Возможен ли вечный двигатель?
Возвращение к проблеме тысячелетия в конце тысячелетия.

В последние три года прошедшего тысячелетия были опубликованы три результата, относящиеся к проблеме которую можно назвать проблемой этого тысячелетия. Эти результаты получены независимо в разных странах и относятся к таким разным областям физики как квантовая термодинамика, молекулярная физика и сверхпроводимость. Их объединяет то, что достойно внимания не только специалистов, но и всех интересующихся наукой и техникой. Согласно этим результатам второе начало термодинамики может нарушаться в некоторых квантовых системах. А как известно, нарушение второго начала равнозначно возможности создания вечного двигателя.

Данную проблему без сомнения можно назвать проблемой прошедшего тысячелетия. Первые проекты вечного двигателя известны начиная с 13 века и с тех пор вряд ли было такое время когда бы не предлагались все новые и новые проекты, несмотря на то, что последние пять веков господствует убеждение в невозможности вечного двигателя. Уже Леонардо да Винчи клеймил изобретателей вечного движения, ставя их в один ряд с алхимиками. В 1775 Парижская Академия наук приняла широко известное решение не рассматривать проекты вечных двигателей. С этого времени большинство ученых, вслед за Леонардо да Винчи, воспринимают perpetuum mobile как проблему темных средних веков, наряду с алхимией. Тем не менее проекты вечных двигателей появлялись и продолжают появляться. Их число не поддается оценки и в появлении еще трех не было бы ничего сенсационного если бы они не были опубликованы в серьезных научных журналах, в частности одном из самых престижных среди физиков журнале Physical Review Letters.

Публикация в этом журнале сразу привлекла внимание на Западе. Уже через месяц с небольшим после публикации [1], в научно-популярном журнале Science News, издаваемом в Вашингтоне, появилась статья "Breaking the Law: Can quantum mechanics + thermodynamics = perpetual motion?" [2] журналиста Peter Weiss в которой привлекается внимания общественности к данной публикации. В этой статье обсуждаются также два других результата указывающих на возможность нарушения второго начало в биомолекулах [3] и в неоднородном сверхпроводящем кольце [4].

Интерес проявленный редакцией научно-популярного журнала, с самым большим в мире тиражом, к публикациям, в которых предприняты атаки против второго начала термодинамики, представляется вполне оправданным. Авторы этих публикаций не стремились изобрести вечный двигатель. Результаты, противоречащие второму началу, были получены ими в процессе проведения исследований в тех областях физики в которых они являются специалистами с многолетним опытом. Публикация этих результатов означает, что пришло время сомнений в универсальности второго начала. Победа в начатой борьбе будет иметь колоссальное значение для науки и техники.

Второе начало термодинамики, возникшее в начале 19 века из анализа работы тепловых машин, сразу стало восприниматься как универсальный закон природы, что было обусловлено верой в невозможность вечного двигателя. Эта вера привела к обобщению принципа, по которому работают тепловые машины, на все процессы происходящие в природе в которых тепловая энергия превращается в более упорядоченные виды энергии.

В современной интерпретации второе начало есть закон возрастания хаоса. Вера в невозможность уменьшения общего хаоса приводит в частности к убежденности в том, что уменьшение энтропии которая имеет место при росте живых систем должна сопровождаться ее увеличением в окружающей среде. Однако является совсем не очевидным, что аккумуляция энергии в растениях, которую мы используем сжигая органическое топливо, происходит по принципу работы обычный тепловой машины, т.е. что и на молекулярном уровне используются направленные неравновесные процессы. Результат полученный в Праге [3] указывает на иную возможности. Исходя из результатов полученных им при исследовании термодинамики биомолекул Prof.Capek заявляет (см. [2]), что второе начало термодинамики может нарушаться в живых системах. Это означает, что возрастание жизни есть уменьшение общего хаоса.

Опубликованные результаты представляют не только научный интерес. Один из результатов, опубликованный впервые в статье [5], указывает возможность изготовления квантового источника мощности в котором, вопреки второму началу, тепловая энергия превращается в электрическую энергию постоянного тока без нарушения термодинамического равновесного состояния [4]. Такой источник может работать без горючего сколь угодно долго, т.е. он является тем самым вечным двигателем о котором мечтали многие энтузиасты в прошедшем тысячелетии. Его изготовление представляет довольно сложную задачу, которая однако может быть решена при использовании современных достижений нанотехнологии.

Значительно сложнее преодолеть многовековую убежденность в невозможности вечного двигателя. Публикации [1-4] не поколебали веру большинства ученых в незыблемость второго начала (см. отзывы в [2]). Но ими сделан важный шаг. Эта проблема перестала быть запретной в науке. К сожалению, пока это можно сказать только о зарубежной науке. Сомнение в правильности опубликованных результатов вполне понятны. Но сомнения, как и утверждения должны быть обоснованными. А чтобы обосновать сомнения в результатах надо их знать. С этим у нас наибольшие проблемы. По сложившийся практике, редакции наших научных журналов не публикуют, как правило, результаты которые они не понимают. Поэтому о полученных у нас результатах мы иногда узнаем из за рубежа. Это ставит нашу науку в заведомо невыгодное положение догоняющих.

С искренним уважением,
А.В.Никулов


[1] A.E.Allahverdyan and Th.M.Nieuwenhuizen "Extraction of Work from a Single Thermal Bath in the Quantum Regime" Phys.Rev.Lett. 85, 1799 (28 August 2000)

[2] P. Weiss, Science News, Week of Oct. 7, 2000; Vol. 158, No. 15 p.234. It is available also at http://www.sciencenews.org/20001007/toc.asp.

[3] V.Capec and J.Bok "A Thought Construction of Working Perpetuum Mobile of the Second Kind" Czechoslovak Journal of Physics 49, 1645 (1999).

[4] A.V.Nikulov "About Perpetuum Mobile without Emotions" http://xxx.lanl.gov/abs/physics/9912022.

[5] A.V.Nikulov and I.N.Zhilyaev, "The Little-Parks Effect in an Inhomogeneous Superconducting ring" J.Low Temp.Phys. 112, 227 (1998); http://xxx.lanl.gov/abs/ cond-mat/9811148.