Глава VII. Принцип Карно

I. Проблема "сотворения мира" и термодинамика

Если вопрос о множественности обитаемых миров в научном изучении вселенной находит свое законное место, то так называемая "проблема сотворений мира" может показаться гораздо более необычной. Однако мы обязаны встретить эту проблему лицом к лицу, называя ее собственным именем. Ведь многие ученые, введенные в заблуждение математическим формализмом, о чем мы говорили в гл. V, и все еще находящиеся под влиянием ' преобладающей сейчас идеологии буржуазии, из среды которой они вышли, более не колеблются говорить о "научной" необходимости творения. Некоторые мистические соображения Джинса по поводу жизни во вселенной покажутся нам даже слишком осторожными по сравнению с том, что сам Джинс, Эддингтон или, например, Леметр, пишут о "происхождении мира".

Несомненно, среди астрономов находились креационисты во все времена, но они стали весьма сдержанными после большого подъема материализма, сопровождавшего триумф промышленной буржуазии в конце XVIII и в XIX вв. Например, Фай, крупный космогонист времен Второй империи и первых лет Третьей республики, ограничивался общими и очень туманными соображениями, пытаясь опереться на авторитет Декарта. Он писал:

"Как бы ни говорили, что вселенная есть бесконечная серия превращений, что все, что мы видим, логически обусловлено прежним состоянием как в прошлом, так и в будущем, мы не видим, как первоначальное состояние могло придти к гигантскому скоплению материи, к хаосу, откуда, несомненно, берет начало настоящее состояние. Следовательно, нужно начать с гипотезы и попросить у бога, как это сделал Декарт, рассеянную материю и силы, ею управляющие".^*

^* (Fауе, Sur l'origine du monde, стр. 257-258. )

Подобные утверждения всегда имели, независимо от намерений их авторов, характер самых обычных вымыслов, лежащих вне какой-либо науки. Их религиозное происхождение было настолько очевидным, что ими никого нельзя было обмануть.^*

^* (С этой тенденцией, заслуживающей похвалы во всяком случае за свою откровенность, связаны имевшие место в наши дни наивные и комичные попытки аббата Морэ и г-на Било подтвердить каждую фразу книги Бытия данными современной науки.)

В настоящее же время, напротив, идеалисты, используя некоторые темные пункты, еще не до конца выясненные современной наукой, пытаются утверждать, что сама наука неизбежно заставляет предположить сотворение мира в определенный момент прошлого. Короче говоря, они пытаются доказать следующие два положения:

1) вселенная все время эволюционирует в одном направлении, и некоторые ее существенные характеристики никогда не смогут снова приобрести уже достигнутых значений. Она в целом стареет, как и человек, и это влечет за собой невозможность ее вечного существования;

2) для разрешения противоречий, к которым мы таким образом приходим, необходимо предположить вмешательство чего-то иррационального, т. е. божественное творение.

Очевидно, что присоединиться к последнему заключению означает полностью отбросить научную точку зрения. В самом деле, становясь на подобную точку зрения, мы в качестве исходной точки последующих реальных событий привлекаем нечто нереальное, иррациональное, т. е. к объяснению происходящих явлений мы привлекаем то, что является принципиально необъяснимым. Однако интересно проследить за "научными" рассуждениями, которые претендуют на оправдание подобного заключения, и рассмотреть несколько ближе противоречия, которые затрудняют ученых и которые способствуют попыткам реакционеров вводить в науку свой религиозный или мистический товар. Мы начнем с рассмотрения одного закона физики, чаще всего используемого с этой целью, а именно, второго закона термодинамики.

Два принципа термодинамики

Термодинамика есть отрасль физики, изучающая связь между тепловыми и механическими явлениями или попросту говоря, между теплотой и работой. Она основывается по существу на двух принципах, являющихся обобщением огромного экспериментального материала.

