Scisne?

История с энтропией

Губин В. Б.

Комментарии: 1

I. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ

История выяснения смысла понятия «энтропия» и многочисленных предложений по разрешению трудностей и парадоксов, возникающих при попытках согласовать ее определение со структурой систем, а поведение — с характером движения частиц, образующих системы, весьма длинна и производит на первый взгляд странное впечатление.

В обычной трактовке задачи требуется каким-то образом для (макро)системы, состоящей из большого числа механических частиц, окруженных стенками, ввести вероятность, энтропию, монотонно возрастающую со временем, и обосновать применимость статистической механики. Это единственная задача физики, отчетливо поставленная еще в прошлом веке, изучавшаяся большим числом крупных ученых, но полно, четко и ясно не решенная до сих пор.

Сошлюсь на три известных источника.

1. В книге Л.Д.Ландау и Е.М.Лифшица «Статистическая физика», отражающей мнение авторов приблизительно в шестидесятые годы, утверждается ([1], с. 48): «Вопрос о физических основаниях закона монотонного возрастания энтропии остается… открытым.»

2. В семидесятые годы Р.Балеску пришел к выводу ([2], с. 386-388), что традиционные надежды на так называемый эргодический подход в разрешении проблемы обоснования статистической физики следует признать несостоятельными: не удается необходимым образом связать усредненные по времени функции от механических переменных системы (средние по фазовой траектории) со средними по статистическрму ансамблю — т.е. обосновать главный метод статистической механики. Поэтому Балеску предложил «рассматривать средние по ансамблю как первичное определение макроскопических динамических функций, не вводя какой-либо более фундаментальной концепции.» Он же заключил, что с получением правильного временного поведения макросистем также нет ясности.

3. Последним по времени из широко известных было предложение о решении проблемы необратимости И.Пригожиным. Хотя об этом решении очень много говорилось, но, видимо, очень мало кто знает, в чем именно оно заключается. А заключается оно в следующем.

Поместим газ в сосуд. В момент этого, как говорят, приготовления координаты и скорости частиц газа могут оказываться различными.

Часть наборов этих переменных по крайней мере в первый момент обеспечит движение системы в сторону большего равновесия, но столь же вероятна такая же часть наборов, заставляющая систему в первый момент еще больше удаляться от равновесия. Так как направления скоростей при приготовлении не контролируются, то эти две группы начальных координат и скоростей априори равноправны и равновероятно реализуемы, в то время как, по-видимому, требуется получить движение к равновесию с подавляющей вероятностью. Так вот Пригожин предложил считать, что при приготовлении в действительности реализуются («отбираются») только те наборы координат и скоростей частиц, которые придают системе движение к равновесию, а наборы с соответственно противоположно направленными скоростями не реализуются. Это его «принцип отбора» ([3], стр. 227).

Что можно сказать о таком решении?

Во-первых, оно явно принято в порыве отчаяния — почти так же, как Балеску предложил пока пользоваться гипотезой о равенстве средних по времени средним по ансамблю. Разница в том, что Балеску как бы говорит, что мы пока с этим вопросом не разобрались, но для работы будем применять проверенное во многих приложениях базисное соотношение, фактически — будем пользоваться прежним аппаратом статфизики. Неверного решения Балеску заведомо не предложил, он только временно отказался решать проблему, признав на том этапе наше поражение в этом вопросе и оставив гипотезу гипотезой. Пригожин же фактически заявляет, что он окончательно снимает проблему. Он делает вывод, что природа такова, что реализуется «принцип отбора», т.е. что это новый, открытый им (логически) закон природы, не допуская мысли, что что-либо осталось непонятым, — т.е. рискуя, что его решение неверно.

Во-вторых, наличие такого «отборочного» закона природы чрезвычайно сомнительно. Напротив, все специалисты по статфизике уверены, например, что в только что нагретом чайнике, который впоследствии, конечно, остынет, направления скоростей молекул воды распределены равновероятно, т.е. ни о каком «принципе отбора» не может быть и речи.

В-третьих, один только сам по себе принцип отбора не объясняет необратимости, как она трактуется в термодинамике: переход к равновесию — окончательный. Ведь даже если, в соответствии с пригожинским принципом отбора, действительно реализовались такие начальные условия, которые обуславливают в начале процесса движение системы в сторону равновесия, замкнутая система (а только такие здесь и имеются в виду) все равно когда-то обязательно вернется к исходному неравновесному состоянию. Это доказывается теоремой Пуанкаре о возвращении для всех начальных условий без исключения, т.е. и для отобранных любым способом, по любому принципу. Следовательно, состояния, которые, по Пригожину, реализуются и ведут на начальном этапе к росту энтропии, не приведут к окончательному установлению равновесия.

В-четвертых, вводя «принцип отбора», Пригожин апеллирует к природе: вот такая она, что в ней существует этот закон, согласно которому при приготовлении реализуются только подходящие начальные состояния: «Вопрос о том, что физически реализуемо и что не реализуемо, эмпирический([3], стр. 229).

Основание шаткое. Доказательство чисто отрицательное: мы не сумели согласовать различные положения, ну так давайте введем новое, дополнительное положение, объявляющее прежние не согласующиеся положения согласующимися. Возможно, это новое положение является достаточным (но таковым оно не является из-за теоремы Пуанкаре), но бритва Оккама предпочитает свидетельства необходимости! Кроме того, и это еще важнее, полностью ошибочно мнение, что за ответом в вопросе разрешения указанных трудностей надо обращаться к реальной природе. В действительности задача согласования термодинамики и механики — чисто теоретическая, модельная. Существуют модель термодинамики, модель механики и связывающая их молекулярно-кинетическая модель, согласно которой термодинамические системы состоят из частиц, движущихся по механике. И все это надо согласовать фактически на бумаге: о реальной природе на этом этапе уже забываем. Этих моделей для работы согласования достаточно вот почему.

Отметим, что практически нет отчетливых возражений против применимости механики (в соответствующих случаях, возможно, квантовой) как микромодели движения элементарных составляющих термодинамических макросистем — помимо того возражения, что при обычной механике возникают проблемы с теоретическим обоснованием статистической механики (см., например, [4], стр. 92 и [5]).

Наоборот, никто не сомневается в том, что и при движении частиц газа по классической механике (хотя это, конечно, лишь приближение к реальности) обычным образом построенная (модельная) тепловая машина работала бы обычным образом, требуя холодильника. Никто не сомневается также в том, что если газ поместить в часть замкнутого объема и отпустить, то он практически навсегда разлетится более или менее равномерно по всему объему. Этого достаточно для возникновения самых характерных, базовых элементов классической термодинамики. А в последние десятилетия на ЭВМ моделировались и более изощренные задачи, и никогда не потребовалось введения какой-то новой, неизвестной механики частиц. Таким образом, обычная механика применима в качестве микромеханики микросоставляющих термодинамических систем по крайней мере в существенной части случаев. Именно поэтому требуется не искать новую механику (например, с «принципом отбора»), а согласовывать имеющиеся четко очерченные модели обратимой механики и необратимой термодинамики. Если же мы постулировали эти модели в качестве моделей, подлежащих согласованию, то только с ними и надо работать. Поэтому апелляция к природе, в которой, по предположению Пригожина, должен существовать такой отбор, здесь просто неуместна. А в обычной механике (в том числе и квантовой) нет «принципа отбора», введенного Пригожиным, и ввести его там невозможно.

В-пятых, более того, для возникновения «принципа отбора» недостаточно ввести какую-либо необратимую механику. Основание для него должно быть даже не в механике, а в обстоятельствах, в законах образования ситуаций, в которые должны попадать движущиеся объекты. Основанием «принципа отбора» должен был бы быть даже более общий, более широкий, более универсальный закон, чем любая конкретная механика, которая для работы со своими объектами требует задания начальных условий.

