О творчестве в науке и технике

Так нам, студентам, рассказывал А. Раковский. И он разобрал два типичных частных случая решения парадокса Гиббса. Оба они состояли в придумывании мысленного кругового процесса, результатом которого было бы получение, тоже, конечно, мысленное, определенной работы. Отсюда для разных газов выводилось бы значение ΔS (возрастание энтропии), а для частей. одного и того же газа — отсутствие ее возрастания (ΔS=0). При этом каждый из обоих способов основывался на учете каких-то специфических свойств смешиваемых газов.

Так, один круговой процесс строился на применении мифических «полупроницаемых перегородок». Представим себе, что внутри цилиндра имеются два поршня-перегородки, двигающиеся в противоположных направлениях (см. рис. 1).

^Рис. 1

Поршень левый проницаем для газа А, но не проницаем для газа В, а поршень правый, наоборот, пропускает только один газ В и не пропускает газ А

. Тогда работа смешения обоих газов (А и В) будет равна работе расширения обоих газов вдвое, если они до смешения занимали равные объемы при одинаковой температуре. Отсюда легко получается значение ΔS. Но очевидно, что подобных «полупроницаемых перегородок» в принципе нельзя придумать для двух частей одного и того же газа. Для большей убедительности назывались конкретные газы и соответствующие им перегородки. Скажем, А — это водород, а

В — аммиак. В таком случае левая перегородка будет нагретая платиновая пластинка (она пропускает водород и не пропускает аммиак), а правая перегородка — водяная пленка, пропускающая аммиак, но не водород.

Искусственность и явная неполнота решения тут налицо; ведь в таком случае два изотопа одного и то же элемента, например хлора, а тем более неона, будут вести себя как части одинакового газа, то есть давать ΔS=0, хотя они, несомненно, различаются между собой, а потому должны при смешении давать обычное ΔS.

Другое решение — не менее искусственное и причудливое. Оно основано на различии газов по массе их частицы (молекулярном весе). Представим в поле земного тяготения бесконечно высокий столб газов. В нижней его части собрался один лишь тяжелый газ, в верхней — один легкий, а в середине — смесь обоих газов. Мы можем теперь мысленно представить, что по краям столба сверху и снизу вводятся равные количества обоих газов, а из середки столба извлекаются те же количества, причем совершается работа, как раз соответствующая ΔS при смешении разных газов. Когда же массы частиц газов одинаковы, примыслить подобного столба, конечно, нельзя. В итоге якобы решается парадокс Гиббса.

Но ведь у газообразных изобаров тоже получится ΔS=0. Значит, и в этом случае нельзя с помощью придуманного кругового процесса четко отделить все различные газы, ведущие себя при смешении одинаковым образом (дающие ΔS во всех случаях, независимо от характера и степени их различия), от частей одного и того же любого газа, дающих при автодиффузии ΔS=0.

Так рассказывал А. Раковский. Со своей стороны он высказал предположение, что причина парадокса кроется в обезличении идеальных газов, то есть в игнорировании индивидуальных членов А и В, которые (по Ван дер Ваальсу) должны входить в уравнение состояния реальных газов.

Мы умышленно привели так подробно изложение А. Раковским сущности парадокса Гиббса и историю попыток его решения многими выдающимися учеными. Нам хотелось показать, какой усложненно запутанной была вся эта проблехма к концу 20-х годов нашего века и как было рискованно еще не закончившему университетский курс студенту браться за ее решение. Но я все-таки взялся и настолько увлекся ею, что ходил как отрешенный, перестал спать, вовремя есть и пить, так что товарищи-сокурсники шептались о том, не заболел ли я психически? Опасения их, казалось бы, имели основания: возня со всякими там «полупроницаемыми перегородками» да «бесконечными столбами» для нормального рассудка не сулила ничего хорошего. Расскажу о ходе моей мысли.

Было ясно, что не следует придумывать каких-то новых круговых процессов и вообще связывать решение парадокса с индивидуальными свойствами различных газов. Ведь с самого начала было известно, что ΔS при смешении любых газов равна (при одинаковых условиях) одной и той же величине, независимо от природы самих газов и степени их различия. Значит, не в их химических свойствах и не в массе их частицы надо было искать разгадку.

Теперь, так сказать задним числом, я бы сказал, что методологически вопрос здесь стоял так, как в случае с изобретением противогазов и других разобранных выше принципиально аналогичных случаях. Ступень особенности была уже исчерпана, и предстояло преодолеть ППБ, стоявший на пути ко всеобщему. Я тогда об этом не догадывался и только теперь могу сделать такой вывод.