Узнать содержание настоящего раздела для многих будет крайне неприятно; а многие, в том числе и «зеленые» экологисты, не примут изложенное, хотя и не смогут возразить ничего по существу сказанного.
Многие понимают, что лить промышленные стоки в реки, озера, моря; создавать свалки промышленных отходов; загрязнять атмосферу пылью, аэрозолями и газами при изпользовании разного рода технологий — путь к экологическому самоубийству человечества. Оно обещает быть весьма мучительным, поскольку ни фармакология, ни хирургия не справятся с болезнями, причиной которых является проникновение в организм человека процессов общего разрушения биосферы Земли: статистика онкологии и СПИД — только первые ягодки этого урожая, взращенного тысячелетней историей технико-технологического “прогресса”.
Предел мечтаний большинства экологистов — переход на замкнутые циклы водопользования; очистка атмосферы в промышленных корпусах; очистка газовых выбросов производств и выхлопа транспортных средств, утилизация промышленных и бытовых отходов и переработка их во вторсырье и т.п. Конечно, проще отфильтровать стоки в системе промышленной и бытовой раздельной водоочистки, чем профильтровать реки и океаны; проще отфильтровать и абсорбировать загрязнители в системе вентиляции и газовыпуска технических устройств, чем очистить атмосферу планеты; проще перейти на замкнутые циклы изпользования всей производимой продукции: «сырье — изделие — вторсырье»; это проще, чем очистить от загрязнителей гидросферу, особенно подземные воды, атмосферу, почву, когда всё выброшенное разлагается на свалках и просто там, где какой-то олух бросил ему ненужный хлам, содержащий действительно опасное «нечто».
Эти экологические мероприятия требуют государственной долговременной программы и координации при её проведении в жизнь, а также и коллективных усилий множества государств при координации их региональных программ в глобальной программе оздоровления Земли. Но эта программа также в своей основе имеет нравственно обусловленное различение демографически обусловленного спектра потребностей и спектра деградационно-паразитических потребностей.
Что толку её создавать, если те, кто должен будет её реализовывать в производстве и в семейном быту, по-прежнему “на отдыхе” будут мусорить, где попало, и прибой в реках по-прежнему будет звенеть стеклом разбитых пьянью бутылок? Что толку в том, если человек, сделавший замечание дегенерату, деграденту, недолюдку, убивающему биосферу, отражая его пьяные возражения, убьет деградента и его затаскают по судам за убийство якобы «человека» или нанесение тяжких телесных повреждений агрессивному недолюдку?
Но даже, если будет господствовать бережное отношение к биосфере в семейном быту, на отдыхе и на работе, то все замкнутые технологии и замкнутые циклы жизни изделий — это повышение энергоемкости производства продукции; создание комплекса утилизационно-восстановительных отраслей и в целом необходимость дополнительного производства энергии при сохранении темпов развития производства, либо снижение темпов развития производства при прежнем энергопотенциале. И это приводит к перво-проблеме экологии технологической цивилизации[1].
На протяжении последних двух столетий в инженерном мире господствует мировоззрение, основанное на абсолютизме догматов второго начала термодинамики в его разных формулировках и цикла стр.Карно, соответствующего преобразованиям энергии из тепловой формы в механическую.
Согласно этим воззрениям, КПД энергоустановки всегда меньше единицы; а чтобы получить энергию, необходимо рабочее тело нагреть (сжечь энергоноситель) и заставить его работать в тепловой машине, КПД которой никогда не превысит теоретического значения, определяемого формулой стр.Карно.
Отсюда стремление создать разность температур побольше: в этом направлении за двести лет прошли путь от нескольких сотен градусов при сжигании дров до нескольких миллионов градусов в опытах с плазмой в термоядерном синтезе. Но это — всё одно и то же мировоззрение «заклинания стихии огня» в клетке догмата второго ограничения (а не начала) термодинамики, реализация коего даже при промышленной термоядерной энергетике есть энергоинформационное загрязнение среды обитания, поскольку нарушает энергетический баланс планеты, климат и тектонику.
Кроме раскачки природных процессов энергообмена техногенными энергопотоками, господствующие технологии макроэнергетики — это загрязнение среды обитания продуктами разпада геологических энергоносителей: будь то сгорание нефти, газа, угля, либо реакции деления урана и плутония, проблема нейтрализации воздействия на планету продуктов разпада геологических энергоносителей остаётся.