То, что нужно для реализации этого принципа, трудно даже сформулировать. По уровню требований этот принцип равен требованиям, чтобы все частицы двигались в одну сторону, или чтобы все частицы собрались в одной, указанной половине объема. Эти требования должны быть обращены к пространству и вдобавок каким-то дичайшим образом. Ведь при любой механике объекты где-то должны двигаться — или в некоторой абсолютной системе координат или хотя бы друг относительно друга. В любом случае должны возникать парные (противоположные) возможности: влево или вправо, ближе или дальше, более близко или менее близко — без этого нет движения и, следовательно, механики. Но закон, утверждающий, что можно двигаться только «влево» или только «дальше» или только «быстрее» (чем другие), сам бы себе противоречил, этот закон просто уничтожил бы само движение, так как уничтожил бы противоположность того, куда можно двигаться: он уничтожил бы «откуда» или «по сравнению с чем», он уничтожил бы вместилище движения. «Принцип отбора», утверждающий, что частицы могут двигаться в одном направлении, но никак не в противоположном, практически уничтожает концепцию механики с задаваемыми начальными условиями, от которой никто никогда не откажется.

Кроме того, закон, определяющий выбор направления движения, был бы явно ужасно прихотлив. Мы ведь реально видим движения масс в разных направлениях. Знаем, например, что молекулы горячей воды в чайнике движутся в необозримо различных направлениях. Так вот объявляется, что эти направления — для каждой молекулы свое и меняющееся со временем — предпочтены каким-то общим свойством природы, а не случайностями нашего обхождения с чайником, и это при том, что при нагревании в другой раз эти направления с легкостью сменятся на практически любые другие.

Простейшее добавление еще одной частицы должно, согласно Пригожину, радикально менять форму областей в пространстве, разрешенную для движения других частиц. При такой взаимной увязанности условий движения нельзя было бы толкнуть частицу, не выяснив предварительно, где и куда движутся другие. Это противоречит всему нам известному. Тогда никакая механика с концепциями начальных условий не могла бы работать.

Такая прихотливость, назойливая мелочность общего свойства природы совершенно невероятна и потому должна быть решительно отброшена вместе с пригожинским «принципом отбора».

С «принципом отбора» мы закончили.

В начале шестидесятых в новогоднем номере газеты «Московский университет» на первой полосе было помещено стихотворение, содержавшее блистательную вариацию известной строки Маяковского:

«Вы летите, в энтропию врезываясь…»

Этот перл, шутливо отождествляющий понятие со средой, замечательно точно отражал отношение студентов, даже физиков к энтропии как к чему-то весьма существенному, но настолько туманному, что и понять невозможно, с чем приходится почтительно смириться, признав здесь свою полную несостоятельность. Как видим, с тех пор положение не изменилось. Таким образом, задача выяснения смысла энтропии и согласования закона ее возрастания (второго закона термодинамики) с механикой — настоящий вызов научному сообществу, которое, тем не менее, этого вызова почти не замечает.

II. РЕШЕНИЕ СМОЛУХОВСКИМ ПРОБЛЕМЫ НЕОБРАТИМОСТИ
НЕОБРАТИМОСТЬ КАК СУБЪЕКТИВНОЕ ВПЕЧАТЛЕНИЕ

Подытоживая, скажем, что специалистами достаточно понято, что проблему в лоб не возьмешь: прямолинейным образом ни сама статистическая вероятность, ни необратимость из самой механики непосредственно не следуют, не порождаются ею. В такой ситуации высказывались разные мнения — с тем или иным выводом — относительно способов разрешения проблемы. Мы здесь их не будем обсуждать, так как они сводятся в основном к недостаточно оправданным предложениям и попыткам сменить тип микромеханики ([1,4,6]). Тем не менее попытки вывести термодинамику и статфизику из самой механики продолжаются, потому что никаких других возможностей не усматривают. Не усматривают несмотря на то, что уже столетие назад М.Смолуховский [7] (а до него в более предположительной форме об этом говорил А.Пуанкаре [8]) в решение проблемы необратимости ввел новый для физики элемент — субъекта, и ввел с большим успехом. Подчеркиваю: именно субъекта, а не стандартного для физики наблюдателя. Разница между ними в том, что обычный наблюдатель был совершенно объективен и бесстрастен, он как бы просто переводил происходящее на язык формул, на бумагу, в то время как наблюдатель Смолуховского имел некоторые человеческие слабости: зрение у него было не идеальным и наблюдать бесконечно долго — что же произойдет в конце концов — он не мог (так сказать, по техническим причинам).

Этих факторов оказалось достаточно, чтобы получить интерпретацию необратимости, согласованную с механикой и сразу же принятую физиками как вполне естественную. Однако в последующем в формальный аппарат обоснования статмеханики ни 1) конечная точность, ни 2) конечное время наблюдений, ни (скажем еще подробнее) 3) несущественность для наблюдателя возможных, но чрезвычайно маловероятных событий типа самопроизвольного образования сильно неравновесных состояний не были включены в явном виде. Поэтому десятки лет исследователи и стояли в недоумении перед проблемой сплошного (или «всюду плотного») зачерчивания фазовой траекторией микросистемы необходимого в статистике фазового объема, что невозможно [4] (или слишком долго [2]). А ведь существенно использованная Смолуховским неточность наблюдения практически эквивалентна замене фазовой траектории (т.е. бесконечно тонкой линии) трубкой с сечением конечной площади. Трубка заполнила бы конечный объем за ограниченное время, что в действительности и требуется получить. По поводу неадекватного применения математического аппарата в обосновании статистики можно было бы еще много говорить. В общем почти все делалось так, как будто только механика сама по себе в некоторых обстоятельствах порождает статистические и термодинамические закономерности, что как раз и невозможно.

Причина же, по которой продолжают игнорировать использованные Смолуховским особенности наблюдения — привычка, традиция смотреть на физику чисто объективистски. Показательно в этом отношении заявление Ландау и Лифшица в книге «Статистическая физика» именно в связи с подходами к решению проблемы необратимости ([1], с. 47-48): «…связывание физических законов со свойствами наблюдателя, разумеется, совершенно недопустимо.» Из этой методологической установки, отвергающей подход Смолуховского (хотя о Смолуховском там не говорится), закономерно следует цитировавшийся выше их вывод о нерешенности проблемы необратимости.

Пригожин также не согласен с интерпретацией необратимости как «иллюзии» (т.е. впечатления, возникающего у не слишком объективного наблюдателя) ([3], стр. 33) и с конструктивным вкладом неточности наблюдения — «грубого зернения системы» ([9], стр. 201) — в порождение этого впечатления. В то же время он знал, что самостоятельно необратимость из механики не следует (там же). Поэтому он и попытался ввести добавочный закон природы. Однако при этом возникли указанные выше нетерпимые несообразности.

В действительности же неточность наблюдения используется чрезвычайно широко и по существу, хотя в большой степени неосознанно и непоследовательно. Так, когда поняли, что сплошь зачертить фазовый объем фазовой траекторией механической системы невозможно ([10], [11], [4], [6] и др.), что требовалось для равенства средних по ансамблю средним по траектории, это требование ослабили до «всюду плотного» зачерчивания — такого, при котором траектория не проходит через все точки, но заходит в любую окрестность любой допустимой внешними ограничениями фазовой точки: эргодическую гипотезу заменили квазиэргодической. Но это ослабление может быть оправдано только некоторым безразличием (допустимыми ошибками) наблюдателя. Иначе понятию окрестности точки неоткуда появиться.

