Тепловой двигатель

Резкий контраст между машиной и жизнью сохранялся недолго. Вскоре на смену старым добрым механическим часам в качестве модели жизни пришла машина с совершенно новым принципом работы – тепловым двигателем. Эта машина не получала необходимую ей энергию извне, а сама вырабатывала ее из тепла.

Уже в древности тепло считалось особенно таинственным и потому божественным качеством. У теплокровных существ температура тела выше, чем температура окружающей среды, и, что удивительно, они способны поддерживать ее на постоянном уровне. Как только жизнь покидает тело, его температура выравнивается с температурой окружающей среды. Поэтому тепло тела дает ключ к пониманию жизни. Душа покидает тело со смертью, значит, душа и тепло тела должны быть как-то связаны друг с другом. Платон в «Тимее» предполагает внутреннюю связь между теплом тела и душой:

Однако боги предвидели наперед, что при ожидании опасностей и возбуждении духа сердце будет колотиться и что каждое такое вскипание страстей сопряжено с действием огня. И чтобы оказать сердцу помощь, они произрастили вид легких, который, во-первых, мягок и бескровен, а к тому же, наподобие губки, наделен порами, так что может вбирать в себя дыхание и питье, охлаждать сердце и тем самым доставлять ему в жару отдых и свежесть.

Страсти нагревают кровь и стимулируют кровообращение. Дыхание, напротив, охлаждает нагретое тело. Вот почему мы дышим быстрее не только при физических нагрузках и лихорадке, но и когда наши страсти грозят перелиться через край.

Отношение тепла и силы снова становится проблемой в споре между механистами и виталистами. Тот, кто сможет ответить на вопрос, почему у теплокровных животных температура тела выше, чем в окружающей среде, выиграет спор: если это тепло от трения, то тело – машина и правы механисты; если тепло связано с загадочной жизненной силой, то победа за виталистами.

Декарт предложил необычное решение старой проблемы соотношения тепла, силы и жизни. По его мнению, в желудочке сердца горит огонь, который расширяет кровь, проталкивая ее по сосудам. Сердце – это двигатель внутреннего сгорания.

Для Уильяма Гарвея, первооткрывателя системы кровообращения, сердце – это простой насос. Оно работает только благодаря теплу крови. «Тепло крови животных в течение их жизни, очевидно, само не является огнем и не происходит от огня». В крови содержится calidum innatum, врожденное тепло, и это устраняет «причины для поиска духов, чуждых крови и отличных от нее».

Проблема происхождения тепла в теле опасна, поскольку она поднимает вопрос об источнике энергии, необходимой для жизни: или она происходит извне, например от Бога, и подается телу, как считает Декарт, или она имеет химическое и биологическое происхождение и производится самим телом. Согласно Гарвею, который уловил связь между теплом и силой, энергия, необходимая телу, вырабатывается в нем самом; по мнению Декарта, ее дает Бог.

Проблема происхождения тепла обладает огромной взрывной силой, поскольку она прямо касается автономии человека. Для движения, самоуправления и самоорганизации удалось найти объяснение, но вопрос о том, откуда берется энергия жизни, все еще оставался нерешенным. В механистическом мире Декарта Бог производит и поставляет энергию; по Гарвею, каждое тело – это маленькая электростанция. Если Гарвей прав, то человек – это автономная машина и у Бога почти не остается дел в этом мире.

В то время существовали два взгляда на природу тепла: одна теория, восходящая к Античности, утверждала, что оно обусловлено движением молекул; согласно другой, тепловая субстанция выделяется при горении. Химик-виталист Шталь называл эту субстанцию флогистоном и описывал ее как необычайно тонкую, летучую и не воспринимаемую органами чувств. Сверхтонкий флогистон – одна из форм vis viva, жизненной силы, которая пронизывает тело и дает ему жизнь. Это душа человека, не материальная и ненематериальная, но имеющая особенную промежуточную природу и потому недоступная математике.

