П. Г. Кузнецов. Глава I. Что такое энергия? Ее сохранение и рассеяние

П. Г. КУЗНЕЦОВ.

 

С. А. ПОДОЛИНСКИЙ

ТРУД ЧЕЛОВЕКА
И ЕГО ОТНОШЕНИЕ
К РАСПРЕДЕЛЕНИЮ
ЭНЕРГИИ

Глава I

ЧТО ТАКОЕ ЭНЕРГИЯ? ЕЕ СОХРАНЕНИЕ И РАССЕЯНИЕ

 

Труд человека и тех животных, к действиям которых приложимо понятие о труде, есть один из многочис­ленных видов проявления общей мировой энергии. Как ни разнообразны и сбивчивы в настоящее вре­мя понятия о труде, мы надеемся, что в таком об­щем виде наше определение не встретит возраже­ний. Целью нашей будет попытка, выходя из этого общего положения, выяснить значение усло­вий, сопровождающих происхождение труда, пред­ставить главнейшие проявления его в жизни орга­низмов и указать на последствия потребления тру­да, то есть на последствия воздействия трудящихся людей и животных на окружающую природу. На­стоящая статья есть не более как введение к такой работе, и потому вопросы эти затрагиваются в ней только самым общим образом.

Для более удобного понимания нам необходимо начать с краткого очерка учения об энергии, о родах ее, их взаимных превращениях и о мировом рассеянии энергии. Под словом «энергия» какой-либо сис­темы тел нынешняя наука понимает сумму способностей тел этой сис­темы к каким бы то ни было действиям. «Полная энергия системы тел есть величина неизменная для всех состояний, в которые эта система может быть последовательно приведена взаимными действиями раз­личных ее точек». «Полная энергия какой-либо конечной системы есть величина конечная» ¹.

Так как все действия тел обусловливаются которою-либо из фи­зических сил, то, следовательно, энергия и представляет собой сум­му всех физических сил, заключающихся в данной системе тел. Обы­кновенно принимают существование семи различных физических сил: теплоты, света, электричества, магнетизма, химического сродства, ча­стичных сил и всемирного тяготения ². Сумма этих семи сил, заклю­чающихся в какой-либо уединенной системе тел, то есть такой сис­теме, которая не подвергается никаким внешним влияниям, равна энергии этой системы и представляет собой величину абсолютно не-

¹ См. Verdet. Theorie mecanique de la chaleur. T. I, p. 4—16.

² Секки. Единство сил, стр. XXX.

 

изменную. Примером такой уединенной системы может служить все­ленная, количество энергии которой есть величина вечно неизменная. Закон сохранения энергии, в сущности, есть не более как недавнее обобщение давно известного закона механики, начало которому по­ложено еще Гюйгенсом в его предположении, что общий центр тяже­сти группы тел, колеблющихся под влиянием тяготения около горизон­тальной оси, может подняться до своей первоначальной высоты, но не выше ее ¹. Это положение, принятое в начале за аксиому, стало впо­следствии зародышем той общей идеи, из которой Лейбниц развил принцип сохранения живой силы. Еще более общий вид этому зако­ну был придан Лагранжем, выразившим его в той форме, что сумма виртуальных (возможных) действий системы, находящейся в равно­весии, равняется нулю ².