III. ДРУГОЙ СЛУЧАЙ НЕОБРАТИМОСТИ: ТЕПЛОВАЯ МАШИНА

Перейдем теперь к изложению того нового, что было понято при анализе еще одной существенной группы термодинамических явлений [12], которой не коснулся Смолуховский и которой ведущие теоретики, за исключением Л.Сциларда [13], в ХХ веке полностью пренебрегли.

Существуют две группы термодинамических явлений, в связи с которыми имеются две специальные формулировки второго закона термодинамики (считающиеся в конечном счете эквивалентными).

1) Это закономерности работы тепловой машины, на основании которых и было впервые введено понятие энтропии. Второй закон термодинамики утверждает относительно тепловой машины, что она может работать только при наличии разности температур, т.е. кроме нагревателя, за счет энергии которого машина совершает работу, ей требуется еще и некоторый особый инструмент, орудие производства — холодильник (с температурой более низкой, чем у нагревателя), которому неизбежно должна быть передана часть энергии нагревателя. Поэтому коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины обязательно ниже 100% — это даже при отсутствии трения.

Таким образом, холодильник позволяет (помогает, обеспечивает способ) тепловой машине переводить тепловую энергию (кинетическую энергию частиц газа) в какой-либо вид механической работы, но берет за это плату и изменяется сам, причем, к сожалению, так, что при конечной мощности (энергетической вместимости) нагревателя и холодильника КПД постепенно уменьшается и стремится к нулю. В процессе работы нагреватель охлаждается, а холодильник нагревается, и так до тех пор, пока температуры не сравняются, после чего тепловая машина окажется без холодильника и уже не сможет работать несмотря на то, что тепловая энергия у нагревателя и холодильника еще имеется.

2) Другая формулировка второго закона гласит: замкнутая изолированная система стремится к равновесию. Примеры очевидны: неоднородности плотности, давления, температуры газа внутри сосуда сглаживаются, температуры при тепловых контактах выравниваются и без тепловой машины. Итог тот же: тепловая машина в конце концов не сможет работать, так как не будет холодильника. Смолуховский исследовал именно эту группу явлений — поведение неравновесных систем.

Ввиду практической эквивалентности разных формулировок второго закона термодинамики и предельной ясности принципов действия тепловой машины, видимо, посчитали, что анализ ее работы не даст ничего нового. На самом же деле это не так. Среди характеристик ее работы есть одна, которая не появляется при рассмотрении поведения неравновесных систем и само название которой должно было бы насторожить объективистски настроенных физиков, если бы они были достаточно критичны. Это коэффициент полезного действия. Почему это вдруг в физике, объектом изучения которой считаются вещество или его части как они есть сами по себе, встретилось понятие «полезный»? Кому или чему полезный — системе как она есть, изучение которой является целью физики? Но, по-видимому, самой физической системе должно быть все безразлично! Кому же не все равно, что для совершения работы может быть использована только часть энергии нагревателя, в то время как остальная часть будет потеряна в холодильнике? И как это потеряна, она ведь сохранилась? Откуда появляется разбиение энергии (которая за исключением затраченной на совершение работы сохранилась полностью) на части по качественному критерию полезности? Кто или что производит разбиение? Разумеется, производит такое разбиение пользователь.

Это первый субъективный момент: источник требования разбиения энергии на сорта по разнице качества — человек. КПД без субъекта не возникает. Частицам, их набору (системе) и самой энергии абсолютно безразлично, как она распределится, лишь бы сохранялась.

Дальше. Почему же человек так подразделяет части энергии? Потому, очевидно, скажут, что одну часть он может использовать для своих целей, например, на подъем ведра воды, а ту часть энергии частиц, которая перешла в холодильник, не может, не способен использовать. Скажут еще, что все это давно известно и ничего нового тут открыть нельзя. Но это неверно. На этом ровном месте можно еще многое увидеть, если разобраться подробнее.

IV. КОНТРОЛЬ НАД СИСТЕМОЙ В ТЕПЛОВОЙ МАШИНЕ

1. Первое, на что следует обратить внимание при анализе возникновения разбиения энергии на полезную и бесполезную части — это необходимость для получения полезной работы управлять процессом передачи энергии от частиц газа каким-то другим телам. Не само же по себе тепло (энергия) решает совершить именно ту конкретную работу, которая нужна человеку. Чтобы за счет нее совершить что-то нужное, человек должен делать нечто определенное соответственно своей цели, имеющимся средствам и обстоятельствам.

В данном случае он строит специфическое устройство — тепловую машину, функционирование которой организовано особым образом, а не любым произвольным, случайным. Итак, он должен действовать, контролировать процесс, в достаточной мере коррелируя свои действия с расположением носителей тепла и с тем, что он хочет получить. Уже здесь есть два момента. а) наличие целенаправленной деятельности и б) необходимость коррелировать, согласовывать действия с состоянием системы, в какой-то мере контролировать систему в процессе получения от нее желаемого эффекта. Ни аспект деятельности в рассуждениях о термодинамике не был поднят философами и методологами, ни характеристики контроля и степени скоррелированности действий с состоянием системы не попали в поле зрения физиков или специалистов по управлению движением и не изучались, хотя вопрос об управлении возникал, например, при обсуждении «демона» Максвелла или работы машины Сциларда. Так что оказывается, не все так ясно с этой заезженной тепловой машиной.

Естественно было бы поинтересоваться конкретными численными характеристиками скоррелированности действий по переводу тепла в работу с помощью тепловой машины. Оказывается, что такая характеристика действительно есть, имеет размерность действия (произведения координаты и импульса или энергии и времени — как у постоянной Планка) и не равна нулю. Она указывает точность контроля над частицами при манипулировании ими с помощью тепловой машины. Другими словами, этот контроль как бы видит состояния частиц (координаты и импульсы) не точно, а лишь где-то в некоторой области около их истинных значений. Абсолютный контроль, предельно допускаемый классической механикой, оценивался бы нулевой неточностью в действии. Иначе говоря, хотя классическая механика в принципе позволяет контролировать частицы газа абсолютно точно, реальный контроль над ними совсем не обязательно такой точный, в частности, в тепловой машине он более грубый, чем предельно точный контроль, допускаемый механикой. Неудивительно тогда, что энергия частиц в тепловой машине не полностью передается в нужном направлении, отчего и КПД — не стопроцентный.

Ясно, что неточность контроля и нестопроцентность КПД — порождение именно контроля, способа обращения с частицами — безразлично, допускает ли природа более точный контроль или нет. Если она его не допускает, то все равно непосредственная причина нестопроцентного КПД — плохой контроль, а уж причиной невозможности точного контроля является природа (хотя и в этом случае реальный контроль может быть хуже, чем наилучший из допускаемых природой). Если же лучший контроль возможен, то отсюда еще не следует, что он реализован. Контроль всегда можно ухудшить. Причины плохого контроля могут быть разными, но при всех причинах плохой контроль не гарантирует получения наилучшего результата. И при одной и той же (в том числе и модельной) микромеханике виды и точности контроля и, соответственно, системы результатов действий могут быть разными. При этом для описания более или менее полных и замкнутых систем результатов могут возникать соответствующие теории. Например, при относительно точном контроле возникла классическая механика. Для описания результатов более грубого контроля появилась термодинамика тепловой машины. И т.д. Поэтому ошибочна позиция вывода всех особенностей термодинамики и статмеханики — статистической вероятности, необратимости, КПД, аддитивности энтропии — только из свойств и законов движения механических частиц, т.е. из одной механики, что обычно пытаются делать.

