Ванна Архимеда: Краткая мифология науки

Вечное движение

Всякий ребенок, повторяя в своем развитии эволюцию человечества, проходит и возраст открытия колеса. Растянувшись на земле с игрушечной машинкой в руке, дети могут проводить бесконечное количество времени, наблюдая, как колесо крутится в одну сторону, останавливается, крутится в другую… Спустя какое-то время наиболее прагматичные из них снова будут играть в ту же пикантную игру, вращая колесо (рулевое) своих лимузинов. Другие же, совсем немногие, посвятят долгие часы, а порой и всю жизнь цели не просто привести в движение какое-то колесо, а заставить вращаться то единственное, что крутится, никогда не останавливаясь, преобразуя таким образом свое детское очарование во вселенский экстаз. Одним словом, они пускаются в погоню за вечным движением.

Если бывают бессмертные мифы — это один из них; его первые следы мы находим в V веке, в написанном на санскрите манускрипте, опубликованном в Италии под заглавием «Сиддханта Чиромани» (Siddhanta Ciromani). Далее он возникает вновь в XV веке в трактате «Магико-медицинский грот» (Antrum Magico Medicum) Марка Антония Дзимары и в XVI книге Агостино Рамелли «Разнообразные и искуснейшие машины» (Le Diverse e Articiose Macchine). Потом в XVII веке в «Новом театре машин» (Theatrum Machinarum Novum) немца Георга Бёклера и, совершенно неожиданным образом, у самого великого Ньютона, мечтавшего «отражать и преломлять лучи гравитации», чтобы «создавать вечное движение». После этого машина, с позволения сказать, пришла в действие: основательно документированное исследование американского историка техники Артура Орд-Хьюма показывает, что поиски вечного движения достигли апогея к концу XIX века и потом очень медленно шли на спад на протяжении XX века. Даже после решения Парижской академии наук в 1755 году не рассматривать больше сообщения о содании вечного двигателя (так же как о квадратуре круга и трисекции угла), тысячи патентов выдавались до 1911 года в Англии и в Соединенных Штатах, где заявки на всякий случай рассматривались, но только при условии наличия работающего механизма.

Молчаливой тенью идея вечного двигателя, воплощенная в различных конструкциях, неотступно сопровождала прогресс механики. В Средние века это были преимущественно водяные мельницы: они снабжались винтом Архимеда (или бесконечным винтом), поднимавшим воду, которая, падая, приводила его в движение; их количество преумножалось на пергаментах первых механических трактатов. Потом пришла очередь ветряных мельниц, приводивших в действие мехи, которые дули на их лопасти. Потом — сложно устроенных маятников, со смазкой в шарнирах, алмазами в подшипниках и искусно подвешенными грузами. Подвижные магниты, капиллярные трубки, сцепленные друг с другом губки, впитывающие воду, чтобы затем отдавать ее под давлением, предшествовали когорте электрических машин, расцветших спиралями проводов и медными контактами после изобретения Вольтой его «столба» в 1800 году. Конечно, все эти устройства пали жертвами слы трения и неумолимых законов механики, но они отнюдь не напоминают кладбище утраченных иллюзий. Собрание реализаций вечного двигателя складывается в величественный гимн человеческой изобретательности, высшая точка которой — грандиозные часы, находящиеся в Музее Виктории и Альберта в Лондоне, — датируется 1760-ми годами.

Их построил Джеймс Кокс — гениальный конструктор и производитель часов и автоматов, непризнанный современник создателя хронометра Джона Гаррисона, не уступавший ему (по меньшей мере) в изобретательности. Во всяком случае, он — куда больше чем просто техник, поскольку утверждал, что его часы ходят вечно «by an union of mechanic and philosophic principles» [14]. В действительности источником энергии для них служат не вода или ветер, не магнетизм или электричество, но перепады атмосферного давления: они представляют собой гигантский барометр, содержащий около 80 кг ртути и снабженный поплавком, чтобы посредством весьма хитрой системы шестеренок поднимать гири часов при повышении или понижении атмосферного давления. Любой физик возразит, что в данном случае о вечном движении и речи нет — эта машина не изолирована от среды; а любой метеоролог добавит, что такие часы остановятся в экваториальной зоне затишья, эдаком барометрическом болоте, где атмосферное давление почти не меняется. И все же, если бы часы Кокса не были разобраны и освобождены от содержащейся в них ртути, они шли бы по сей день и продолжали бы идти до тех пор, пока не сгнили бы окончательно их деревянные детали.

