• 5

День второй

 

18 ноября 1977 года. Вчера после лекции два аспиранта профессора Г.А. Крестова из химико-технологического института договорились с Альбертом Иозефовичем о консультации их работ, связанных с термодинамикой неводных растворов. Пригласили к себе в лабораторию, обещали удивить его «сюрпризом». Вейник еще посомневался, как это ортодоксальный термодинамик Крестов позволил такую вольность своим аспирантам. У меня на это время приходилась лекция, и сопровождать Вейника в химинститут вызвался Константин Константинович. В двенадцать их встретили в вестибюле вчерашние аспиранты:

– Пожалуйста с нами, Альберт Иозефович, пожалуйста сюда…

Поднялись на второй этаж, распахнули двери… и совершенно неожиданно оказались на сцене большой лекционной аудитории, заполненной студентами и преподавателями, которые встретили вошедших жидкими хлопками.

Председательствующий Геннадий Алексеевич Крестов объявил:

– Сегодня наш гость – член-корреспондент Белорусской Академии наук профессор Вейник. Он прочтет лекцию о современных проблемах термодинамики. Пожалуйста, Альберт Иозефович, в вашем распоряжении один час, – и широким жестом указал на трибуну.

…Потом Вейник рассказал, что подобного рода провокации ему устраивали не раз, пытаясь использовать эффект неожиданности, чтобы смутить, сбить с мыслей и скомпрометировать перед большой аудиторией.

Преодолев секундную растерянность, Альберт Иозефович вышел на трибуну:

– Уважаемые коллеги, благодарю за оказанную честь выступить перед столь компетентной аудиторией, которая, как я понимаю, отлично представляет основы современной термодинамики. Это значительно облегчает мою задачу.

Классическую термодинамику издавна называют королевой наук. Казалось бы, вполне справедливо, так как это замечательная научная система, детали которой ни по красоте, ни по блестящей законченности не уступают всей системе в целом. Однако смею утверждать, что истинная термодинамика – это вовсе не та наука, которую обычно принято понимать под этим термином. Ведь фактически термодинамика должна охватывать все формы движения материи и все области знаний, для того чтобы вполне оправдать свое традиционное наименование «королевы».

Но, согласитесь, классическая термодинамика совершенно незнакома со временем и пространством. Она признает только такие понятия, как покой (равновесие), для которого не существует времени, и однородность, для которой безразлична протяженность в пространстве.

Поэтому инженеру, сильно стесненному рамками пространства и времени, пришлось из уважения к «королевскому сану» классической термодинамики придумать много дополнительных дисциплин: теорию теплопроводности, теорию теплообмена, термодинамику необратимых процессов, тепло- и массообмен и другие, которые призваны выполнять практические функции. Эти дисциплины по праву должны бы находиться на одном пьедестале с классической термодинамикой, но, к сожалению, все они существуют раздельно, и всякому начинающему их изучать приходится проделывать огромную умственную работу, чтобы отсеять второстепенное, выделить главное и мысленно связать разрозненные части в целое.

Итак, наша королева наук родилась не без «ахиллесовой пяты». Благородное происхождение с самого начала лишило ее таких земных понятий, как время и пространство. Однако, к нашему удивлению, ахиллесова пята термодинамики оберегается ее последователями с не меньшей старательностью, чем ее слава. Думаю, в этом немаловажную роль сыграл непререкаемый авторитет гениальных ученых, вдохнувших жизнь в эту науку.

Как вы, конечно, помните, датой рождения термодинамики принято считать 1824 год, когда была опубликована брошюра гениального Сади Карно «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Карно исходил из теории теплорода, который рассматривался как невесомая и неуничтожимая жидкость. Поэтому после открытия закона сохранения энергии Рудольф Клаузиус, спасая замечательные результаты, полученные Карно, в 1865 году создал свою систему термодинамики, которая базировалась на двух знаменитых началах – первом и втором. С помощью второго начала Клаузиус ввел в науку центральное понятие своей теории – энтропию.

Энтропия представляет собой физическую величину, которая годится для количественной оценки лишь идеальных (равновесных, обратимых) свойств системы. Для изучения реальных (неравновесных, необратимых) процессов энтропия Клаузиуса оказалась совершенно непригодна. Поэтому 1865 год следует считать датой начала застоя в термодинамике. Работами Томпсона, Больцмана, Гиббса, Планка и других титанов науки система Клаузиуса была доведена до совершенства, получила наименование «классической» и… окончательно почила в летаргическом сне, длившемся почти сто лет. А из-за всеобъемлющего характера термодинамики застой перерос в кризис, охвативший практически все области человеческих знаний.

