, строение которой в основном было правильно понято и которая подверглась дальнейшему изучению, достигла размеров всей Солнечной системы. Диаметр этой системы составлял около 10 млрд. км, свет проходил это расстояние за 10 часов. Стало ясно также, что звезды находятся от нас на расстояниях, во много раз превышающих расстояния до планет, но астрономия 17-18 вв. была в основном астрономией Солнечной системы.

Идеи о бесконечности Вселенной выдвинул Бруно, за что был сожжен на костре. Его идеи намного опередили свою эпоху, но он не мог привести ни одного факта в пользу этого утверждения.

Иоганн Кеплер, опираясь на наблюдения Тихо Браге и используя гелиоцентрическую системы Коперника открыл законы небесной механики, а Ньютон уже в XVII в. их обобщил в своем знаменитом «Законе всемирного тяготения».

Космология Ньютона вместе с успехами астрономии VIII и XIX вв. определила то мировоззрение, которое называют классическим. Суть его сводится к следующему.

Вселенная бесконечна в пространстве и во времени, она вечна. Основным законом, управляющим движением небесных тел, является Закон всемирного тяготения. Пространство никак не связано с находящимися в нем телами, оно играет пассивную роль «вместилища» небесных тел. Исчезни вдруг все они, пространство и время сохранились бы неизменными. Количество звезд, планет и звездных систем во Вселенной бесконечно велико. Каждое небесное тело проходит длительный путь жизни. И на смену погибшим или, точнее говоря, погасшим звездам вспыхивают новые, молодые солнцеподобные светила. Хотя детали возникновения и гибели небесных тел оставались неясными, еще в начале ХХ столетия господствовала уверенность, что бесконечности Вселенной в пространстве гармонично соответствует ее вечность во времени.

Точные определения расстояний до ближайших к нам звезд впервые были проведены в конце 30-х годов 19-го в., тогда и началась огромная работа по изучению нашей Галактики, поперечник которой оказался равен около 30 тыс. парсек или около 100 тысяч световых лет или 1018 (миллиард миллиардов) км. Однако многие важные особенности и детали строения Галактики остаются еще не изученными, и интенсивное исследование их продолжается.

В 20-х гг. 20-го столетия была выяснена внегалактическая природа спиральных и эллиптических туманностей, оказавшихся самостоятельными галактиками, т.е. системами того же порядка, что и наша Галактика. Это позволило поставить вопрос об устройстве Метагалактики как космической системы более высокого порядка, в которую наша Галактика и ее соседи входят в качестве отдельных членов.

Важно подчеркнуть, что по классическим представлениям рождение и гибель миров в целом не изменяет облик структуры Вселенной. Ныне, миллиарды лет назад, спустя миллиарды лет, в будущем она останется, в сущности, одной и той же. Неизменность космоса как бы подчеркивала бренность и непостоянство всего земного.

Таким образом, классическая механика привела к представлениям о стационарности Вселенной. В ней могут происходить самые разнообразные процессы, но в целом она всегда сохраняется одной и той же. Идея стационарности Вселенной просуществовала в естествознании фактически до 20-х годов ХХ столетия, хотя уже в середине XIX столетия к ней были предъявлены претензии, связанные с так называемыми космологическими парадоксами.

Современные астрономические инструменты не позволяют достичь пределов Метагалактики и с достоверностью неизвестно, существуют ли границы у этой системы. Однако инструменты позволяют наблюдать отдаленные члены Метагалактики, находящиеся от нас на расстояниях миллиардов парсеков, т.е. порядка 1023 и более км. На еще более далеких расстояниях могут наблюдаться квазары – открытые в 1963 г. Это новый вид космических объектов, отличающихся исключительно большой светимостью.

Все изложенное выше опирается на данные астрономических наблюдений, т.е. представляет собой выводы, сделанные на основе опытных данных и может считаться истиной, хотя и не полной, т.е. относительной истиной.

Ограниченность изученной части Вселенной никоим образом не противоречит идее о пространственной бесконечности Вселенной. Однако сама постановка вопроса о пространственной конечности или бесконечности Вселенной была связана с классическими представлениями об абсолютном пространстве и об абсолютном времени.

