Энергетика. ТЭС и АЭС

Всё о тепловой и атомной энергетике

Энергия и прогулки, затянувшиеся на 2000 лет

Впервые слово «энергия» появляется как будто бы в трудах Аристотеля. Однако его сочинения так часто переписывались, переводились, пересказывались и комментировались, что уверенно утверждать авторство Аристотеля нельзя. Тем более что ни ясного определения, ни математического выражения, ни широкого применения это понятие у него не имело, а представляло лишь некое «активное», «деятельное» начало.

В то бедное техникой время чаще всего приходилось иметь дело с силой тяжести и силой трения, которые зависели от веса тел. Одним из колоритных образцов этой техники были подъемные машины в театрах для опускания на сцену богов (отсюда «бог из машины» — искусственный бог). Боги в виде людей или макетов появлялись в конце спектаклей и разрешали конфликты.

При опускании и подъеме грузов имело значение время, а следовательно, и скорость. Поэтому у Аристотеля величина «действия» или «действующей силы» F пропорциональна весу движимого тела Р, пути, на который оно передвинуто L, и обратно пропорциональна времени этого передвижения t, то есть F=f(PL/t)=f(P*w), где w=L/t — скорость.

Теперь эта величина называется мощностью, но и тогда эта «сила», по-гречески dynamis, переводилась на латынь как potentia, с латыни на французский язык как puissance, а с французского на русский как мощность. Отсюда и «лошадиная сила» — единица мощности.

Но дело в конце концов не в словах. Пусть бы эта величина называлась силой, а не мощностью, изменить терминологию несложно. Дело в том, что аристотелево определение силы стало источником многих ошибочных выводов. Так, если сила равна нулю, то и скорость будет нулевой. Но это противоречит очевидному факту: вылущенная из лука стрела продолжает лететь, хотя сила тетивы на нее уже не действует. То же можно сказать и о камне, выпущенном катапультой.

Это очевидное несоответствие Аристотель обходит так: стрелу несет воздух, приведенный в движение спущенной тетивой, а камень толкается воздухом, заполняющим пустоту, образующуюся за ним. Для подкрепления этой аргументации выдвигается принцип «природа боится пустоты».

Аристотель

Из того же определения «силы» получается, что тела большего веса должны падать на Землю с большей скоростью. Надежно доказать ошибочность этого положения удалось только через 2000 лет Галилею.

Однако еще при жизни Аристотеля многие понимали ошибочность толкования им «силы», во времена же эллинизма оно было заменено другим, близким к понятию «работа» (или более позднему — «живая сила», о котором речь дальше). Из аристотелевой формулы новое определение получается, если зачеркнуть в знаменателе время F=f(Pl). Движение же тела многие объясняли сообщением ему в момент трогания с места «движущей силы»; когда эта «сила» израсходуется, движение превратится.

Несмотря на это и множество других ошибочных, а иногда и просто нелепых положений, учение Аристотеля, пережив периоды некоторого забвения и почти тотального распространения, господствовало в умах людей 2000 лет! Этот поразительный факт заставляет нас ближе познакомиться с основами этого учения, относящимися к нашей теме, а также с личностью его творца — сына своей эпохи, активного участника далеких событий.

Современники, а за ними и историки свидетельствуют, что Аристотель имел тощие ноги, маленькие глазки, шепелявил и выделялся своими нарядами, кольцами и прическами. Речи его были насыщены сарказмом, и, по словам Ф. Бэкона, он, «подобно восточным деспотам, душил своих противников». Родился Аристотель в городе Стагире (отсюда прозвище «Стагирит») на севере Греции в семье врача, ставшего вскоре придворным лекарем македонского царя Аминта. После смерти отца, оставившего значительное состояние, семнадцатилетний Аристотель отправился в школу Платона в Афины, где провел 20 лет — до смерти учителя. Это, впрочем, не помешало ему позже провозгласить: «Платон мне друг, но истина дороже!»

Царь Македонии Филипп II поручил Аристотелю воспитание сына Александра, который впоследствии говорил: «Я чту Аристотеля наравне с моим отцом потому, что если отцу я обязан жизнью, то Аристотелю — всем тем, что дает ей цену». Правда, после вступления на престол в 336 г. до н. э. Александру, видимо, стало не до Аристотеля… Через три года он двинул свои армии в первый поход против персов, и Аристотель вернулся в Афины. Здесь, вблизи Афин, в Ликейоне, он создает школу (отсюда в России и других странах появились позже «ликеи», превратившиеся затем в «лицеи»), ставшую крупнейшим просветительским центром, который просуществовал около 800 лет! Учеников этой школы, а в дальнейшем и всех последователей, толкователей и комментаторов Аристотеля называли «перипатетиками», что по-гречески означало «прогуливающиеся», поскольку Аристотель любил вести занятия и споры, прогуливаясь по аллеям Ликейонского парка.

