Грег Иган – Заводная ракета (ЛП) (страница 35)

— Значит, ты нарисовал фрагменты этих оболочек, построил график зависимости между их объемом и кинетической энергией…, и оказалось, что этот график выглядит точно так же, как и в случае самого импульса.

— Это верно для данного примера, — сказал Корнелио, — но не в общем случае! Так что забудь об их сходстве и сосредоточься на правом графике. О чем он тебе говорит?

— Объем в импульсном пространстве возрастает с увеличением кинетической энергии, — сказала Ялда. — Это вполне логично. Импульс более быстрой частицы соответствует сфере большего размера; с ростом импульса оболочки становятся тоньше, но это с лихвой компенсируется увеличением площади их поверхности.

— Иначе говоря, объем увеличивается, — согласился Корнелио. — Но в какой момент скорость его роста максимальна?

— В самом начале, — ответила Ялда. — Когда энергия мала, объем стремительно нарастает; в дальнейшем его рост замедляется.

— Именно.

— Но что из этого следует?

— Частицы сталкиваются друг с другом, отскакивают, обмениваются энергией. — объяснил Корнелио. — Дай частице чуть больше энергии, когда ее первоначальная энергия мала, и объем в импульсном пространстве резко увеличится. А если источником дополнительной энергии служит столкновение с другой, более быстрой частицей, то объем, соответствующий этой более быстрой частице, уменьшится — но не на ту же самую величину.

— Значит… нужно сложить два объема? — предположила Ялда. — А потом посмотреть, как эта сумма меняется при переносе энергии между двумя частицами?

— Не совсем, — сказал Корнелио. — Объемы перемножаются. Каждый объем определяет количество возможностей, которыми располагает конкретная частица — а каждую из возможностей, имеющихся в распоряжении первой частиц, можно скомбинировать с любой из возможностей второй. Отсюда и берется произведение объемов. — Он нарисовал новую диаграмму.

— Если энергия передается от одной системы к другой, то произведение их объемов в импульсном пространстве возрастает вдоль одной из сторон прямоугольника и убывает вдоль другой. И от того, какое из этих изменений больше, зависит общий прирост этого произведения.

— Ты называешь одну из систем «горячей», а другую — «холодной», но откуда во всех этих рассуждениях берется температура? — спросила Ялда.

— Каждой системе можно сопоставить отношение ее объема в импульсном пространстве к скорости его роста относительно энергии. — сказал Корнелио. — Тем самым ты закодируешь в одном числе всю необходимую информацию — это и есть температура. Когда одна из систем имеет более высокую температуру — при условии, что температуры обеих систем одновременно положительны или отрицательны — отсюда сразу следует вывод: если первая система будет отдавать энергию в пользу второй, то общий диапазон возможностей увеличится. Именно поэтому энергия и перемещается от горячих тел к холодным — у результирующей системы число возможностей больше.

— Фух. — Ялда изобразила у себя на груди копию диаграммы Корнелио и выполнила заключительную стадию расчетов. — Получается, что в нашем простейшем примере температура… пропорциональна кинетической энергии! Столько трудов, и все ради того, чтобы вернуться к наивному представлению об их равнозначности.

Корнелио удержался от дальнейших замечаний в ее адрес.

— Разумеется, настоящее определение не противоречит всему, что ты знаешь — в случае идеального газа, с точки зрения старой физики. Но если ты по-прежнему цепляешься за идею эквивалентности температуры и энергии, то посмотри, какие выводы мы сделали, исходя из твоей собственной работы.

Ялда пристально посмотрела на его кожу, покрытую тонкими выпуклыми линиями, и ощутила справедливый стыд. Поначалу ей казалось, что ее просто дурачат, но когда она попыталась воспроизвести шаги, которые он описал для простейшего случая, во всей этой странной конструкции появилась какая-то пугающая неизбежность.

Истинная энергия и импульс были связаны посредством окружности, и переходили друг в друга в результате поворота осей. По мере того, как импульс частицы возрастал от нуля, ее истинная энергия начинала падать, и поначалу поведение частицы почти не отличалось от более ранних расчетов — разве что график был нарисован вверх ногами.

Однако импульс частицы не может безгранично возрастать по мере ее ускорения. С приближением импульса к своему максимальному значению оболочки в импульсном пространстве не только замедляли свой рост, но еще и становились тоньше. На отметке около 2/3 максимальной энергии оболочки достигали наибольшего объема — после этого их объем начинал снижаться.