Современная теоретическая физика принципиально по-иному ставит вопрос о пространственной и временной протяженности Вселенной [1]. Согласно представлениям современной физики, опирающейся на постулаты и выводы Общей теории относительности А.Эйнштейна, пространственный объем, занимаемой любой реальной или воображаемой (!) системой неодинаков для наблюдателей, движущихся по-разному относительно этой системы. Теперь именно ощущения наблюдателей принимаются за истину, а поскольку у всех наблюдателей ощущения разные, то и делаются выводы о том, что объективных параметров у Вселенной нет, что все зависит от ощущений наблюдателей, и это приводит всю систему знаний о Вселенной к физическом идеализму и к давно раскритикованной философии Маха: полагающего, что задача науки – найти связь между нашими ощущениями.

На самом деле, появление все новых технических средств наблюдения, позволяющих существенно расширить пределы доступных наблюдений, приводит к уточнению уже имеющихся данных, к появлению новых фактов, к новым обобщениям и к новым теориям. Здесь ни в коем случае нельзя скатываться к представлениям о том, что существующая реальность как-то зависит от того, что о ней думают исследователи, что они ощущают и на что опираются. Задача исследователей не возводить свои домыслы в ранг абсолюта, а изучать то, что есть и непрерывно уточнять свои представления об изучаемом предмете, понимая, что сам предмет, в данном случае Вселенная, никак не зависит от того, что о ней думают ученые.

К 70-м годам 20 в. коллективным трудом астрономов разных стран установлены (?!) следующие важные свойства Метагалактики:

1. Галактики в ней не распределены равномерно, большинство их сосредоточено в скоплениях или группах галактик (это есть наблюдательный факт);

2. Имеет место закон (?!) взаимного удаления галактик со скоростями, пропорциональными расстоянию между ними, в соответствии с Законом Хаббла (на самом деле, это есть вольная трактовка, произвольное истолкование наблюдаемого факта смещения спектров излучений в длинноволновую область, так называемое «Красное смещение»);

3. В диапазоне миллиметровых радиоволн наша часть Вселенной равномерно заполнена радиоизлучением, плотность которого соответствует излучению абсолютно черного тела с температурой 3К (наблюденный факт). Это излучение называют реликтовым излучением, т.к. предполагается (!), что оно представляет собой остаток излучательных процессов, имевших место в очень отдаленную прошлую эпоху, связанную с началом (?!) существования Метегалактики.

Указанные три факта лежат в основе многочисленных современных космологических схем.

Как видно, современное учение о Вселенной представляет собой смесь обширных наблюдательных фактов и не менее обширных их обобщений и толкований. Но если первая часть базируется на объективных данных, то вторая часть – обобщение и толкование – основывается на вольных допущениях, не имеющих к материализму никакого отношения, здесь, в первую очередь, нужно назвать постулаты Общей теории относительности А.Эйнштейна, принятые «мировым сообществом ученых» за абсолютную истину. Никакие иные построения, учитывающие все астрономические наблюдения, но не соответствующие Специальной и Общей теории относительности А.Эйнштейна, не рассматриваются, не допускаются к обсуждению и третируются как лженаучные. Однако вопрос о конкретных релятивистских моделях Метагалактики остается предметом дискуссий, как это и бывает всегда при умозрительных построения, имеющих в своей основе идеалистическую методологию.


^ 1.2. Становление классической космогонии


Фундамент научной планетной космогонии заложил И.Ньютон, который обратил внимание на закономерности движения планет. Открыв законы механики и закон всемирного тяготения, Ньютон пришел к выводу о том, что устройство планетной системы не может быть стечением случайных обстоятельств. После этого рядом ученых были высказаны гипотезы о происхождении планет [3].

В 1745 г. Ж.Бюффон высказал гипотезу о том, что планеты возникли из сгустков солнечного веществ, исторгнутых из Солнца ударом огромной кометы (в то время кометы считались массивными телами).

В 1755 г. И.Кант опубликовал книгу «Всеобщая естественная история и теория неба…», в которой он поставил вопрос о естественном происхождении всех небесных тел и впервые дал космогоническое объяснение закономерности движения планет. Кант предложил гипотезу об образовании планетной системы из рассеянной материи, заполняющей все пространство этой системы и находящейся в единообразном вращательном движении вокруг центрального сгущения – Солнца.

В конце 18 в. В.Гершель, наблюдая небо в построенные им большие телескопы, открыл туманности овальной формы, обладающие различными степенями сгущения к центральному ядру. Возникла гипотеза об образовании звезд из туманностей путем их «сгущения».

