Текст книги "Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии"

Автор книги: Виктор Бродянский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 18 страниц)

В.М. Бродянский
ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ – ПРЕЖДЕ И ТЕПЕРЬ.
От утопии – к науке, от науки – к утопии

ОБ ЭТОЙ КНИГЕ

Так называемый вечный двигатель занимает в истории науки и техники особое и очень заметное место, несмотря на то что он не существует и существовать не может. Этот парадоксальный факт объясняется прежде всего тем, что поиски изобретателей вечного двигателя, продолжающиеся более 800 лет, связаны с формированием представлений о фундаментальном понятии физики – энергии. Более того, борьба с заблуждениями изобретателей вечных двигателей и их ученых защитников (были и такие) в значительной степени способствовала развитию и становлению науки о превращениях энергии – термодинамики.

Анализ истории вечного двигателя вполне соответствует той задаче, которую поставил В.И. Ленин, когда писал о необходимости «диалектической обработки всей истории естествознания и техники». Такая история должна включать не только прозрения, великие открытия и изобретения, но и заблуждения и неудачи. Только тогда она будет живой и полной.

Этот интересный и вместе с тем поучительный сюжет из истории науки и техники не могла, естественно, обойти и научно-популярная литература. Однако отечественной литературы на эту тему, если не считать одной брошюры, вышедшей в 1911 г., не было. В последние годы были изданы две переводные книги о вечном двигателе [1]1
  Орд-Хьюм А. Вечное движение/Пер. с англ. М.: Знание. 1980; Михал С. Вечный двигатель вчера и сегодня/Пер. с чешек. М.: Мир. 1984.


[Закрыть], содержащие довольно большой и интересный материал.

Предлагаемая книга на ту же тему написана крупным специалистом в области термодинамики и низкотемпературной техники, доктором техн. наук профессором В.М. Бродянским. Будучи не менее занимательной, чем другие (в частности, благодаря примерам из художественной литературы), она отличается от них, по крайней мере, в трех существенных аспектах.

Первый из них связан с содержанием книги. У всех без исключения авторов, писавших о вечном двигателе, основное внимание уделялось так называемому вечному двигателю первого рода, которым занимались изобретатели прежних времен. Вечные двигатели второго рода, которые пытаются создать теперешние изобретатели, почти не рассматриваются. Между тем именно здесь находится центральный пункт полемики, связанной с предложениями о создании «инверсионных» энергетических устройств, могущих, якобы, обеспечить человечество энергией навечно и без расходования каких-либо возобновляемых или невозобновляемых ресурсов. О живучести подобных проектов вечных двигателей свидетельствует хотя бы тот факт, что даже после выступления в центральной печати таких авторитетных ученых, как академики П. Капица, Л. Арцимович и И. Тамм (Правда, 1959. 21 ноября), с протестом против распространения лженаучных сенсаций, связанных с новыми вечными двигателями, через 18 лет понадобилась новая статья на ту же тему академиков Е. Велихова, А. Прохорова и Р. Сагдеева (Правда. 1987. 22 авг.). Поэтому вполне оправдано, что в книге В.М. Бродянского сделан решительный поворот от «прежде» к «теперь»: основное внимание уделено именно вечному двигателю второго рода. При этом, однако, перед автором возникает несравненно более трудная задача. Действительно, положение о невозможности осуществления вечного двигателя первого рода очевидно для современного читателя, который со школьных лет знает закон сохранения энергии. Здесь автору нужно при разборе каждого двигателя только показать, где спрятано противоречие с этим законом.

При рассмотрении идеи вечного двигателя второго рода нужно не только выявить противоречие с законом природы, но и убедить читателя в незыблемости самого этого закона. Однако второй закон термодинамики далеко не так очевиден, как закон сохранения энергии, он не входит и в курс физики средней школы.