Химик-механик Антуан Лоран де Лавуазье, живший примерно на поколение позже, также верил в существование огненной субстанции, которую он назвал caloricum, «теплород». В своих последних работах по теплоте, написанных Лавуазье совместно с Пьером-Симоном Лапласом, он воздерживался от замечаний о природе тепла, так как понимал, что не может решить центральную проблему – вопрос о связи между теплом и силой. Он ограничился разработкой физико-математической теории тепла, которая не требовала души.

На самом деле Лавуазье добился значительного прогресса в понимании тепла и, в частности, тепла тела. В ходе изощренных экспериментов ему удалось показать, что дыхание не служит для охлаждения крови, а представляет собой медленный процесс горения, в результате которого выделяется тепло. Он также доказал превращение кислорода (свободного воздуха) в углекислый газ (связанный воздух), ввел термин «теплоемкость», научился измерять и рассчитывать удельную теплоту различных веществ и отличать связанную и свободную теплоту.

Лавуазье был близок к созданию полной физической теории, не хватало лишь последнего, решающего фрагмента пазла: он никак не мог понять связь между силой и теплом. Поэтому он с тяжелым сердцем вернулся к виталистической концепции живой силы:

В общем, можно преобразовать первую гипотезу [тепловая материя] во вторую [движение молекул], если заменить в ней слова «свободное тепло», «связанное тепло», «высвобожденное тепло» словами «жизненная сила», «потеря жизненной силы», «увеличение жизненной силы».

Если в кроссворде предлагается назвать изобретателя парового двигателя из четырех букв, то правильным ответом будет «Уатт». Но действительно ли Джеймс Уатт изобрел паровой двигатель? В конце концов, машины с паровым двигателем были известны еще в древности. Герон Александрийский, например, сконструировал танцующий шар, который под действием пара поднимался и удерживался в воздухе. В конструкции, которая позже использовалась в автоматическом токарном станке, пар вращал шар вокруг собственной оси. Другая фигура цапли, стоящей на алтаре, приносила возлияние богам с помощью пара. Архимед, очевидно, будучи более практичным изобретателем, даже построил паровую пушку. Работала она или нет, неизвестно, но говорят, что она по крайней мере производила огромный шум. Мы также не знаем, удалось ли создать водопровод с паровым двигателем Саломону де Коссу.

В конце XVII века Томас Севери даже разработал полезную паровую машину – насос с паровым приводом, на который он получил патент 25 июля 1698 года. В то время затопления стали почти непреодолимой проблемой для все более разрастающихся угольных и рудных шахт. Небольшие шахты осушали вручную или с помощью лошадей, но в глубоких шахтах это было невозможно или требовалось так много рабочих, что привлекать их было нерентабельно. «Друг шахтера» стал бы долгожданным спасением для отчаявшихся владельцев шахт в Южной Англии, если бы он постоянно не ломался. Но даже когда он работал, периодические сбои и неэффективность делали его малопригодным для использования. Схема работы паровой машины Севери очень проста: в котле нагревается вода, затем пар подает шахтную воду из напорного сосуда в трубу; далее пропускной клапан закрывается, сосуд под давлением охлаждается, пар конденсируется, и создается отрицательное давление, которое открывает обратный клапан. Затем вода выводится из шахты, поступает в напорный сосуд, после чего клапан снова открывается и цикл начинается заново.

Помимо ненадежности, насос Севери имел еще один огромный недостаток: большая часть добываемого угля уходила на обогрев котла. Машины ждали, пока содержимое цилиндра остынет под действием более холодного наружного воздуха и пар сконденсируется. Чтобы произвести пар в следующем цикле, сначала необходимо было снова разогреть стенки цилиндра. На это уходило слишком много угля, и для производства пара почти ничего не оставалось.

