Может быть, действительно отказаться от дальнейшего продвижения по пути прогресса? Остановиться и перестать развивать технику и энергетику? Правда, вскоре после такой остановки почти не станет хватать энергии и обязательно начнет давать сбои уже налаженная жизнь.
"Ну и что, - скажут иные. -- Разве нельзя отказаться от телевизора и радио, кино и самолетов, холо дильников и лифтов, центрального отопления и освещения?.."
Конечно, главное не в этих отдельных комфортных условиях, пришедших к нам в последние десятилетия (хотя не будем забывать, что и они входят в материальные потребности человека, удовлетворение которых - закон развития нашего общества). В конце концов, если бы вопрос стоял так: существовать или нет человечеству, то можно было бы и отказаться от каких-то вещей и привычек. Но ведь на самом деле речь идет не о комфорте или, точнее, не только о нем. "Остановите развитие энергетики, перестаньте строить атомные электростанции, откажитесь от техники" - вот смысл апологетов теории под названием: "Стоп! Назад!" Иными словами, это автоматически означает отказ от прогресса. А готов ли на "простое" существование человек, о катаром А. Чехов сказал, что ему нужно "не три аршина земли, не усадьба, а весь земной шар, вся природа, где на просторе он мог бы проявить все свои свойства и особенности своего свободного духа". Так может ли человек отказаться от великих целей? Конечно, нет.
Есть и другая грань той же проблемы, которую назовем "Энергия и время".
Определяющим фактором в развитии производства сейчас является его интенсификация. А самая глубокая ее сущность в том, что "интенсификацияг степень экономии времени является главным показателем состояния общества, уровня всесторонности развития как того или иного общества в целом, так и его отдельного члена", - пишет советский философ Б. Афанасьев.
Энергия, являющаяся фундаментом научно-технического развития, выступает как важнейшее средство экономии времени, и в конечном счете в этом ее важнейшее назначение.
Люди издавна дорожили временем. Вспомните "время - деньги" - изречение, рожденное американским физиком В. Франклином. Энергия и время! Множество видимых и невидимых уз связывают два эти понятия.
Иногда это простые и прозрачные связи, а иногда, чтобы увидеть их, нужно проследить и проанализировать длинную цепочку превращений.
Простейший и наглядный пример - энергия и экономия времени в быту. В среднем, то есть включая детей, стариков и тех, кто просто не занимается домашними делами, один городской житель тратит в год: на отопление жилища 100 часов при отопительных печах и 0 часов при централизованном теплоснабжении; на приготовление пищи при помощи дровяных плит, керосинок и примусов 300 часов и всего 200 часов, если есть газовые и электрические плиты и холодильники; на стирку белья, уборку помещений и мытье посуды 250 часов вручную, и та же работа может быть сделана за 100 часов при наличии стиральных машин, пылесосов, посудомойки, горячей воды; на передвижение при отсутствии транспорта 500 часов, и всего 200 часов уйдет на это при развитой системе транспорта.
А итог таков: 500 часов против 1150! Современное энергоснабжение позволяет сэкономить 650 часов в год, то есть в среднем на одного городского жителя почти месяц.
Люди всегда сталкиваются с дилеммой: что лучше экономить - энергию или время? Причем почти всегда предпочитают получить выигрыш во времени. С этой точки зрения всевозможные станки, промышленные агрегаты, транспорт, сельскохозяйственные орудия требуются только для экономии времени.
Человек настолько привык к мысли, что время важнее и ценнее иных затрат (энергии), что возможность сделать то же самое за больший срок, но с меньшими затратами энергии уже не принимается во внимание.
Однако различные технологические процессы, связанные с изменением состояния вещества, в подавляющем большинстве бывает выгоднее проводить с гораздо меньшими затратами, но за более долгий срок. Так, из рождающихся проблем нашего времени острой становится проблема получения чистой преоной воды из морской. Сейчас на это затрачивают в 10-15 раз больше энергии, чем это нужно теоретически, но зато за более короткое время. Таков обычный жизненный парадокс.
Одно из удивительнейших свидетельств физической связи энергии со временем демонстрирует теория относительности. Если, затратив большое количество энергии, разогнать космический корабль до скорости, близкой к световой, то на корабле все физические процессы будут проходить медленнее.
Вооружившись энергией, человек обретает власть не только над Природой, но и над самим Временем - казалось бы, совсем неуправляемой субстанцией.
