— Где же просчет? — спросит читатель. — Все так логично, достоверно, заманчиво! В чем же порок идеи?

Вспомним Сади Карно с его беспощадным выводом о невозможности полного преобразования тепла в другие виды энергии. Кинетическая энергия летящей пули полностью обращается в другой вид энергии. Энергию пружины можно до конца затратить на поднятие груза. Каждая из этих форм энергий может быть утилизирована полностью.

Полностью, конечно, только в идеальном случае при отсутствии трения. В действительности трение, электрическое сопротивление проводов или другие подобные процессы приведут к потере части энергии. Потери можно почти всегда уменьшить, преобразовывая один вид энергии в другой почти полностью, и это справедливо для всех форм энергии. Только не для тепловой.

На какие бы ухищрения ни пошли конструкторы тепловых машин, они все равно не смогли бы полностью обратить тепло в работу. Лишь определенная доля тепла может быть превращена в механическую работу, в электрическую энергию — такова специфичность, особенность тепловой энергии. Порок системы, предназначенной для превращения «дарового» тепла в электроэнергию, состоит именно в том, что партнером кондиционера должна быть тепловая машина, вращающая электрогенератор. Экономия топлива при помощи обращенного кондиционера не сможет скомпенсировать потери энергии в самой лучшей тепловой машине. Работая в паре, они всегда будут работать в убыток.

Этот неутешительный вывод справедлив и в случае, если мы попытаемся отказаться от комбинации тепловой машины с электрогенератором и заменим ее лучшим из современных полупроводниковых термоэлектрических генераторов, превращающим тепловую энергию в электрическую, минуя механическое движение. Такой термоэлектрический генератор тоже подчиняется принципу Карно и преобразует в электроэнергию тем меньшую долю тепла, чем меньше разность температур между двумя различными полупроводниками, которые как раз и образуют полупроводниковый термогенератор.

При обсуждении наших мысленных экспериментов следует учесть и то, что невозможно добиться увеличения кпд тепловой машины, заставляя кондиционер обеспечивать больший перепад температур. Чем больше требуемая разность температур, тем ниже тепловая эффективность кондиционера. Не поможет и включение холодильных машин последовательно, одна за другой.

Автор просит читателей не пытаться проверять верность сказанного выше при помощи чисел, приведенных при описании наших мысленных экспериментов. Они выбраны лишь из соображений простоты (конечно, тепловой коэффициент 0,24 калории на джоуль соответствует действительности). Нужно учесть, что в этих мысленных экспериментах мы для простоты рассматривали только начальный период после включения холодильника или кондиционера, когда созданная ими разность температур мала и можно не учитывать обратного потока тепла через стенки холодильника или стены здания. Эти потоки ограничивают достижимую разность температур, что при учете формулы Карно еще более увеличивает потери в системе кондиционер — тепловая машина.

Следует подчеркнуть также, что сказанное относится к любым холодильникам или кондиционерам. К наиболее распространенным, имеющим электродвигатель и компрессор, и к термодиффузионным, не имеющим движущихся частей, а лишь нагреватель, теплообменник и испаритель, внутри которых циркулирует смесь из жидкостей с низкой температурой кипения. Это же справедливо для системы, использующей полупроводниковые элементы, которые превращаются из холодильника в нагреватель простой переменой направления проходящего через них постоянного тока.

Для простоты рассуждений мы опустили много деталей процесса, упростили схему. Но мы уже знали, что можно, а чего нельзя опускать, так как ученые до нас проанализировали все аспекты «чуда Бабьегородского переулка». Знали все, чего не учли его авторы…

Насколько живуча бесплодная идея перпетуум-мобиле, можно судить по словам одного известного физика, предупреждавшего как-то своего иногороднего коллегу:

— Обязательно покажите мне вашу статью, когда закончите. Только, посылая ее по почте, предупредите меня открыткой, иначе я могу и не пойти на почту: извещение о заказной бандероли нередко означает очередной проект вечного двигателя.

…Этим мы закончим рассказ о вечных двигателях. Историю о том, как многовековое массовое заблуждение приводило к напрасной затрате сил и средств, к личным трагедиям энтузиастов, к жертвам мошенничества, но нередко при этом ускоряло познание фундаментальных законов природы.

«Наука и жизнь» № 5, 1978 г.

Об уникальных машинах, которые никогда не работали.

Очерк, который предлагается вниманию читателей, — дань памяти и благодарности Виктору Николаевичу Болховитинову, предложившему мне идею и в значительной мере план очерка. Известный писатель, физик по образованию, многие годы главный редактор журнала «Наука и жизнь», он умел найти в истории науки и техники такие цепочки событий и фактов, которые интересны нынешнему читателю прежде всего тем, что дают повод для серьезных раздумий и обобщений.

«Подумайте о машине Карно, — сказал он мне, — ведь создать ее невозможно, подумайте о Демоне Максвелла, ведь демонов не существует… И тем не менее неработавшая машина Карно и несуществующий дьявол способствовали рождению термодинамики, науки, раскрывшей механизм тепловых процессов в природе! Эксперименты на машинах, существующих только в мыслях ученого, или, как мы теперь говорим, мысленные эксперименты, позволяют изучить и предсказать свойства и поведение реальных машин еще до того, как они изготовлены, перед тем, как начато их конструирование».

Идея была принята с благодарностью. Она как-то сразу заняла главное место в рабочих планах. Я начала готовить для журнала очерк об абстрактных моделях.

— Но почему такой акцент на мысленных экспериментах? — возможно, захочет спросить читатель. — Разве реальный опыт не высший судья науки? Разве не он главная движущая пружина и в конструировании и в проверке любой теории и гипотезы!

Движенья нет, сказал мудрец брадатый.

Другой смолчал и стал пред ним ходить.

Сильнее бы не мог он возразить.

Хвалили все ответ замысловатый.

^

Так Александр Сергеевич Пушкин проиллюстрировал доказательную мощь опыта, его превосходство над словесными аргументами.

И тем не менее стихотворение заканчивается такими словами:

Но, господа, забавный случай сей

Другой пример на память мне приводит:

Ведь каждый день пред нами Солнце ходит,

Однако ж прав упрямый Галилей.

Пушкин знал, что видимое движение Солнца в течение веков служило неопровержимым доводом в пользу неподвижности Земли. И своим заключением подчеркнул, что очевидность — это не обязательно истинность. Самый очевидный опыт или наблюдение, воспринятые некритически, способны привести к ложным заключениям.

А теперь к образам, созданным Великим Поэтом, добавим высказывание Великого Физика. В свое время Альберт Эйнштейн писал: «Опыт никогда не скажет теории «да», но говорит в лучшем случае «может быть», большей же частью — просто «нет». Когда опыт согласуется с теорией, для нее это означает «может быть», когда же он противоречит ей, объявляется приговор: «нет».

И, наконец, еще одно высказывание, знаменитое прутковское: «Если на клетке слона прочтешь надпись «Буйвол», не верь глазам своим».

Все эти высказывания приведены здесь отнюдь не для того, чтобы как-то подорвать доверие к реальному физическому эксперименту, — пытаться сделать подобное было бы верхом невежества, не говоря уже о том, что это просто невозможно. Хотелось просто привлечь союзников в утверждении исключительно важной роли эксперимента мысленного, который иногда просто дополняет эксперименты «в металле», а иногда проводится как совершенно самостоятельная исследовательская работа и именно в таком качестве остается в истории науки.