Аристотель написал 28 книг: «Физика» (8 книг), «Метафизика», «Категории», «Этика», «О душе», «Афинская полития», «Аналитика», «Поэтика», «О возникновении животных», «Органон» (логика), «Проблемы механики» (этот труд, по последним данным, написан одним из его учеников в III в. до н. э.) и другие, положив тем самым начало разделению наук и не оставив без объяснения ни одного вопроса ни в одной области.

Он учил своего сына во всем придерживаться золотой середины, поэтов — не копировать жизнь, а «организовывать» ее, мыслителей — системе логики, ученых — методологии науки (для каждой науки свои постулаты, аксиомы и т. д.). Имея 28 книг Аристотеля, человек освобождался от необходимости самостоятельно думать, а нуждался лишь во времени для их зазубривания. Однако из-за объема трудов, запутанности и ошибочности многих положений на это не хватало целой жизни. Поэтому и появилось так много пересказчиков и комментаторов Аристотеля…

Хотя в сочинениях Стагирита объединены учения многих натурфилософов, в них нет рациональных «зерен», равных по масштабу диалектике Гераклита, атомизму Демокрита, гелиоцентрической системе Аристарха Самосского и т. д. Более того, эти зерна были им начисто вытравлены. Поэтому столь длительную популярность учения Аристотеля можно объяснить только уникально сложившимися историческими условиями, когда жизнь людей была целиком заполнена религиозными и политическими страстями да борьбой за существование или обогащение.

К тому же обилие наблюдений природы, внешне логическое изложение материала, всеохватываемость рассуждений, в которых идеализм переплетался с материализмом, восхищали инертное большинство ученых-догматиков, и они яростно защищали Аристотеля от выпадов мыслящих одиночек, особенно после канонизации его учения церковью в XIII в.

Аристотель считал, что только опыт и наблюдение снабжают нас материалом, из которого могут быть выведены общие принципы; логика лишь инструмент, придающий науке форму. Цель естествознания состоит в объяснении того, что верно наблюдено нашими органами чувств. Однако из-за низкого уровня науки и техники того времени эксперимент сводился к простейшему повседневному опыту, наблюдение — к результатам прямых ощущений, а объяснение — к «здравомыслящим» или теологическим рассуждениям. Количественные характеристики почти не применялись; техника измерений находилась в зачаточном состоянии. В результате эти великие истины выродились в голословную декларацию, потонувшую в потоках умозрительных разглагольствований, и их пришлось заново открывать и отстаивать в XVII в. Гильберту, Галилею, Ф. Бэкону и другим.

Аристотель ополчился на идеализм своего учителя Платона, но именно в объяснении природы сил и движений остался, как мы увидим дальше, на позициях идеалистов и мистиков.

В основе всего сущего у него, как и у Эмпедокла, лежат земля, вода, воздух и огонь. Однако эти начала сами образуются из одного основного вещества — первоматерии путем воздействия на него сухости или влажности, тепла или холода. Так, под действием тепла из воды получается воздух, при охлаждении же из воздуха выпадает туман; земля и камни образуются, если высушивать воду.

Основное вещество пассивно, и для возникновения конкретной вещи его надо соединять с активным началом — формой, которая превращает возможность в действительность. Этот процесс тоже есть движение.

Началам свойственно стремление к «своим местам». Поэтому в центре Вселенной находится самое тяжелое начало — земля, над нею — вода, затем — воздух и, наконец, самое легкое — огонь. Эта «теория» завела механику жидкостей в тупик, ибо получалось, что вода не может оказывать давление на землю, а воздух — на воду и на землю.

Широко толкуя движение, Аристотель различает в нем пять начал: двигающее, движимое, направление, исходную точку и цель. Цель определяет вид движения: возникновение, разрушение, рост, уменьшение, качественное изменение и перемещение. Последнее бывает тягой, толчком, вращением или перемещением.

Как и его предшественники, Аристотель учит, что существующая «первоматерия» не может быть ни увеличена, ни уменьшена — материя не возникает снова, но и не исчезает, она лишь способна к изменениям. Поэтому никакой род движения не способен производить материю; тем более что и существующее в природе движение не может ни возникать, ни пропадать — оно бессмертно. Таким образом, задолго до Декарта (1620), Ломоносова (1750), Лавуазье (1770) и Майера (1842) Аристотель, хотя и умозрительно, априорно, но выдвинул принцип вечности материи и движения (энергии).

«Естественные» движения происходят сами собой, когда тела стремятся к «своим местам», на Земле к ним относятся только движения тяжелых тел вниз и легких вверх; круговые движения небесных тел тоже естественны, они совершенны и вечны. Для обоснования последнего положения Аристотель придумал пятое начало — эфир, из которого состоит небо и которому так же свойственно круговое движение, как земным телам — прямолинейное. Все остальные движения «насильственные», они вызываются толчком или давлением и прекращаются, когда исчезает вызвавшая их причина — сила.