В человеке действует сила, которая толкает его овладевать окружающим миром. Весь путь борьбы за существование привил ему потребность в непрерывном движении вперед, без чего он теряет свою человеческую сущность. В. Франклин говорил: "Человек - животное, создающее орудия труда". Перестанет человек создавать и совершенствовать орудия труда, и разница между ним и животным начнет стираться.
Итак, человек не может вернуться назад не только потому, что это приведет его к духовному обнищанию, моральной деградации. Он не сможет примириться с уменьшенной нормой потребления энергии и потому, что это будет отказом от промышленности, возвращением к патриархальной жизни, к тому "сохранению естественного равновесия", которое не может не закончиться физической гибелью большей части человечества!
При нынешней численности людей, количестве и качестве земель, пригодных для сельскохозяйственных угодий, при сегодняшней обеспеченности водой только для пропитания человек должен обладать энергией гораздо большей, чем его мускульная энергия. "В условиях строгого сохранения "естественного" равновесия, - пишет известный советский ученый академик Е. Федоров, - возможно существование лишь первобытного племени, добывающего пропитание сбором плодов и охотой на животных. Если бы наши предки превратили всю планету в тщательно охраняемый заповедник, то современной цивилизации просто не было бы".
Крупнейший специалист по теоретической экологии академик С. Шварц говорил о том, что тезис "назад к природе" всегда был, по существу, реакционен, а в настоящее время он еще и антинаучен. Почему же этот тезис антинаучен и в чем ошибка слишком ретивых защитников природы? Дело здесь в том, что при современной численности человечества неиндустриальные методы производства оказывают на развитие природной среды не менее пагубное влияние, чем функционирование самых грозных (с точки зрения традиционного понимания охраны природы) индустриальных комплексов.
Следовательно, прогресс несет в себе благо и человечеству и природе. А без развития энергетики он немыслим. Сердцевиной же энергетики будущего должна стать и станет атомная энергия.
Что же такое атомная энергия - энергия, которая может выручить, и обязательно выручит, человека?
ЭНЕРГИЯ АТОМА
Мы подходим к великому перевороту в жизни человечества, с которым не может сравниться все им ранее пережитое. Недалеко время, когда человек получит в свои руки атомную энергию, такой источник силы, который даст ему возможность строить свою жизнь, как он захочет.
В. И. Вернадский. Очерки и речи, 1922.
Истоки проблем и споров при оценке и прогнозировании энергетической ситуации в разных районах мира весьма различны. Здесь все: и незнание сути проблемы, и философские заблуждения, и недоверие к новому, и конкурентные соображения отдельных промышленных кругов, и многое другое. Не надо думать, что энергетика вообще и атомная энергетика в частности являются в этом смысле исключением. Как и во всяком другом открытии, в атомной энергетике тоже имеются противоречивые тенденции, которые и порождают различное к ней отношение. И чтобы правильно их оценить, надо задаться вопросом: что несет атомная энергия человечеству - несчастье или благо? Надо сразу же заявить: да, благо; она должна прийти на смену энергии, получаемой от органического топлива, когда его запасы на планете истощатся. Каковы же достоинства атомной энергии и ее слабости?
Сначала вспомним, что такое энергия вообще.
Впервые это понятие будто бы появилось в трудах Аристотеля более 2000 лет назад. Энергия - слово гре-, ческое и состоит из двух простых слов. "Эн" - что значит "в", "содержание", и "эрг" - "работа". А все вместе означает способность тела совершать работу.
Энергия есть не что иное, как форма движения материи. Существует много видов энергии, а вот единой классификации их пока еще нет. Разные ученые, каждый по-своему, систематизируют ее виды. Мы же приведем одну из таких классификаций. Итак, вот что в нее входит.
Химическая энергия - это энергия, освобождающаяся при изменении структуры электронных оболочек молекул.
Тепловая энергия - энергия хаотического движения молекул и других частиц вещества.
Механическая энергия - это энергия свободного движения тел.
Сюда же входят электрическая, электромагнитная, гравистатическая, электростатическая, магнитостатическая, мезонная, аннигиляционная и, наконец, ядерная.
Человечество освоило большую часть перечисленных видов энергии, на что ушло несколько тысяч лет. Вначале это была энергия Солнца. Затем им был приручен огонь. За ним энергия падающей воды. Наконец наступил век пара и электричества. А несколько десятков лет назад человек перешагнул еще один рубеж и освоил энергию ядерную, или атомную, что одно и то же.
Закон Эйнштейна
Что же такое атомная энергия? Чтобы узнать, что это такое, лучше, пожалуй, напомнить о более привычной форме энергии - химической, и от нее перейти к атомной.