Первый принцип (количественный): общая энергия изолированной системы (т. е. системы, не имеющей обмена с внешним миром) остается всегда постоянной. Это - принцип сохранения энергии, сформулированный впервые русским ученым М. В. Ломоносовым. Если энергия в какой-либо форме рассеивается, то она возмещается равным количеством энергии в другой форме. Натянутая тетива лука теряет свою потенциальную энергию в момент, когда она спускается и выбрасывает стрелу, но эта энергия переходит в форму энергии движения, в кинетическую энергию стрелы. Одной из форм энергии следует считать теплоту, и можно уточнить принцип сохранения энергии, установив, что всякая механическая работа, всякая электрическая, магнитная или химическая энергия может целиком преобразоваться в теплоту в определенном отношении (в этой форме мы имеем принцип эквивалентности).

Открытие принципа сохранения энергии сыграло огромную роль в развитии науки. Энгельс его отметил как одно из трех величайших открытий своей эпохи:

"Первым из них было доказательство превращения энергии, вытекавшее из открытия механического эквивалента теплоты (Робертом Майером, Джоулем и Кольдингом). Теперь было доказано, что все бесчисленные действующие в природе причины, которые до сих пор вели какое-то таинственное, не поддававшееся объяснению существование в виде так называемых сил - механическая сила, теплота, излучение (свет и лучистая теплота), электричество, магнетизм, химическая сила соединения и разложения, - являются особыми формами, способами существования одной и той же энергии, т. е. движения. Мы не только можем показать происходящие постоянно в природе превращения энергии из одной формы в другую, но даже можем осуществлять их в лаборатории и в промышленности и притом так, что данному количеству энергии в одной форме всегда соответствует определенное количество энергии в какой-либо другой форме. Так, мы можем выразить единицу теплоты в килограмметрах, а единицы или любые количества электрической или химической энергии - снова в единицах теплоты, и наоборот; мы можем точно так же измерить количество энергии, полученной и потребленной каким-нибудь живым организмом, и выразить его в любой единице - например в единицах теплоты. Единство всего движения в природе теперь уже не просто философское утверждение, а естественно-научный факт".^*

^* (Ф. Энгельс, Диалектика природы, Госполитиздат, 1950. стр. 155.)

Второй принцип (качественный): в то время, как количество энергии сохраняется, она изменяется качественно. В частности, теплота должно рассматриваться как низшая или деградированная форма энергии; она не может целиком превращаться в механическую работу. Вследствие этого паровая машина (т. е. тепловая машина, превращающая часть тепла в работу) не может никогда иметь коэффициент полезного действия 100% - даже при условии, что всякое трение полностью отсутствует. Действительно, часть тепловой энергии переходит обязательно от источника тепла (паровой котел) к холодной машине (конденсатору), температура которого вследствие этого поднимается. Именно путем исследований работы паровых машин Карно пришел ко второму принципу термодинамики, именующемуся также по этой причине принципом Карно.

Первый принцип лежит в основе всей современной науки; никакая из самых последних теорий его не поколебала и не может поколебать и его продолжают всюду применять. Превращение вещества (корпускулярной формы материи) в излучение (волновую форму материи) лишь подтверждает незыблемость этого принципа.

Второй принцип всегда приводил к правильным результатам, когда его применяли к земным явлениям, хотя Земля не является полностью изолированной системой. Трудности начали возникать тогда, когда его захотели распространить на всю вселенную. Этой попыткой обобщения второго принципа мы обязаны главным образом Клаузиусу (1865) и лорду Кельвину; она и привела, в частности, к теории "тепловой смерти" вселенной.

