Читать книгу Чотири закони, що рухають Всесвіт - Питер Аткинс - Страница 2

Серед сотень тих законів, які описують Всесвіт, причаїлася могутня горстка. Це закони термодинаміки, що підсумовують властивості енергії та її перетворення з однієї форми в іншу. Я вагався, чи варто згадувати слово «термодинаміка» в назві цього невеличкого вступу до такого безмежно важливого й захопливого аспекту природи. Сподіваюся, що, вилучивши з назви цей термін, я заохочу вас дочитати принаймні до цього моменту, адже слово «термодинаміка» не натякає на легке читво. Тож не вдаватиму, ніби мою працю можна потрактувати як розважальну літературу. Однак, коли дочитаєте цю тоненьку книжечку до кінця, ваш мозок буде загартованіший і вправніший, а ви самі глибше розумітимете роль енергії у світі. Коротко кажучи, ви знатимете, що саʹме рухає Всесвіт.

Вам може здаватися, ніби термодинаміка стосується лише парових двигунів, однак насправді вона стосується майже всього, що нас оточує. Безперечно, перші концепції цієї науки з’явилися в XIX столітті, коли пара була як ніколи актуальною, проте в міру формування чітких законів термодинаміки науковці почали детальніше вивчати їхні наслідки. Тоді стало зрозуміло, що цей предмет може охопити надзвичайно широкий спектр явищ – починаючи з ККД теплових двигунів, теплових помп і холодильників та закінчуючи хімією і навіть біологічними процесами. На дальших сторінках ми з вами помандруємо цим широким спектром.

Могутня горстка складається з чотирьох законів, нумерація яких досить незручно починається з нуля і закінчується на цифрі «три». Перші два закони («нульовий» і «перший») познайомлять нас із двома звичними, але все ж загадковими властивостями – температурою та енергією. Третій із четвірки («другий закон») описує ентропію, що її багато хто вважає невловимою властивістю. А втім, я сподіваюся наочно показати, що вона легша для розуміння, ніж начебто звичніші властивості температури й енергії. Другий закон – це один із найвеличніших законів усієї науки, адже він пояснює, чому щось узагалі відбувається: від охолодження гарячої речовини до висловлення думки. Четвертий із законів («третій закон») грає переважно технічну роль. Він доповнює і завершує структуру предмета, а також уможливлює або унеможливлює його застосування. Хоча третій закон і встановлює бар’єр, який заважає нам досягти абсолютного температурного нуля (тобто зробити що-небудь абсолютно холодним), та ми побачимо, що нижче від нуля все ж існує химерний і досяжний дзеркальний світ.

Як наука термодинаміка виросла зі спостережень за об’ємною матерією (інколи у формі таких громіздких об’єктів, як парові двигуни) і сформувалася ще до того, як більшість науковців переконалася, що атоми – це щось більше, ніж просто засоби обліку. Однак предмет цієї дисципліни незмірно розширяється, якщо здобуті на основі спостережень формулювання термодинаміки тлумачити в контексті атомів і молекул. Зважаючи на цей нюанс, ми спершу обговоримо спостережні аспекти кожного закону, і лише потім зануримось у глибинні аспекти об’ємної матерії й розкриємо ті тлумачення, які випливають з інтерпретації законів з погляду концепцій, притаманних світу атомів.

І насамкінець, перед тим як ви вигострите розум і візьметеся за пізнання принципів функціювання Всесвіту, я мушу подякувати серові Джону Ровлінсону за детальне вивчення і коментування двох робочих версій рукопису – його академічні поради були надзвичайно корисні. А втім, якщо якісь помилки й залишилися, то вони, без сумніву, стосуватимуться тільки тих моментів, де я не погодився з ним.