Термодинамика: неоправданные упования и реальные возможности

В сороковых годах прошлого века ряд европейских ученых независимо друг от друга сформулировали общий принцип со­хранения энергии. Согласно этому принципу, позднее назван­ному первым законом термодинамики, все формы энергии: ме­ханическая, тепловая, химическая и электрическая — взаимо-переводимы в качественном отношении и неуничтожимы количественно. По элегантному выражению Германа фон Гум-больда (1821-1894), этот закон звучит так: «Сумма всех сил, которые могут быть приведены в действие во всем целом приро­ды, неизменна и не может быть ни увеличена, ни уменьшена». Второй закон термодинамики, сформулированный в начале вто­рой половины века, оговаривал в качестве особого условия, что общая энтропия замкнутой системы (т.е. величина обратная способности системы совершать работу) в результате спонтан­ных процессов возрастает. Таким образом, системы, предостав­ленные сами себе, спонтанно двигаются от порядка к беспоряд­ку, от меньшей к большей хаотичности. Рудольф Клазиус (1822-1888), один из архитекторов второго закона, выразил первый и второй законы термодинамики одной фразой: «Энергия Вселен­ной постоянна. Энтропия Вселенной стремится к максимуму»³.

Несмотря на то, что научное сообщество сперва восприня­ло эти законы с изрядной долей скептицизма, термодинамика к концу девятнадцатого века заняла свое место в одном ряду с механикой, теориями теплоты, тепловых двигателей, радиации, электричества и магнетизма, — и неизменно вызывала много­численные дискуссии о роли термодинамических представле­ний в разрешении различного рода проблем, таких как вопросы об источнике солнечной энергии, возникновении солнечной системы, биологической эволюции.

Некоторые ученые, как, например, немецкий физик, хи­мик, нобелевский лауреат Вильгельм Оствальд (1853-1932), при­влекали первый закон для разработки атеистической космоло­гии, в которой не существовало бы больше барьеров «между внутренней и внешней жизнью, между жизнью сейчас и в буду­щем, между телом и душой, и которая связывает все это в еди­ное целое, пребывающее везде и не оставляющее ничего вне себя». Но чаще закон сохранения призывался свидетельствовать в пользу существования Творца, который устроил мир с совер­шенным предвидением, свободой и экономией действий. Эта взаимозависимость сил, как утверждал один американский уче­ный, позволяет человечеству «яснее почувствовать чудесные со­звучия благодатной природы, как на ее многострунном инстру­менте сила отвечает силе, подобно нотам великой симфонии, исчезая как потенциальная энергия и тотчас появляясь вновь в качестве кинетической энергии, во множестве других форм».

До тех пор, пока не стало очевидным, что законы науки настолько сильны в расчетах поведения объектов природы, что способны свести Бога до положения великодушного, отсутству­ющего хозяина, аргументы в пользу мира закона и вневремен­ного постоянства шли во благо теологии. Однако когда стало казаться, что для термодинамики девятнадцатого века не суще­ствует предела возможностей в объяснении тайн живой и нежи­вой природы, понятие энергии, подобно механистической фи­лософии предшествующей эпохи, становится опасным для тех, кто не желал отдавать ученым права описания и анализа вплоть до мельчайших деталей механизмов природы. При таком взгля­де термодинамика, вместе с ее аналитическими полномочиями над превращением и перераспределением энергии без потерь и божественного вмешательства, стала считаться не менее тира­нической, чем был до того механицизм — подозрение, настой­чиво поддерживаемое такими исследователями как Оствальд.

В результате к концу века завязался горячий спор вокруг значе­ния термодинамики для религиозной веры. Многие задавались вопросом: насколько глубоко энергетические представления могут объяснить живые процессы, работу ощущающих и управ­ляющих клеток мозга, проблемы воли, сознания, природу чело­веческой души, отношения души и тела, вопросы моральной свободы и чуда как божественного вмешательства.

Теологические вопросы иного характера вызвал второй за­кон термодинамики. Если принцип возрастания энтропии лю­бой совершающей работу системы расширить до включения в него мира в целом или Вселенной, то тогда Вселенная двигалась бы к состоянию максимальной хаотичности, к минимуму по­лезной энергии. Такой необратимый процесс неизбежно привел бы к уничтожению источников доступной энергии и одновре­менно к тому внушающему пессимизм состоянию, называемо­му «тепловой смертью» Вселенной, при котором низкие темпера­туры исключали бы любую жизнь. Таким образом, термодинамика предсказывала конец всего как функцию времени — перспектива, которую вряд ли могли игнорировать и теологи, и ученые.

Несмотря на то, что второй закон оказывался, казалось бы, фатальным для любого сколько-нибудь осмысленного представ­ления связи между миром и мыслящими существами, находи­лись консервативные мыслители, которые приветствовали его в качестве подтверждения своей апокалиптической теологии. В конце концов — убеждал Уильям Ральф Инге (1860-1954), про­званный «мрачным Отцом» из церкви Св. Павла в Лондоне, — этот мир «никогда и не предназначался стать цветущим садом». Кроме того, по мнению Инге, термодинамика как раз и под­тверждает традиционное христианское положение о том, что Бог создал мир из ничего. Если бы Вселенная действовала подобно часам, рассуждал он, часы должны были бы быть когда-то заве­дены, и если второй закон предсказывает конец мира во време­ни, то мир должен иметь и начало во времени. Консерваторы, подобные «мрачному Отцу», находили также удовлетворение в представлении, что современная философия прогресса, осно­ванная на эволюции, «опровергается Вторым Законом Термо­динамики». Биологическая эволюция, как и идея прогресса, оказывалась иллюзией, поскольку Вселенная неумолимо двига­лась к тепловой смерти.

Менее пессимистично настроенные исследователи пытались уйти от такого толкования второго закона различными способами. Так Оствальд полностью игнорировал мрачные аспекты вто­рого закона. Уильям Томсон, позднее известный как лорд Кель­вин (1824-1907), способствовавший становлению второго зако­на, исключал из области его действия живые организмы. Нобе­левский лауреат, шведский физик Сванте Аррениус (1859-1927) признавал всеобщность закона, но полагал, что существуют осо­бые условия, приводящие к возрождению миров — возможно, неким сознательным «демоном Максвелла», который в состоя­нии рассортировать отдельные молекулы и, тем самым, создать разницу температур без затраты энергии. Американский психо­лог и философ Уильям Джеймс (1842-1910) просто предлагал оптимистическую интерпретацию второго закона. Он писал: «Хотя конечное состояние Вселенной, возможно, представляет для нее смерть и физическое угасание, ничто в физике не меша­ет нам предположить, что предпоследняя стадия может длиться тысячелетие… Последний выдох Вселенной может произойти — но я настолько счастлив и полон жизни сейчас, что не могу себе этого представить».

Такого рода отклики показывают, что сколь бы хорошей, надежной и элегантной ни была научная теория, она никогда не защищена от использования за пределами ее применимости вплоть до полной, по крайней мере на взгляд последующих по­колений, смехотворности. Подобно сорным травам, в области термодинамики, как и в других науках, расцветали всевозмож­ного рода доморощенные метафизика и теология.