Опуская подробные доводы и выражаясь несколько нестрого, скажем, что логарифм неточности контроля над частицами при работе с газом с помощью тепловой машины и есть энтропия. Так понимаемая энтропия не есть свойство систем самих по себе, а есть характеристика связи субъекта и объекта. Одновременно такой контроль приводит к отношению к кинетической энергии частиц газа как к тепловой энергии. Можно сказать, тепловая энергия — это плохо контролируемая кинетическая энергия. Точнее, кинетическая энергия частиц предстает перед неточно контролирующим ее субъектом как тепловая энергия. Если бы некто смог ее контролировать с наилучшей точностью, допускаемой механикой, то она предстала бы перед ним как классическая механическая кинетическая энергия.

2. Второй момент в оценке работы тепловой машины — это источник, причина, основание оценки энергии, переданной холодильнику, как потерянной, приписывание ей некоторого плохого качества. Почему эта энергия оказывается потерянной? И здесь есть два существенно различающихся момента.

Говорят, что мы не можем ее использовать, потому что это запрещено законами термодинамики, являющимися законами природы. В доказательство приводят, например, опровержения успешной работы мысленных, теоретических устройств типа демона Максвелла, предназначенных для использования этой части энергии или вообще для работы без холодильника. Но подобные опровержения, приводимые в учебниках, неправильны по существу. Они ведь и основываются на использовании законов термодинамики. Говорят, например, что демон «покраснеет», т.е. нагреется. Такие опровержения тавтологичны, ведь вопрос заключается как раз в том, можно ли обойти термодинамику какими-то другими средствами. В примере с демоном это другое средство есть точный механический контроль над частицами (в модели вполне допустимый). А в механике понятие «нагревание» отсутствует, поэтому механический демон нагреться не может.

Рассмотрим это чуть подробнее. Когда утверждают, что демон нагреется, то как бы представляют, что он маленький, сравним с частицами газа, они налетают на него, толкают, и в конце концов он начинает болтаться из стороны в сторону так же хаотично, как они, и теряет способность контролировать свое и их состояние и управлять собой и ими. Но это совершенно неверное понимание возможностей механики. В механике нет хаотичности. И для демона, и для частиц она отсутствует. Для механики безразлично, большой демон или маленький, стоит он на месте или быстро движется, резко меняя направления. В любом случае он в каждый момент обладает определенными координатами и скоростью, которые механика позволяет отслеживать с любой точностью. И частицы движутся по своим траекториям, закономерно пролегающим в зависимости от начальных состояний и взаимодействий. Так что если надо, демон может даже избегать столкновений с ними.

Дальше. Явно или неявно полагают, что процедура измерения демоном состояний частиц будет их сбивать или что-то в этом роде, в результате чего последующие их состояния будут известны демону все хуже и хуже. Или полагают, так же не слишком осознанно, что на измерения потребуется так много энергии, что никакого выигрыша от такого контроля не получится. Такие мнения также ошибочны. Классическая механика в принципе позволяет произвести измерение сколь угодно точно, сколь угодно мало повреждая состояния измеряемых объектов. Здесь это можно реализовать, например, с помощью предельно малых и легких пробных тел, если их подставлять частицам и замерять их последующее движение. В квантовой механике за измерение надо в некотором смысле платить. Этот вопрос рассматривал Л.Бриллюэн [14]. Но в классической механике платить необязательно.

Реальному человеку, конечно, труднее. Частиц в холодильнике много и в них трудно разобраться, следовательно, их трудно или практически невозможно проконтролировать достаточно тщательно, чтобы получить полезный эффект. Тем более при помощи тепловой машины обычного типа, в которой слежение за отдельными частицами и за временем отсутствует, где движения поршня производятся наобум, без согласования с состояниями частиц, нельзя получить работу за счет энергии одного холодильника.

Именно поэтому, из-за особенностей контроля, энергия, переданная холодильнику, для человека становится бесполезной и оценивается им как энергия низкого качества, хотя объективно, с точки зрения чистой механики, она не хуже любой другой.

Этого уже достаточно, чтобы возникала нормальная термодинамика с требованием для тепловой машины холодильника — как описание возможностей и результатов работы тепловой машины. Поэтому классификация должна проводиться более последовательно вот в каком смысле.

Для получения работы с помощью тепловой машины требуется холодильник. Вопрос же о возможности использовать энергию холодильника с помощью каких-то других действий и устройств — это уже другой вопрос, ответ на который выходит за рамки закономерностей, характерных для работы с помощью тепловой машины, и зависит от конкретных возможностей соответствующего контроля над частицами. По-видимому, нельзя доказать, что достаточно точный контроль, позволяющий получить (почти) все, что не противоречит закону сохранения энергии, вообще невозможен. А для каждого данного уровня развития физики можно лишь утверждать, что контроль не может быть лучше, чем допускает механика, известная в данный момент. Классическая механика вообще на ставила здесь какого-либо ограничения. Последовавшая за ней квантовая механика ограничивает точность контроля величиной порядка постоянной Планка. В обычных тепловых машинах контроль далеко не достигает такой точности — квантовые эффекты в них пренебрежимо малы.

Теоретические закономерности, например, второй закон термодинамики, получаемые на основании систематизации результатов работы тепловой машины, нельзя толковать слишком расширительно, распространяя на все и вся. Они условны и должны заменяться другими при смене средств и способов контроля. Но и наоборот: возможность более успешных результатов не имеет никакого отношения к результатам, характерным для тепловой машины. Так, если бы демон Максвелла хорошо работал, от этого КПД обычной тепловой машины нисколько не изменился бы. Так что вопрос о возможностях других типов устройств и действий — дополнительный, посторонний по отношению к оценке возможностей и характера работы с помощью тепловой машины.

Если речь идет именно о ней, то получается по крайней мере значительная и существенная часть термодинамики: 1-й закон (сохранение энергии в процессах) и 2-й закон (необходимость холодильника и невозможность использовать его энергию с помощью тепловой машины). Эти термодинамические закономерности есть следствие специфического характера контроля над системами с помощью тепловой машины, а не обязательно общие, универсальные и неизбежные при любых действиях законы природы. Совершенно ясно, что демон Максвелла анализируется, чтобы выяснить возможности контроля, отличного от того, который осуществляется с помощью обычной тепловой машины. Но если способности демона ограничивают на основании того, что он покраснеет, то ясно, что весь анализ возвращается к анализу возможностей контроля у тепловой машины с характерным для нее результатом.

Как уже сказано, сомнительно, чтобы можно было доказать в общем случае невозможность более эффективных способов контроля. Во всяком случае, в теоретическом модельном мире, в котором предположена справедливость классической механики, возможность подобных (теоретических) устройств бесспорна, и тем не менее в этом же мире при использовании контроля над частицами с помощью модельной тепловой машины, работа которой организована обычным образом, обязательно потребуется холодильник, тепло которого при таком же контроле (т.е. с помощью обычной тепловой машины) уже невозможно использовать.

Следовательно, термодинамика возникает как отражение специфических результатов при определенном способе контроля над системами. Точнее сказать, при том контроле над передачей энергии, который осуществляется с помощью тепловой машины, обязательно возникает вполне полноценная термодинамика.

V. СОГЛАСОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИКИ И МЕХАНИКИ ЧЕРЕЗ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

При определенном характере действий с модельным классическим миром возникает особая (термодинамическая) система параметров и результатов — макросостояние и макрозаконы, т.е. как бы особый термодинамический мир. Макропараметры полностью определяют макросостояние. Воздействия ими на макросостояния дают результаты термодинамического характера. Никакие микропеременные (т.е. координаты и импульсы частиц) для работы не требуются и в рамках макропеременных и макропроцессов вообще являются ненаблюдаемыми. Образуется как бы замкнутый термодинамический мир, который, если не действовать более точно, представляется существующим вполне суверенно, без субъекта, чисто объективно, сам по себе и вообще единственным, полностью исчерпывающим материальную реальность.