Опираясь на эти наблюдения Гершеля и на закономерности движения планет П.С.Лаплас в 1796 г. выдвинул гипотезу о происхождении Солнечной системы, во многом сходную с гипотезой Канта [6]. Согласно гипотезе Лапласа в результате ускорения вращения при сжатии разреженная внешняя часть туманности (протяженная атмосфера образующегося Солнца) становится все более сплюснутой, а когда центробежная сила на экваторе стала равна по величине силе тяготения, она принял чечевицеобразную форму. Вещество на остром ребре чечевицы перестало участвовать в дальнейшем сжатии, а оставалось на месте, образуя газовый диск. Затем диск разделился на отдельные кольца, и вещество каждого кольца превратилось в сгусток, превратившийся затем в планету. При сжатии этих сгустков процесс зачастую повторялся, приводя к образованию спутников планет. Центральный сгусток туманности превратился в Солнце.

Гипотеза Лапласа быстро завоевала признание, однако уже в середине 19 в. выявлялись все новые недостатки гипотезы, апреодолет которые в то время не удалось: гипотеза Лапласа не смогла объяснить медленное вращение Солнца, прямое вращение планет, наличие спутников с обратным движением и спутников, период обращения которых меньше периода вращения планет.

В 20-30-х годах 20-го столетия широкой известностью пользовалась гипотеза Дж.Джинса, считавшего, что планеты образовались из раскаленного вещества, вырванного из Солнца притяжением пролетавшей поблизости массивной звезды.

Привлечение современных астрофизических данных в середине 20 в. позволило по-новому развить идею Лапласа об отделении вещества от сжимающегося протосолнца в результате наступления ротационной неустойчивости. Гипотеза Лапласа сыграла выдающуюся роль в истории науки и до настоящего времени имеет немало сторонников.

Образование планет из протопланетного облака наиболее полно исследовано О.Ю.Шмидтом, его сотрудниками и сторонниками. Анализ процесса аккумуляции планет из роя твердых тел позволил Шмидту указать путь к объяснению происхождения прямого вращения планет и закона планетных расстояний.

Существует также ряд гипотез более частного характера, например гипотезы происхождения Луны – Дж.Дарвина, предполагающего, что Луна отделилась от Земли, и, наоборот, что Земля захватила Луну, которая оказалась на орбите вблизи Земли.

Следует, однако, заметить, что главным недостатком всех космогонических гипотез является не то, что они не охватывают всех проблем происхождения планет, а то, что они не замкнуты, т.е. они начинаются с уже существующего и неизвестно как происшедшего вещества – туманностей, фрагментов твердого вещества и т.п., которые сами по себе взялись неизвестно откуда. То же относится к звездной космогонии, исследующей происхождение и эволюцию звезд, то же относится и к галактической космогонии, исследующей происхождение и эволюцию галактик. И хотя наблюдательные факты не вызывают никаких нареканий, трактовки фактов, опирающиеся на космогонические гипотезы, грешат самыми фантастическими предположениями, тем более, что предположения касаются длительных периодов, исчисляемых миллионами и миллиардами лет. И уже совершенно не принимаются во внимание процессы, которые нужно учитывать в том случае, если космическое пространство заполнено эфиром.

Одной из важнейших космогонических проблем в изучении Вселенной является определение ее возраста и возраста составляющих ее частей. Исходными ключевыми моментами здесь являются факт (?) взаимного удаления галактик и закон Хаббла, устанавливающий пропорциональность между расстоянием от Земли до соответствующих космических объектов и «Красным смещением» спектров.


Закон Хаббла [1, 7] определяется как


υo – υ

v = cz = Hr; z = ———, (1.1)

υo


где v – скорость удаления галактики; c – скорость света; z – относительное изменение частоты спектра; r – расстояние до объекта, км; H = 10–18 с–1 = 60 км/(с· Мпарсек); υo – частота испускаемого спектра; υ – частота принимаемого спектра.

Факт (?) взаимного удаления галактик, составляющих Метагалактику, свидетельствует о том, что некоторое время тому назад она находилась в качественно ином состоянии и была более плотной. В соответствии с Общей теорией относительности Эйнштейна вся масса Вселенной была сосредоточена в одной безразмерной точке, именуемой сингулярной. По расчетам теоретиков, 17 миллиардов лет назад эта точка взорвалась, и с тех пор вся материя Вселенной разлетается во все стороны, о чем и свидетельствует «Красное смещение» спектров, которое в другом контексте никем не рассматривается, хотя любое явление может иметь бесчисленное множество толкований.