Автор приложил много сил и умения, чтобы просто, без педантизма довести до читателя содержание второго закона термодинамики. При этом существенное внимание уделено и полемике с «ниспровергателями» второго закона, и разбору их внешне убедительных, но научно несостоятельных доводов. Такой показ столкновения научных и антинаучных позиций проводится автором в довольно острой форме. Однако это вполне оправдано, так как читатель сам вовлекается в дискуссию и получает возможность отделить сущность от словесной оболочки, увидеть проблему объемно, с разных сторон и утвердиться в правильном ее понимании.

Вторая особенность книги состоит в том, что автор сумел отойти от описательного стиля, принятого до сих пор в книгах о вечных двигателях. Ему удалось без излишней «учености» найти стиль изложения, позволяющий дать ответы на трудные или редко освещаемые вопросы в форме, нужной для читателя, не имеющего специальной подготовки. К таким вопросам относятся не только физические или технические, но и психологические (например, мотивы, определяющие невосприимчивость к критике изобретателей вечного двигателя).

Третье отличие этой книги от предшествующих связано с необходимостью найти методику, позволяющую наглядно, но не слишком упрощенно представить суть ошибок изобретателей вечного двигателя второго рода. Автор использовал для этого широко распространившееся за последнее время понятие эксергии, в разработке которого он принимал непосредственное участие. Опыт применения этой величины в научно-популярной литературе у нас и за рубежом показал, что она позволяет наиболее просто изложить следствия второго закона термодинамики в его технических приложениях. В результате гл. 3 и 4, содержащие самые трудные для популяризации материалы, сделались интересными и понятными, хотя и требуют от читателя в некоторых местах определенной сосредоточенности.

Опыт многих лет выпуска научно-популярных книг и журналов в нашей стране показывает, что уровень подготовки читателей, как взрослых, так и школьников, весьма вырос. Подавляющее большинство читателей, в том числе и молодежь, предпочитает не облегченное развлекательное чтиво, а литературу интересную, заставляющую думать. Именно к такой категории относится и книга В.М. Бродянского о вечном двигателе: в ней найдено оптимальное соотношение научного и занимательного. Ее чтение даст много нового всем, кто интересуется историей науки и техники – как далекой, так и близкой к нашему времени.

Академик АПН СССР В.А. ФАБРИКАНТ

ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ

Написать эту книгу меня побудило не только стремление рассказать историю вечного двигателя поновому. Несомненно, длительная история попыток создания вечного двигателя, столкновения его сторонников и противников чрезвычайно интересна и поучительна. В ней фигурируют самые разные люди – ученые и проходимцы, короли и ремесленники, архитекторы и богословы, бизнесмены и священники, мужчины и женщины. История вечного двигателя – это одновременно и история становления и развития многих направлений науки, в частности механики, гидравлики и, конечно, энергетики.

Вместе с тем существует и другая причина, приводящая к необходимости писать о вечном двигателе именно теперь. Она состоит в том, что попытки создать вечный двигатель не прекратились и в наш ученый век. Многочисленные изобретатели работают над новыми проектами; многие инженеры и научные работники создают для них «теоретическую базу», а сами авторы и некоторые журналисты пропагандируют соответствующие идеи в печати.

В отличие от прошлых времен авторы избегают термина «вечный двигатель», вводя другие, более «научные» слова (например, «инверсия энергии»). Однако дело от этого, естественно, не меняется.

Мне пришлось неоднократно участвовать как в экспертизе такого рода изобретений, так и в разборе жалоб изобретателей на консерватизм экспертов, отвергающих их предложения. В результате не только накопилась интересная информация (и негативные эмоции), но и сформировалось убеждение, что необходима новая популярная книга о вечном двигателе, которая содержала бы развернутый анализ ошибок современных его изобретателей. Их заранее обреченные на неудачу попытки продолжаются уже много лет; даже выступления в печати авторитетнейших ученых не смогли прекратить это пагубное поветрие.

