14 - PERPRETUUM MOBILE

Ludvig Bolcman i entropija

Bolcman je bio nizak, zdepast čovek s ogromnom, gustom bradom. Iza te zastrašujuće i divlje pojave krio je patnje koje je trpeo braneći svoje ideje. Iako je njutnovska fizika učvrstila svoje pozicije u devetnaestom veku, Bolcman je znao da ti zakoni nikad nisu strogo primenjeni na kontroverzan koncept atoma koji mnogi vodeći naučnici tog doba još ne behu prihvatili. Ponekad zaboravljamo da su pre samo jednog veka mnogi naučnici insistirali na tome da je atom samo lukav trik, a ne stvarni entitet. Tvrdili su da su atomi toliko nemoguće majušni da verovatno i ne postoje.

Njutn je pokazao da su za određivanje kretanja svih objekata dovoljne mehaničke sile, a ne duhovi niti želje. Bolcman je potom elegantno izveo mnoge zakone gasova rukovodeći se jednostavnom pretpostavkom: gasovi su načinjeni od majušnih atoma koji se poput bilijarskih kugli pokoravaju Njutnovim zakonima sila. Za Bolcmana, komora ispunjena gasom bila je kao kutija s bilionima sićušnih čeličnih kugli koje su udarale u zidove i jedne u druge u skladu s Njutnovim zakonima kretanja. U jednom od najvećih remek-dela fizike, Bolcman (i, nezavisno od njega, Džejms Klark Maksvel) matematički je pokazao kako bi ova jednostavna pretpostavka mogla dovesti do zasenjujućih novih zakona i otvoriti novo poglavlje u fizici – statističku mehaniku.

Najednom su mnoga svojstva materije mogla biti izvedena iz prvih principa. Kako su Njutnovi zakoni nalagali da energija mora da se očuva na nivou atoma, energija se nije menjala pri sudarima između atoma. To je značilo da je energija morala da se očuva i u čitavoj komoru s bilionima atoma. Očuvanje energije sada je moglo da se izvede ne samo iz eksperimenata, već i iz prvih principa, odnosno iz njutnovskog kretanja atoma.

Ali u devetnaestom veku postojanje atoma je još uvek je bilo predmet žestoke debate. Tu su pojavu često ismevali istaknuti naučnici, primera radi filozof Ernst Mah. Bolcman, osetljiv, često i depresivan, najednom se našao u ulozi žrtvenog jarca, izložen zlobnim napadima antiatomista koji su smatrali da ništa što ne može da se izmeri ne postoji – dakle, atoma nema. Da Bolcmanovo poniženje bude veće, urednik jednog istaknutog nemačkog časopisa iz fizike odbio je veliki broj njegovih radova, jer je insistirao na tome da su atomi i molekuli isključivo prigodne teorijske alatke, a ne objekti koji zaista postoje u prirodi.

Godine 1906. iscrpljen i ogorčen zbog tih ličnih napada, Bolcman se obesio dok su njegova žena i dete bili na plaži. Nažalost, nije znao da je još pre godinu dana drzak mladi fizičar po imenu Albert Ajnštajn uradio nemoguće: napisao je prvi rad u kome se dokazuje da atomi postoje.

Ukupna entropija uvek raste

Rad Bolcmana i drugih fizičara doprineo je da se razjasni priroda perpetuum mobile mašina. Svrstali su ih u dva tipa. Perpetuum mobile prve vrste narušava prvi zakon termodinamike, odnosno, proizvodi više energije nego što troši. U svakom slučaju, fizičari su otkrili da ovaj tip perpetuum mobile mašine koristi skrivene, spoljne izvore energije, bilo u sklopu prevare ili zato što pronalazač nije bio svestan da se njegov uređaj napaja sa strane.

Perpetuum mobile drugog tipa je istančaniji. U skladu je s prvim zakonom termodinamike, odnosno s očuvanjem energije, ali narušava drugi zakon. Teorijski, perpetuum mobile druge vrste nema toplotni gubitak, tako da mu je efikasnost 100 posto. Ipak, drugi zakon kaže da je takva mašina nemoguća, odnosno da mora proizvoditi neiskorišćenu toplotu, pa neuređenost sistema, entropija, uvek raste. Koliko god efikasna bila, mašina uvek proizvodi neiskorišćenu toplotu, povećavajući time entropiju svemira.

Činjenica da ukupna entropija uvek raste leži u srži ljudske istorije i majke prirode. Prema drugom zakonu, mnogo je lakše uništiti nego izgraditi. Nešto što se gradilo hiljadama godina poput velikog carstva Asteka u Meksiku, može se uništiti za nekoliko meseci, što se i desilo kada je banda naoružanih španskih konkistadora na konjima potpuno razorila to carstvo.

Kad god pogledate u ogledalo i spazite novu boru ili sedu u kosi, svedoci ste efekata drugog zakona. Biolozi kažu da je proces starenja postepena akumulacija genetskih grešaka u našim ćelijama i genima, usled čega sposobnost ćelije da funkcioniše polako opada. Starenje, rđanje, truljenje, raspadanje, rastakanje i urušavanje takođe su primeri drugog zakona. Astronom Artur Edington je rekao o dalekosežnoj prirodi drugog zakona: „Smatram da zakon po kome entropija uvek raste ima glavnu poziciju među zakonima prirode... ako se vaša teorija kosi s drugim zakonom termodinamike, nemate se čemu nadati, jer jedino može da propadne u dubokom poniženju.“

Preduzimljivi inženjeri (i lukavi šarlatani) ni dan-danas ne prestaju da najavljuju otkriće perpetuum mobile mašine. Nedavno su me urednici časopisa Wall Street Journal zamolili da prokomentarišem rad pronalazača koji je ubedio investitore da ulože milione dolara u njegovu mašinu. Članci koji su odisali ushićenjem objavljivani su u vodećim časopisima o svetu finansija, iz pera novinara bez ikakvog predznanja o nauci koji su raspredali o potencijalu ovog pronalaska da promeni svet (uz čudesne zarade). „Genije ili ludak?“, trubilo se iz naslova.

Investitori su bacili ogromne količine novca na ovaj uređaj koji se kosio s najosnovnijih zakonima fizike i hemije što se uče u srednjoj školi. (To što je neko pokušao da podvali naivnima nije me šokiralo – tako je otkad je sveta i veka. Iznenadila me je lakoća s kojom je ovaj pronalazač prevario bogate investitore, i samo zato što nisu imali pojma o fizici.) U odgovoru časopisu Wall Street Journal naveo sam poslovicu „Budala se lako rastaje od novaca“, i čuvenu maksimu P. T. Barnuma „Svakog minuta rađa se po jedna naivčina.“ Možda i nije bilo iznenađenje što su časopisi Financial Times, Economist i Wall Street Journal objavili obimne, posebno izdvojene tekstove o pokušajima raznih pronalazača da utrape svoje perpetuum mobile mašine.

| 1 | 2 | 3 | 4 |

Podvale i obmane : Tri zakona simetrije

Prikaz knjige Fizika nemogućeg

Mičio Kaku

Fizika nemogućeg

304 strana

Cena u knjžarama: 1296 dinara Cena kod izdavača: 990 dinara + poštarina 100 dinara

Cena preko AM: 890 dinara + 100 dinara poštarina