Исходя из наблюденных значений смещения спектров наиболее удаленных галактик, на основании закона Хаббла, установлено, что возраст Вселенной составляет 17 млрд. лет. При этом средний возраст галактик оценивается в 10 млрд. лет. Однако существуют галактики, возраст которых значительно мо-ложе, но, вероятно, нет галактик, возраст которых существенно превышает 20 млрд. лет. Так считает официальная космология.

Согласно данным внегалактической астрономии, некоторые скопления и группы галактик имеют столь большую дисперсию своих членов, что силы взаимного гравитационного притяжения галактик-членов скоплений не могут удержать их в скоплениях, такие скопления должны распасться. Период, необходимый для распада, оценивается в большинстве случаев в 1-2 млрд. лет. Однако имеются группы галактик, которые распадутся в более короткие сроки – через 200-500 миллионов лет. Так как современная звездная динамика отвергает возможность формирования скоплений и групп из ранее созданных независимых галактик, приходится допустить, что эти цифры определяют и возраст членов этих групп. Это означает, что среди галактик встречаются и очень молодые (по сравнению со средним возрастом) объекты, т.е. что процесс возникновения новых галактик продолжается и на современном этапе развития Метагалактики.

Современная космология считает доказанным, что Метагалактика эволюционирует, и «теория стационарной Вселенной» уже почти не находит сторонников.

Современное учение о Вселенной рассматривает и проблемы существования жизни во Вселенной.

Поскольку галактики содержат более 100 млрд. звезд каждая, а число таких галактик в Метагалктике составляет не менее 100 миллионов, то общее число звезд во Вселенной превышает 1019. Поэтому естественно возникает вопрос о частоте встречаемости органической жизни на планетах, существование которых вокруг этих звезд считается очень вероятным.

Очевидно, что известные на Земле формы жизни не могут существовать при всех возможных физических условиях на планетах. Таких форм нет на Луне и, вероятно, на Сатурне или Уране. К сожалению, биологии не далось выяснить предельные значения параметров физических условий на планетах, допускающих существование земных форм жизни. Эти пределы накладывают ограничения на температуру, значения плотности атмосферы, ускорения силы тяжести, продолжительность суток и состав атмосферы. Должно играть определенную роль и наличие жидких бассейнов. Тем не менее. Трудно себе представить, чтобы эти пределы были настолько узкими, чтобы лишь ничтожная часть планет им удовлетворяла. Поэтому в высшей степени вероятно, что в Метагалактике существуют миллиарды планет, на которых имеются более или менее подходящие условия для возникновения органической жизни. Естественно, что возможность появления разумных существ как высшего этапа процесса биологического развития связана с более строгими ограничениями, накладываемыми на диапазон, постоянство и длительность сохранения определенных физических условий. Поэтому вполне возможно, что внеземные цивилизации встречаются весьма редко. Однако и в этой проблеме дальше некоторых догадок продвинуться не удалось.

Наконец, возможна и более широкая постановка вопроса. Можно, не ограничиваясь известными на Земле формами жизни, изучать в общем виде возможность существования систем, воспринимающих, хранящих и перерабатывающих информацию, начиная от самых элементарных до наиболее сложных. Несомненно, более широкий класс планет может оказаться пригодным для развития на них подобных систем, если действительно известные нам формы жизни являются не единственными.

Не обошла своим вниманием современная наука и проблему взаимоотношений человека и Вселенной. Использование орудий труда позволило человеку стать хозяином Земли. Появление орудий умственного труда и развитие техники вообще позволило ему выйти за пределы земного шара и овладеть ближайшим космическим пространством. В будущем человек посетит все планеты и проникнет даже за пределы Солнечной системы. Техника позволила человеку приступить к переделке природы Земли. Построены каналы, созданы новые моря, пробиты в горах огромные туннели, в пустынях возникают сады. Нет сомнений, что с течением времени человек начнет переделывать Вселенную. Правда, к сожалению, наблюдаются и отрицательные явления: погибают отдельные виды животного мира, загрязняется атмосфера. Но в целом преобразования происходят в соответствии с потребностями человеческого общества.