Одна, по-видимому определяющая, причина стремления создать новый, необычный двигатель, работающий без использования каких-либо ресурсов, состоит в быстром развитии науки и техники: многие «чудеса» становятся реальностью. Поэтому представление о невозможности чего-либо часто воспринимается с большим трудом (или вовсе не воспринимается). Такой общественный настрой, особенно у молодежи – явление вполне естественное. Однако на этой питательной почве иногда, при недостатке соответствующих знаний, растут и сорняки – идеи внешне очень прогрессивные, но научно несостоятельные и потому в принципе нереализуемые. Новые вечные двигатели (так называемые вечные двигатели второго рода) относятся именно к этой категории.

Поэтому часть книги, которая посвящена современным изобретателям вечного двигателя второго рода, характеризуется явно выраженной критической, негативной направленностью.

Критиковать, не предлагая чего-либо лучшего, – неблагодарная задача для научного работника и инженера, которые по самому роду своей работы должны не столько отрицать, сколько создавать и помогать другим делать то же самое. Здесь же предложить лучшее (более совершенный вечный двигатель) в принципе нельзя. Остается только разъяснение и отрицание. Утешением может служить лишь то, что такая работа помогает направить на настоящее, полезное дело средства и усилия, которые были бы растрачены на бесперспективные, химерические прожекты.

Нужно еще отметить, что критический научный анализ вечных двигателей и других подобных им устройств полезен тем, что вырабатывает умение отличать настоящие идеи от суррогатов – внешне заманчивых, но по существу негодных теорий и прожектов. Это особенно важно для молодежи. Здесь нужна не просто ссылка на нарушение закона природы, а терпеливый разбор этого закона. Практика показывает, что даже в этом случае не всегда удается убедить наиболее упорных изобретателей; но это уже другой вопрос, требующий психологического анализа. Главное – выработать соответствующее общественное мнение.

В конечном счете цель этой книги – способствовать по мере сил выполнению завета, который оставили в известной статье «О легкомысленной погоне за научными сенсациями» академики Л. Арцимович, П. Капица и И. Тамм. Она заканчивается призывом выполнить важную задачу популяризации достижений науки и техники, чтобы закрыть дорогу рекламе «чудес», дискредитирующих науку.

Введение к книге знакомит с некоторыми общими положениями и с терминами, относящимися к вечным двигателям.

Две первые главы посвящены вечному двигателю первого рода, три последующие главы – вечному двигателю второго рода. В кратком заключении иллюстрируется мысль о том, что «энергетического тупика», от которого хотят спасти человечество современные изобретатели вечного двигателя, в действительности не существует и что настоящая энергетика имеет возможности обеспечить все разумные потребности человечества в энергии.

В конце книги приведена библиография для тех, кто захочет подробнее ознакомиться с темой. Список разделен на четыре части. Первая содержит литературу, как относящуюся к общим положениям, затрагиваемым в книге, так и к научным, связанным с энергетикой. Во второй собраны книги и статьи, непосредственно относящиеся к истории вечных двигателей и критике ошибок его сторонников. Третья часть включает статьи, авторские свидетельства и книги, в которых изобретатели, а также вольные и невольные защитники вечных двигателей излагают свои взгляды. В последней, четвертой, части перечислены произведения художественной литературы, действующие лица которых – изобретатели вечных двигателей.

В работе мне оказали большую помощь и поддержку акад. АПН СССР В.А. Фабрикант, рецензент книги засл. деятель науки, проф. А.А. Гухман и редактор В.Д. Виленский. Им я приношу глубокую благодарность. Считаю своим долгом также отметить помощь, оказанную в поиске библиографии по теме редактором Публичной библиотеки им. М.Е. Салтыкова-Щедрина О.В. Звегинцевой.

Автор

ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ

 Эта книга, первое издание которой вышло в 1989 г., была написана с целью способствовать выполнению задачи, поставленной нашими выдающимися физиками – академиками Л.А. Арцимовичем, П.Л. Капицей и И.Е. Таммом – «закрыть дорогу рекламе чудес, дискредитирующих науку».

Первое место среди таких «чудес» занимал (и теперь занимает) т.н. «вечный двигатель». Истории попыток его создания и современному состоянию дел с ним и была посвящена книга.

Судя по отзывам, полученным издательством и автором, она была благоприятно встречена читателями и быстро разошлась.

В отзывах, в частности, отмечалось, что книга может быть полезной и для самообразования, и в качестве пособия при изучении физики в средней школе и термодинамики – в высшей. На книгу откликнулись и изобретатели «вечного двигателя», от них пришло более 200 писем. Большинство этих писем было посвящено опровержению научных положений, изложенных в книге, а также описанию проектов различных устройств, взятых из литературы или разработанных самими авторами. Что касается последних, то я отвечал всем изобретателям одинаково: «приносите (привозите) Вашу машину или пригласите меня на ее испытания. Если она будет работать, я публично отрекусь от своих убеждений, стану Вашим сторонником и буду помогать «пробивать ее в жизнь».

Ни одного приглашения так и не пришло…

Три письма надо отметить особо. Два из них содержали поэтические произведения, восхваляющие вечные двигатели: одно в виде поэмы (часть стихов я привожу в этом издании книги), другое в виде песни (но без нот). Наконец, одно письмо, совершенно уникальное, было написано кандидатом технических наук. Оно содержало просьбу указать, «где можно прочесть о действующих вечных двигателях и патентах на них, а, если возможно, увидеть их в работе». При всем желании я ответить ученому автору, всерьез верящему в существование таких «действующих машин», не мог.

Все это лишний раз показывает, что идея «вечного двигателя», возникшая много лет назад, не умирает. Именно поэтому дискуссия вокруг perpetuum mobile должна быть продолжена и на страницах специальных изданий и в научно-популярной литературе (включая СМИ). Она, надеюсь, окажет влияние на ход мыслей и деятельность значительной части изобретателей, выдумка и усилия которых могут быть направлены на более реальные проблемы. К сожалению, в начале XXI века все еще находятся люди, всерьез занимающиеся этим безнадежным делом, несмотря на все усилия как экспертов, так и преподавателей средней и высшей школы.

Нельзя пройти мимо и того неожиданного факта, что к защите такой деятельности подключаются в поисках сенсаций не только некоторые журналисты, но и люди, имеющие научные степени и ученые звания. Самое тревожное, что «ученые труды» последних проникают даже на страницы серьезных академических научных изданий. Такого рода поддержка, естественно, вдохновляет изобретателей на новые попытки штурмовать «устаревшие догмы».

Повышение интереса к проблеме «вечного двигателя» в последнее время не случайно. Оно определяется не только современной ситуацией в энергетике, но и актуальными проблемами экологии, тесно с ней связанными. Против соблазна услышать, что эти проблемы могут быть решены сразу, «под корень», не в силах устоять и некоторые, даже, казалось бы, достаточно образованные люди. Они, как и изобретатели, в большинстве своем соглашаются с тем, что энергию «из ничего» получить нельзя. Поэтому только немногие защищают «устаревшие» вечные двигатели Первого рода. Но они никак не могут примириться с более трудным для понимания положением, вытекающим из Второго закона термодинамики: можно иметь огромное количество энергии в равновесной окружающей среде, которую в принципе нельзя использовать для получения полезной энергии.

Эта ситуация по-видимому, в какой-то степени неизбежна не только в силу сложности развития, свойственной любому направлению техники. Она в значительной мере связана с недостаточной научной подготовкой как изобретателей «вечных двигателей», так и тех, кто их поддерживает. Соответственно не снимается с повестки дня необходимость продолжать работу как по разъяснению с законов природы и анализу ошибок искренне заблуждающихся изобретателей, так и разоблачению всякого рода демагогии, часто сопровождающей дискуссии об из энергии «разлитой в окружающей среде».

Все эти обстоятельства показывают, что выпуск нового издания книги «Вечный двигатель прежде и теперь» должен быть полезен.

Второе издание книги подверглось доработке после советов читателей и новых материалов, полученных после выхода первого издания. Пополнен также список литературы.

ВВЕДЕНИЕ.
ФИЗИКА, ЭНЕРГЕТИКА И ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Всякое ложное искусство, всякое суемудрие длится лишь положенное ему время, так как в конце концов оно разрушает само себя и высшая точка его развития есть вместе с тем начало его крушения.

И. Кант

Приступая к разбору истории вечного двигателя, нужно, по-видимому, начать с того, откуда взялось это понятие и что, собственно, оно означает.

Идея об устройстве, которое могло бы приводить в движение машины, не используя ни мускульную силу людей и животных, ни силу ветра и падающей воды, возникла впервые, насколько известно, в Индии в XII в. Однако практический интерес к ней проявился в средневековых городах Европы в XIII в. Это не было случайностью: универсальный двигатель, способный работать в любом месте, был бы очень полезен средневековому ремесленнику. Он мог бы приводить в движение кузнечные меха, подававшие воздух в горны и печи, водяные насосы, крутить мельницы, поднимать грузы на стройках. Говоря современным языком, создание такого двигателя позволило бы сделать существенный шаг и в энергетике, и в развитии производительных сил в целом. Средневековая наука не была готова к тому, чтобы хоть как-то помочь этим поискам. Привычных нам представлений, связанных с энергией и законами ее превращений, в то время еще не было. Естественно поэтому, что люди, мечтавшие создать универсальный двигатель, опирались прежде всего на то вечное движение, которое они видели в окружающей природе: движение солнца, луны и планет, морские приливы и отливы, течение рек. Такое вечное движение называлось «perpetuum mobile naturae» – естественное, природное вечное движение. Существование такого природного вечного движения со средневековой точки зрения неопровержимо свидетельствовало о возможности создания и искусственного вечного движения – «perpetuum mobile artificae». Надо было только найти способ перенести существующие в природе явления на искусственно созданные машины.

В результате такого переноса слово «perpetuum» («вечный») приобрело в этом термине несколько иной смысл. Применительно к технике оно уже означало не «бесконечный», а скорее «непрерывный», «постоянно действующий». Было очевидно, что любая искусственная машина, созданная человеком, не вечна, она в конце концов неизбежно износится. Но пока двигатель существует – он постоянно должен действовать.

В этом смысле – как обозначение постоянно, самого по себе действующего двигателя – сочетание «perpetuum mobile ariificae» дожило и до наших дней. Слово «artificae» постепенно исчезло, так как ясно было, что термин относится к искусственному устройству. Для краткости «perpetuum mobile» часто пишут сокращенно – ppm.

Таким образом, русский термин «вечный двигатель» не совсем точно отражает понятие ppm. Однако, поскольку он вошел во всеобщий обиход, мы будем им пользоваться наряду с сокращенным обозначением ppm. Кроме того, мы по возможности постараемся избегать частого упоминания перед словами «вечный двигатель» прилагательных типа «воображаемый», «нереализуемый», «неосуществимый» и т.д., так как это подразумевается с самого начала. По этой же причине словосочетание «вечный двигатель» везде, начиная с заголовка, пишется без кавычек. Ведь упоминают же в литературе без кавычек чертей, ведьм и всякую прочую нечистую силу, хотя прекрасно известно, что в настоящем виде они не существуют, как и вечный двигатель.

Представление о вечном двигателе со временем существенно менялось в соответствии с развитием науки, в частности физики, и задачами, которые возникали перед энергетикой.

В первый периодразвития ppm (XIII-XVIII вв.) его изобретатели не понимали принципиальной разницы между вечным движением небесных тел и связанных с ним явлений (например, морских приливов) и тем движением, посредством которого они хотели производить работу в двигателях. Как это ни покажется странным теперь, вопрос о том, откуда должна была взяться эта работа, тогда вообще не возникал. Только примерно с XVI в., когда постепенно начала формироваться мысль о некой «силе» как источнике движения и о том, что эта сила не может ни возникнуть из ничего, ни исчезнуть бесследно, появились сомнения в возможности, а затем и убеждение в невозможности создания ppm. Однако, как мы увидим далее, этого мнения придерживался очень небольшой круг наиболее квалифицированных ученых-физиков и механиков. Общим достоянием такое понимание не стало. Все же официальным решением Парижской академии наук в 1775 г. было прекращено рассмотрение любых проектов perpetuum mobile. На этом закончился первый период истории ppm.

Второй периодпродолжался примерно до последней четверти XIX в. За это время было определено понятие энергии, и закон ее сохранения получил окончательное научное оформление. Были заложены основы термодинамики – науки об энергии и ее превращениях. Однако усилия изобретателей, работающих над созданием различных вариантов ppm, нисколько не ослабели.

Создалась интересная ситуация – сосуществование (правда, совсем не мирное) науки и антинаучной изобретательской деятельности. Этот парадокс объяснялся, с одной стороны, возросшими требованиями к энергетике, потреблявшей много топлива, и с другой – тем, что первый закон термодинамики (закон сохранения энергии) не был еще достаточно хорошо известен широкому кругу людей, занимавшихся техникой.

На этом, по существу, заканчивается история так называемого вечного двигателяпервого рода – ppm-1, изобретатели которого пытались нарушить первый законтермодинамики. Напомним, что он требует, чтобы общее количество энергии, поступающей в двигатель, было в точности равно общему количеству выходящей из него; энергия не может исчезать или возникать из ничего. А ppm-1 производил бы работу, вообще не получая энергии извне!

Третий периодразвития ppm продолжается и теперь. Этот период характерен тем, что современные изобретатели ppm в отличие от своих коллег, работавших в предыдущие времена, знают о существовании научных законов, исключающих возможность его создания. Поэтому они пытаются создать ppm совсем другого рода. Такой вечный двигатель не должен нарушать закон сохранения энергии – первыйзакон термодинамики. Здесь все в порядке. Но он должен действовать вопреки второмузакону термодинамики. Этот закон определенным образом ограничивает превращаемость одних форм энергии в другие. Такой двигатель был назван вечным двигателем второго рода– ppm-2.

Простейшим ppm-2 был бы такой, который, получая тепло от окружающей среды (например, от воды или атмосферного воздуха), полностью или частично превращал бы его в работу. Он позволил бы обойтись не только без затраты органического или ядерного топлива, но и без загрязнения окружающей среды. Есть за что бороться! Но второй закон термодинамики это превращение запрещает, а поскольку этот закон известен и существует, изобретателям ppm-2 не остается ничего другого, как бороться именно с ним. Нападки на второй закон ведутся ими с самых разных сторон – физической, философской и даже политической. Эта борьба вокруг второго закона термодинамики составляет, по существу, основное содержание третьегопериода истории ppm.

На начальном этапе истории ppm дискуссии вокруг него способствовали в определенной степени прогрессу физики, а на последующих этапах – и развитию термодинамики, и прогрессу энергетики. Более того, оба закона термодинамики родились из положения о невозможности осуществления вечного двигателя. В целом эти этапы истории ppm можно характеризовать как движение от утопии к науке.В конечном счете сам вечный двигатель породил, если так можно выразиться, те фундаментальные научные положения, которые вырвали из-под него почву и обусловили конец его многовековой истории.

К сожалению, современные попытки возродить ppm на новой основе уже ничего науке не дают и дать не могут.

Напротив, они только вносят путаницу и отвлекают людей от настоящего дела. Теперешний этап истории вечного двигателя характеризуется попытками продвинуться в обратном направлении – от науки к утопии.

Чтобы разобраться во всех этапах истории ppm и двинуться дальше, надо обязательно сформулировать определение того, о чем пойдет речь. Итак, вечный двигатель – это воображаемое устройство, способное производить работу в нарушение первого (ppm-1) или второго (ppm-2) законов термодинамики.

Займемся подробнее как этими двигателями, так и соответствующими законами – сначала первым, а затем и вторым.