Закон этот, выведенный первоначально для механики, то есть для непосредственно ощущаемого человеком движения, был приме­нен впоследствии ко всем родам энергии, как только с открытием механической теории тепла была доказана превратимость всех фи­зических сил, всех форм энергии, одних в другие. Такое широкое об­общение было значительно облегчено тем обстоятельством, что в на­стоящее время все физические силы уже сведены или сводятся на различные формы движения, к которым вполне приложимы законы, выработанные механикой. Теплота, свет, электричество, магнетизм, химическое сродство и частичные силы представляются нам теперь уже не иначе, как под видом колебательных или иных движений мельчайших частиц веществ. Одно тяготение стоит пока в стороне, так как многие принимают его еще за коренное свойство материи, способное обнаруживать свое действие на расстоянии, непосредствен­но, вопреки ныне известным законам механики. Но и для тяготения теперь уже существуют теории, объясняющие более или менее удов­летворительно все явления его предположением движения мельчай­ших частиц и непосредственными толчками их о тяготеющие тела; такова, между прочим, известная теория Лесажа ³. Рано или поздно одна из подобных теорий, вероятно, будет принята, и тогда, по спра­ведливому замечанию Тэта⁴, мы должны будем признать все роды энергии в конце концов кинетическими, т. е. представляющими со­бой движение. В различных родах энергии эти движения отличают­ся между собой, вероятно, только скоростями и кривыми путей, про­ходимыми движущимися частицами вещества. Тем не менее с прак­тической точки зрения теперь еще выгодно поддерживать различие, существующее между общепринятыми понятиями энергии кинетиче­ской и потенциальной. Различие это, совершенно не существенное, если действительно все проявления энергии основаны на движение мельчайших частиц вещества, — очень важно для нас, потому что в тех случаях, где мы имеем кинетическую энергию, движение непосред­ственно доступно нашему ощущению, например, в текущей воде, па­дающей лавине, работающей паровой машине, снаряде, выброшен-

¹ Dü hring. Kritische Geschichte der allgemeinen Principien der Mechanik, 1873, стр. 120.

² Dü hring, l. с., стр. 318.

³ Le Sage. Lucrè ce Newtonien Memoires de Berlin, 1782 и Prevost. Deux traité s de Physique mé canique. Geneve, 1818.

⁴ Тэт. О новейших успехах физических знаний. 1877, стр. 328.

ном из орудия, в движении Луны вокруг Земли и т. д. Напротив, в потенциальной энергии движение вещества, хотя также существует, но еще не приняло формы, доступной нашему ощущению, хотя и мо­жет принять ее при известных обстоятельствах. Лавина, нависшая над обрывом, паровая машина, нагретая, но еще не работающая, за­ряженная пушка, пища человека, еще не превращенная в мышечное сокращение при работе, — вот примеры потенциальной энергии.

Мы уже сказали, что сумма энергии всей вселенной есть величина абсолютно неизменная, но нельзя сказать то же о различных частях вселенной. Мы не будем входить уже теперь в рассмотрение атомис­тических теорий, но из самого того факта, что некоторые небесные тела передают различные виды энергии в большом количестве че­рез мировое пространство другим небесным телам, мы вправе заклю­чить, что эти небесные тела, солнца, содержат в себе сравнительно больше энергии, чем мировое пространство и те небесные тела, пла­неты и спутники, которые получают энергию под видом тепловых, световых, химических лучей, магнетизма и т. п. от ближайших к ним солнц. Несомненно, что такая постоянная передача энергии из мест, обладающих большим ее запасом, в другие места, где ее менее, должна через очень долгий период времени повести к повсеместному уравнению энергии.

Но этого мало. Не следует забывать, что все колебания, которы­ми совершается уравновешение энергии между различными небес­ными телами и мировым пространством, неоднократно сопровожда­ются превращениями энергии одного рода в энергию другого. Свет не­редко превращается в химическое действие, которое в свою очередь часто дает свет и тепло. Но не все роды энергии одинаково легко пре­вращаются в другие, и всякий раз, когда происходит такое превраще­ние, в энергии появляется наклонность переходить, по крайней мере, частью, от легко видоизменяемой формы, например, движения, к форме, которая видоизменяется с бó лыпим трудом, например, теплоте.

