Каждую секунду Земля получает от Солнца девяносто петаджоулей энергии. Это много — с лихвой хватает на удовлетворение всех энергетических потребностей человечества.
Но при этом Земля излучает такое же количество энергии в космос в виде тепла, ну почти такое же. Земля постепенно нагревается, но это другая история. А если полученная энергия равна выделенной, как нам вообще удаётся её использовать?
Оказалось, что важна не просто энергия, а полезная энергия. А полезна она при низком уровне энтропии. Общее количество энергии в замкнутой системе, конечно, не меняется по закону сохранения энергии, но у неё есть несколько степеней полезности. Полезная энергия воды за дамбой заставит её течь, пока та не достигнет одного уровня по обе стороны, но не сможет вернуть её обратно. Или энергия чая, который растопит кубик льда, пока температура в чашке не станет равномерной. Холодный чай, нагреваясь, никогда не создаст кубик льда, хотя общее количество энергии было бы одинаковым.
Итак, полезная энергия — это энергия с низкой энтропией вне равновесного состояния, которую можно использовать, вращая турбину или растапливая лёд. Бесполезную энергию так применить уже не получится. Она просто существует в виде избыточного тепла, шума, потенциальной энергии мяча, лежащего на земле. Мы ничего не сможем сделать с такой энергией.
В бензине и воздухе, например, содержится полезная низкоэнтропийная энергия. Сжигая их вместе, можно завести машину, ехать, нажать на тормоз и остановиться. Во время поездки общая энергия системы не меняется. Но полезная химическая энергия превращается в высокоэнтропийное тепло и шум. Энергия всё ещё здесь, но пользы из неё нам уже не извлечь, как бы ни хотелось.
То же самое происходит и с Землёй. Солнце посылает нам полезную энергию с низкой энтропией, обычно в форме фотонов видимого света. Эта энергия поглощается и используется во множестве процессов, пока уже в высокоэнтропийной форме мы не посылаем её обратно в космос в виде инфракрасных фотонов. На каждый видимый фотон, что получает Земля, она отдаёт около двадцати инфракрасных. Хотя полученная энергия равна выделенной, её энтропия выросла в двадцать раз.
Получается, что Солнце — всего лишь источник полезной энергии, потому что оно горячее яркое пятно в холодном тёмном небе. Будь всё небо той же температуры, что и Солнце, Земля получала бы гораздо больше энергии, но это быстро привело бы нашу планету в состояние высокоэнтропийного равновесия, и всё на ней сравнялось бы по температуре с Солнцем. И не было бы ни движения, ни жизни, не потому, что энергии мало, а потому, что сделать со сбалансированной энергией ничего нельзя. В состоянии равновесия вся энергия одинаково бесполезна, ничего не меняется, и течение времени теряет какой-либо смысл.
Переведено и озвучено студией Vert Dider.
[Это транскрипт перевода видеоролика, который можно посмотреть ниже:]
[How Entropy Powers The Earth (Big Picture Ep. 4/5)]
Комментарии
Отправить комментарий