Даже при её решении на основе ядерного синтеза или иных нагревательных технологий остаётся проблема разпределения энергопроизводства и энергопотребления в глобальных масштабах таким образом, чтобы климатические изменения не сделали непригодными для жизни целые страны. Сахара — дело рук человека, а не следствие климатических особенностей Земли. А энергетические возможности современной техники куда больше, чем возможности тех, кто превратил в пустыню некогда цветущий край.
Старт “Шатла” — шпага химических и энергетических загрязнений, пронзающая атмосферу. Кроме того, поверхность земли — проводник, ионосфера — тоже проводник, а разделяющие их нижние слои атмосферы — изолятор, соответственно система «ионосфера, нижние слои атмосферы, поверхность земли» — конденсатор. Поскольку из сопел ракеты носителя истекает плазма (пламя — тоже проводник) и повышенная ионизированность следа ракеты носителя в атмосфере сохраняется ещё некоторое время, то след ракеты носителя — своего рода медленная молния во всю высоту атмосферы. То есть в этом планетарном конденсаторе происходит короткое замыкание. Сгорает всего около 2000 тонн, причём не самых грязных криогенных топлив, а последствия можно найти во всех отраслях физики и химии, причём в глобальных масштабах. Статистика свидетельствует, что такой старт ломает все предшествующие прогнозы погоды, а, кроме того, статистика выявляет обусловленность засух в Африке, ливней в США, слякотных зим в Европе, сильных землетрясений в Мексике, Калифорнии, на Аляске активностью космодрома во Флориде. Есть аналогичного рода статистика по Байконуру и Плесецку. Из опубликованных източников см.: ж. “Знание — сила”, № 5, 1991, стр.Рыбников “Кувалдой по хрустальному своду”. Переход к морскому старту космических аппаратов с кораблей-космодромов также требует ответа на вопрос, какие районы мирового океана допустимо изпользовать для такого рода деятельности.
Не следует думать, что разпределённое энергетическое и химическое давление стационарных и транспортных небокоптилок и обогревателей, обладающих куда большей суммарной мощностью, чем старт “Союза”, “Шатла” или “Бурана”, проходит без последствий для экологической и тектонической обстановки на планете.
Не следует думать, что экологическая культура замкнутых технологий и замкнутых циклов изделий возможна без решения проблем экологически чистой, т.е. — биосферно допустимой энергетики.
При этом экология энергетики всякой технической цивилизации имеет три аспекта:
- Загрязнение среды обитания продуктами разпада энергоносителей и энергоустановок, изменяющее её химический состав точно так же, как и прочие техногенные загрязнители, на которых сосредоточено внимание подавляющего большинства экологистов.
- Биосферно недопустимые излучения энергоустановок и энергопотребителей.
- “Раскачка” естественно природных энергопотоков техногенными энергопотоками, которая сама по себе может привести к изменению климата, тектоники и разрушению современной биосферы.
Реально это — проблемы глобальные. Для решения этих проблем специалистам-энергетикам и человечеству в целом придется пересмотреть своё отношение к “священности” догматов стр. Карно, второго и первого начал термодинамики и “теории” относительности.
Приведём основные формулировки второго начала термодинамики:
Невозможен переход теплоты от тела более холодного к телу, более нагретому, без каких-либо других изменений в системе или окружающей среде (Р.Клаузиус).
Невозможно создать периодически действующую (совершающую какой-либо термодинамический цикл) машину, вся деятельность которой сводилась бы к поднятию некоторого груза (механической работе) и соответствующему охлаждению теплового резервуара (У.Томсон, М.Планк).
Невозможно построить вечный двигатель второго рода (В.Оствальд).
В замкнутой, т.е. изолированной в тепловом или механическом отношении системе, энтропия либо остаётся неизменной (если в системе протекают обратные, равновесные процессы), либо возрастает (при неравновесных процессах) и в состоянии равновесия достигает максимума.
Это эквивалентные формулировки, взятые из “Советского энциклопедического словаря” 1986 г. (В термодинамике энтропия определяется из следующего соотношения: dS=dQ/T , где dS — приращение энтропии; dQ — соответствующее приращение теплоты при абсолютной температуре Т, измеряемой в градусах Кельвина: 0ОС = 273ОК). В том же словаре читаем:
«Вечный двигатель второго рода — воображаемая тепловая машина, которая в результате совершения кругового процесса (цикла) (в пространстве параметров, описывающих её рабочее тело. — Авт.) полностью преобразует теплоту, получаемую от какого-либо одного “неисчерпаемого” източника (океана, атмосферы и т.п.) в работу (в частности, механическую. — Авт.). Действие вечного двигателя второго рода не противоречит закону сохранения и превращения энергии, но нарушает второе начало термодинамики и потому такой двигатель не осуществим».