Томас Ньюкомен смог частично исправить ситуацию с мизерным КПД. Его машина, появившаяся около 1712 года, использовала впрыскивание воды для охлаждения водяного пара в цилиндре и, соответственно, его конденсации. Это создавало вакуум в камере цилиндра, так что давление воздуха, действующее на поршень снаружи, выталкивало его обратно в цилиндр. Впрыскивание позволило значительно увеличить ход поршня и тем самым значительно повысить КПД.

Чтобы понять, почему Джеймс Уатт все же может считаться изобретателем парового двигателя, необходимо сначала рассмотреть физический принцип работы всех паровых двигателей от Герона до Уатта. Газ расширяется при нагревании – его объем увеличивается пропорционально температуре – и сжимается при охлаждении. В машинах Севери и Ньюкомена конденсация водяного пара создает вакуум за счет охлаждения в цилиндре, так что атмосферное давление толкает поршень вниз. Вакуум устраняет сопротивление воздуха. Давление оказывает не пар, а воздух, поэтому правильно говорить об атмосферных двигателях.

Только машина Уатта действительно приводилась в действие под давлением пара. История изобретения такова. Где-то в 1763 или 1764 году профессор Джеймс Андерсон задумал рассказать своим студентам в университете Глазго о паровом двигателе Томаса Ньюкомена, для чего сконструировал его модель. Правда, сделанная им модель оказалась неработающей. Поняв, что она сломана, он попросил университетского механика Джеймса Уатта починить ее. Уатт приступил к работе, но после долгих раздумий и тщетных попыток он обнаружил, что модель вообще не может работать. При конденсации стенка цилиндра охлаждается настолько, что вся мощность нагрева расходуется на то, чтобы снова нагреть ее. Поскольку в больших машинах отношение поверхности к объему более благоприятно, охлаждение менее значительно. Перед Уаттом встает дилемма: с одной стороны, цилиндр должен оставаться как можно более горячим, с другой стороны, пар должен охлаждаться полностью и как можно быстрее.

Внезапное озарение пришло к нему во время воскресной прогулки:

В прекрасный воскресный день я пошел прогуляться на улицу перед Тор. Я думал о машине и не успел еще далеко уйти, как вдруг мне пришла в голову мысль: пар – это упругое тело, которое быстро вливается в безвоздушное пространство. Поэтому, если к цилиндру присоединить безвоздушный сосуд, то пар будет стекать в него и конденсироваться в нем без охлаждения цилиндра.

Уатт переносит конденсацию в отдельный охлаждаемый сосуд вне котла. В результате цилиндр остается горячим, а мощность паровой машины увеличивается в три раза. У маневра Уатта есть побочный эффект, который имеет гораздо большее значение для дальнейшего развития, чем повышение энергоэффективности. Поскольку в цилиндре больше не происходит конденсация и, следовательно, его не нужно охлаждать, он остается герметично закрытым. Таким образом, паровая машина Уатта, в отличие от предшествующих ей аппаратов, это замкнутая система, поскольку в ней для выработки энергии использовались оба движения поршня. Любые внешние влияния, кроме подвода тепла, исключены; поведение водяного пара, почти идеального газа, зависит только от факторов (давление, температура, объем) внутри системы.

Какая удача! Случайно была создана машина, способная заменить часы в качестве универсальной модели мира. Новая модель описывает поведение не отдельных частей, а множества. Мир состоит из бесконечного числа одинаковых элементов, подобно газу. Конечно, не все индивиды ведут себя одинаково, но вероятность гарантирует, что отклонения от среднего значения нивелируют друг друга. Теперь можно наблюдать, какие формы образуют эти многочисленные элементы и как они меняются. Этот радикально новый взгляд на науку произвел переворот в гидродинамике, химии, биологии и социальных науках. В поле зрения попали прежде невидимые явления – закономерности и их (иногда внезапные) изменения. Тем самым стали наблюдаемыми так называемые неопределенные фазовые переходы. Примерно в то же время, когда математик Пьер-Симон Лаплас (1749–1827) провозгласил, что можно предсказать любое будущее состояние, если знать начальные условия, благодаря паровой машине люди узнали, что можно предсказать не все изменения и существуют неопределенные процессы.

