Тред №929853

Я уже говорил, что физики неоднократно заявляли, что некий процесс невозможен, потому что он нарушает Закон Сохранения Энергии, но позднее этот процесс был применен на практике и оказалось, что ЗСЭ он не нарушает, это сами физики неправильно понимали ЗСЭ. Примеры - применение переменного тока и летательных аппаратов тяжелее воздуха. Можно также вспомнить, что если кошку держать спиной вниз на некоторой высоте (не слишком близко к земле), а затем отпустить, она ухитряется развернуться в воздухе и упасть на лапы. Некоторые физики говорили, что это невозможно, потому что запрещает Закон Сохранения Момента Импульса (за счет одних только внутренних усилий, без опоры, тело перевернуться в пространстве не может). Тем не менее, не подозревая о том, что так нельзя делать, кошка интуитивно решила эту физическую проблему. На вопрос нашего корреспондента, как, она ответила: "Жить захочешь - не так раскорячишься".
.
Давайте рассмотрим такой пример. У нас есть очень большое (диаметром миллиарды световых лет) облако холодного газа в космическом пространстве. Больше ничего - только газ. Никакой упорядоченности в газе нет, скорости молекул подчиняются распределению Максвелла. Энтропия максимальна. С точки зрения физики, никакой полезной работы с этой системой совершить невозможно. Тепловую машину не построить. Совершенно бесполезное образование.
.
Однако прошло сколько-то миллионов лет - и оказалось, что это облако обладало гравитационной неустойчивостью, что незначительные отклонения от равномерности в распределении газа привели к тому, что каждое небольшое сгущение газа притягивало окрестные молекулы газа и сгущение всё росло, всё уплотнялось. Чем больше становилась масса центрального сгущения, тем выше становилась сила гравитации, притягивающая окрестные молекулы газа к нему. Сгущение газа все больше нагревалось и в конце концов в его центре загоралась звезда, вокруг которой, возможно, была планетная система. 
.
Почему? Откуда взялась эта энергия на нагрев газа, ведь в первоначальном большом и холодном облаке не было ни малейшего намека на этот источник энергии? Может, это нарушение ЗСЭ?
.
Газ нагревался, потому что молекулы газа, притягиваемые к центру сгущения газа, ускорялись в гравитационном поле этого сгущения. Потенциальная энергия молекул переходила в кинетическую. 
.
Хорошо - но откуда взялась эта потенциальная энергия? Ведь ее вначале не было. И смотрите - потенциальная энергия (превратившаяся в кинетическую) молекул газа, вошедших в состав звезды, была совсем не одинакова на разных этапах формирования сгущения. Когда сгущение было незначительным, потенциальная --> кинетическая энергия молекул газа была мала. Чем больше росла масса сгущения, чем больше молекул включалось в его состав, тем больше становилась потенциальная --> кинетическая энергия каждого нового участника. Кроме того, массы вновь сформировавшихся звезд сильно отличались друг от друга. Соответственно, отличались и потенциальные --> кинетические энергии молекул газа, вошедших в их состав, отличались и температуры этих звезд. Потом в этих звездах температура повысилась настолько, что начались термоядерные реакции. Синтезировались новые химические элементы. Некоторые звезды были так массивны и так горячи, что использовали свое термоядерное топливо очень быстро, коллапсировали и превратились в сверхновые, разбросав по окрестностям множество химических элементов. Новый цикл звездообразования, уже с участием этих химических элементов. На планетных системах вокруг таких звезд пошли разные химические и прочие реакции. 
.
Откуда взялась энергия на все это безобразие? Мы имели холодное облако газа, с незначительной суммарной кинетической энергией молекул. Вдруг, откуда ни возьмись, возникла потенциальная энергия гравитационного поля. Откуда, ведь никакой грравитации не было? Что произошло с энтропией - ведь она была максимальна у облака газа, разве нет? Сейчас же мы получили явное усложнение, упорядочивание материи, все эти галактики, звезды, планеты, жизнь...
.