Движение небесных тел осуществляется неким Перводвигателем — Душой Вселенной (позже ее место занял христианский бог). В противоположность Земле, где все меняется, в небе все неизменно и совершенно. Поскольку Земля состоит из самого тяжелого начала, она не может двигаться и покоится в центре Вселенной. Шарообразность ее естественна, так как все тела стремятся к ее центру как средоточию Вселенной. Вокруг Земли расположены сферы небесных светил: ближайшая — Луны и самая удаленная — неподвижных звезд. Сферы вращаются вокруг Земли вместе с закрепленными на них светилами. Небо и сфера неподвижных звезд, которая по природе своей движется равномерно и вечно, состоят из чистого эфира. Движению же планет не хватает строгой правильности, поскольку их вещество смешано с земными частями. Тепло и свет, исходящие от небесных тел, возникают от трения их о воздух, но поскольку тела вращаются вместе со сферами, то раскаляются не они, а воздух и притом сильнее всего в том месте, где находится Солнце…

Несмотря на внешнюю логичность, эта «космогоническая система» была одной из самых отсталых даже для эпохи Аристотеля.

Итак, тело, способное совершать лишь насильственное движение, без действия силы покоится. По существу это есть первая половина закона инерции, вторая же — «или сохраняет равномерное прямолинейное движение» — будет окончательно установлена только Ньютоном после трудов таких выдающихся мыслителей, как Леонардо да Винчи, Галилей, Декарт, Гюйгенс, и других.

Сила, по Аристотелю, необходима не только для возникновения и поддержания движения тела, но и для изменения его скорости. Однако ее величина пропорциональна не быстроте изменения скорости — ускорению (как покажет Ньютон), а величине скорости… В сочинении же «О небе» Аристотель в качестве меры «силы» дает произведение «тяжести на скорость» и указывает, что тела, у которых эти произведения равны, обнаруживают равное действие. Таким образом, уже у Аристотеля появляется намек и на вторую (после энергии) меру движения — количество движения, или импульс, хотя он считает их «мерой силы».

Не прошел Аристотель (или кто-то из его учеников, которым приписывается авторство трактата «Механические проблемы») мимо проблемы о различии действия давления и удара, вокруг которой развернутся споры в XVII—XVIII в. Однако определенного ответа на этот вопрос он дать не сумел.

В указанном трактате, вероятно впервые, вводится термин «механика», что по-гречески буквально значит «хитрость», а в переносном смысле — свод приемов, мастерство, позволяющее преодолевать естественный ход вещей в природе на пользу людям.

В результате рычаг выдвигается как основа механических устройств: весов, весел, рулей, мачт с парусами, клина, пращи, зубоврачебных щипцов и щипцов для раскалывания орехов и т. д. При этом статические задачи рассматриваются как бы с динамических позиций. Так, сравнивается движение равноплечего и неравноплечего рычагов вокруг точки опоры. При этом отмечается, что у последнего длинное плечо описывает дугу большого круга, а короткое — малого. Отсюда делается вывод: поскольку большее плечо делает большее движение, им можно поднять больший груз.

Таковы воззрения Аристотеля и его учеников в области механики. Несмотря на ошибочность многих из них, мы видим, как уже в те далекие времена, пусть в зародыше, но возникают основные понятия, положения, вопросы и проблемы, над которыми через 2000 лет придется снова работать, чтобы довести механику до современного состояния. К ним относятся понятия скорости, силы, работы, двух мер движения — количества движения и энергии, принцип инерции (покоя), закон сохранения «сил».

Для нас представляет также интерес определение Аристотелем теплоты. Древние атомисты считали теплоту субстанцией (так же как и звук, магнетизм, цвет), у Аристотеля же теплота — движение частиц. С другой стороны, будучи основным свойством огня, она присуща всем телам. Поэтому он различает два рода тепла — собственное и постороннее.

Как уже говорилось выше, закончил Аристотель свою жизнь трагически. Спасаясь от приговора антимакедонской партии — «смерть за оскорбление богов», — он бежал из Афин, дабы «избавить сограждан от вторичного (после казни Сократа. — Г. А.) преступления против философии». Самоизгнанник поселился в Халкиде на острове Эвбее, где вскоре и умер на 63 году. Труды его сохранялись некоторое время в пещере около дома, а потом были переданы в Александрийский музей. Правда, подлинные его рукописи туда не попали, а были позже привезены Суллой в Рим и размножены в 70 г. до н. э.

Любопытно, как бы развивалась наука в последующие 2000 лет, если бы его сочинения погибли? Ведь «поповщина убила в Аристотеле живое и увековечила мертвое» (В. И. Ленин). И в течение многих столетий людям пришлось страдать под этим духовным игом, навязанным церковью всему христианскому миру, а трезвым мыслителям — отчаянно бороться против него, растрачивая понапрасну силы и не достигая ничего. С другой стороны, и основной внешний двигатель науки — производство все это время тоже топталось на месте, довольствуясь источниками энергии и другими производительными силами, которые существенно не менялись тысячелетия. Следовательно, и без Аристотеля в сложившихся исторически условиях жизни общества наука, не имея стимулов для развития, вряд ли сделала бы заметные шаги вперед.

Читайте также:

Updated: 04.02.2015 — 14:18
Энергетика. ТЭС и АЭС © 2012 Использование материалов с сайта разрешается при наличии на него активной ссылки без тегов nofollow и noindex.