Нет сомнения в том, что с течением времени человек начнет переделывать Вселенную. Создание новых небесных тел – искусственных спутников является лишь первыми шагами в этом направлении. Нет сомнения, что продолжение деятельности человечества в этом направлении окажет огромное влияние на дальнейший прогресс человеческого общества.

Такова позиция официальной науки в области изучения Вселенной.


^ 1.3. Космологические парадоксы


На каждом этапе развития космологии находились ученые, которые полагали, что в основном в космологическом учении все основные проблемы решены, и осталось уточнить только некоторые детали. Но дальнейшие исследования открывали все новые обстоятельства и появлялись новые проблемы. Нечто аналогичное произошло и с классической космогонией, основанной на простых ньютонианских представлениях астрономов о пространстве и времени.


Фотометрический парадокс

Первая брешь в этой спокойной классической космогонии была пробита еще в XVIII в. В 1744 г. швейцарский астроном Ж.Шезо, известный открытием «пятихвостой» кометы, высказал сомнение в пространственной бесконечности Вселенной. В ту пору о существовании звездных систем и не подозревали, а потому рассуждения Шезо касались только звезд.

Если предположить, рассуждал Шезо, что в бесконечной Вселенной существует бесчисленное множество звезд и они распределены в пространстве равномерно, то тогда по любому направлению взгляд земного наблюдателя непременно натыкался на какую-нибудь звезду. Легко подсчитать, что небосвод, сплошь непрерывно усеянный звездами, имел бы такую поверхностную яркость, что даже Солнце на его фоне выглядело бы черным пятном! Независимо от Шезо в 1826 г. к таким же выводам пришел немецкий астроном Г.Ольберс. Это парадоксальное утверждение получило в астрономии наименование фотометрического парадокса Шезо-Ольберса. Таков был первый космологический парадокс, поставивший под сомнение бесконечность Вселенной [8].

Избавиться от него пытались по-разному. Можно допустить, например, что звезды распределены в пространстве неравномерно. Но тогда в некоторых направлениях на звездном небе было бы видно мало звезд, а в других, если звезд бесчисленное множество, их совокупная яркость создавал бы бесконечно яркие пятна, чего, как известно, нет. Когда открыли, что межзвездное пространство не пусто, а заполнено газово-пылевыми облаками, некоторые ученые стали считать, что такие облака, поглощая свет, избавляют нас от фотометрического парадокса. Однако в 1938 г. академик В.Г.Фесенков доказал, что поглотив свет звезд, газово-пулевые туманности вновь переизлучают поглощенную ими энергию, а это не избавляет нас от фотометрического парадокса. Таким образом, вопрос на многие годы оставался открытым.


Гравитационный парадокс

В конце XIX в. немецкий астроном Х.Зелигер обратил внимание и на другой парадокс, неизбежно вытекающий из представления о бесконечности Вселенной. Нетрудно подсчитать, если опираться на Закон всемирного тяготения Ньютона, что в бесконечной Вселенной с равномерно распределенными в ней небесными телами энергия тяготения (гравитационный потенциал) со стороны всех тел Вселенной на данное тело оказывается бесконечно большой. Результат зависит от способа вычисления, причем в этом случае относительные скорости небесных тел могли бы быть бесконечно большими [9].

Одно время казалось, что выход из затруднения найден. Если звезды образуют звездные системы, те – галактики, галактики, в свою очередь, сверхгалактики, и так до бесконечности, то в такой модели Вселенной, предложенной Ламбертом и Шарлье, мироздание будет состоять из иерархии материальных систем разных масштабов. Можно показать, что в такой «иерархической» Вселенной, несмотря на ее беспредельность, гравитационный парадокс, так же как и фотометрический, будет отсутствовать.

Однако наблюдения показали, что, по крайней мере, в пределах доступной нам части мироздания Вселенная не соответствует схеме Ламберта-Шарлье и, таким образом, гравитационный парадокс разрешен не был.


Термодинамический парадокс

В середине XIX в. был открыт великий закон природы – Закон сохранения энергии: при всех своих превращениях из одного вида в другой энергия не исчезает и не возникает из ничего. Общее количество энергии остается постоянным. Этот закон, множество раз проверенный опытом, практикой, и ныне считается основным законом природы.

Термодинамика – раздел физики, изучающий природу тепловых процессов и различные превращения тепловой энергии. То, что тепловая энергия, как и другие виды энергии, не исчезает при своих превращениях и не возникает из ничего, есть частное выражение Первого закона («Первого начала») термодинамики. Но в термодинамике существует Второй закон, говорящий не о количестве энергии, а об ее качестве.