Существующими суверенно, чисто объективно термодинамические системы фактически представляли и представляют до сих пор (если не считать взгляды Смолуховского). Говорят: это макросистемы, у них такие законы — собственные, природные. Но нет, макросистемами наборы частиц кажутся, выглядят, становятся для нас, когда их контролируют грубо, хуже, менее точно, чем в принципе позволяет механика.

Совершенно ясно, что отношение к макросистемам как к природно-макроскопическим, самостоятельно-термодинамическим не приводит к трудностям и ошибкам лишь до поры до времени. Как только дело доходит до основ, до выяснения подоплеки законов термодинамики, до согласования их с законами механики, так сразу же при таком отношении должны проявляться противоречия. Они и проявлялись на протяжении столетия в виде трудностей согласования термодинамической необратимости с обратимостью механики, парадоксов Гиббса и т.д. При чисто объективистском подходе (отношении) наборы частиц сами должны становиться макросистемами и проявлять свойственное макросистемам поведение, однако механическая первооснова — а ничего другого (в модели) нет — этого не может позволить, что неоднократно и бесспорно доказывалось. При объективистском подходе выхода из этого противоречия нет. Поэтому вывод Ландау и Лифшица об отсутствии решения проблемы необратимости верен в рамках объективизма и естественно следует из него.

Указанные трудности естественно снимаются при деятельностном подходе, когда механика и термодинамика оказываются существующими в разных сферах, на разных уровнях: механика — в реальности, объективно (конечно, в модели), а термодинамика — в сфере впечатления, кажимости, субъективно, в сфере отражения некоторых результатов деятельности. А обратимость в реальности и необратимость во впечатлении могут существовать одновременно, что показал еще Смолуховский. Но в сфере одной и той же реальности они одновременно существовать не могут. Понятно теперь, почему длительные многократные попытки совместить их там не увенчались успехом.

В достаточной мере для своих целей — поисков правильной интерпретации необратимости — преодолел объективизм только Смолуховский. Однако влияние его открытия с течением времени стерлось в основном из-за объективизма физиков, и его понимание не было в дальнейшем полноценно использовано в формальном аппарате обоснования статфизики.

В дополнение к двум учтенным Смолуховским несовершенствам наблюдателя, плоховато видящего и относительно недолго наблюдающего, но бесстрастного и не отдающего предпочтения ничему, анализ процедур с тепловой машиной и классификации результатов обнаруживает вклад еще более глубокого субъективного свойства — заинтересованность действующего субъекта. Если она и была уже у наблюдателя Смолуховского, то была выражена неотчетливо, скорее присутствовала неявно. А заинтересованность — чрезвычайно важный момент. Только при ней по существу порождаются коэффициент полезного действия и само понятие действия — некоторой целенаправленной деятельности с системами, которая в свою очередь обязательно должна так или иначе согласовывать манипуляции, производимые с материалом, с его состоянием соответственно преследуемым целям, т.е. так или иначе управлять материалом, контролировать его, когда только и возникает понятие точности контроля, его возможности эффективно работать с тем или иным материалом и оценка материала (запасов энергии) как полезного или бесполезного.

Виды, средства и способы контроля в принципе могут быть различными. Один из способов — как в тепловой машине. Тогда получается термодинамика тепловой машины. Чуть более внимательное, чем в учебниках, рассмотрение показывает, что даже при одной частице в объеме типичное для тепловой машины оперирование движением стенок порождает эффекты, свойственные термодинамике. Так что в возникновении термодинамики решающую роль играет не количество частиц (как считают, большое число частиц порождает макроскопичность), а способ контроля над ними. Большое число частиц лишь практически не позволяет нам (возможно, пока) достаточно точно контролировать их и вынуждает нас прибегать к грубому контролю с соответствующими последствиями.

Термодинамику порождает специфический контроль. Если бы мы научились более тщательно следить за состоянием всех частиц по отдельности и, более точно приноравливаясь к их состояниям, отбирать для своих целей всю их кинетическую энергию, это нисколько не изменило бы результаты работы тепловой машины, функционирование которой организовано обычным образом. Для описания этих результатов потребовалась бы обычная термодинамика. Если завтра мы научимся тщательнее работать с частицами (а в модели мы это можем сделать), от этого обычная термодинамика обычным образом построенной тепловой машины никуда не денется.

Итак, разбиение энергии по качеству на «плохую» и «хорошую», полезную и бесполезную, ценную и бросовую не абсолютно, а относительно: разбиение производится соответственно данному способу контроля. Сама же по себе энергия, распределенная по веществу, не может быть классифицирована по такого вида качеству.

Статистические и термодинамические свойства и закономерности также условны. Одной только природой, исходным материалом, сколько бы его ни было, и его исходными законами они не порождаются. Объективно, без действующего и оценивающего субъекта этих закономерностей вообще нет. Более того, они возникают и не при любых его действиях, а лишь при специфических (правда, широко применяющихся), при особом способе контроля над материалом (и то приближенно [12,15,16], о чем мы здесь не будем говорить).

Таким образом, в том, что касается тепловой машины, принципиальных неясностей, связанных с соотношением микросостояния и макросостояния, с энтропией и необратимостью, не остается. С традиционной точки зрения энтропия — это функция состояния макроскопических (многочастичных) систем. С точки зрения термодинамики, т.е. с собственно «макроскопической» точки зрения энтропия — это функция состояния «макроскопического мира», который представляется единственно существующим, так как частицы и их механика в термодинамике не наблюдаемы. С «микроскопической» же точки зрения, когда считаются существующими частицы и действующий субъект, энтропия — это некоторая мера качества контроля субъекта над частицами (микросистемой), осуществляемого с помощью тепловой машины.

С первых двух точек зрения и с третьей — при сохранении того же типа контроля — увеличение энтропии соответствует переходу к состоянию с худшими возможностями использования имеющейся тепловой энергии (в первых двух интерпретациях) или кинетической энергии частиц газа (в третьей интерпретации).

VI. ЭНТРОПИЯ В ШИРОКОМ СМЫСЛЕ

С термодинамикой тепловой машины и энтропией как характеристикой точности управляющих действий в этой машине разобраться относительно легко, так как соответствующие ситуации достаточно ограниченны, хорошо определены и достаточно просто считаются. Однако понятие энтропии используется гораздо шире (а зачастую — заведомо слишком широко). Можно ли это делать, есть ли в этом что-то рациональное и если есть, то что именно?

Может быть, наилучшее популярное объяснение понятия энтропии в широком понимании содержится в старой брошюре Ф.Ауэрбаха «Царица мира и ее тень» [17] — записи лекции начала века. В ней рисуется впечатляющая картина движения энергии в мире и запасенных потенциальных ее источников: солнечного света, горючих ископаемых, энергии рек, текущих с возвышенностей, ветра и т.д., — огромных количеств энергии — царицы мира. Но ее неумолимо преследует тень - энтропия. Солнце и земное горючее сгорят, возвышенности сравняются с равнинами, реки перестанут течь, а ветры дуть. Куда же денется энергия, которая, конечно, сохраняется, в каком она окажется состоянии, как она распределится и можно ли будет жить за ее счет? Энергия хорошего качества — в таких концентрированных видах, которыми нам относительно удобно пользоваться: солнечная, химическая (горючее), потенциальная энергия воды в реках, кинетическая энергия воздушных масс, — в конечном счете переходят в тепловую энергию частиц вещества — энергию худшего качества, так как практический КПД ее использования существенно ниже 100%. А при полном переходе в тепловую энергию и при выравнивании температур — в совершенно бесполезную, так как согласно термодинамике за счет тепловых масс одной и той же температуры работа не может совершаться.