К этому можно добавить, что теоретический КПД вечного двигателя второго рода на цикле преобразования «теплота — (механическая) работа» равен 1.
Академии наук, в том числе СССР и его республик, Госкомизобретений принципиально не разсматривали и не разсматривают работы, в которых предлагаются энергоустановки с теоретическим КПД = 1 и выше и соответствующие этому КПД циклы изменения вектора состояния рабочего тела.
Академик Л.Д.Ландау, известный физик-теоретик, нобелевский лауреат (1962 г.), автор классического курса теоретической физики (совместно с Е.М.Лифшицем) по поводу второго начала термодинамики отмечал:
«В том, что изложенные простые формулировки соответствуют реальной действительности, нет никакого сомнения: они подтверждаются нашими ежедневными наблюдениями».
В той или иной формулировке этот взгляд на второе начало термодинамики господствует как стереотип разпознавания явлений и стереотип отношения к ним в мировоззрении школьников, студентов, тягловых людей науки и техники, и научно-технической “элиты” мировых научных и околонаучных “авторитетов”.
Между тем, в природе нет “замкнутых систем”, о которых говорит второе начало термодинамики. Кроме того, ни в одной из формулировок утверждения, известного как «второе начало термодинамики», ни слова не сказано о каких-либо силовых полях и какие-либо параметры силовых полей отсутствуют и в математических его выражениях. Поэтому ко всем формулировкам о свойствах “замкнутых систем” надо относиться, как к условностям человеческого мировозприятия, ограниченно применимым к конкретной обстановке, т.е. осторожно, сообразуясь с реальными разсматриваемыми системами и их положением в окружающей среде.
В 1866 г. Д.К.Максвелл разсматривал температурное равновесие вертикального столба газа в гравитационном поле в стационарном состоянии. Д.К.Максвелл пришёл к выводу, что для отсутствия противоречий со вторым началом термодинамики необходимо, чтобы в стационарном состоянии в гравитационном поле для различных газов температура не зависела от высоты, т.е. вертикальный температурный градиент (изменение температуры с высотой) любого вещества должен быть в стационарном состоянии в гравитационном поле равен нулю, иначе второе начало термодинамики будет нарушено.
С 1897 по 1914 г. К.Э.Циолковский также разсматривал газ в стационарном состоянии в гравитационном поле. При этом он теоретически показал, что гравитационное поле порождает в газовом столбе, находящемся в стационарном состоянии, вертикальный температурный градиент — перепад температур на разных высотах. Этому теоретически корректно полученному результату противоречит «второе начало термодинамики».
То есть второе начало термодинамики — не общевселенский фундаментальный принцип, а ограниченный частный физический закон, применимый изключительно в случаях, когда в пределах локализации разсматриваемого объекта силовым воздействием общеприродных, известных и неизвестных нам полей можно пренебречь.
Кроме того, К.Э.Циолковский показал, что в гравитационном поле принципиально возможно построение монотемпературного двигателя: энергоустановки типа “вечный двигатель второго рода” с теоретическим КПД цикла преобразования «теплота — (механическая) работа» равным единице.
Экспериментальные изследования атмосфер Земли и Венеры показали наличие в атмосфере каждой из планет температурного градиента по высоте, значения коего хорошо согласуются с теоретическими моделями. То есть реальные наблюдения атмосферы опровергают мнение нобелевского лауреата академика Л.Д.Ландау и ему подобные мнения о согласии второго начала термодинамики с фактологией реальных наблюдений и подтверждают теоретические выводы Д.К.Максвелла и К.Э.Циолковского. Учебники же физики на протяжении столетия дурят школьникам нескольких поколений головы, навязывая в качестве абсолютной универсальной истины «второе начало термодинамики».
Более подробно смотри:
- Г. Опарин. “К.Э.Циолковский о втором начале термодинамики” в ж. “Русская мысль”, изд. “Общественная польза”, г. Реутов, 1991.
- Maxwell J. C. Philosophical Transaction of the Royal Society of London. London, Vol. 157, 1867, pp. 49 —
- К.Э.Циолковский. “Продолжительность лучеиспускания Солнца”. “Научное обозрение”, № 7, 1897, стр. 46 — 61.
