Читаем Вечное движение. История одной навязчивой идеи онлайн бесплатно

Научная редакция, примечания, комментарии Ю. Л. Полунова.

Работа над этой книгой началась несколько необычно. Изучая историю автоматов и механических музыкальных инструментов (некоторые результаты этих исследований уже опубликованы мною в других книгах), я наталкивался на различные упоминания о вечном движении. Они были столь многочисленны и интригующи и так возбуждали мое любопытство, что я не мог оставить их без внимания. И я начал составлять картотеку источников по проблемам вечного движения. Признаюсь, поначалу меня смущала даже сама идея создания такой картотеки. Ведь весь мой опыт инженера-механика говорил о том, что создание перпетуум мобиле — дело невозможное. Но по мере того как росла моя картотека, я проникался все большим интересом к вечным двигателям, пытаясь проникнуть в самую сущность проблемы.

Когда же несколько лет назад компания Би-би-си обратилась ко мне за помощью в подготовке телепередачи, посвященной вечному движению, я с головой ушел в изучение этого вопроса. Вот тогда-то и пригодилась мне картотека, которую я составлял на протяжении ряда лет.

То, что я обнаружил, изучая литературу, было замечательным, волнующим и очень часто удивительным. Я отыскал описания нескольких таинственных механизмов, устройство которых подобно устройству ряда НЛО (неопознанных летающих объектов) не так-то просто объяснить. Убедился я и в том, что большинство изобретателей вечных двигателей не понимали истинного смысла физических явлений, лежавших в основе их механизмов. Но я узнал также, что множество людей, в том числе и известных в науке, не только искренне верили в осуществимость перпетуум мобиле, но и надеялись получить с его помощью энергию, достаточную для приведения в действие различных машин.

Перед тем как приняться за эту книгу, я долго терзался сомнениями относительно возможного характера изложения материала. Изложить факты без всяких комментариев, создав голый поминальник, и ничего более? А может быть, попытаться провести читателя сквозь историю поисков невозможного, объясняя ему причины краха многочисленных попыток? Я прочитал замечательную книгу Генри Диркса, написанную в прошлом веке и содержащую огромное число сведений о вечных двигателях, и выбрал второй подход.

Вооружившись практическими знаниями инженера, любопытством вечного студента и настроившись на философский лад, я попытался как можно лучше выполнить работу, которую сам на себя взвалил. Я позволил себе отойти от строго хронологического изложения материала и взглянуть на вещи немного шире, чтобы понять, существует ли рядом с нами вечное движение, созданное человеком?

Я хочу предостеречь читателя. Судите о предмете с позиций тех, кто им занимается. Коль авторитет этих людей таков, что на их суждения можно положиться, значит, даже допуская, что авторы заблуждаются, мы должны с полным доверием отнестись к их работе. Вечное движение—проблема серьезная. Это вовсе не та явная глупость, которую некоторые изобретатели преподносят публике. Подобно алхимику, искатель вечного движения находился в плену не собственного невежества, а ограниченных научных знаний своего времени. Эти люди в большинстве своем стремились раздвинуть горизонты науки способом, который казался им наиболее естественным. И происходило это как раз в то время, когда начали быстро расти человеческие знания о самых разнообразных явлениях природы. Некоторым утешением для этих самоотверженных искателей могло служить то обстоятельство, что в двадцатом столетии их мечты стали в известном смысле реальностью.

Необходимо иметь в виду, что во все времена встречались довольно известные популяризаторы науки, чья проницательность оказывалась в плену их собственной удивительной ограниченности. Ведь когда впервые было предложено пересечь океан на пароходе, а не под парусами, не кто иной, как некогда знаменитый доктор Ларднер во всеуслышание заявил: «Нельзя построить пароход столь большого водоизмещения, чтобы запаса угля на его борту хватило бы для плавания через Атлантический океан!»^{1}[1].

Но чтобы не вызвать у читателя сомнений по поводу мудрости и дальновидности других наших выдающихся предшественников, я позволю себе процитировать Шарля Луи де Секонда барона Монтескье (1689—1755). Правовед и философ, автор знаменитых «Персидских писем» (1721) проявил глубокую прозорливость, когда писал: «Я повсюду встречаю людей, которые постоянно говорят о себе... Несколько дней назад один такой человек терзал нас разговорами в течение двух часов... но поскольку в этом мире вечного движения не существует, он, наконец, замолчал».

