Друге начало термодинаміки і пам’ятки
Микола Жарких
Про друге начало термодинаміки чули всі. Нагадаю: всі процеси, які відбуваються у макросвіті, йдуть напрямку зростання ентропії системи в цілому. Ентропія – ключове поняття термодинаміки. Це міра безладу макроскопічної системи. Елементарний приклад: в коробці лежать в один ряд п’ять білих кульок і п’ять чорних – максимальна упорядкованість. Розмістити їх в такому порядку можна тільки в один спосіб. Тепер струснемо цю коробку і подивимось, що вийде. Кульки знову розмістились в один ряд (ну, така форма коробки), але білі перемішані з чорними. Безлад! Ми, намагаючись все упорядкувати, знову і знову струшуємо коробку – і бачимо, що безлад лишається тим самим. Ніщо не заважає кулькам розкластись упорядковано, тільки упорякована – одна послідовність, а неупорядкованих – дуже багато (цікаві можуть сформулювати задачу комбінаторики й порахувати – скільки саме). Оце й є – ентропія.
Але для охорони пам’яток корисніше альтернативне формулювання цього начала, запропоноване Г. Гельмгольцем в 1881 р.: всі процеси, які відбуваються у макросвіті, йдуть у напрямку зменшення вільної енергії.
А що ж таке вільна енергія? Це дуже проста річ. Ось у мене в хаті температура 20 ° (незважаючи на обстріли москалів, опалення працює!), і є у хаті банка із водою – теж при температурі 20 °. Чи має ця вода якусь енергію? – Авжеж, має, молекули перебувають у постійному русі, тобто принаймні теплову енергію вода має. А чи не можна коштом цієї енергії зігрітись? – Ні, не можна, каже формулювання Гельмгольца: вода має внутрішню енергію, але не має вільної енергії, тому зігріти вона нічого не може.
Зовсім інша справа – якщо вода в банці має, скажімо, 30 °. Тоді, остигаючи, вона підігріє оточуючий простір (отак водяне опалення працює, про яке я уже згадав). Ця вода буде віддавати своє тепло й охолоджуватись, аж поки її температура не зрівняється з температурою оточення (по науці це зветься: досягнута термодинамічна рівновага). Помножимо теплоємність води на різницю температур (10 °) і на масу води – і отримаємо кількість відданої енергії. Оця кількість і є вільною енергією води в банці.
Ви скажете, що ви все це й так знали, без Гельмгольца – і це буде правильно. Заслугою Гельмгольца було узагальнене й кількісне формулювання цього принципу, який дозволяє розбиратись у ситуаціях, складніших за банку на підвіконні.
Тепер все разом: тіла, які мають вільну енергію, перебувають у нерівноважному стані, природним порядком зменшують, розсіюють свою вільне енергію і досягають стану термодинамічної рівноваги.
Яка ж користь від усього сказаного для охорони пам’яток? – Дуже велика!
Речовини, які мають великий запас вільної енергії, називають горючими речовинами (їх вільна енергія здатна виділятись швидко в процесі горіння). Ті горючі речовини, які цікавлять людей виключно для добування енергії (спалювання), спеціально звуть паливом.
На цьому місці слід зробити істотне застереження: запас вільної енергії має не паливо само по собі, а система «паливо + окислювач». Без окисника (типово – кисню з повітря) ніякого горіння не буде. Конструктори космічних ракет знають, що в космосі немає повітря, тому їх ракети везуть кисень з собою. Отож паливо (скажімо, природний газ) може зберігатись у надрах Землі мільйони і сотні мільйонів років і не втрачати своїх властивостей, бо в надрах немає кисню.
(Через загальну безграмотність паливо часто, але цілком помилково звуть безглуздим канцелярським словом енергоносії. Не вживайте його ні в якому разі! Єдиний справжній носій енергії – це електричний акумулятор, який можна зарядити в одному місці, перенести в інше і там розрядити, витратити енергію. Цистерна, в якій перевозять бензин – ніякий не енергоносій, а тільки пристрій для перевезення бензину. І сам бензин – ніякий не енергоносій, бо якщо його раз спалили, то вивільнену енергію вже нікуди не перенесеш. От воду в паровому котлі чи там в батареях опалення звуть теплоносієм – і це правильно, бо вона, вода, переносить тепло з одного місця до іншого, а сама при цьому нікуди не зникає.)