До появления паровой машины невозможно было представить, что в мире не все причинно обусловлено. Но самым важным новшеством, которое принесла паровая машина, стало то, что благодаря ей удалось раскрыть взаимосвязь между теплом и силой в замкнутой системе. Это положило начало термодинамике, оставившей свой след в XIX веке. По справедливому замечанию Мишеля Фуко, «XIX век нашел свои основные мифологические ресурсы во втором законе термодинамики».

Уатт еще не знал об этом. Зато он сразу же осознал экономический потенциал своего изобретения. Он уволился с работы и с этого момента посвятил себя исключительно подготовке машины к выходу на рынок. В 1769 году ему удалось зарегистрировать свой первый патент, но в дальнейшем перед ним возникли неожиданно большие препятствия. Во-первых, на тот момент изготовление идеального цилиндра было технически невозможным, а во-вторых, отсутствовали подходящие смазки и герметики. Уатт и его коллеги пробовали использовать пробку, бумагу, картон, кожу и пеньковую веревку, но все это не давало необходимой герметичности поршня.

Постепенно у Уатта закончились деньги, которые ему дал профессор Джозеф Блэк, его знакомый со времен учебы в Глазго. Его следующий инвестор, доктор Робак, владелец угольных шахт и рудников, обанкротился. Уатт вынужден искать новых покровителей. Мэтью Болтон, один из богатейших промышленников страны, предложил взять на себя патент Робака и предоставить необходимые деньги. В 1775 году после долгой борьбы парламент согласился продлить срок действия первого патента на 25 лет: тем самым Уатт получал достаточно времени, чтобы довести свою машину до стадии производства. В итоге 8 марта 1776 года фирма Boulton & Watt поставила первый действующий паровой двигатель на угольную шахту Блумфилд в Типтоне (Стаффордшир).

Роторный паровой двигатель Болтона и Уатта (1788)

Все еще неудовлетворенный, Уатт лихорадочно работает над техническим усовершенствованием машины, один патент сменяет другой, и наконец в 1786 году он создает паровую машину, соответствующую его идее: роторный двигатель двойного действия без потери мощности на обратный ход, которая производит энергию при подъеме и опускании поршня и управляет собой с помощью центробежного регулятора.

Из незначительного заказа на ремонт модели паровой машины Ньюкомена за 20 лет возникла машина, совершившая революцию не только в технологии, экономике и обществе, но и в мышлении человечества, – машина, которая не только перенаправляет энергию, но и сама ее производит. Таким образом, человек вытеснил Бога с последней остававшейся за ним позиции: до этого момента Бог был единственным производителем энергии, теперь рядом с ним встает человек. Кристоф Бернулли, осознавший антирелигиозный потенциал паровой машины, отмечал:

Теперь человек также способен создавать энергию для себя, когда и где она ему нужна для его собственных целей. В самом деле, как бы ни была велика и полезна сила текущей воды и ветра, как бы щедро ни источала ее природа, человек глубоко чувствует свою зависимость от дарительницы […]

В паровой машине мы нашли средство […] вырабатывать всю необходимую нам энергию самостоятельно.

В 1824 году, когда отпрыск знаменитой базельской династии Бернулли писал эти строки, паровые машины были еще далеки от того совершенства, которое могло бы оправдать подобную эйфорию: котлы, не выдерживавшие давления, постоянно протекавшие цилиндры, неаккуратные сварные швы и неровные отверстия, дорогое техническое обслуживание. Многие владельцы шахт в то время предпочитали машину Ньюкомена машине Уатта.

Эйфория, очевидно, связана не столько с преимуществами нового изобретения, сколько с ощущением, что оно открыло дверь в новый мир.