- К.Э.Циолковский. “Второе начало термодинамики”. Калуга, 1914.
В технологических приложениях ограниченность применения второго начала означает, что КПД энергоустановок может быть равен единице; устройство, именуемое «вечный двигатель второго рода», некоторым образом технически возможно, вопреки обывательскому мнению и академическому запрету на разсмотрение проектов такого рода, и т.п. Однако более 100 лет смотреть, что делается за загородкой второго начала термодинамики, запрещено всеми средствами цивилизации: от двойки в школе до репрессий со стороны академий наук и психиатрической борьбы с изобретателями вечных двигателей.
С середины 1950-х гг. известно, что если зеркальный телескоп навести не на оптически видимую звезду, а на её расчётное положение на небесной сфере в настоящей момент времени, то крутильные весы, помещенные в главный фокус телескопа, реагируют на поток некой энергии: см. Н.А.Козырев, “Избранные труды”, изд. ЛГУ, Ленинград, 1991 г., стр. 379, 380. То есть одно из исходных утверждений “теории” относительности о скорости света как наивысшей возможной скорости во Вселенной экспериментально опровергается, из чего можно сделать выводы о глухарином токовании и слепоте светил теоретической физики (включая и А.Д.Сахарова) в период времени после публикации работ Максвелла, Циолковского, Козырева.
Там же, стр. 403, Н.А.Козырев, ссылаясь на астрофизические наблюдения, не признает в качестве общевселенских догматов не только второе, но и первое ограничение термодинамики: «первое начало термодинамики» — закон сохранения энергии, который в известных его формулировках также имеет ограниченную область применения.
Поэтому выход из технологического кризиса энергетики и промышленности возможен только на основе пересмотра всех теорий физики и созданием, на основе нового мировоззрения науки и религии, биосферно допустимой макроэнергетики на принципах, отличных от ныне принятых.
До этого, из того, что ныне известно, допустимы ветровые, геотермальные, солнечные, гидродинамические для свободных потоков и прочие первичные энергоустановки, отбирающие в техносферу долю от естественно природных энергопотоков.
Строительство ГЭС с плотинами на реках — это вопрос особый. И не следует думать, что вожделенная многим ликвидация существующих плотин, по тем или иным причинам нежелательных, — мероприятие более безобидное, чем их возведение в прошлом.
Необходимо отметить, что в печати проскальзывали сообщения о проектах ветроэнергоустановок, по своим эксплуатационным параметрам сопоставимых с современными АЭС. Также известны проекты низконапорных гидроагрегатов, не нуждающихся в плотинах, которые могут работать в реках и океанических течениях. Эффект памяти формы некоторых сплавов позволяет переработать в механическую энергию перепад температур всего в несколько градусов. Это — примеры, показывающие пути создания экологически чистой первичной энергетики на основе уже известных технологий и технических решений.
Наверняка многое отброшено экспертами академий наук, ВАК, патентной службы без какого бы то ни было анализа существа предложений просто потому, что предложения не вписывались в “священные догматы” классической физики.
В целом же энергетическая база техносферы может быть организована иерархически:
Первый уровень — первичные энергоустановки, без геологических энергоносителей, оставляющих продукты разпада. Производимая ими электроэнергия идёт на расщепление воды на водород и кислород либо изпользуется непосредственно.
Второй уровень — водород, производимый первичной энергетикой, изпользуется в качестве вторичного топлива.
Водород вне конкуренции по всем критериям экологической чистоты сжигания. Вопросы безопасности при транспортировке и изпользовании водородного топлива носят технико-технологический характер и разрешимы.
На втором уровне в качестве экологически чистого топлива также могут изпользоваться спирты, получаемые либо синтезом на основе энергопотенциала первого уровня, либо на основе переработки разного рода отходов органики. Пора понять и в жизни следовать пониманию: спирт — топливо для техники, а не питье для человека; иными словами, пьющий, хотя бы эпизодически, не человек, а биоробот.
Производство энергетического водорода на основе развитой к настоящему времени технологической базе также возможно на основе АЭС. В целях повышения радиационной безопасности возможна реализация предложений о подземном строительстве АЭС, обеспечивающая их захоронение в кембрийских отложениях на глубине нескольких километров, гораздо глубже уровня грунтовых вод и хозяйственной деятельности.