Другими словами, при том, что энергия сохраняется, она в конце концов так распределяется (разбегается) по мельчайшим частицам вещества, что ее становится трудно или невозможно использовать. Энтропия, согласно традиционной интерпретации, которую и излагал публике Ауэрбах, и есть мера такого обесценивания энергии: при переходе других видов энергии в тепловую энтропия возрастает, и при полном переходе и выравнивании температур становится максимальной. Состояние мира только с одной лишь тепловой энергией и с одинаковой везде температурой и соответственно максимальной энтропией раньше называли тепловой смертью вселенной.

Не будем обсуждать вопрос о том, конечны или (практически) бесконечны возможные источники энергии «хорошего качества». В остальном нарисованная картина, по крайней мере для некоторой упрощенной модели мира, верна, и привычная интерпретация энтропии изложена также верно. Есть лишь методологические недоговоренности, важные не для широкой публики, а как раз для специалистов-физиков и методологов, занимающихся обоснованием термодинамики и статфизики и уточнением понятия энтропии и происхождением и интерпретацией второго закона термодинамики.

Выше мы определили энтропию как меру неточности контроля над частицами в тепловой машине — т.е. в определенном процессе, осуществляемом с определенной целью и определенными средствами и методами. В связи с этим возникают два момента.

1) Если кинетическая энергия распределилась по частицам вещества так равномерно, что обычными грубыми средствами невозможно выделить заметные группы частиц с разными средними энергиями (температурами), то тепловая машина не сможет работать. Но в принципе никогда нельзя отрицать возможности контроля более точного, чем в настоящее время. При лучшем же контроле момент тепловой смерти отодвинулся бы. Очевидно, возможность получить работу за счет кинетической энергии частиц и, соответственно, «качество» этой энергии относительны и зависят, помимо характера ее распределения по частицам и распределения самих частиц, от качества контроля. Конечно, реальный контроль никогда не сможет быть абсолютно совершенным, поэтому в любой данный момент найдутся массы вещества, внутреннюю кинетическую энергию которых практически невозможно использовать. Тем самым качество этой энергии окажется «плохим».

О лучшем контроле над теплом пока сказать что-либо трудно. В то же время в обычном производстве контроль постоянно улучшается, так что со временем и бросовые ресурсы, бывает, начинают использоваться. Так, Бальзак однажды понял, что некие старые месторождения драгметаллов, выработанные уже в древности, могут еще принести выгоду, так как технология добычи (способ контроля над ресурсами) с тех пор значительно улучшилась. Он принялся за организацию новых разработок, которые впоследствии действительно дали большую прибыль, правда, не ему — его личный контроль над ситуацией оказался недостаточным. Разумеется, после новой выработки месторождения в нем опять кое-что осталось, но снова как бросовые ресурсы.

Итак, качество энергии определяется применяемым контролем, безотносительно к нему такого подразделения энергии нет. И при лучшем, чем в тепловой машине, контроле можно будет говорить об энтропии как о характерной мере неточности этого контроля и соответственно возможностям такого контроля оценивать «качество» наличной энергии, распределенной по веществу.

2) В то же время вне контроля, т.е. безотносительно к заинтересованному субъекту, никакую объективную, однозначно определяемую степень неоднородности в распределениях дискретных частиц и их энергий (или скоростей) по координатному пространству и пространству скоростей ввести нельзя. Одно разбиение пространства (мысленное) на ячейки для подсчета степени неоднородности ничем не лучше любого другого, которое может дать совсем другую оценку. Так как в море частиц всегда найдутся частицы с разными энергиями, то при любой степени так называемого равновесия формально можно так построить разбиение (не обязательно с плоскими или вообще гладкими границами), что в одной части окажутся частицы с большей средней энергией (т.е. при обычной интерпретации - с большей температурой), чем в другой. Другими словами, в принципе практически при любом распределении частиц по координатам и скоростям существуют отделяемые друг от друга группы, различающиеся средними энергиями, т.е. температурами. Следовательно, абстрактно всегда существует потенциальная возможность подразделить частицы на частицы нагревателя и частицы холодильника с разными температурами. В этом смысле никакой тепловой смерти не может быть. Кстати, по сути именно это, помимо прочего, означают доказательства невозможности получить статмеханику и термодинамику из одной механики ни при каких количествах частиц. Почему-то никто не заметил, что доказательство неследования термодинамики из одной механики является также доказательством того, что законы термодинамики — это не законы природы самой по себе (как ее понимает физика).

Таким образом, вне контроля, т.е. безотносительно к заинтересованному субъекту, чисто объективно, энтропии не существует. Поэтому в самом том мире, который с тем или иным результатом изучает физика, нет самого по себе второго закона термодинамики, как нет и самой термодинамики. Важнейшее следствие для методологов, которое отсюда проистекает, — это несостоятельность и принципиальная ошибочность попыток получить статистику и термодинамику из самого движения частиц и необходимость строить их как отражение результатов деятельности субъекта, воздействующего на системы и процессы относительно грубыми средствами.

Хотя, вероятно, большинство не задумываясь и тем не менее в общем верно для данного случая поймет сказанные выше слова об изучаемом физикой мире, мире без субъекта, все же во избежание путаницы отвлечемся на время от собственно энтропии и несколько уточним, что здесь понимается под этим миром.

Физика — наука, направленная на изучение мира как он есть, имеющая перед собой такую идеальную цель. Но она наука частная, работающая своими специфическими средствами. Вследствие этого она способна изучать не всякие свойства и стороны мира, а лишь те свойства, которые подвластны контролю этими средствами и методами, те свойства, на которые эти средства реагируют. Физика изучает свойства мира, воздействующие на объекты, состояния которых мы можем (приближенно) отмечать и которые в общем случае можно назвать измерительными приборами. Измерительным прибором может быть и невооруженный глаз, и, скажем, собственный палец, у которого мы можем отмечать как положение, так и разные ощущения различной силы, — приписывая причины, их вызывающие, внешней среде. По показаниям приборов и их сочетаниям мы судим о мире. Приборы могут быть в какой-то степени взаимозаменяемыми. Физика изучает сущности (свойства) с такими воздействиями, которые могут быть уловлены вполне неживыми устройствами (приборами), состояния которых мы затем наблюдаем. Неживые приборы не реагируют на специфические особенности живого, свойственные только живому. Следовательно, физика изучает только сферу неживого. Она это делает даже когда перед ней живой объект, она не видит и не может видеть, что он живой. Так, она может видеть некоторые изменения (эффекты) в мире, сопутствующие тому, что мы называем болью: например, движения молекул и различные электрические потенциалы, — но по существу, качественно, не может отличить эти эффекты от реакций, скажем, неощущающего камня на удары по нему молотка, т.е. не может видеть самой боли.

Таким образом, во-первых, мир, как он предстает перед физикой, — это неживой мир, мир вещества, который, очевидно, не исчерпывает всего мира.