Великая красота этого изобретения заключается в свойстве паровой машины управлять собой и удовлетворять все свои потребности. Можно сказать, что из созданного человеком нет ничего, что стояло бы настолько близко к жизни животного.

Тепло – принцип ее движения: круговорот, совершающийся в ее трубках, напоминает циркуляцию крови в венах животных, с клапанами, которые открываются и закрываются через соответствующие промежутки времени; она питается сама, удаляет бесполезные части своей пищи и извлекает из своего труда все, что ей необходимо для существования. […] Таким образом, паровая машина может по праву считаться самой благородной машиной, когда-либо изобретенной человеком, – гордостью механика, восхищением философа.

Паровая машина Уатта – это живое тело, но, в отличие от него, она не устает. Она устроена гораздо лучше, чем ее предшественницы: она не привязана к определенному месту, не зависит от ненадежных источников энергии, например ветра, и может управлять собой. Идеальная машина.

Машиной восхищаются философы и инженеры, но можно ли ее продать? Уатт и Болтон хотели заработать как можно больше на своих паровых машинах. В целом рынок был открыт для тепловых двигателей, но после неудачного опыта с ранними моделями инвесторы относились к ним скептически: огромные затраты на разработку в любом случае не будут компенсированы, при этом неясно, какой рост производства даст новая технология. Поэтому установить цену едва ли возможно. Тогда Болтон разработал новую бизнес-модель. Своеобразный лизинговый контракт обязывал клиента выплачивать Boulton & Watt одну треть от экономии угля каждый год в дополнение к расходам на транспортировку и установку машины. Владельцам шахт нужно было не покупать машину, а всего лишь платить треть прибыли в качестве арендной платы в течение всего срока ее службы. Однако точно вычислить экономию от использования паровой машины оказалось совсем не просто. Недостаточно было рассчитать разницу между старым и новым количеством угля, потому что машина Уатта использовала гораздо меньше угля и при этом была примерно в три раза эффективнее машины Ньюкомена. Соответственно, нужно рассчитать экономию на единицу продукции. Со времен Севери существовала только одна, очень неточная мера мощности – мощность лошади при осушении ям, измеряемая в лошадиных силах. Но о каких лошадях шла речь? Об усталых или полных сил, о французских или ирландских? Эта мера уже не годилась, срочно требовался точный метод измерения.

Решение нашел Джон Саузерн, инженер компании Boulton & Watt: карандаш, соединенный с поршнем, рисовал диаграмму «давление – объем» на вращающемся барабане, а интеграл кривой давал мощность паровой машины. Теперь прибыль можно было исчислять в пфеннингах и геллерах.

Через несколько лет диаграмма попала в руки молодого парижского физика по имени Николя Леонард Сади Карно (1796–1832), который вывел из нее совершенно новую область физики – термодинамику. Возможно, за обеденным столом своих родителей маленький Николя впервые услышал о революционной машине, изобретенной по ту сторону Ла-Манша, а также о трудностях ее экономически эффективного использования. Его отец, Лазар Николя Маргерит Карно, уважаемый политик, офицер и ученый, потерпел неудачу в решении проблемы повышения эффективности паровой машины Уатта. Завершение работы отца стало делом жизни сына. Результаты своих стараний он представил в 1824 году в работе «Размышления о движущей силе и машинах, способных развивать эту силу». Вывод Карно оказался одновременно отрезвляющим и новаторским: он доказал, что эффективность невозможно увеличить. Еще раз подчеркнув важность парового двигателя для экономического и социального прогресса, он замечает:

Явление получения движения из тепла не было рассмотрено с достаточно общей точки зрения. Его исследовали только в машинах, природа и образ действия которых не позволяли ему принять того полного развития, на которое оно способно. У подобных машин это явление сказывается в искаженном и неполном виде; поэтому трудно узнать его основы и изучить его законы. Чтобы рассмотреть принцип получения движения из тепла во всей его полноте, надо его изучить независимо от какого-либо механизма, какого-либо определенного агента; надо провести рассуждения, приложимые не только к паровым машинам, но и ко всем мыслимым тепловым машинам, каково бы ни было вещество, пущенное в дело, и каким бы образом на него ни производилось воздействие.