В 1931 году Онзагер попытался влить в науку свежую струю своей «Термодинамикой необратимых процессов». Однако и это не помогло разрешить проблемы, так как его теория была развита лишь для процессов, близких к равновесным и, кроме того, по-прежнему базировалась на понятии энтропии.

В 1947 году мой учитель А. Гухман впервые убедительно показал несостоятельность данного Клаузиусом «обоснования» уравнения энтропии. Я думаю, что в рамках термодинамики вообще невозможно аналитически доказать факт существования энтропии. И объясняется это тем, что элементарная форма движения и характеризующий ее обобщенный заряд являются предельно общими понятиями, стоящими над всем аппаратом термодинамики. С помощью постулированных зарядов были логически выведены все ее законы и следствия. Естественно, что все эти законы и следствия не могут быть положены в основу доказательства факта существования исходных, принятых без доказательства величин. Аналогичным образом, например, нельзя доказать аксиомы геометрии Евклида на основе теорем, выведенных из самих аксиом. Отсюда ясно, что все накопившиеся за сто лет многочисленные доказательства факта существования энтропии неизбежно должны содержать в своих рассуждениях логическую ошибку.

Оглядываясь назад, можно с уверенностью сказать, что самый большой урон в своем развитии термодинамика понесла именно от своей кажущейся стройности и законченности, от своих неприступных начал, к которым трудно было добавить что-либо равноценное (речь идет о первом начале), или от той невообразимой путаницы и неразберихи в толкованиях и обоснованиях, которые внесло в теорию второе начало…

Теперь, уважаемые коллеги, несколько слов о преподавании «королевы наук». По моему мнению, традиционная, столетней давности форма изложения классической термодинамики уже давно себя изжила, не вмещает появившегося нового противоречивого материала и в настоящее время служит главным тормозом, сдерживающим дальнейшее развитие этой науки. Я отнюдь не разделяю точку зрения иных лекторов, что начинающего изучать термодинамику надо всячески ограждать от новых идей, от возникающих трудностей и противоречий.

Молодежь воспринимает новые идеи очень легко, ибо она не обременена формальными знаниями и, следовательно, привычными представлениями, предвзятыми мнениями, предубеждениями и предрассудками. Я в этом убеждаюсь каждый раз, когда читаю (уже больше десяти лет) курс современной термодинамики студентам Белорусского политехнического института. Сегодня я не касаюсь содержания этого курса, интересующихся могу отослать к третьему изданию моего руководства «Термодинамика», вышедшему в Минске в 1968 году, кроме того, основные положения можно прочитать в моей последней книге «Термодинамическая пара», изданной там же в 1973 году.

В заключение своего сообщения я хочу нарисовать для вас следующую картину. Представьте себе безбрежный океан сверкающей лавы человеческих знаний. Он клокочет и не может найти выхода. Сдерживающая его плотина заперта на заржавленный, вековой давности висячий замок, имя которому – энтропия. Временами лава там и сям переливается через край, образуя яркие, искрящиеся, но быстро застывающие короткие потоки – это теория относительности, квантовая механика и другие всплески человеческого гения. Плотина все еще стоит, лишь иногда, под могучими ударами волн выходящего из берегов океана, натужно поскрипывает механизм старого замка. Мало кто осмеливается к нему прикоснуться. Моя Общая термодинамическая теория природы – это тот молот, который уже не первый раз ударяет по злополучному замку…

Что же ожидает плотину в ближайшем будущем? Она неизбежно должна рухнуть. Сейчас пока трудно сказать, что уцелеет на пути освобожденной лавы. Но с несомненностью можно утверждать следующее: чем дольше продержится пресловутый замок, тем выше будет напор лавы и тем, следовательно, разрушительнее станет ее сила!

Благодарю вас за внимание. Готов ответить на любые вопросы аудитории и выслушать аргументированные возражения по поводу отдельных позиций, высказанных мною.

В бурных аплодисментах студентов потонул голос профессора Крестова:

– Мы исчерпали лимит времени, поэтому ни вопросов, ни обсуждений не будет. Прошу студентов и преподавателей разойтись по своим аудиториям.