Артур У. Дж. Орд-Хьюм

Как только человек установил определенные закономерности в протекании простейших механических процессов, его увлекла возможность создания таких машин, которые могли бы работать сами по себе. Но ремесленнику или мастеровому тех далеких времен с их примитивными и незначительными нуждами создание автоматической машинерии казалось скорее одним из повседневных занятий кузнеца и колесника, чем великой и трудно достижимой целью. Вечное движение окружало человека повсюду: солнце вставало и садилось, всходила и заходила луна, менялись времена года, чередовались отливы и приливы морей. Вода и ветер были в избытке и ничего не стоили, и человек это видел. Силы природы действовали повсюду, и это действие само по себе казалось формой вечного движения. Не было ничего удивительного в том, что природные силы заставляли мельницу молоть зерно, а насос непрерывно качать воду, и люди верили, что существует множество самых разнообразных способов совершать работу для человека, но без его участия.

Не удивительно поэтому, что первые проекты машин вечного движения касались мельничного дела, где, как известно, использовались вода и ветер. Мельнику нужно было только установить водяное колесо в постоянно текущем потоке воды, и он получал всю необходимую энергию, не прибегая к помощи лебедок, колес или лошадей. Водяное колесо могло вращать тяжелые жернова и даже тянуть подъемник с мешками зерна до тех пор, пока наступление засухи и другие причины не уменьшали напор воды в потоке.

Но вот математик Архимед (287—212 гг. до н. э.) показал, как поднять воду посредством спирального насоса^{2}. И это сразу же сделало достижение цели до смехотворного простым. Мельнику необходимо было лишь привести во вращение архимедов винт — а это легко можно было сделать с помощью колеса — и вечная мельница, казалось, была готова. Действительно, колесо вращало бы винт, винт поднимал бы отработанную на колесе воду из нижнего резервуара в верхний, эта вода вновь заставляла бы вращаться колесо и т. д. — процесс продолжался бы бесконечно. К тому же для вечной мельницы можно было иметь не постоянно текущий источник, а всего лишь пруд с определенным объемом воды, которую по мере надобности можно было перегонять вверх или вниз. К счастью для мельников, запасы воды в водоемах никогда не иссякали. А вот если бы это случилось, стало бы очевидным, что какой-то серьезный и принципиальный дефект препятствует осуществлению столь простой схемы.

Казалось, проблема вечного движения вот- вот будет решена, но неумолимый закон сохранения энергии, о котором тогда ничего еще не знали, постоянно сводил на нет все попытки изобретателей.

Типичный пример преданного искателя вечного движения — честный, простодушный умелец, стремившийся создать механизм, который можно было использовать в домашнем хозяйстве или для нужд семьи. Но был и другой род изобретателей перпетуум мобиле, опрометчиво вступивших на тяжкий путь поисков невозможного. Они создавали механизмы, которые отказывались работать, а потом всю жизнь тратили на поиски средств для завершения работы, с самого начала обреченной на провал. Иллюзии, которыми питались эти изобретения, мешали понять всю тщетность их усилий.

Поисками вечного движения занимались также известные и уважаемые ученые, механики и инженеры. Среди них были Ричард (позднее сэр Ричард) Аркрайт, создатель самопрялки^{3}, и Джордж Стефенсон, внесший значительный вклад в усовершенствование конструкции паровоза^{4}. Что же касается других более или менее известных, то одни приобретали репутацию сумасшедших, других крах иллюзий толкал на самоубийство, третьи просто становились мизантропами. Были среди них и такие, кто искренне верил в свою святую обязанность раскрыть для блага всего человечества тайну вечного движения и создать устройство, которое бы совершало бесплатную работу. В погоне за химерой тратились целые состояния, а их владельцы так и не смогли понять, как бесконечно далека была от них прекрасная мечта.

Но были во все времена и шарлатаны, причем двух категорий. Одни начинали с честных попыток создать машину вечного движения, но затем осознавали обреченность своих затей и прибегали к различного рода надувательству, чтобы убедить большую часть публики в собственном успехе. Так, очень часто окончательный вариант их модели, выполненный с большим мастерством, содержал искусно спрятанный часовой механизм. Шарлатаны другого рода сразу начинали с обмана, полагаясь на невежество толпы, для которой вечное движение представлялось панацеей от всех бед. Их двигатели — средство выколачивания денег из меценатов. Как правило, эти жулики были талантливыми инженерами, возможно, самыми талантливыми из всех изобретателей вечных двигателей. Ведь в отличие от остальных они с самого начала понимали бесплодность своих поисков и поэтому обманом пытались достичь того, на что их менее способные собратья честно тратили значительные усилия.

