microbik.ru
1
Три ошибки Ричарда Фейнмана.

«Фейнмановские лекции по физике» — курс лекций по общей физике, выпущенный американскими физиками — Ричардом Фейнманом, Робертом Лейтоном, и Мэттью Сэндсом. Одна из наиболее известных и популяризованных технических работ Фейнмана. Считается канонической интерпретацией современной физики, в том числе её математических аспектов, электромагнетизма, Ньютоновской механики, квантовой физики, вплоть до взаимосвязей физики с другими науками. Уже прошло 50 лет с их выхода в свет. Но за это время почему-то никто не заметил и не исправил три ошибки Фейнмана в 46 главе «Храповик и собачка». В этой главе рассказывается о вертушке с храповиком и собачкой. По словам автора, это устройство с первого взгляда как бы нарушает второе начало. Но по рассуждениям Фейнмана это не так. И это устройство не будет работать и, соответственно, нарушать второе начало.

Ошибка первая. Цитата из Фейнмана: «Весьма существенно и другое свойство храповика и собачки (на рисунке его нельзя показать). Предположим, что части нашего устройства идеально упруги. Когда собачка пройдет через конец зубца и сработает пружинка, собачка ударится о колесико и начнет подпрыгивать. Если в это время произойдет очередная флуктуация, вертушка может повернуться и в другую сторону, так как зубец может проскользнуть под собачкой, когда та приподнята! Значит, для необратимости вертушки важно, чтобы было устройство, способное гасить прыжки собачки. Но при этом гашении энергия собачки перейдет к храповику и примет вид тепловой энергии. Выходит, что по мере вращения храповик будет все сильнее нагреваться. Для простоты пусть газ вокруг храповика уносит часть тепла. Во всяком случае, вместе с храповиком начнет нагреваться и сам газ.» То есть при работе этой вертушки храповик будет постоянно нагреваться и иметь температуры выше температуры газа. Но согласно постулату Клаузиуса, являющегося одной из формулировок второго начала термодинамики, - тепло не может самопроизвольно переходить от более холодного тела к более тёплому. А если есть разность температур, то эту разность можно использовать для получения энергии или производства работы. Например, с помощью той же термопары. К тому же, если заменить храповик с собачкой просто колёсиком, колёсико будет тереться о термопару и нагревать один её конец. Для этого совсем необязательно одностороннее вращение вертушки.

Ошибка вторая. «Собачка и храповик, сами обладая некоторой температурой Т, подвержены также и броуновскому движению. Это значит, что время от времени собачка случайно поднимается и проходит мимо зубца как раз в тот момент, когда броуновское движение вертушки пытается повернуть ее назад. И чем горячее предмет, тем чаще это бывает. Вот отчего наш механизм не будет находиться в вечном движении. Иногда от щелчков по крыльям вертушки собачка поднимается и вертушка поворачивается. Но иногда, когда вертушка стремится повернуть назад, собачка оказывается уже приподнятой (из-за флуктуации движений этого конца оси) и храповик действительно поворачивает обратно. В итоге—чистый нуль. И совсем нетрудно показать, что, когда температура в обоих сосудах одинакова, в среднем вращения не будет. Будет, конечно, множество поворотов в ту или иную сторону, но чего мы хотим — одностороннего вращения,— тому не бывать.» Иногда вертушка приподнимает собачку и поворачивается вперёд. Чтобы повернуть назад, вертушка собачку приподнять не может. В этом случае вертушка может поворачиваться только вперёд. Но иногда, когда вертушка хочет повернуть назад, собачка не приподнята и не даёт вертушке повернуть назад. А если не даёт повернуть назад, то больше поворотов будет вперёд. Но иногда, из-за флуктуаций, собачка оказывается приподнятой и вертушка, согласно рассуждениям Фейнмана, поворачивает обязательно назад. Но вращение вертушки вперёд-назад имеет случайный характер и поэтому, когда собачка приподнимается из-за флуктуаций, то вертушка может повернуть как вперёд, так и назад. А не обязательно назад, как утверждает Фейнман. Когда собачку приподнимает сама вертушка, тогда вертушка может поворачиваться только вперёд. А когда собачка сама приподнимается из-за флуктуаций, то вертушка может поворачивать как вперёд, так и назад. В результате вертушка будет иметь одностороннее движение. А если есть одностороннее движение, значит можно произвести какую-то работу.

Ошибка третья. «Рассмотрим причину этого. Чтобы поднять собачку до верха зубца, надо проделать работу против натяжения пружинки. Назовем эту работу e; пусть q — угол между зубцами. Шанс, что система накопит достаточно энергии e, чтобы поднять собачку до края зубца, есть ехр(-e/kT). Но вероятность того, что собачка поднимется случайно, тоже есть ехр(-e/kT). Значит, сколько раз собачка случайно поднимется, давая храповику свободно повернуться назад, столько же раз окажется достаточно энергии, чтобы при прижатой собачке вертушка повернулась вперед. Выйдет равновесие, а не вращение.» Вероятность того, что система накопит достаточно энергии, чтобы поднять собачку равна вероятности того, что собачка накопит достаточно энергии и поднимется сама. Согласно рассуждениям Фейнмана, «сколько раз собачка случайно поднимется, давая храповику свободно повернуться назад, столько же раз окажется достаточно энергии, чтобы при прижатой собачке вертушка повернулась вперед.» Но почему, когда собачка приподнимается, вертушка должна поворачивать назад? Она в это время может повернуть и вперёд, так как в этом случае ей не надо приподнимать собачку и, соответственно, ей для вращения вперёд необходимо меньше энергии. А если необходимо меньше энергии, то вероятность того, что вертушка накопит столько энергии, выше. Стало быть, когда случайно собачка приподнимается, то вертушке чтобы повернуть вперёд необходимо меньше энергии. Но даже если энергии равны, то почему, когда собачка случайно приподнимается, вертушка обязательно должна поворачивать назад? Собачка случайно приподнимается, вертушка случайно накапливает необходимую энергию, а процесс поворота вертушки и подъёма собачки очень даже упорядоченный. Как будто присутствует какой-то синхронизатор.

В общем, развёл Фейнман всех, как лохов. И уже 50 лет научное сообщество молчит. А иначе придётся признать возможность создания вечного двигателя второго рода.