Во-вторых, картина мира, которая выстраивается перед нами физикой, меняется в процессе познания. а) В любой данный момент эта картина в смысле проникновения вглубь конечна, хотя, возможно, в крайних, наиболее глубоких, первичных пунктах, она и весьма неясна. б) В каждый данный момент наиболее глубокие данные о первоначалах выступают как чисто объективные, без примеси в них чего-либо субъективного, так как структурирующий вклад контроля невидим.1)

-----------------------------------------------
1) Конечно, физикой должно полагаться, что на приборы действуют сами первоначала и ничто другое, например, электроны, а не некая усредненная величина, которую называют током. Но, кроме того, не исключено, что правильным должно считаться, что при этом первоначала («первичные» элементы) действуют как простой их набор, не системно. Системность как нечто более высокое, чем физическое, если она возможна, должна быть, по-видимому, чисто взаимным, внутренним свойством, как боль у живого организма, и не замечаться физически. Вероятно, системность такого рода можно только осознать, т.е. увидеть умом. По-видимому, если бы физика могла видеть системность у набора элементов, то могла бы видеть и боль, перестав быть обычной физикой.
-----------------------------------------------

в) Эта глубина, если так можно выразиться, постепенно углубляется, при этом прежние «первоначала» оказываются конструкциями из новых с обязательным вкладом субъективного (хотя это может быть и не понятым). Почти ясно, что этот процесс углубления первоначал и осознания предыдущих как не совершенно объективных, бесконечен. Так происходит освобождение знания (о веществе) от неконтролируемого вклада субъективного, что, разумеется, тоже есть рост знания. г) Именно по отношению к знанию первоначал физика говорит: «Вот каков мир (вещества) на самом деле. » О менее глубоких уровнях она должна говорить (что, напоминаем, не часто осознается): «Имеются такие-то особые сочетания, конструкции и связи между ними. Вот как они образуются из первоначал с таким-то вкладом субъективного.» д) Несмотря на бесконечность процесса углубления знания физика полагает для себя, что имеется чисто объективное основание вещества. Именно оно существует само по себе и на самом деле, а все остальное существует в видимости, не само по себе, а только для субъекта. Выходит, Демокрит был выразителем как раз так себя понимающей физики: «Существуют атомы и пустота, а остальное — только во мнении», — конечно, с поправкой на то, что он, насколько мы знаем, верил в ограниченную — только до атомов — делимость материи и соответственно в конечную глубину первоначал.

Так вот в этом смысле мы здесь и говорим, что термодинамика и энтропия вместе с законом ее возрастания не относятся к физическим первоначалам и не порождаются ими, следовательно чисто объективно не существуют. В простейшей для настоящего времени модели мира с механическими частицами в качестве первоначал вещества это прослеживается с полной ясностью.

VII. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ МАКРОПАРАМЕТРОВ
КАК ОСНОВАНИЕ ИХ ОБЪЕКТИВИЗАЦИИ

Итак, движения материи и энергии не являются сами по себе ни хорошими и ни плохими, ни полезными и ни вредными, ни улучшающими и ни ухудшающими состояние вещества самого по себе. Но они могут приводить к состояниям материала, неодинаковым по возможности быть полезными для субъекта, которому с этим материалом надо жить и работать, который получает от него результаты в зависимости не только от собственно состояния материала, но и от имеющихся у субъекта в данный момент (и всегда ограниченных) возможностей контролировать материал и управлять им. В связи с этим ограниченный в своих деятельностных способностях субъект, не разобравшийся в причинах разницы качества результатов, а то и ради простоты начинает оценивать и классифицировать сам материал соответственно качеству результатов, которые он может получить при работе с веществом в разных его состояниях, ссылаясь как на причину этой разницы исключительно на эти состояния, приписывая этим состояниям различные качества сверх тех параметров (переменных), значениями которых эти состояния полностью определяются. А во времена, когда анализ был слаб, а некритичность велика, и способы деятельности и соответственно контроля были весьма однообразны, выработалась устойчивая привычка приписывать причины различного качества результатов работы с материалом именно и только различному качеству самого материала. Лучше контролировать материал все равно было невозможно, так что эта ограниченность возможностей контроля практически выступала как закон (или свойство) самой природы. Ошибочность такого представления, возникающего как безграничная экстраполяция в действительности условной закономерности, при ограниченной практике не приводила к заметным отрицательным последствиям, но в конце концов дала себя знать в теоретических парадоксах обоснования термодинамики и статфизики.

Сейчас, после принципиального разрешения рассматриваемых парадоксов и неясностей, отношение к статистической механике и термодинамике в целом и к энтропии в частности может быть двояким, и это вполне разумно и рационально.

Говорят, автор третьего закона термодинамики Нернст любил карпов, таких спокойных и медлительных, за то, что они мало увеличивают энтропию, рост которой ему очень не нравился. Он и никому не должен нравиться, в том числе и физикам, хотя с точки зрения той физики, о которой говорилось выше и которая не знает живого, объективно нет не только роста энтропии, но и самой по себе энтропии.

Последнее предложение содержит эти две позиции, принципиально различающиеся, но связанные деятельностью субъекта. Представленная выше точка зрения, согласно которой объективно существуют только глубинные «первоначала», а энтропия и вообще термодинамика порождаются как теоретические отражения результатов определенной деятельности субъекта с «первоначалами» и чисто объективно не существуют, достаточно (для настоящего времени) последовательна и непротиворечива.

В каком же смысле может быть допустимой и полезной другая позиция, позволяющая широко пользоваться представлением о самостоятельном, суверенном существовании энтропии у некоторых систем? Основание для этого аналогично тому, которое позволило представлению о самостоятельном существовании энтропии, строго говоря, неверному, продержаться полторы сотни лет. Это широкая работоспособность, результативность теории, использующей это понятие в качестве самостоятельно существующей характеристики по крайней мере некоторых частей реальности. Эта работоспособность была и остается, конечно, условной — до тех пор, пока понятия применяются при «термодинамическом» способе контроля. Другими словами, чистая «объективизация» отчасти субъективных конструкций происходит при работе преимущественно данным способом контроля, когда условность практически незаметна и в лучшем случае как бы подразумевается или «держится в уме».

Аналогично, если результаты, имеющие ценность для субъекта, получаются в деятельности с некоторой типичной точностью, и нет намерения или возможности действовать более точно и тщательно, то результаты оперирования с полностью «объектизированными» («макро»)параметрами эффективно, практически не отличимы от результатов осознанно проведенной деятельности с «первоначалами», при которой отчетливо виден субъективный вклад в образовании этих параметров. Поэтому и в указанных рамках этими по-видимости объективными параметрами можно пользоваться в работе. Лучше, конечно, если связь «макропараметров» с материалом и характером деятельности понимается отчетливо, но в определенных рамках и до определенной границы это необязательно.

Рассмотрим пример. В инструкциях к электроплитам справедливо рекомендуется пользоваться кастрюлями с дном не меньшим, чем конфорка. Пусть на широкую конфорку ставят греть воду в маленькой кастрюле. Легко увидеть, что при этом половина тепла сразу же улетучивается без всякой пользы (если не считать полезным нагревание атмосферы): достаточно подержать руку над кастрюлей. Конечно, эта энергия не исчезает. Но нам нужна не вообще энергия, а лишь та, которую мы можем использовать для своих целей. А эту улетучивающуюся пойди поймай потом! В этом случае можно и нужно — как минимум, ради краткости и образности, а это немаловажный фактор, — всю ситуацию оценивать как способствующую росту энтропии и потому неудовлетворительную. Можно смотреть шире и все ситуации, когда что-то без особой пользы разбивается, разливается, разбрасывется, расплывается, теряется, забывается, улетучивается, короче — портится, — характеризовать как сопровождающиеся ростом энтропии. Когда мальчишки бьют стекла — они увеличивают энтропию, преподносят людям дополнительные заботы. Когда расползается радиоактивность — энтропия увеличивается. И т.д. Ломать — не строить! Сломать можно в огромное множество разнообразных состояний, из подавляющего большинства которых ничего путного без чрезвычайных ухищрений нельзя получить. А строить — это создавать всегда что-то выделенное, особое, специальное. Это особое случайно, само собой не создается из осколков и мусора, а требует специальных усилий.