С поисками вечного движения связана еще одна категория людей. Это те, которых сенсация и газетная шумиха заставляли вкладывать свои сбережения в сомнительные предприятия: промышленники, банкиры и даже политики, верившие, что они присутствуют при рождении великого открытия, способного совершить переворот в науке и принести им безоговорочное процветание.

Сегодня мы можем лишь посмеяться над той доверчивостью или даже глупостью, с которой наши предшественники относились ко всем этим надуманным проектам. «Tempore mutantur, nos et mutamur in illis» («Времена меняются, и мы меняемся вместе с ними») .

Но осуждать мы их можем только за неспособность понять, что вечное движение не существует в тех формах, в которых они его искали. Обладай они большей широтой интеллекта, они бы увидели то, что в современной науке и технике является общепринятым, и тогда дело могло принять другой оборот.

Современному читателю, живущему в сугубо прагматический век, поиски вечного движения, представленные в виде голых фактов, без исторического фона, могут показаться чуть ли не комичными. Но оглянитесь на несколько веков назад и повремените с оценками. Средневековье. Эпоха пара еще не наступила, и источником энергии служат ветер, вода и рабочий скот. Через дымку времени вы не можете не увидеть, каким реальным представлялось тогда существование вечного движения. И вы поймете простое величие и необходимость поисков перпетуум мобиле.

Попытаемся рассказать о законах природы, исключающих возможность создания перпетуум мобиле.

Постройте машину, которая совершала бы работу, большую, чем сообщенная ей энергия, и вы решите проблему вечного движения.

Чтобы вечный двигатель мог работать, он должен сам себя обеспечивать энергией. Иначе говоря, он должен вырабатывать ее в достаточном количестве, не имея никакого внешнего источника.

Представьте, что нужно рассчитать баланс энергии, затрачиваемой на совершение того или иного вида работы, будь то движение океанского лайнера, или забивание гвоздей, или полет со сверхзвуковой скоростью. В любом случае количество затраченной энергии всегда должно быть равно количеству энергии, произведенной или выделившейся в результате совершения работы. Энергия, которую мы не совсем точно называем потерянной, на самом деле не исчезает. Просто она переходит в иную форму, при этом исключается возможность ее дальнейшего превращения в механическую или электрическую энергию. Так получается оттого, что в результате трения происходит нагревание и часть энергии выделяется в виде тепла. И это, вообще говоря, справедливо для потерь любого вида энергии, ибо они в конечном счете всегда превращаются в тепло.

Эту же мысль можно выразить и иными словами: во всех случаях общая конечная сумма энергии равна ее общей начальной сумме. Энергия не возникает и не исчезает, но переходит в другую форму, иногда малополезную или совсем бесполезную. Например, тепло, выделяемое в двигателе внутреннего сгорания, — ненужный и тем не менее неизбежный продукт превращения энергии. Его можно использовать, скажем, для обогрева салона автомобиля, но сделаем ли мы это или не сделаем — все равно часть работы, совершаемой двигателем, будет тратиться на тепловые потери.

Все, о чем говорилось выше, и представляет собой существо важнейшего закона природы—закона сохранения энергии, или первого начала термодинамики.

Мы уже говорили, что вечный двигатель должен совершать полезную работу, не имея никаких внешних источников энергии. Проще сказать, в нем не должно сжигаться топливо и к нему не должны прикладываться механические усилия. Существует ряд свидетельств, что именно поиски такой не реализуемой на практике машины заложили фундамент механики как науки. Великие ученые прошлого приняли как аксиому невозможность создания перпетуум мобиле и тем помогли пробиться росткам новой науки.

Порой легко доказать негодность того или иного проекта вечного двигателя и тем самым показать, что данный конкретный способ его реализации не приведет к желаемому результату. Но это вовсе не означает, что автоматически исключается возможность построения перпетуум мобиле другими средствами. Поэтому до тех пор, пока не был четко сформулирован закон сохранения энергии, невозможность создания механического вечного двигателя, установленная многовековым опытом, вовсе не означала невозможность создания, скажем, двигателя химического. Конечно, бесплодность поисков вечного движения признавалась еще до того, как этот закон стал достоянием науки. Однако это мнение основывалось не на некоторых общих положениях, а на анализе принципа действия отдельных «машин вечного движения». Тщательное рассмотрение очередного проекта всегда обнаруживало какие-нибудь теоретические ошибки, из-за которых двигатель не мог работать, а претензии изобретателя оказывались несостоятельными.