Исходная точка Карно та же самая, что привела Уатта к изобретению конденсатора, – низкий КПД паровой машины. Но Карно хочет решить проблему не путем технических усовершенствований, а с помощью общей теории. В то время как Уатт в течение многих лет день за днем улучшал свою машину, Карно оторвался от конкретного образца, чтобы теоретически изучить его возможности.

Его вопрос заключается в том, можно ли преобразовать всю теплоту в движение и обратимо ли это превращение без потерь. Индикаторные диаграммы Саузерна навели Карно на мысль: производство энергии в паровой машине – это круговой процесс. После серии операций, производящих движение, машина возвращается в исходное состояние, чтобы начать новый цикл. Если преобразование полностью обратимо, то в конце цикла пар должен иметь ту же температуру, что и в начале, без добавления новой энергии, и машина может производить то же движение снова и снова. Но это возможно только в вечном двигателе. На самом деле машина использует часть своей энергии, чтобы вернуться в исходное состояние. Другими словами, чтобы генерировать энергию, тепло (Карно все еще предполагает наличие тепловой субстанции) должно перетекать из более теплого отсека в более холодный, точно так же как вода должна опускаться с более высокого уровня на более низкий. Если та же самая вода снова будет вырабатывать энергию, как на современных гидроаккумулирующих электростанциях, то сначала ее нужно откачать до прежнего уровня, а для этого, конечно, потребуется энергия. Таким образом, тепловой двигатель также тратит часть энергии на поддержание градиента.

Исходя из простых соображений и без единого эксперимента Карно открыл второй закон термодинамики, или энтропию. Несмотря на неправильное предположение о тепловой субстанции, он подтолкнул один из величайших переворотов в истории науки. Его ключевой тезис гласит: в замкнутой системе – а паровая машина является (почти) замкнутой системой – тепло генерирует движение, и наоборот. Отныне отношение между силой и теплом можно точно рассчитать. То, что всего несколькими годами ранее Кант признал принципиально невозможным, а именно найти математическую формулу жизни, стало реальным благодаря совместным усилиям Уатта и Карно. Они объединили два противоположных взгляда на жизнь – жизнь есть движение (механисты) и жизнь есть тепло (виталисты) – в супертеорию: жизнь суть преобразование тепла в движение. В связи с тем, что в процессах преобразования неизбежны невосполнимые потери, в физике появилась стрела времени. Карно математически доказал то, что было известно всегда: существуют необратимые процессы, жизнь никогда не течет от смерти к рождению.

Это имело далеко идущие последствия. Отныне живое тело определялось как тепловой двигатель, а весь космос представлялся как замкнутая система, состоящая из бесконечного числа маленьких тепловых двигателей, которые находятся в постоянном обмене. Тепло, производимое движением одной машины, необходимо для движения другой машины. Люди и машины являются частью универсальной системы обмена с единой мерой мощности (работы в единицу времени), измеряемой в лошадиных силах или ваттах. Производительность паровых двигателей, ветра, воды, лошадей или рабочих теперь можно не только точно рассчитать, но и сравнить друг с другом. Благодаря появлению ватта физическая сила переводилась в денежную стоимость, поэтому появилась возможность сравнивать стоимость людей и стоимость машин. Один паровой двигатель эквивалентен примерно 20 рабочим. Раньше денежную стоимость имели только рабы, но она определялась рынком, а не объективной производительностью.