"Тепловая смерть" вселенной

Рассмотрим совокупность объектов, имеющих различную температуру, и механизмов, пущенных вначале в ход, но на последующее движение которых не влияет никакая внешняя сила (например, система, приводимая в ход предварительно натянутыми пружинами). Пусть все это помещено в некоторый гигантский термос, так что полностью исключен всякий обмен тепла или вообще энергии между данными объектами и внешним миром. Подобная совокупность объектов является тем, что называют материальной замкнутой системой или, если использовать выражение, употреблявшееся уже выше, изолированной системой. К такой системе возможно применить законы термодинамики. Все различные формы энергии стремятся превратиться в тепло, хотя бы вследствие трения. Созданное таким образом тепло не может, однако, целиком превратиться в высшие формы энергии, так что тепловая энергия заменит в конце концов все другие формы энергии. С другой стороны, согласно принципу Карно теплые источники передают энергию к холодным источникам. Температуры постепенно выравниваются. Таким образом, можно придти к следующему заключению: в изолированной системе температура всех объектов становится в конце концов одинаковой. Полная энергия системы не меняется, но она целиком превращается в теплоту.

Таков вывод, который Клаузиус и лорд Кельвин не побоялись применить ко всей вселенной в целом. В соответствии с ним эволюция мира должна идти лишь в одном единственном направлении и имеется лишь один возможный конец - "тепловая смерть".

"Как гиря часов, - писал Джинс, - энергия не может опускаться бесконечно: когда-нибудь она приблизится все же к своей границе. Рано или поздно последний эрг энергии достигнет последней ступени своего полезного состояния, и в этот момент вселенная потеряет всю свою активность; полное количество энергии во вселенной, правда, не уменьшится, но эта энергия не будет уже способна к каким-либо превращениям; она будет столь же мало способна оживить вселенную, как и вода в стоячей луже заставить вращаться колесо мельницы. Вселенная будет мертва, хотя, может быть, еще и наделена теплом".^*

^* ( J. Jeans, L'Univers, стр. 261.)

Доводы в пользу сотворения мира

Вот к чему приводит применение принципа Карно к будущему вселенной. Посмотрим теперь, к каким заключениям можно придти, если применить этот же принцип, рассматривая прошлое вселенной. Мы опять будем следовать Джинсу, ибо его манера рассуждений особенно типична.

Покинем на мгновение, чтобы идти за Джинсом, короткую шкалу времени и примем приятную его сердцу гипотезу, согласно которой атомы внутри звезд превращаются целиком в излучение за триллионы лет. Исходя из этой своей гипотезы, Джинс заключает, что все вещество во вселенной стремится за больший или меньший срок превратиться в излучение. Он высчитал даже конечную температуру вселенной, которая будет соответствовать всему количеству тепла, полученному тогда, когда подвергнется превращению последний атом вещества. И эта температура, по Джинсу (вследствие очень малой средней плотности, которую он приписывает вселенной), будет гораздо ниже температуры жидкого воздуха. Таким образом, звезды теряют вес по мере того, как вселенная стареет. Если возвратиться в прошлое, то общий вес вещества, или, говоря более точно, его общая масса должна все более увеличиваться. И Джинс показывает, что нужно предположить существование в некоторый момент прошлого настолько значительных масс вещества, что их превращение в тепло должно было бы привести на Земле и вообще всюду к исключительно высоким температурам, не идущим ни в какое сравнение с теми, которые нам известны. Он считает себя обязанным остановиться и высказать две следующие гипотезы:

1. Различные спиральные туманности образовались из одной-единственной туманности, из чего-то аналогичного хаосу, заполнявшему все пространство. Это возникновение различных галактик произошло около десяти триллионов лет назад (с учетом прежних результатов вычислений возраста Млечного Пути).

2. Первоначальная хаотичная материя не существовала вечно. На основании довольно туманных теоретических расчетов Джинс даже пришел к выводу, что атомы не могут быть старше 200 триллионов лет.

"Таким образом, - заключает он хладнокровно,^* материя, которая не существовала прежде, возникла в определенный момент..."

^* (J. Jeans, L'Univers, стр. 273-275. )

"Если мы хотим дать физическое истолкование этому творению материи, - продолжает он, - мы можем вообразить лучистую энергию..., которая распространяется в пространстве". Он уточняет затем свойства, которыми следует наделить эту энергию, и добавляет: "Если нам нужно конкретизировать картину такого сотворения, мы можем говорить о руке божьей, возбуждающей эфир".