Найдавнішим і досі широко вживаним паливом виступає деревина, дрова (які нині сором’язливо звуть «біопаливом»). Деревина складається в основному з целюлози та лігніна, а ці полімерні речовини містять атоми вуглецю, кисню та водню (деталі їх хімічної структури для нашої теми неістотні). Водень при спаленні дає окис водню (H2O, простою мовою – воду), а вуглець – двоокис вуглецю (CO2, вуглекислий газ). Оці продукти горіння далі не окислюються – система «деревина + кисень» виділила при згорянні всю свою вільну енергію.
Отже, пам’ятки, збудовані з дерева, мають властивість горіти – і справді горять, часто й охоче. І будівлі з каменю теж горять (ну, не саме каміння, а ті елементи з дерева, якими наповнений кожен будинок).
Мені скажуть: ми знали це й без ніякої термодинаміки. Згоден, але термодинаміка учить нас: все, що може горіти – неодмінно згорить. Раніше чи пізніше, так чи інакше. Як не від атак москалів, так від блискавки, короткого замикання в електромережі, необережно поводження з відкритим вогнем, а то й свідомого підпалу.
Більше того – деревина руйнується навіть без яскравого полум’я і диму, тихо, але надійно і безповоротно. Це зветься гниттям – повільним окисленням за участі мікроорганізмів, як теж ласі на вільну енергію деревини (вона підтримує їх життя). Різні консерваційні заходи можуть гальмувати цей процес, але він все одно йде і буде йти непомітним для нас темпом, аж гульк – через кілька сотень років деревина струхлявіла вже настільки, що не витримує власної ваги. (Музеї, які забороняють сідати на старовинні меблі, знають, що роблять.)
Далі, будівля з каменю / цегли теж має запас вільної енергії. Якщо з верху будівлі зірветься камінь і впаде на землю, його потенційна енергія перейде спочатку в кінетичну енергію руху, а далі – в теплову енергію. Теоретично ніщо не заважає молекулам, які перебувають у тепловому русі, зібратись і в єдиному пориві підкинути цей камінь назад на те місце, де він був перед тим. Тільки практично так ніколи не буває, теплова енергія у стані термодинамічної рівноваги не може перейти в ніяку іншу форму енергії – це теж прояв другого начала термодинаміки.
17 квітня 2026 року стався обвал стіни Хотинського замку. Ну, обвалилася стіна – і бог з нею, проти закону всесвітнього тяжіння і закону зростання ентропії не попреш.
Але не так думає Олександр Алфьоров, який написав:
Волога пляма на місці обвалу була вже давно. Поруч ще такі ж плями. Хто винуватий? Однозначно росія.
Ну й це було б не диво – хіба мало в нас істориків, які не знають про закони природи? Дивне і прикре – в тому, що цей Олександр Алфьоров (доповідь якого на семінарі я колись-то, у 2017 році, слухав) є директором Українського інституту національної пам’яті, і його невігластво – це вже проблема державного управління. Якби він відчував власну некомпетентність – він міг би просто промовчати, як мовчить дирекція Хотинського заповідника, у віданні якої перебуває замок. І цей замок взагалі не стосується Інституту національної пам’яті. Але ж ні! Захотілось похизуватись на весь Facebook своєю дурістю.
Натомість Пилип Гавриленко, з яким я знайомий тільки через Мережу, зробив цілком розумну заяву:
Я проникся процессами энтропии и убедился, что памятники, как и всё остальное вокруг нас, стремится перейти в максимально стабильное состояние. И если с нашей точки зрения памятник стабилен когда цел, то с точки зрения окружающего нас мира – это как раз аномалия, и потому масса процессов будет стараться этот памятник разобрать на детали, поскольку с точки зрения природы это и есть правильное итоговое состояние.
Висновок: ніколи Гавриленко не буде начальником. Він занадто розумний для цього.
Доповнено 20 квітня 2026 р.
Проміжний висновок: всі пам’ятки приречені на зникнення, оскільки мають запас вільної енергії. Виняток становлять хіба що археологічні об’єкти, в яких все, що могло горіти – давно згоріло, а все, що вивищувалось над рівнем землі – давно зруйнувалось і зрівнялось із землею. І всі органічні рештки, які могли згнити (скажімо, тканини) – уже згнили, і всі залізні вироби уже проіржавіли (так, система «залізо + кисень» теж має деяку вільну енергію, котра розсіюється при утворенні окислів заліза). Те, що залишилось – уламки кераміки, кісток, вироби з каменю та пасивних металів (свинцю, золота… – ну, металів, які стоять у ряду напруг до водню, хто пам’ятає шкільну хімію) – має мізерний запас вільної енергії або й не має її взагалі, тому оцим залишкам подальше руйнування не загрожує. Не загрожує з боку другого начала термодинаміки, але…