Система обмена, введенная Уаттом и Болтоном для амортизации своих машин, приобретает универсальный характер: теперь что угодно можно обменять на что угодно. Тепло, мощность, а позднее – энергия, электричество, магнетизм и работа – все это можно выразить в виде физической величины или представить в денежном эквиваленте. Деньги становятся физической величиной, а природа – замкнутой системой, которая больше не нуждается в какой-либо подпитке извне. По сути, она состоит из жизненной силы, которая преобразуется в механическую работу. Работа может быть произведена из движения, тепла, электричества и магнетизма или куплена за деньги.

Термодинамика превращает природу в площадку для универсального обмена, основой которой является измеримость всех ее частей. С помощью универсальных констант преобразования – теплового эквивалента Джоуля, постоянной Больцмана, постоянной Лошмидта, числа Авогадро – все обменивается на все. Старые различия между естественно рожденным и искусственно произведенным, между человеческим и машинным трудом, между Богом и паровой машиной как производителями энергии утрачивают смысл.

Точный расчет «стоимости» человека, то есть производительности его труда, позволяет принять рациональное решение о том, как инвестировать имеющийся капитал. Люди нужны только в том случае, если они работают дешевле машин или если они выполняют операции, на которые машины (пока) не способны. Люди – это машины из углерода, конкурирующие с машинами из металла. Позже к ним присоединятся машины из кремния.

Жизнь перешла из биологии в физику, где, превратившись в работу, она стала измеримой и рассчитываемой. Таким образом, vis viva, кажется, окончательно вышла из игры. Дюбуа-Реймон ясно дает понять, что столь туманная концепция не имеет права на существование в мире науки:

Представленная таким образом доктрина витализма действительно напоминает смесь самых произвольных утверждений, сочетание невозможных свойств и немыслимых действий с плодами воображения, так что ее трудно воспринимать всерьез, не встречая ее очевидную глупость насмешками, которых она заслуживает. Правда, конечно, в полной наготе она уже не осмеливается так легко переходить улицу. Придуманы всевозможные накидки, чтобы прикрыть ее.

Гельмгольц тоже гордо заявляет в своих популярных лекциях, что он окончательно победил витализм. Некоторое время понятие «жизненная сила» еще сохраняло центральное положение в новой теории, но вскоре Гельмгольц, во избежание путаницы со старой жизненной силой, заменил его на понятие «энергия».

Слово «энергия» восходит к древнегреческому energeia, что означает «действие», «действительность». Это слово ввел в механику в 1807 году физик Томас Янг. В своем нынешнем значении как величина воздействия, то есть как перевод жизненной силы, оно стало использоваться только во второй половине XIX века.

Здесь не место для того, чтобы описывать сложную и противоречивую историю понятия энергии. В дальнейшем мы будем придерживаться определения американского физика и лауреата Нобелевской премии Ричарда Фейнмана:

Энергия имеет множество разных форм, и для каждой из них есть своя формула: энергия тяготения, кинетическая энергия, тепловая энергия, упругая энергия, электроэнергия, химическая энергия, энергия излучения, ядерная энергия, энергия массы. Когда мы объединим формулы для вклада каждой из них, то их сумма не будет меняться, если не считать убыли энергии и ее притока.

Другими словами, энергия существует не сама по себе, а только в различных конкретных формах.

Паровая машина обязана своим триумфальным успехом не только своей эффективности – поначалу она была весьма скромной – или тому факту, что она перенесла Западную Европу и США в индустриальную эпоху, но и тому, что она привела к совершенно новому пониманию природы. Отныне природа – это замкнутая система, и неважно, являются ли ее отдельные элементы естественными или искусственными: они принадлежат к одной системе, в рамках которой имеют одну и ту же функцию – совершают механическую работу.

Термодинамика вернула жизнь из сферы эстетики на твердую почву науки. Новая наука о жизни больше не рассматривает человека как индивидуума, а жизнь – как интенсивное эстетическое переживание. Скорее, человек – один из бесчисленных последовательно и параллельно соединенных тепловых двигателей, а жизнь – это энергия, которую производит этот тепловой двигатель или, другими словами, работа.