Тот факт, что Джинс прибегает к вмешательству бога, не должен нас слишком удивлять: в другом своем произведении он заставляет вмешаться "всеведущего математика" (mathematical thinker)! Он как бы вносит в божественное творение некоторый научный дух:^*

^* (Ленин в своей книге "Материализм и эмпириокритицизм" уже заметил, что все более и более интенсивное стремление к превратно понятой математизации различных законов природы является одной из причин идеализма некоторых современных ученых: "Крупный успех естествознания, приближение к таким однородным и простым элементам материи, законы движения которых допускают математическую обработку, порождает забвение материи математиками. "Материя исчезает", остаются одни уравнения" (В. И. Ленин, Материализм и эмпириокритицизм, Госполитиздат, 1951, стр. 290). Шарль Эншелен в своей книге "Происхождение религии" упоминает о тех, кто договорился до слов о "боге дифференциальных уравнений".)

"Мы можем избегнуть такого примитивного представления, если заметим, что пространство, время и материя нераздельны и образуют единое целое, и совершенно бессмысленно говорить о пространстве и времени в ту эпоху, когда материя не существовала. Эта точка зрения согласуется не только с прежними метафизическими теориями, но также и с современной теорией относительности. По этой гипотезе вселенная становится чем-то вроде картины конечных размеров, содержащей некоторое количество пространства и некоторое количество времени. Когда мы перемещаемся во времени, то мы не приближаемся к моменту творения картины, но лишь к ее рамке. Творение остается вне картины, так же как художник остается вне полотна; рассуждать о сотворении вселенной в пространстве и времени - это все равно, что пытаться обнаружить художника и замысел картины, передвигаясь по картине к ее краям. Эта точка зрения нас весьма приближает к философским системам, в которых вселенная рассматривается как плод духа ее творца и, следовательно, сводит на нет все исследования и все дискуссии по поводу творения материи".

Чувствуя, что этой второй формой божества, хотя и менее "примитивной", чем первая, он рискует все же немного удивить читателя в произведении, претендующем на научность (и которое является таким в целом за исключением некоторых мест), Джинс внезапно поворачивает назад и становится на позицию, близкую к агностицизму некоторых позитивистов, которую он пытается оправдать авторитетом Анри Пуанкаре.

"Эти две точки зрения неуязвимы, - пишет он, - но иная точка зрения, свойственная среднему человеку, также является таковой: констатируя, что человеческий ум не в состоянии постичь в целом вселенную, человек решает прекратить попытки своего ума выяснить проблему творения материи. С чисто философской точки зрения этот последний взгляд, возможно, наиболее приемлем. Вот уже четверть века, как физика, главным образом под влиянием Пуанкаре, отказалась от попыток объяснять явления и ограничивается их описанием в наиболее простой форме".

Но подобный возврат к позиции, более приемлемой на вид с научной точки зрения, лишь позволяет английскому астроному еще больше настаивать на необходимости привлечения религии или по крайней мере некоторой деистической философии, чтобы придти к удовлетворительному объяснению мира. Таким образом, мы имеем налицо типичный пример идеалистических или мистических вихляний, к которым приводит агностицизм слишком многих учеников Конта. Это - высшая точка реакционного движения, которой достигли эмпириокритики школы Маха, беспощадно разоблаченные Лениным.

Сравнивая данные, полученные наукой, с зашифрованным текстом, Джинс пишет:^* "Часто бывает, что сам зашифрованный текст помогает открыть тот код, с помощью которого он составлялся; наличие некоторой ловкости позволяет сделать остальное. Но здесь идет речь о том, чтобы узнать, где, кем и с какой целью составлялось донесение; нет никакого основания полагать, что зашифрованный текст нам поможет ответить на эти вопросы. Здесь астроном должен отказаться от этой задачи. Астрономическое донесение интересует, разумеется, философию, религию и вообще все человечество, но расшифровка его не является миссией астронома. Стараться понять и объяснить ясно смысл последовательности найденных слов - это дело других".