Единственный бросающийся в глаза недостаток этого глобального проекта состоит в том, что, если потомки признают полезным ликвидировать такие глубинные экологические загрязнители, то найти их и извлечь из глубин Земли будет достаточно сложно даже в предположении дальнейшего технико-технологического прогресса. И поэтому этически лучше не зарывать АЭС в Землю-Матушку.
Но, так или иначе, решение всех экологических проблем макроэкономики и техносферы есть построение первичной макроэнергетики и вторичной микроэнергетики (бытовой, транспортной, отчасти промышленной), основанных на отсутствии излучений и продуктов реакций энергоносителей, вызывающих искажение пропускающей и отражающей способности атмосферы и земной поверхности, и иные биосферно недопустимые последствия. После этого останется проблема размещения мощностей производителей и потребителей энергии так, чтобы они не искажали естественный энергетический баланс Земли недопустимым по отношению к устойчивости биоценозов образом.
И критерий решения экологических проблем один — устойчивость биоценозов при смене поколений и статистика заболеваемости как людей, так и иных видов в биосфере планеты.
Но если в человечестве сохранится господство нынешних нравов ориентирующих производство, на удовлетворение неограниченных потребностей деградационно-паразитического спектра, то технически возможный в ином мировоззрении науки-физики вечный двигатель — неиссякаемый източник экологически чистой энергии технически неограниченной мощности — способен стать только средством самоубийства, ещё более быстрого чем нынешняя экологически недопустимая энергетика.
Так что решение всех экологических проблем в смысле раз и навсегда — это изменение господствующей в обществе нравственности и этики, упреждающее научно-технический прогресс на основе ревизии исторически сложившихся взглядов фундаментальных наук.
Всё сказанное означает, что наиболее значимое и целесообразное направление инвестирования прибылей, получаемых в разного рода иных видах деятельности, — критическое по отношению к прошлой истории просвещение населения и создание биосферно допустимого экологически чистого энергокомплекса.
Деваться всё равно некуда: усугубление экологической ситуации загонит в угол человечество не в столь отдаленное время, и под давлением обстоятельств этой проблемой всё равно придется заниматься. Поэтому лучше начать пораньше, сообразуясь с прогнозами, а не дожидаться, когда припрет так, что станет невмочь. Не должно скупердяйничать, а то потом вообще не разплатиться будет.
Этому пути преодоления глобального биосферно-экологического кризиса есть только одна альтернатива:
Прямой переход к некой биологической цивилизации, общество в которой в принципе не нуждается в техногенной энергии и технологиях. Вопрос состоит в том, как этот переход осуществить, тем более, если это выходит за пределы представлений о возможном, которые свойственны большинству населения в нашей цивилизации.
[1] Под «технократической цивилизацией» в настоящей работе понимается цивилизация, в которой люди — невольники и заложники порожденной ими же техносферы и искусственной среды обитания. Проблемы технократической цивилизации усугубились с середины ХХ столетия, после смены отношения эталонных частот биологического и социального времени. К этому периоду изменилось и соотношение уровня потребления в обществе биогенной и техногенной энергии. Если к концу ХIХ столетия это соотношение составляло: 90 % биогенной и 10 % техногенной энергии, то к концу ХХ столетия оно уже составляет: 90 % техногенной и 10 % биогенной энергии. Это означает, что, если до смены отношения эталонных частот биологического и социального времени энергетический баланс биосферы устойчиво поддерживался через фотосинтез солнечной энергии биомассы кормов, потребных для поддержания эффективной работоспособности людей и животных, то со второй половины ХХ столетия (когда в общем балансе энергопотреблении общества стали доминировать техногенные энергоносители, представляющие собой долговременный результат аккумулирования солнечной энергии через фотосинтез растений, более половины запаса которых уже израсходовано) — энергетический баланс биосферы нарушен.
Под «технологической цивилизацией» понимается цивилизация, управляющая техносферой и искусственной средой обитания биосферно допустимым образом.
Под «биологической цивилизацией» понимается цивилизация, в которой люди живут в ладу с биосферой Земли и Космосом, будучи свободны от необходимости защищаться техносферой и искусственной средой обитания от биосферы Земли и Космоса.
Возможность последнего — для многих невероятна, и отождествляется ими с призывом вернуться в каменный век. Но каменный век — это начало технократической цивилизации, когда в основе противостояния с биосферой лежал огонь и каменный топор, а не атомный реактор и суперсплавы, как ныне.
Мы бы предпочли прямой переход к биологической цивилизации, минуя фазу технологической цивилизации, но не видим к этому приемлемых возможностей.