Но никакого нарушения законов сохранения и Второго Начала Термодинамики здесь нет. Энергия в облаке газа была, просто почти вся она была либо потенциальной, либо внутренней. А и та, и другая в физике часто не определяются в абсолютных значениях, только как их изменения между двумя (или больше) состояниями системы. Откуда взялась гравитационная потенциальная энергия? Она была "скрыта" в гравитационном притяжении всех молекул газа облака друг к другу. Просто, поскольку во всех направлениях относительно любой молекулы газа находились равные количества молекул газа, их притяжения уравновешивали друг друга. Незначительное сгущение газа, т.е. отклонение от средней плотности газа поблизости от какой-то молекулы привело к тому, что в направлении этого сгущения суммарная сила притяжения более не уравновешивалась противоположным направлением, и молекула приобрела небольшую потенциальную энергию гравитационного поля. И так далее. 
.
Нетрудно догадаться, что высвободившаяся потенциальная --> кинетическая энергия облака газа является лишь частью всей гравитационной энергии, которой обладало первоначальное облако газа. Если бы все это облако (это невозможно, но пока неважно) сгустилось к одному центру и образовало единую супермегазвезду массой в миллиарды галактик, тогда бы высвободилась действительно вся потенциальная гравитационная энергия взаимодействия молекул газа этого облака между собой.
.
Но потенциальная гравитационная энергия - это не вся "скрытая" энергия, которой обладали молекулы первоначального облака. Не будем забывать о термоядерной энергии, проявившей себя уже в звездах, нагревшихся до достаточных температур. Это была - внутренняя энергия.
.
Так что с ЗСЭ здесь все в порядке. А как с энтропией? С ней тоже все в порядке - она увеличилась. Увеличилась кинетическая энергия сначала молекул, потом ионизированных частиц плазмы, потом продуктов термоядерных и ядерных реакций. "Беспорядочность", хаотичность движения этих очень быстрых молекул и частиц тоже стала больше. Увеличилось всё - и кинетическая энергия, и упорядоченность, и энтропия. За счет, еще раз повторяю, "проявления" скрытой вначале потенциальной и внутренней энергии молекул газа.
.
Для чего я это рассказываю? Для того, чтобы подчеркнуть - в каких-то ситуациях, если исходить из примитивно понятого ЗСЭ или Второго Начала Термодинамики, может показаться, что энергии на какой-то процесс неоткуда взяться. И утверждение, что этот процесс может осуществляться, может быть интерпретировано как нарушение ЗСЭ или Второго Начала. Таково может быть впечатление у кого-то из читателей, когда я буду говорить, в частности, о возможных применениях искусственной гравитации. Но это не так - ЗСЭ при этом нарушаться не будет. Что касается Второго Начала, я хочу отдельно обсудить его - и показать, где, на мой взгляд, он неправильно интерпретируется.
.
Еще одно замечание по поводу ЗСЭ. В приведенном выше примере, облако газа за счет гравитационной неустойчивости самопроизвольно распалось на области, из которых возникли галактики и звезды. Но допустим, некая цивилизация послала космический корабль (сферический, 10 км диаметром) из другой области пространства сквозь наше облако газа. И в каком-то месте этот корабль сломался. Серьезно сломался, быстро починить не удалось. Через 10 лет, его наконец починили и он полетел дальше.
.
За эти 10 лет, вокруг местонахождения корабля начал сгущаться газ. И сгустился достаточно для того, чтобы, когда корабль улетел, это сгущение послужило центром притяжения близлежащего газа. И в этом конкретном месте вскоре образовалась звезда - значительно раньше, чем все остальные звезды в этом облаке.
.
Я хочу обратить ваше внимание на то, что корабль не затратил никакой собственной энергии на создание этого сгущения газа и потом звезды. В этом смысле, он не совершил никакой работы. И тем не менее, благодаря временному появлению корабля в данном месте в окружающем облаке газа возникло гравитационное поле - следовательно, молекулы газа приобрели потенциальную энергию гравитационного поля, что послужило толчком к дальнейшему прогрессирующему сгущению газа и высвобождению все большего количества ранее скрытой потенциальной энергии гравитационного взаимодействия молекул между собой. 
.
Когда я буду говорить об искусственной гравитации, я буду иметь в виду подобные явления.