^* (J. Jeans, L'Univers, стр. 276. )

Нельзя сказать, что Джинс игнорирует теорию восстановления вещества во вселенной. Но он с самого начала отмахивается от нее несколькими презрительными словами, за которыми следует в высшей степени субъективистское заключение:

"Некоторые,- говорит он^* - давая полную волю своему воображению, полагали, что это тепло, т. е. энергия в низшей своей форме, могло бы в течение какого-то времени превратиться само собой в электроны и протоны; по мере того, как активная вселенная рассеивается в форме излучения, ее пепел дал бы, по их мнению, начало новому небу и новой Земле. Наука не дает никаких оснований для подобных фантазий: может быть, это даже лучше, так как неясно, какое преимущество имеет вечное восстановление вещей или даже их изменение, не имеющее конца".

^* (Там же, стр. 269.)

Мы сочли нужным детально привести "доводы" Джинса, так как это, по существу, то же самое, что мы находим у всех креационистов, опирающихся на принцип Карно. Идеи Эддингтона, хотя они ведут к тем же самым заключениям, основаны на соображениях иного рода; мы рассмотрим их в гл. VIII.

Этот новый креационизм имеет своих представителей и во Франции. Один из наиболее решительных креационистов, астроном Страсбургской обсерватории Вероннэ, автор одной космогонической гипотезы,^* не поколебался написать после ряда соображений, столь же категорических, как и туманных, следующие слова:

^* (Мы сочли излишним говорить о космогонической теории Вероннэ. Она была холодно принята в научных кругах и обладает тем убийственным для нее недостатком, что приписывает Солнцу возраст, гораздо меньший того, какой определен геологами для Земли (несколько десятков миллионов лет вместо 3-5 миллиардов лет). )

"Верить в то, что мир существовал вечно, что весь ансамбль должен достичь некоторого состояния постоянного равновесия, что звезды должны восстанавливаться и рождаться и т. д., - это ложная идея, искажающая принципы астрономии. Таким образом тс, кто упрекал других за идею о сотворении мира, сами приходят к априорному и антинаучному решению проблемы. Именно креационисты правы. Астрономический мир имел начало во времени так же, как он практически ограничен в пространстве".

Вмешательство Пия XII

Особенно симптоматичным является то, что рассуждения, описанные выше, недавно получили самую высокую поддержку религии в лице самого папы. В своей речи^* "Доказательства существования бога в свете данных современной науки" Пий XII, вспомнив сначала о принципе Карно и теории расширяющейся вселенной, сказал:

^* ( Речь, произнесенная 22 ноября 1951 г. в Ватикане на торжественном заседании Папской Академии наук.)

"Если, следовательно, ученый, отведя свой взор от настоящего состояния вселенной, обернется к будущему, даже наиболее далекому, он будет вынужден признать, что весь мир, как макрокосмос, так и микрокосмос, стареет. В течение миллиардов лет ядра атомов теряют свою, казалось, неистощимую энергию, могущую быть использованной, и, если привести образное сравнение, материя на исходе своего пути будет находиться в состоянии потухшего и застывшего вулкана..."

"Но обратим теперь свой взгляд к прошлому, - добавляет он далее. - По мере удаления в прошлое, материя должна была быть все более богатой свободной энергией и быть подверженной все большим атомным превращениям. Таким образом, все указывает на то, что материальная вселенная определенное время тому назад приобрела могучий начальный взлет, зарядилась невероятным обилием запасов энергии, благодаря которым она, развиваясь сначала быстро, затем все более медленно, приобрела свое нынешнее состояние..."

И Пий XII восклицает в заключение:

"Таким образом, творение во времени; а поэтому и творец; - и, следовательно, бог! Вот те слова, - еще несовершенные и не совсем отчетливые, - которых мы требуем от науки и которых наше поколение ожидает от нее".