От Дмитрий Кропотов Ответить на сообщение
К alex~1 Ответить по почте
Дата 17.11.2003 13:14:04 Найти в дереве
Рубрики Тексты; Версия для печати

Может ли быть вновь использована излученная теплота?

Привет!

Краеугольный камень неприятия Энгельсом и марксизмом второго начала термодинамики заключался в том, что последнее ставило предел, причем фундаментальный, возможностям превращения энергии (а, значит и материи) из одного вида в другой.
Вот как об этой претензии второго начала говорит учебник:

"Второй закон термодинамики связан непосредственно с необратимостью реальных тепловых процессов. Энергия теплового движения молекул качественно отличается от всех других видов энергии – механической, электрической, химической и т. д. Энергия любого вида, кроме энергии теплового движения молекул, может полностью превратиться в любой другой вид энергии, в том числе и в энергию теплового движения. Последняя может испытать превращение в любой другой вид энергии лишь частично. Поэтому любой физический процесс, в котором происходит превращение какого-либо вида энергии в энергию теплового движения молекул, является необратимым процессом, т. е. он не может быть осуществлен полностью в обратном направлении.
"
http://www.college.ru/physics/Theory/op25part1/content/chapter3/section/paragraph12/theory.html
Вот с этим выводом - о том, что один из видов энергии - а именно, тепловая энергия - является _качественно_ иным по сравнению со всеми прочими - неким 'окончательным' - и не мог согласится диалектический материализм в лице Энгельса.

Кто же был прав в этой ситуации? Разумеется, Энгельс :)
Такая простая формулировка второго начала показала, всего лишь, недооценку, в который уже раз, учеными частных наук, достижений философии как науки о наиболее общих принципах бытия.
Нет и не может быть ничего абсолютного в мироздании, включая какую-то форму движения материи (энергии). И именно поэтому - из-за недооценки достижений философской мысли человечества, сосредоточившейся, прежде всего, в формулировке принципов диалектического материализма, указанная формулировка второго начала - как фундаментальнейшего свойства мироздания - породила гигантскую проблему несогласованности термодинамики и механики. Проблему, о которую бились выдающиеся умы целых 100 лет, отмечая в конце концов (“Вопрос о физических основаниях закона монотонного возрастания энтропии остается ... открытым.” - Ландау,Лившиц), получали за ее 'решение' нобелевские премии (И.Пригожин), но так и не смогли подойти к ее осмыслению и решению.

А все почему? Потому что, образно говоря, не слушали профессоров- марксистов, талдычивших им о необходимости диалектического подхода к рассмотрению любых проблем, о несостоятельности редукционизма и об относительности любой формы движения материи - тепловой энергии в том числе.

Кратко о сути проблемы несогласованности:

Берем модель механической системы (и, одновременно, тепловой машины) - цилиндр с набором частиц идеального газа - у каждой есть импульс и энергия. Ведь как совершается работа в тепловой машине?
Есть нагретый цилиндр с газом, одна из стенок - поршень, прикрепленный, скажем, к коленвалу. При расширении газа молекулы, ударяясь хаотично о поршень сдвигают его, теряя одновременно энергию, охлаждаясь и совершают полезную работу посредством поршня.
Теперь рассмотрим обратный ход поршня (наша тепловая машина циклическая)- почему, собственно, требуется холодильник для работы тепловой машины. Если мы просто будем вдвигать поршень обратно - так как мы это делаем хаотично по отношению к движению молекул внутри цилиндра - они будут ударяться о наш вдвигаемый поршень, чем более мы его вдвигаем - тем более интенсивно. Но это значит, что мы вынуждены будем затрачивать работу на вдвижение поршня обратно в цилиндр! И работа эта примерно будет равна той же полезной работе, которая была совершена газом при расширении. Т.е., мы ничего не выиграем - полезной работы не совершим. Именно поэтому человек придумал _дополнительно_ охлаждать рабочее тело-газ после прямого движения поршня посредством холодильника Нужно перед обратным ходом поршня сбросить давление газа, чтобы при вдвигании затраченная работа была меньшей, чем на прямом ходе поршня. Сбрасывается давление через охлаждение газа в холодильнике - в этом случае уменьшение объема при вдвигании поршня требует меньшей работы, чем была совершена при его прямом ходе - налицо полезный результат - наше колесо вращается.
Но необходимость такого холодильника следует не из механики - а из несовершенства и неточности нашего управления поршнем.

Отобрать у частиц энергию - на совершение работы - с точки зрения механики можно кучей способов, не привлекая теплового цикла Карно и холодильника - причем отнять энергию у этой системы частиц можно сколь угодно полно, вплоть до 0. Никакой необратимости эта модель не содержит - направления движения частиц равноправны, равно как и отсылки к необходимости вычисления "температуры" набора частиц.
Однако, для этой же модели цилиндра с тем же числом частиц можно написать термодинамические уравнения - которые уже ставят ограничение по полноте отъема энергии у этой же системы частиц - уже с использованием разности температур, энтропии и т.д.
И одни формулы никак не преобразуются в другие.
В этом и состоит проблема несогласованности механики и термодинамики - на уровне моделей.
Указывая, что, дескать, тепловая машина все-же работает, поэтому, проблема, дескать, как-то рассосется сама собой - можно только, образно говоря, замести грязь под ковер.