Часы Кокса не положили конец поискам вечного движения; конечно, они не были достаточно «философскими», поскольку обращались к внешнему источнику энергии — в данном случае к атмосфере. Закон сохранения энергии, утверждающий, что в любой замкнутой системе энергия может только переходить из одной формы в другую, но никоим образом не возрастать и не убывать, ничуть не обескураживает искателей. И тем более их не смущает доказательство неосуществимости «истинного» вечного движения, приведенное в 1824 году Никола Леонардом Сади Карно в его «Рассуждениях о движущей силе огня и машинах, использующих эту силу». Этот труд в 118 страниц утверждает существование в природе фундаментильной асимметрии: хотя возможно полное превращение механической энергии в тепловую, обратное превращение осуществимо лишь со смехотворной производительностью. Максимальный КПД современного автомобильного двигателя, например, едва превосходит 25 %, большая же часть высвобожденного от сгорания топлива тепла идет на износ мотора и нагревание атмосферы. Для того чтобы прийти к этому замечательному выводу, имевшему важные последствия далеко за пределами термодинамики (помимо прочего, в биологии), Карно обращался к аналогии с мельницей, приводимой в движение падением теплорода (так тогда называли «теплоту») от нагревателя к холодильнику. Так что история вечного движения, начавшись с мельниц, естественным образом к мельницам и вернулась.

Тут и сказке конец? Ну, не совсем. Коль скоро сохранение энергии есть не физический закон, а принцип, не все еще потеряно. Как пояснял физик Макс Планк: «В конце концов, принцип сохранения энергии — закон экспериментальный. А потому, хоть мы сегодня и держим его за универсальный и объемлющий все возможные случаи, его справедливость может в один прекрасный день оказаться как-то ограниченной; и тогда проблема вечного движения внезапно окажется вполне насущной». В ожидании этого события вечное движение, изгнанное из царства мельниц, часов и моторов, нашло себе прибежище в мире атомов (где электроны, хотя и пребывают в «стационарных» квантовых состояниях, не перестают вращаться вокруг ядер на протяжении миллиардов лет), и в особенности среди таких хрупких и удивительных чудес техники, как ядерные реакторы-размножители. Эти машины наверняка очаровали бы Джеймса Кокса, поскольку они производят больше делящейся материи (хотя и не больше энергии), чем потребляют. Но атом подчиняется совсем другим законам, возразят нам педанты; «Супер-Феникс» отнюдь не подразумевает немыслимого чуда, каковым была бы действительно автономная машина, функционирующая без всякого источника энергии, как эдакая абсолютная механическая нирвана или бессмертная душа машины, не ведающая ни о трении, ни о втором начале термодинамики.

По всей очевидности, то, о чем мечтали и продолжают мечтать адепты вечного движения, не имеет отношения к механике. Подобно Аристотелю, представлявшему себе «перводвигатель» — божественную причину движения планет — где-то за пределами сферы неподвижных звезд, они хотят выделить в чистом виде душу движения. Они ищут, говоря совсем просто и схематично, секрет жизни. В рукописи арабского алхимика Джабира ибн Хайяна, датируемой IX веком, предлагается собрать все органические вещества внутри одной сферы, находящейся в вечном движении, что показывает: одержимость идеей вечного движения совсем не так смешна, как кажется. Она мало связана с развитием механики, зато прочно связана с развитием биологии. Кто отважится заявить, что миф — бесполезное творение ума?