В этот момент зависимость между количеством возможностей, доступных этой частице, и изменением энергии менялась на противоположную. Медленная частица могла расширить свои возможности за счет небольшого ускорения… в то время как частица, обладающая достаточно большой скоростью, от дальнейшего разгона свои возможности, наоборот, теряла. Из-за ограниченной величины импульса наверху становилось тесно.

Точно такой же закономерности подчинялась и температура, которая меняла знак при достижении пикового объема сферической оболочки. И несмотря на то, что отрицательные температуры сами по себе могли быть результатом какого-то специфического выбора единиц измерения, диаграмма Корнелио ясно давала понять, что и положительные, и отрицательные температуры были вполне реальным явлением. Их наименования всегда можно было поменять местами, подправив соответствующие определения, однако грань, отделяющую минус от плюса, устранить было нельзя.

— Если все в этой комнате имеет отрицательную температуру, где нам тогда искать положительную? — спросила Ялда.

— На поверхности Солнца, — ответил Корнелио. — И у нас — в горящих минералах.

— Понятно. — Так как горящий минерал нагревал окружающие частицы, увеличивая их кинетическую энергию, движение истинной энергии будет направлено в противоположную сторону, к пламени. Есть ли в этом смысл? Корнелио предупредил ее, что более горячее тело будет передавать свою энергию более холодному только в том случае, если знаки обеих температур совпадают.

Впрочем, случай со смешанными знаками оказался не таким уж сложным для понимания. Система, обладающая положительной температурой, расширяет диапазон своих возможностей, приобретая энергию. А система с отрицательной температурой, наоборот, приобретает новые возможности за счет энергетических потерь. Если соединить их вместе, то никакого хитрого компромисса и не потребуется — каждый просто получает то, чего хочет. Обе системы могут увеличить свой объем в импульсном пространстве за счет одного и того же акта энергетического обмена.

Иными словами, любая система, обладающая отрицательной температурой, будет передавать свою истинную энергию любой системе с положительной температурой. Вот почему Корнелио посчитал нелишним заметить, что обычные тела «горячее бесконечности»; какой бы высокой ни была положительная температура пылающего солярита, прохладный ветерок, будучи «горячее бесконечности», всегда мог передать ему еще больше истинной энергии.

— Но откуда нам знать наверняка, что тело обладает именно положительной температурой, а не просто огромной отрицательной? — спросила Ялда. — Как нам отличить положительно горячее от «горячего» в общепринятом смысле?

— Свет, — ответил Корнелио. — Когда система свободно создает свет — не в ходе упорядоченного процесса, как это делают растения, а в хаосе горящего пламени, ее истинная энергия превращается в нечто новое, ранее не существовавшее, а это, в свою очередь, расширяет спектр ее возможностей. Это по сути и есть определение положительной температуры.

— Получается, что как только обычная система с отрицательной температурой начинает создавать свет, — предположила Ялда, — ее температура непременно поменяет знак? И по дороге перешагнет через бесконечность?

— Именно, — подтвердил Корнелио. — Стоит ей начать производить свет, и она будет потеряна для обычного мира.

Ялда не могла не бросить еще один взгляд на коллекцию энергетически нестабильных смесей, хранящихся в мастерской. Потолок над стеллажами до сих пор обнаруживал следы недавнего ремонта.

— В конечном счете, — объявил Корнелио, — все обращается в теплоту и свет. Помешать этому мы не в силах. Все, что мы можем сделать — это слегка замедлить превращение и попытаться извлечь из него пользу.

В итоге Ялда задержалась на химическом факультете до самых сумерек, после чего факультетский грузовик подбросил ее вместе с Корнелио и пятью его студентами до университетского городка. Пока они ехали по пыльной равнине, Корнелио объяснил, как давление газа может оставаться положительным при том, что его температура меняет знак, и конечным — когда температура переходит через бесконечность. Старый закон идеальных газов — произведение давления на объем пропорционально произведению температуры на количество вещества — отступал на задний план; он был неверен даже в отношении пламени самой обыкновенной лампы.

Кузов грузовика был открыт, и Ялда увидела, как с севера к ним приближается фиолетовый конец гремучей звезды, однако водитель запаниковал и резко ударил по тормозам, из-за чего машина накренилась и забуксовала. Когда грузовик остановился, единственное, что она смогла вспомнить — это вихрь цветов на фоне вращающейся чаши небосвода.