Ввиду никогда не абсолютной точности и полноты знаний реальности и не абсолютного совершенства средств и методов деятельности любая реальная деятельность имеет и отрицательные последствия. Диалектика хорошо это понимает. «Не будем, однако, слишком обольщаться нашими победами над природой. За каждую такую победу она нам мстит. Каждая из этих побед имеет, правда, в первую очередь те последствия, на которые мы рассчитывали, но во вторую и третью очередь совсем другие, непредвиденные последствия, которые очень часто уничтожают значение первых. На каждом шагу факты напоминают нам о том, что мы отнюдь не властвуем над природой так, как завоеватель властвует над чужим народом, не властвуем над ней так, как кто-либо находящийся вне природы, — что мы, наоборот, нашей плотью, кровью и мозгом принадлежим ей и находимся внутри ее, что все наше господство над ней состоит в том, что мы, в отличие от всех других существ, умеем познавать ее законы и правильно их применять.

И мы, в самом деле, с каждым днем научаемся все более правильно понимать ее законы и познавать как более близкие, так и более отдаленные последствия нашего активного вмешательства в ее естественный ход. Мы становимся все более и более способными к тому, чтобы уметь учитывать также и более отдаленные естественные последствия по крайней мере наиболее обычных из наших действий в области производства и тем самым господствовать над ними.» [18]

Несомненно, правильное понимание принципов деятельности, зависимости результатов не только от материала, но и от способов и средств деятельности имеет непосредственное отношение к проблемам экологии и есть необходимое условие деятельности, минимально ухудшающей экологическое состояние среды обитания. Между прочим, и термин «экологическое состояние» по меньшей мере часто понимается как вполне объективный, хотя он имеет смысл, конечно, только как оценка состояния по отношению к возможности и цене существования в нем тех или иных организмов с помощью типичных для них процессов, а не как оценка состояния среды самой по себе. Но пока что практических трудностей из-за этого переноса смысла, по-видимому, не возникает.

С ростом масштабов производства помимо частных производственных мероприятий жизненно важными в экологическом отношении становятся адекватное уровню развития производства планирование в масштабах отраслей, целых государств и всего мира, опирающееся на все более точное и масштабное моделирование систем и процессов в них и на достигнутый уровень технологии производства (т.е. контроля над материалом работы). Пришло время, когда производство достигло такой мощи, всеобщности и взаимосвязанности, что даже само социальное устройство должно препятствовать хищнической растрате жизненно важных ресурсов. Так же, как Нернсту нравились медлительные карпы, мало увеличивающие энтропию, рост которой он, видимо, ощущал чуть ли не физиологически, так и всех грамотных и заинтересованных в судьбах человечества людей должна тревожить лихорадочная трата ресурсов при производстве все новых видов продукции, зачастую необходимых почти исключительно для того, чтобы немедленно получить новую прибыль, бурное «рыночное» и рекламное мельтешение ради создания новейших «потребностей» вместо жизненно полезной производительной деятельности, и т.п., примеров чему каждый может привести сколько угодно.

Таким образом, соответственно ее смыслу понятие энтропии может быть рационально применено в весьма широких областях к оценке соотношения положительных и отрицательных последствий человеческой деятельности с природой, хотя в настоящее время она строго определена практически только для случая работы с помощью классической тепловой машины. В других случаях ее определение следует уточнять или даже вводить заново соответственно целям, средствам и способам контроля, который будет применяться в производственной деятельности и при утилизации отходов производства.

Это, конечно, очень широкая постановка вопроса. От нее до конкретных реализаций — не один шаг. Тем не менее эти реализации возможны и весьма желательны. Важность их заключается не только в том, чтобы единым, универсальным критерием оценить, что мы наделали. Еще важнее то, что анализ и систематизация комплекса производственных действий, необходимые для определения соответствующей энтропии, могут позволить заранее предсказать величину роста энтропии в той или иной схеме действий, при том или ином контроле.

Для сравнения вспомним широко распространившееся у нас среди неспециалистов в области этнографии понятие пассионарности по Л.Гумилеву. Расширяет какой-либо народ сферу своего влияния — есть у этого народа пассионарность, не расширяет — нет ее. Причина расширения — пассионарность. Беда только в том, что это понятие не определяется независимым образом через какие-то черты народа, условия жизни и т.п., чтобы можно было предсказать будущие последствия, а не только обзывать их задним числом еще одним словечком — следствием пассионарности или ее отсутствия. Но в таком случае это понятие совершенно бесполезно и ненаучно.

Иное дело — энтропия, при условии, конечно, успешной разработки теории, адекватной анализируемым обстоятельствам, что, повторяю, весьма трудно и проблематично, но в принципе возможно.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. — М.: Наука, 1976.

[2] Балеску Р. Равновесная и неравновесная статистическая механика. Т. 2. — М.: Мир, 1978.

[3] Пригожин И. От существующего к возникающему. — М.: Наука, 1985.

[4] Крылов Н.С. Работы по обоснованию статистической физики. — М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1950.

[5] Боголюбов Н.Н. О некоторых проблемах, связанных с обоснованием статистической механики // История и методология естественных наук. Вып. ХХХ. Физика. — М.: Изд-во МГУ, 1983, с. 3-8.

[6] Власов А.А. Статистические функции распределения. — М.: Наука, 1966.

[7] Смолуховский М. Доступные наблюдению молекулярные явления, противоречащие обычной термодинамике // Эйнштейн А., Смолуховский М. Брауновское движение. — Л.: ОНТИ, 1936, с. 197; Молекулярно-кинетические исследования по вопросу об обращении термодинамически необратимых процессов и о возврате аномальных состояний // Там же, с. 303.

[8] Пуанкаре А. Наука и гипотеза // О науке. — М.: Наука, 1983, с. 112-113; Ценность науки // Там же, с. 238-239.

[9] Пригожин И. Время, структура и флуктуации // Успехи физических наук, 1980, т. 131, вып. 2, с. 185-207.

[10] Rosenthal A. // Ann. d. Phys., 1913, b. 42, s. 796; 1914, b. 43, s. 894.

[11] Planscherel M. // Ann. d. Phys., 1913, b. 42, s. 1061.

[12] Губин В.Б. Физические модели и реальность. Проблема согласования термодинамики и механики. — Алматы: МГП «Демеу» при изд. «Рауан» Минпечати Республики Казахстан, 1993.

[13] Szilard L. Uber die Entropieverminderung in einem thermodinamischen System bei Eingriffen intelligenter Wesen // Z. f. Phys., 1929, b. 53, s. 840-856.

[14] Бриллюэн Л. Наука и теория информации. — М.: Физматгиз, 1960.

[15] Губин В.Б. Прав ли Пригожин? (Согласование термодинамики с механикой и деятельностный механизм формирования объектов) // Философские науки. 1995. Вып. 5-6. С. 140-151.

[16] Губин В.Б. О роли деятельности в формировании моделей реальности // Вопросы философии. 1997. No 8. С. 166-174.

[17] Ауэрбах Ф. Царица мира и ее тень: Общедоступное изложение оснований учения об энергии и энтропии. Издание 6-е. — Одесса: Mathesis, 1913.

[18] Энгельс Ф. Диалектика природы. (Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека.) // Маркс К., Энгельс Ф. Сочинения. Т. 20. — М.: Госполитиздат, 1961, с. 495-496.

Комментарии: 1