…Возвращаясь в гостиницу, уставший Вейник говорил:

– Вот так, дорогой Константин Константинович, оборачиваются «ученые игры» сторонников «нормальной» науки. Ведь как хитро плелось: и аспирантов подослали, чтобы усыпить бдительность, и неожиданной аудиторией ошеломили. Но в главном просчитались: студентов привели посмотреть на разоблачение «шарлатана от термодинамики», а ведь именно молодежь чаще всего на моей стороне, ей обычно импонирует стройность Общей Теории и увлекают экзотические выводы из нее и не менее экзотические прогнозы. Так что, устроители импровизированной лекции, не желая того, сделали мне рекламу… Ну ладно, давайте передохнем, мне сегодня еще предстоит битва с вашими ортодоксами…

 

…Лекционный зал мединститута в этот раз не вместил всех желающих, люди стояли в проходах, сидели на ступеньках – очевидно, скандальные слухи уже прокатились по городу… Отдохнувший, в свежей рубашке, с сияющими глазами, Вейник появляется на трибуне:

– Сегодня нам предстоит обсудить лучше других изученную форму движения материи, именуемую термодинамической парой. Под термодинамической парой понимаются два разнородных твердых, жидких или газообразных тела, находящихся во взаимном контакте. Если вдоль тел имеется некоторая разность интенсиалов (так я называю факторы интенсивности, например, температур, давлений, электрических или химических потенциалов), то в телах возникает циркуляция различных экстенсеров, или факторов экстенсивности, например, объема, электрического заряда, массы, а также огромное количество других эффектов, представляющих большой теоретический и практический интерес.

Например, в термодинамической паре наблюдаются эффекты контактной разности интенсиалов, выделение и поглощение теплоты диссипации в местах контакта тел, разделение сложного циркулирующего вещества на простые составляющие и многие-многие другие.

Типичной термодинамической парой является капилляр, заполненный газообразным, жидким или твердым веществом. Роль одного тела играет пристеночный слой вещества, роль второго – осевой слой. Под действием разности интенсиалов происходит круговая циркуляция (или диффузия) заключенного в капилляре вещества. При этом наблюдаются также все остальные эффекты.

Термодинамические пары и составляющие их явления широко представлены в окружающем нас мире, а также находят применение в народном хозяйстве. Бесчисленное множество пар имеется в живом организме, где газовый и пищевой обмен происходит по законам термодинамической пары. По этим же законам переносятся вода, соли и газ в почвах и грунтах. Термодинамическими парами являются применяемые человеком устройства типа термоэлемента, электрического аккумулятора, гальванического элемента и многие другие. Успешно используются в науке и технике эффекты разделения: хроматография, разделение изотопов и другие.

Знание законов функционирования термодинамической пары позволяет неограниченно расширить круг ее практического применения, обнаружить много принципиально новых явлений, создать новые приборы и высокоэффективные технологические процессы. Так, например, нами с помощью разработанной теории обнаружено, что известный термоэлектрический эффект Томсона фактически есть сложное явление, состоящее из трех эффектов различной физической природы. Эффект циркуляции вещества в этой паре был использован нами при разработке технологического процесса поверхностного легирования металлургических отливок. На использовании этого же эффекта основаны методы ускорения роста растений и повышения урожая с помощью электричества и звука.

Любая термодинамическая пара должна содержать следующие принципиально важные элементы: два разнородных проводника и два «спая», или места контактов проводников, находящихся при различных значениях температуры, давления, электрического, магнитного, химического, диффузионного или волнового (вибрационного) потенциалов.

Для функционирования важно, чтобы проводники были разнородными и содержали по меньшей мере две общие внутренние степени свободы. Например, применительно к термоэлектрической паре такими свойствами обладают разные по химическому составу металлы, электролиты и ионизированные газы. Все они обладают термической и электрической внутренними степенями свободы, то есть являются проводниками теплоты и электричества, необходимыми для создания циркуляции электрического заряда под влиянием разности температур. Но разница в химическом составе делает их разнородными, различающимися по своим термодинамическим свойствам. Поэтому их уравнения состояния имеют неодинаковые коэффициенты.