Мы знаем, что в угле, нефти, газе скрыта энергия.
Это и есть химическая энергия. Каким же образом освобождается она из перечисленных выше видов топлива?
Представьте себе, что вы взяли 10 гирь по одному килограмму каждая, взвесили их по отдельности и убедились, что каждая гиря весит точно один килограмм.
Затем сложили их вместе и, взвесив, получили общий вес не 10, а 9,9 килограмма! Невероятно? Да, конечно, но подобное явление с "исчезновением" массы проявляется ежечасно, ежесекундно и не в лабораторных условиях, а в топках, где горят нефть и уголь, в газовых плитах при сгорании газа. Известно, что горение, скажем, угля - это процесс (реакция) соединения углерода с кислородом с образованием углекислого газа. При сгорании каждых 12 килограммов углерода расходуется 32 килограмма кислорода. И мы вправе ожидать, что в результате этой реакции образуется 44 килограмма углекислого газа.
Но проведем такой воображаемый опыт. Поместим в герметическом сосуде те же 12 килограммов углерода и 32 килограмма кислорода, взвесим сосуд и убедимся, что суммарный вес составляет 44 килограмма. Теперь каким-либо способом (нам все равно, каким,опыт воображаемый) подожжем углерод и проведем полностью реакцию соединения углерода с кислородом. Поскольку сосуд герметичный и ни во время горения, ни после него не выходили никакие вещества, то взвешивание его после реакции должно дать все те же 44 килограмма, теперь уже в виде углекислого газа. Взвесив же сосуд, мы удивимся, что углекислого газа не 44 килограмма, а примерно на 4 миллионные доли (4-10^-6) грамма меньше.
Этот опыт мы назвали воображаемым потому, что при существующей технике взвешивания невозможно уловить изменение такого большого веса (44 кг) всего на 0,000004 грамма. Тем не менее ученые другим путем установили, что вес углекислого газа в данной реакции действительно снизился на 4-10^-6 грамма. В чем же тут дело? Куда делась эта недостающая часть реагирующих веществ?
Все дело в том, что при реакции горения образуется не только углекислый газ, но и выделяется энергия. Вот на нее-то и израсходованы 4-10^-6 грамма массы!
Энергия, как оказывается, самым непосредственным образом связана с массой. Этот всеобщий закон связи массы и энергии был открыт и сформулирован создателем теории относительности А. Эйнштейном. Согласно этому закону массе вещества в один грамм соответствует энергия 21,5 миллиарда килокалорий. (Одна килокалория (ккал) - это количество тепла, необходимое для нагревания одного килограмма воды на один градус.)
Эту величину можно получить и из нашего воображаемого опыта, если разделить выделившуюся энергию на уменьшение массы.
Закон Эйнштейна носит всеобщий характер. Так, при любой химической реакции с выделением энергии уменьшается масса и, наоборот, в реакции с поглощением энергии масса продуктов, получающихся в результате реакции, возрастает. Например, в реакции соединения водорода и кислорода масса получаемой воды меньше, чем сумма масс водорода и кислорода, взятых в отдельности, но при этой реакции выделяется энергия.
Если теперь с помощью электрического тока провести электролиз какого-то количества воды, то есть разложить ее на водород и кислород, то сумма масс их будет больше, чем исходная масса воды. Однако при этом на разложение воды затрачено некоторое количество энергии. В этом примере с получением и разложением воды соотношение между изменением массы и величиной выделившейся и поглощенной энергии будет таким же, как в реакции горения углерода, а именно: изменению массы в один грамм соответствует энергия в 21,5 миллиарда килокалорий.
Эта величина очень большая. Если б можно было перевести всю массу одного грамма вещества в энергию, ее хватило бы на обеспечение жизни 5-10 человек на протяжении всего их существования. К сожалению, пока это область фантастики. Позже мы еще коснемся этой проблемы, а сейчас вернемся к приведенному ранее воображаемому опыту. В нем, как вы помните, в реакции горения использовалось 44 килограмма углерода и кислорода, из которых в энергию превратилось всего 4-10^-6 грамма, то есть только одна десятимиллиардная доля. Конечно, это очень маленькая часть. А нельзя ли ее увеличить? Нельзя ли заставить переходить в энергию большую долю взятого вещества?
Оказывается, можно, и люди уже умеют это делать.
Чтобы понять, как это у них получается и в чем секреты разных способов освобождения энергии, давайте заглянем в глубины вещества и посмотрим, из каких деталей оно устроено.