Geum.ru

Участники конференции Абдрахманова Клара Фатыховна

Вид материалаДокументы

Содержание


Угроза «тепловой смерти» на земле: необходимость перехода энергетики на круговорот тепла
М. П. Чернышева
Подобный материал:
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14

УГРОЗА «ТЕПЛОВОЙ СМЕРТИ» НА ЗЕМЛЕ: НЕОБХОДИМОСТЬ ПЕРЕХОДА ЭНЕРГЕТИКИ НА КРУГОВОРОТ ТЕПЛА


С. Д. Хайтун


Активно развиваемый в последние десятилетия универсальный эволюционизм, который в едином ключе рассматривает неорганическую, органическую и социальную эволюцию, позволяет утверждать, что существует вектор эволюции, имеющий несколько компонент:

  1. интенсификация энергообмена и обмена веществ,
  2. интенсификация и расширение круговоротов энергии и вещества и др.

Законы эволюции — столь же обязательные к исполнению законы природы, как и законы гравитации. Если человечество попытается сколько-нибудь существенно затормозить энергопотребление (и потребление вообще), выйдя за рамки энергосбережения, то, пойдя поперек законов эволюции, погибнет. Гибель недостаточно «параллельных» вектору эволюции социумов многократно наблюдалась в прошлом.

Между тем, с потреблением энергии далеко не все в порядке. Потребляя энергию, мы только превращаем одну ее форму в другую, в конечном же счете практически вся добываемая нами энергия рассеивается в виде тепла, подвергая биосферу тепловым перегрузкам. Если и когда человечество будет ежегодно добывать, рассеивая затем в виде тепла, столько же энергии, сколько ее достигает за год поверхности Земли в виде солнечного излучения, развитым формам жизни придет конец. С удвоенным потоком тепла биосфере определенно не справиться.

Количество добытой в 2003 году энергии примерно в 5000 раз меньше энергии солнечной радиации. Однако энергопотребление удваивается каждые 23,5–35 лет, так что, при сохранении нынешних темпов роста, оно сравняется по мощности с достигающей Земли солнечной энергией через 285–430 лет. Реально же проявления перегрева станут катастрофическими, когда добываемая энергия достигнет 0,1% (одна оценка) или 1% (другая оценка) от солнечной энергии, то есть через 50–80 или 130–200 лет соответственно.

Существенно, что тепловое загрязнение среды возникает не из-за потребления «грязных» видов топлива, но вызывается потреблением энергии как таковым. Переход к «чистым» видам топлива ничего в этом плане не даст.

Угрозу надвигающейся «тепловой смерти» можно отвести, на мой взгляд, единственным образом, — преобразовав потребление энергии в круговорот тепла, следуя примеру биосферы, которая изначально осуществляла органическую эволюцию через интенсификацию круговоротов энергии и вещества. Нам нужно научиться собирать в промышленных масштабах рассеиваемое тепло, чтобы вновь и вновь использовать его энергию.

Именно это делают сегодня гео- и гидротермальные энергоустановки и тепловые насосы, однако их КПД, лимитируемые КПД Карно, — из-за малости температурных градиентов рассеянного тепла — невелики, почему они одни совершенно определенно не могут быть положены в основание термоциклической энергетики.

Выход состоит в переходе к тепловым установкам, которые тоже собирали бы рассеянное тепло, однако делали бы это с КПД, не ограниченными сверху КПД Карно. Согласно канонической точке зрения, такие тепловые установки, называемые вечными двигателями 2-го рода, запрещены вторым началом термодинамики. Перед человечеством, таким образом, возникает жесткая дилемма: либо попытаться установить несостоятельность этого запрета и в случае удачи реализовать построенную на круговороте тепла (термоциклическую) энергетику, либо погибнуть.

Содержание второго начала, как оно представлено в литературе, донельзя размыто, о чем свидетельствуют 47 проанализированных автором разных его формулировок, реально же их еще больше, тогда как, например, закон сохранения энергии формулируется в разных курсах физики практически одинаково. Наш анализ показал, что указанный запрет явился следствием ряда ошибок отцов термодинамики, самой существенной из которых представляется неразведение закона возрастания полной энтропии и «закона» возрастания тепловой энтропии. Одновременно два таких закона действовать не могут. Несправедливость второго из них делает вечные двигатели 2-го рода и базирующуюся на них термоциклическую энергетику в принципе возможными.

ОБ ЭВОЛЮЦИИ ВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ОРГАНИЗМА

М. П. Чернышева



Очевидно, что пространственно-временной континуум окружающей среды обусловливает сходную организацию внутреннего континуума живых организмов как проявление их адаптации, направленной на поддержание жизнедеятельности. Это особенно важно для термодинамически неустойчивых открытых систем, к которым относятся все биосистемы. Адаптация к трехмерному внешнему пространству проявляется в закладке трех осей асимметрии у зиготы еще до первого деления. Для этого, как и для дальнейшего становления закрепленной в онтогенезе структурной либо функционально динамичной симметрии и/или асимметрии (Фокин, 2008, и др.) структур, требуется временная организация соотношения и последовательности процессов синхронизации (накопление энергии) либо десинхронизации (высвобождение энергии), а также — формирования направленных энергетических потоков, что снижает уровень хаоса и скорость роста обобщенной энтропии. Решение этих задач обеспечивается временной структурой организма. Кроме того, она служит подстройке (адаптации) Тэнд к Тэкз и его временной структуре, поскольку не только само субстанциональное время обладает энергией (Козырев, 1989; Вакуленко и др., 2007; Левич, 2007), но и внешние источники энергии (свет, гравитация и т. п.) работают в режиме с определенными темпоральными параметрами.

Компонентами временной структуры организма являются: 1. формирующая эндогенное время (Тэнд) совокупность временных процессов (направленное время онтогенеза, монофазные процессы, тенденции, циклы и ритмы); 2. генераторы временных процессов: молекулярные и клеточные осцилляторы, тканевые водители ритма, таймеры физиологических систем и их совокупность на уровне организма; 3. механизмы коррекции Тэнд относительно внешнего времени (Тэкз) и формирующие субъективное время (Тс) (Чернышева, Ноздрачев, 2006).

Очевидно, что в процессы филогенеза вовлечен в целом пространственно-временной континуум внутренней среды и опорно-двигательного аппарата организма, в том числе и временная структура. Это выражено, прежде всего, в эволюции уровней и числа эндогенных генераторов временных процессов, их взаимодействий. Наличие сходных или идентичных механизмов внутриклеточных и мембранных осцилляций, клеточных циклов деления и дыхания, пейсмекерных механизмов дыхательного центра, мышечной ткани сердца, сосудов и пищеварительного тракта, а также — clock-механизма околосуточных ритмов сетчатки, гипоталамуса (Арушанян, Бейер, 2000 и др.), гепатоцитов и фибробластов отражает единый механизм адаптации временной структуры организма к таковой окружающей среды. Вместе с тем, в ряду от членистоногих к млекопитающим наблюдается увеличение разнообразия типов эндогенных генераторов, более сложный их нейропептидный контроль, возрастает взаимодействие между генераторами разных уровней и, соответственно, — между временными процессами. Известный рост в филогенезе интенсивности метаболизма, согласно принципу Ле Шателье, взаимосвязан с ростом уровня обобщенной энтропии. Вместе с тем, это способствует увеличению объема воспринимаемой и хранимой в памяти информации как негэнтропии. Следовательно, эволюция временной структуры организмов повышает адаптивный потенциал в филогенезе и способствует увеличению продолжительности жизни.