Второй закон термодинамики состоит в том, что при всех превращениях различные виды энергии, в конечном счете, переходят в тепло, которое, будучи предоставлено само себе, рассеивается в мировом пространстве. Тепло может переходить только от более нагретого тела к менее нагретому телу. И когда все температуры уравняются, все процессы остановятся и наступит всеобщая смерть. Ее так и назвали – «Тепловая смерть».

В ходе рассуждений о «Тепловой смерти» немецкий физик Рудольф Клаузиус, сформулировавший проблему в 1850 г., ввел некоторую математическую величину, названную им энтропией. В буквальном переводе с греческого «энтропия» означает «обращение внутрь», то есть замыкание в себе, не использование. По существу же энтропия есть мера беспорядка в какой-либо системе тел. Чем больше беспорядок, тем больше и энтропия. По утверждению Клаузиуса, энтропия всюду в мире, в конечном счете, только возрастает. Мир неуклонно стремится к полному беспорядку, его энтропия стремится к максимуму.

«Чем больше Вселенная приближается к этому предельному состоянию, в котором энтропия достигнет своего максимума, тем меньше поводов к дальнейшим изменениям, – писал Клаузиус. – А если бы состояние было, наконец, достигнуто, то прекратились бы все изменения, и Вселенная застыла бы среди вечного покоя» [10].

Ошеломляющее впечатление, произведенное Вторым законом термодинамики на естествоиспытателей, было особенно сильным еще и потому, что вокруг себя в окружающей нас природе они не видели фактов, его опровергающих. Наоборот, казалось, все подтверждало мрачные прогнозы Клаузиуса.

Ни один материалист, твердо знающий, что Вселенная не может иметь конца, не мог согласиться с подобной точкой зрения. На опровержение Второго закона термодинамики были брошены силы всех материалистически мыслящих крупных ученых. Шведский ученый С.Аррениус писал, что «…если бы Второй закон имел универсальный характер, ведущий к тепловому вырождению всей Вселенной, то эта «смерть тепла» за бесконечно долгое время существования мира давно бы уже наступила, чего, однако, не случилось. Или нужно допустить, что мир существует не бесконечно долго и что он имел свое начало, это, однако, противоречит первой части положения Клаузиуса, устанавливающей, что энергия мира постоянна, ибо тогда пришлось бы допустить, что вся энергия возникла в момент творения. Но это для нас совершенно непонятно, и мы должны поискать случая, для которого формула энтропии Клаузиуса не приложима».

Мрачная гипотеза хотя и подвергла сомнению всеобщность и строгую обязательность «Второго начала», но она не смогла удовлетворить оптимистически мыслящих ученых. Поэтому поиски были продолжены, но они были направлены не на пересмотр исходных положений, приведших к космологическим «парадоксам», а на изыскание таких построений, которые бы, не затрагивая исходных моментов, дали бы все же вариант выхода из создавшегося тупика.

Возникла альтернатива: либо отказаться от одного из начал термодинамики, либо в той или иной форме признать возможность парадокса. От начал термодинамики не стали отказываться, ибо они представляют законы, регулирующие процессы, которые протекают в материальном мире.

Парадокс же, связанный с утверждениями о далеком прошлом, не представляет «прямой угрозы» известным тогда законам науки, и его разрешение можно было отодвинуть на неопределенное будущее.

В 1895 г. немецкий физик Л.Больцман предложил вероятностную трактовку «Второго начала». Больцман не сомневался, что Вселенная бесконечна в пространстве и во времени. Он полагал, что, в основном, она почти всегда и пребывает в состоянии «Тепловой смерти». Однако иногда в некоторых ее районах возникают крайне маловероятные отклонения (флуктуации) от обычного состояния Вселенной. К одной из них принадлежит Земля с ее населением и весь видимый нами космос. На Земле, а может быть и где-то еще в космосе, создались условия, благоприятные для возникновения и развития жизни вплоть до стадии «мыслящих существ». Но это лишь случайное и крайне маловероятное отклонение от нормы. В целом же, по Больцману, Вселенная это безбрежный мертвый океан с некоторым количеством островков жизни.