Далее предоставлю слово В.Губину
статья 'О проблеме согласования термодинамики и механики'
http://www.gubin.narod.ru/FMM-01.HTM

"
В принципе механика позволяет сжать объем без затраты работы... Можно, например, все время вдвигать поршень с любой скоростью, останавливая его лишь в моменты подлета к нему частицы, а после удара, не меняющего энергию, снова продолжать вдвигание. Или можно, скажем, выбрать момент, когда частица находится где-то в исходной области, и быстро задвинуть поршень (конец отрезка). Так можно поступать при любом числе частиц. Механике безразлично, сколько частиц имеется, у нее нет понятия “много”. Могут также сказать, что при большом числе частиц слишком долго ждать, когда же частицы соберутся в исходной части объема, чтобы задвинуть поршень. Но в механике нет понятия “долго”. Могут еще сказать, что при большом числе частиц слишком сложно вдвигать поршень, притормаживая его при подлетах каждой частицы. Но в механике нет понятия “сложно”. Все эти понятия есть не у механики, а у человека, который использует механику.

Если человек действует, не используя всех возможностей механики, то результат может быть хуже, чем тот наилучший, который в принципе достижим при использовании всех ее возможностей. В конечном счете важно не то, что вообще можно сделать, то есть что вообще позволяет сделать мир, а то, что делается реально. Для достижения некоторого результата важен реальный контроль, а почему реализуется именно этот контроль - это уже другой вопрос, ответы на который могут быть разнообразными. Пусть, например, мы научились хорошо управлять и можем сделать машину без холодильника. Но ведь хуже работающую машину мы всегда можем сделать. Не станем же мы объявлять ее плохое качество прямым и неизбежным следствием свойств мира! И старые машины будут работать по-старому, и их работа будет описываться обычной термодинамикой - так не будем же мы в такой ситуации считать ее законы законами природы самой по себе, не зависимыми от специфической деятельности субъекта!
...
Итак, необходимость холодильника не следует из самой механики, а следует из характера контроля над частицами, над процессом передачи энергии от них поршню.
"
Следовательно, второе начало термодинамики, сформулированное Томсоном в виде: "циклической тепловой машине необходим холодильник" не может считаться фундаментальным свойством мироздания - оно отражает только наше конкретное неумение сделать тепловую машину без холодильника. Механика не запрещает делать тепловые машины с КПД сколь угодно близким к 100%, отнюдь не ограничиваясь граничным значением КПД тепловой машины, даваемым термодинамикой и вторым ее началом зависящим от разности температур холодильника и нагревателя.

Анализ проблемы, сделанный В.Губиным
(см., например, обзорную статью по ссылке выше),на основе фундаментальных работ Смолуховского, позволил показать, что не согласуется механика и термодинамика потому что сама по себе механика не порождает термодинамики, она на это способна только при привлечении наблюдателя, который, своей ограниченной способностью управлять и контролировать механические системы частиц и обуславливает небольшой (по сравнению с допускаемым законом сохранения) коэффицент полезного действия циклической тепловой машины.
Также и необратимость - направленность всех процессов только к выравниванию температур существует только как _впечатление_ наблюдателя, отражающее его невечное существование и ограниченный период контроля (впервые это показал Смолуховский, упоминание о нем наши вульгарные материалисты Ландау с Лившицем даже выбросили из третьего издания БСЭ, говоря в своем курсе Статистическая физика:.“...связывание физических законов со свойствами наблюдателя, разумеется, совершенно недопустимо.”

Соответственно, эта необратимость, энтропия и прочая термодинамика порождается именно _наблюдателем_, а отнюдь не является фундаментальным свойством мироздания.
Вот красивейшее доказательство несостоятельности редукционизма - такое же красивое, как известное "Картина не сводится к краскам, которыми она нарисована" - и такое же точное - термодинамическую картину мира (и второе начало соответственно) создает наблюдатель, точно также, как он создает слитное восприятие картины из набора красок, которыми она нарисована.

Соответственно, и вывод о том, что, дескать, существует как абсолют, некая окончательная и качественно отличная от других форма энергии - рассеянная тепловая, из которой, как говорится, уже никуда эту энергию преобразовать не получится - следует отвергнуть как недиалектический и противоречащий философии материализма.

Через 100 лет после выводов Энгельса, ученые-физики только-только подошли к пониманию его правоты, равно как это они сделали чуть раньше в отношении Ленина и его вывода о неисчерпаемости материи ("Электрон также неисчерпаем, как и атом"), начав строить модели элементарных частиц.

Всвязи с этим, упреки С.Кара-Мурзы марксизма в том, что он, якобы, что-то там не принял из второго начала термодинамики - совершенно необоснованы.

Основоположники марксизма, как и в большинстве случаев, смотрели просто гораздо дальше самых выдающихся представителей частных наук и, на основе знания ими самых широких философских обобщений, указывали на недоработки в конкретных проблемах, выступали против необоснованных и неоправданных интерпретаций результатов этих частных наук.

Марксизм не принял узколобый, редукционистский подход в интерпретации второго начала, противоречащий положениям диалектического материализма, а, значит, неверный.

Что же касается вопроса, вынесенного в заголовок сообщения - то ответ диалектического материализма - да!
Энергия может преобразовываться из одной формы в другую, все формы равноправны, выделять одну из форм как некую особенную нет и не было никаких оснований.

То, что человек в настоящее время неспособен сделать такие устройства, которые бы использовали рассеянную теплоту - это недостаток уровня развития и умений конкретно этого вида живых разумных существ, обитающих на одной из планет одной из звезд бесконечной вселенной, но отнюдь не ограничение для других живых существ или того же человека на иной стадии развития его разума.


Дмитрий Кропотов, www.avn-chel.nm.ru