Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей

«Второй закон термодинамики» в этой цитате (да и вообще) – это и есть закон возрастания энтропии. Правильнее говорить «неубывания», но у меня это не всегда получается, потому что «возрастание» звучит все-таки выразительнее. В специальных случаях энтропия может оставаться неизменной. «Специальные случаи» означают, что любые действия над системой надо производить очень плавно; порции тепла, передаваемые «за один раз», должны быть малы и передаваться медленно; а все участвующие в деле механизмы должны быть полностью лишены трения. Все это выражают словосочетанием «обратимые процессы», и это идеализация. При обратимых процессах энтропия остается прежней, когда система возвращается в исходное состояние, но в реальности этого добиться невозможно, и энтропия возрастает. (Речь, конечно, всегда идет о возрастании энтропии в изолированной системе; в какой-нибудь части мира, куда приходит и откуда уходит энергия, энтропия может убывать, но происходит это за счет ее возрастания где-то снаружи.)

Закон возрастания энтропии запрещает так называемый вечный двигатель второго рода: циклический (повторяющийся) процесс, единственным результатом которого является извлечение тепла из «горячего тела» и совершение полезной работы (словами лорда Кельвина, которому принадлежит эта формулировка, – «подъем груза»). Логический анализ показывает, что запрет на такие явления эквивалентен закону неубывания энтропии. Другая логически эквивалентная формулировка найдена Клаузиусом: невозможен циклический процесс, единственный результат которого состоит в извлечении тепла из «холодного тела» и передаче ее «горячему телу»[178]. Связь энтропии с ограничениями в работе тепловых машин не должна удивлять: способность тепловой машины совершать работу основана на том, что она получает тепло при большей температуре, а отдает тепло – при меньшей; но энтропия – это как раз такая величина, изменение которой выражает количество переданной теплоты, приходящееся на один градус.

В энтропии прежде всего бросается в глаза ее отличие от того, что мы знаем про энергию. В той главное – ее сохранение, которое работает в виде требования, чтобы всегда выполнялось равенство (стало) = (было); все, что нарушает это равенство, оказывается невозможным. Кофе, который вы налили в термос, изолировав его от остального мира, не может сделаться там горячее (собственно, и холоднее он делается только потому, что из реального термоса энергия все-таки уходит наружу). А закону возрастания энтропии предлагается действовать в виде неравенства (стало) ≥ (было). Это совсем другая идея, чем в законах сохранения. И вот где разверзается бездна. Если бы мы знали о теплоте примерно столько же, сколько было известно во времена промышленной революции, мы бы приняли закон возрастания энтропии как фундаментальный закон природы. Но мы знаем, что теплота – явление не «самостоятельное», а всего лишь проявление движения отдельных молекул. В какой мере «самостоятелен» закон возрастания энтропии? Следует ли он из известных законов движения? Или же к ним необходимо добавить что-то, на что мы до сих пор не обращали внимания, и только тогда мы сможем логически вывести, что энтропия никогда не убывает?

Энергия сохраняется, a энтропия стремится к максимуму

*****