Уже в 20-м столетии последователи теории относительности Эйнштейна нашли иное объяснение вечности Вселенной. Поскольку Вселенная расширяется, чему свидетельством является «Красное смещение» спектров отдаленных галактик, то мы имеем дело с незамкнутыми процессами, поэтому, пока Вселенная расширяется, то «Тепловой смерти» не будет. Правда, затем она начнет сжиматься, но тогда она сожмется в безразмерную сингулярную точку, в которой сосредоточится вся масса Вселенной, и все процессы остановятся. Это, конечно, не та «Тепловая смерть», которую предсказал Р.Клаузиус, но некоторый ее эквивалент, который нас не должен особенно волновать, поскольку нас тоже к этому времени, наверное, не будет [11]. Но такое объяснение тоже мало кого удовлетворило.

В середине 19-го столетия среди естествоиспытателей состоялась крупная дискуссия о том, что должно являться мерой движения – количество движения L = mv, т.е. произведение массы движущегося тела на скорость в первой степени, или энергия W = mv2/2, в формульное выражение которой скорость входит во второй степени.

Разбираясь с мерами движения, Ф.Энгельс в своей известной работе «Диалектика природы» [5, с. 77-79]

Энгельс показал, что у всякого движения есть две составляющие – не уничтожаемая и уничтожаемая. Не уничтожаемая часть способна воспроизводиться в явном движении. А уничтожаемая, это та часть, которая переходит в тепло и уже воспроизвестись в явном движении не может. Это и есть «потери», но потери не абсолютные, поскольку движение вообще не уничтожается, а потери лишь с точки зрения поставленной цели.

Сегодня этот переход можно оценить как переход части движения с макроуровня на микроуровень, внутрь движущихся тел. Поэтому, когда тела обмениваются энергией, это значит, что они обмениваются той частью энергии, которая способна перейти из формы явного движения в форму тепловую. Эта вторая часть в большинстве случаев оказывается необратимой, тогда это потери.

Однако здесь нашлось некоторое исключение из всех процессов, связанное с формированием эфирных (газовых) вихрей, в которых потенциальная энергия окружающей вихрь газовой среды способна самопроизвольно перейти в форму кинетической энергии вращения вихря, а затем в процессе диффузии вихря самопроизвольно же возвратиться обратно в тепловую форму энергии окружающей среды.

В свое время советский ученый П.К.Ощепков, открывший в печати дискуссию по холодильникам, показал, что отношение к коэффициенту полезного действия, сложившееся в мировой науке, не корректно. Это отношение о невозможности получения кпд больше единицы в любой системе нужно пересмотреть, исходя из следующих соображений [12].

1. Энергию, т.е. движение материи в пространстве и времени нельзя ни создать, ни уничтожить, ее можно преобразовать только из одной формы в другую.

2. Коэффициентом полезного действия нужно обозначить отношение величины энергии, полезной для данного конкретного использования, ко всей затраченной на это энергии.

3. Общее количество энергии, затраченной на любой процесс с учетом неиспользуемой части энергии, воспринимаемой как потери, на входе любой системы и на ее выходе всегда одно и то же.

4. С этой точки зрения кпд любого холодильника, если учитывать отдаваемое им во вне тепло, всегда больше единицы, поскольку он отдает в виде тепла не только ту энергию, которую он потребляет из сети, но и ту энергию, которую он принудительно отбирает у морозильной камеры. Если же в качестве полезного тепла рассматривать тепло самой холодильной камеры, то кпд всегд будет иметь отрицательное значение, поскольку в морозильной камере тепло не выделяется, а отбирается.

5. Поэтому все термодинамические процессы надо рассматривать не только с точки зрения кпд, которое пора уточнить, но и с точки зрения рассеивания или концентрации энергии в пространстве.

В настоящее время во всем мире создано множество устройств, у которых кпд больше единицы, но это означает, что они каким-то образом забирают энергию из некоторого резервуара, который обязан существовать, поскольку на самом деле дополнительную энергию создать нельзя, ее можно только откуда-то взять. Образование эфирных вихрей – элементарных частиц вещества и затем их распад и обеспечивает постоянство количества движения, а следовательно, и энергии во всей вселенной: при образовании вихрей часть энергии окружающего эфира переходит в энергию вращении тела вихрей, а при их распаде возвращается обратно в свободный эфир. Таким образом, здесь, как и в любых процессах макромира происходит переход энергии из одного иерархического уровня организации материи в друго