Таким образом, энергия вселенной постоянно переходит от лег­ко превратимых форм к более устойчивым, и, вследствие этого, воз­можность превращений в ней постоянно уменьшается. После долгого промежутка веков вся энергия примет форму, уже неспособную к превращениям, которая будет состоять в теплоте, равномерно распро­страненной по всей вселенной. В таком случае всякая жизнь и вся­кое ощутимое нами движение, по-видимому, должны прекратиться, так как известно, что для превращения теплоты в какую бы то ни было другую форму энергии совершенно необходимо иметь тела раз­личной температуры ¹. Это стремление мировой энергии к повсемест­ному уравновешению называется рассеянием анергии, или, по Клаузиусу, энтропией ². Под этим именем Клаузиус понимает величину уже превращенной энергии, то есть поставленной в такие условия, что она уже не совершает обратных превращений. Такова, например, теплота, рассеянная в мировом пространстве. Отсюда становятся по­нятными основные положения Клаузиуса: 1) энергия вселенной постоянна; 2) энтропия вселенной стремится достигнуть максимума ³.

¹ W. Thomson. О всеобщем стремлении в природе к рассеянию энергии. Цитир. у Тэта, 1. с., стр. 19.

² Clausius. Theorie mecanique de la chaleur. 1868. Т. I, стр. 411.

³ Clausius, l. с., т. I, стр. 420.

Теория рассеяния энергии, выраженная Томсоном и Клаузиусом, вызвала возражения со стороны Ранкина ¹, который предположил, что вселенная может со всех сторон быть окружена абсолютно пустым пространством, от вогнутой поверхности которого равномерно рас­пространенная теплота вселенной будет сполна отражаться и затем собираться в фокусах с высшей температурой, способной произвести в успокоившейся вселенной ряд обратных превращений. На это Кла­узиус возразил, доказывая, что отраженное тепло, даже собранное в фокус, никогда не может превзойти температуры своего источника². Таким образом, пока не явится новых возражений, закон рассеяния энергии можно считать настолько же доказанным, как и закон ее сохранения.

Понятно, что если такова судьба всей энергии, обладающей высо­кой температурой, то легко представить себе, что совершится и с ощутимым нами движением во вселенной. Все пространство мира наполнено веществом, хотя очень редким, но достаточным для того, чтобы в конце концов уравнять всякое различие в движении, так же точно, как оно стремится уравнять и всякое различие в температуре. Таким образом, мир должен превратиться в массу, равномерно на­гретую и совершенно неспособную производить какую-либо ощути­мую работу, так как последнее возможно только при существовании различий в температурах.

Таким образом, только в чисто механическом смысле энергия впол­не сохраняется. Но эта уравновешенная энергия уже неспособна да­вать начало разнообразным явлениям, в том числе неспособна под­держивать жизни организмов. Они существуют не самой энергией, а ее превращениями, а в энергии, превращенной в равномерную теп­лоту, нет ни малейшего повода к началу каких бы то ни было про­цессов, в том числе и жизненных. Превращенная энергия представ­ляется как бы негодным остатком мировой деятельности, накопляю­щимся из года в год все более и более. В настоящее время накопление этого остатка еще не очень заметно, но никто не может поручиться, что со временем оно не станет очень значительным и для нашего ощущения³.

Для того, чтобы нагляднее показать, что при полном уравновеше­нии температуры и прочих физических сил, т. е. насыщении хими­ческого сродства и пр., не может проявляться никакого движения, — приведем следующее рассуждение Пуассона, ясно показывающее, что никакая система тел, находящихся в равновесии, не может выйти из него, если всякие внешние влияния на эту систему совершенно устранены: «Животное, как бы оно ни старалось, никогда не может переместить свой центр тяжести при помощи одной своей воли, без всякой внешней точки опоры. Человек и животное могут в вертикаль­ном направлении опускать или поднимать свой центр тяжести, опи­раясь на землю. Они могут также двигаться в горизонтальном на­правлении при помощи трения о ее поверхность, но всякое передви­жение станет для них невозможным, если их поместить на плоско-

¹ Rankine. Philosoph. Magaz. Serie 4. Т. IV.

² Clausius, 1. с., т. I, стр. 346.

³ Balfour-Stuart. Conservation de 1'é nergie. 1875, стр. 157.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: