Почему нельзя создать вечный двигатель, или закон сохранения энергии и границы познания
Мое изложение будет кратким, но на важных моментах я остановлюсь подробнее. Дополнительные детали и математические подробности можно, как всегда, найти в Википедии.
Несмотря на многочисленные попытки, никому не удавалось построить вечный двигатель, производящий полезную работу без воздействия извне. Ученые стали догадываться, что вечный двигатель построить нельзя. В 19 веке была построена наука термодинамика. Одной из основ термодинамики стал закон сохранения энергии. Он не следовал из каких-либо теоретических принципов, но являлся обобщением многих экспериментальных фактов.
Термодинамику можно использовать для описания работы ряда механизмов, например, двигателей внутреннего сгорания или холодильных установок. Если известно, как и при каких условиях работает механизм, можно рассчитать, сколько работы он произведет.
В 1918 году Эмма Нётер доказала важную теорему для теоретической физики, согласно которой в системе, обладающей симметриями, появляются сохраняющиеся величины. Сохранению энергии соответствует однородность времени.
Как нужно понимать «однородность времени»? Пусть у нас есть какое-нибудь устройство. Если я его включаю сегодня, завтра или через много лет, и оно работает каждый раз одинаково, то для такой системы время однородно, и в ней будет работать закон сохранения энергии.
К сожалению, школьных знаний недостаточно, чтобы доказать теорему Нётер. Но доказательство математически строгое, и связь между однородностью течения времени и сохранением энергии однозначна. Попытка построить вечный двигатель, работающий сколь угодно долго, — это попытка обмануть природу. Такая же бессмысленная, как и попытка преодолеть 1000 километров за 10 минут на автомобиле со скоростью
Что же получается, энергия всегда сохраняется? Не установили ли физики границу познания со своим законом сохранения энергии? Конечно нет! В общем случае, если в системе нет однородности времени, энергия не сохраняется. Примером такой системы является Вселенная. Известно, что Вселенная расширяется. Сегодня она не такая, как в прошлом, и в будущем изменится. Таким образом, во Вселенной нет однородности времени, и для нее закон сохранения энергии неприменим. Более того, известно, что энергия всей Вселенной не сохраняется.
Дают ли такие примеры отсутствия сохранения энергии надежду на построение вечного двигателя? К сожалению, не дают. На земных масштабах расширение Вселенной совершенно незаметно, и для Земли закон сохранения энергии выполняется с огромной точностью. Вот так физика объясняет невозможность построения вечных двигателей.
Комментарии
Не представляю, чтобы горящая лампочка не излучала, а поглощала.
В конце концов, по физике достаточно популярной литературы, могу посоветовать энциклопедический словарь юного физика:
Я по-прежнему не понимаю большую часть ваших комментариев. Вы-то сами хоть понимаете, что такое «основы движения построения» или «доминирующий приоритет направленности движения»?
Тут можно было бы сказать, что это философская категория и т. д., но это не прояснило бы суть. Единственное, что остается — это приводить примеры. Автомобиль движется по дороге. Летит брошенный кем-то камень. Земля движется вокруг Солнца. Вот это и есть движение.
Кстати, последний пример показателен. Ведь характер науки со времен становления небесной механики не изменился. Поэтому я хочу разобрать этот пример подробнее.
Комбинация второго закона Ньютона и закона всемирного тяготения Ньютона позволяет рассчитывать движение планет с большой точностью. Но движение Урана не совсем совпадало с предсказаниями теории. Тогда можно было либо заявить, что теория неправильна, либо попытаться найти причину отклонения. Леверье рассчитал траекторию и предсказал положение новой, еще не открытой планеты, которая бы вызывала наблюдаемые отклонения Урана. Вскоре новая планета, Нептун, была открыта.
Когда теория однозначно описывает некоторые явления и предсказывает новые — вот это наука. А всё остальное в лучшем случае относится к философии, в худшем — к спекуляциям и жульничеству.
Смотрите вечный двигатель «БУРАНЛО».
Может быть вам будет интересна точка зрения Фейнмана (которая мне близка) о «философских» вопросах:
В бесконечной Вселенной говорить о полной энергии бессмысленно, она бесконечна. Можно говорить об энергии материи или излучения в каком-либо объеме. Но особенность общей теории относительности в том, что в ней нельзя сказать, где именно находится энергия гравитационного поля, можно вычислить полную энергию гравитационного поля для системы ограниченных размеров.
Поэтому в рамках общей теории относительности не получится добавить энергию гравитационного поля к энергии материи, чтобы «спасти» закон сохранения энергии.
В «Науке и жизни» есть подробная популярная статья на эту тему:
Виктор, проще решать те задачи, которые человечество может решить в данный момент, а не делать предсказания хотя бы на десятки лет и как-то ограничивать себя.
Оставьте свой комментарий