В каждой термодинамической паре наблюдаются следующие эффекты: между спаями образуются скачки (контактные разности) интенсиала, неодинаковые у разных спаев, и возникает избыточная движущая сила: появляются эффект круговой циркуляции и эффекты поглощения теплоты в одном спае и выделения в другом, а также многочисленные специфические эффекты, зависящие от конкретных термодинамических свойств проводников и степеней свободы, которыми они располагают. Детально об этом мы с вами поговорим, когда будем рассматривать отдельные пары.

Согласно Общей Теории, различных термодинамических пар может быть бесчисленное множество, как и форм движения материи. Их свойства столь же бесконечно разнообразны и неповторимы. Поэтому в основу классификации положена природа объекта циркуляции. Например, все пары, в которых циркулирует электрический заряд, называются электрическими; если движется жидкость или газ, пары именуются фильтрационными; если диффундирует вещество, то – диффузионными, и так далее. Название другой степени свободы, определяющее движущую причину циркуляции, то есть разность интенсиалов, фигурирует в виде приставки. Так и образуется название пары: термоэлектрическая, термофильтрационная, электродиффузионная, ну и так далее.

Прежде чем мы перейдем к рассмотрению конкретных термодинамических пар, я должен подвести некоторый общий итог. В целом, термодинамическая пара представляет собой самостоятельную форму движения, которая развилась в процессе эволюции материи. Она входит в качестве составной части во все более сложные формы движения материи, в том числе и в живом организме. Термодинамические пары и сопровождающие их эффекты чрезвычайно широко распространены в природе. В своей практической деятельности человек применяет как пары в целом, так и отдельные частные эффекты, входящие в их состав. На мой взгляд, подробное исследование свойств термодинамической пары будет способствовать лучшему пониманию окружающего нас мира и более широкому внедрению соответствующих эффектов в практику…

Далее Вейник с мелом в руках, как на студенческой лекции, поочередно анализирует свойства наиболее изученных к настоящему времени пар: термоэлектрической и химико-электрической, термофильтрационной, электрофильтрационной и других. Несмотря на корявые и громоздкие их наименования, они оказываются удивительно интересными по своим механизмам и участию в многочисленных процессах окружающего нас мира. Покрывая доску рисунками и формулами, Вейник с большим юмором комментирует возникающие в парах явления и эффекты. От вчерашнего настороженного недоверия в первых рядах зала, заполненных преподавателями, не осталось и следа. Сыплются многочисленные вопросы, просьбы повторить и уточнить, написать уравнение. Да и Альберт Иозефович в ударе: почувствовав возрастающий интерес квалифицированной аудитории, он ярко и доходчиво рассказывает, стремительно покрывает доску системами уравнений и схемами процессов… После небольшого перерыва лекция принимает характер оживленной дискуссии: специалисты выходят к доске, пишут свои схемы и формулы, спорят о возможных механизмах обсуждаемых процессов. Вейник демонстрирует удивительную эрудицию в конкретных вопросах, и я вижу, как отношение большинства аудитории к нему меняется: те, что пришли услышать эпатажные заявления и полюбоваться на скандальную ситуацию, разочаровались и покинули зал, а оставшиеся с острым интересом атакуют докладчика вопросами.

...Незаметно прошло несколько часов. Вечерние уборщицы, потоптавшись у дверей аудитории, просят разрешить им начать уборку помещения. А у доски бушуют научные страсти… Я увидел сегодня совсем другого Вейника – пунктуального ученого, эрудита, хоть и с прежней страстью, но вполне доказательно и убедительно отстаивающего свою правоту. Да и спорщики остались удовлетворенными. Расстались, кажется, вполне довольные друг другом. Что-то будет завтра: ведь предстоит лекция по экзотическим прогнозам, вытекающим из его Общей Теории, а это, как я представляю, неопознанные летающие объекты, полтергейст и прочая чертовщина…

Вечер завершился ужином у Владимира Михайловича Черкасского, профессора энергоинститута, который помнил Вейника по прошлым лекциям у них в институте. Далеко не со всем соглашаясь в его Общей Теории, он с глубоким уважением относился к личности Альберта Иозефовича, его несомненным достижениям в области литья в кокиль, его глубоким, энциклопедическим знаниям в различных областях науки и искусства. Присутствовал небольшой круг близких знакомых и почитателей. Встреча прошла, как говорится, в теплой и дружественной обстановке.

 

 

 

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я