Теперь мы понимаем, почему кофе когда-нибудь остывает – именно по той же причине, по которой с течением времени остановится приведенный в движение маятник.
При каждом столкновении частицы взаимно тормозят одна другую, и так до тех пор, пока все не обретут комнатную температуру – иными словами, «комнатную скорость».
Все частицы, как и вся Вселенная со всем своим содержимым, подпадают под действие первого закона термодинамики. Его можно соотнести с законом сохранения энергии, который гласит: она не исчезает бесследно и может быть только преобразована. Другими словами, энергия всегда постоянна. Если одна частица получила дополнительную энергию, это значит, что то же количество в каком-то другом месте убыло. Когда частица, столкнувшись с другой, передает ей свою энергию, эта другая частица ускоряется, а отдавшая энергию должна замедлиться. Иначе получалось бы, что энергия возникала бы из ничего, а так не бывает. Согласно законам термодинамики, уничтожить энергию тоже нельзя – вот почему физики и химики, бывает, негодуют, заслышав расхожую фразу о «растрачивании энергии». (Если среди ваших знакомых есть физики или химики, попробуйте при них употребить это выражение.)
Прежде чем продолжить рассказ о своем дне, хочу поделиться еще одним умозрительным экспериментом в связи с моделью частиц. Возможно, это самое интересное: где бы вы сейчас ни находились, вам будет казаться, что окружающие предметы на ощупь разной температуры. При этом в закрытом помещении температура у всех предметов одна – комнатная. Но почему же тогда металлическая ложка явно холоднее деревянного стола?
Ну да, есть кое-что в этой комнате не комнатной температуры, и это что-то – ваше тело. У него она выше (во всяком случае я надеюсь, что это так). И то, что вы чувствуете, прикасаясь к ложке или к кухонному столу, не что иное, как тепло вашего собственного тела! Если ваше тепло уходит быстро, предмет кажется холодным на ощупь, а если медленно – теплым.
Когда я беру в руку ложку, частицы моего тела сталкиваются с ее частицами и приводят их в движение. Чем быстрее колеблются атомы металла в ложке, тем теплее она становится. Металл – хороший проводник тепла: частицы моего пальца сталкиваются с частицами металла, и это движение распространяется по ложке. Хорошая теплопроводность металла обусловлена особенностями его химических соединений. С ними мы ближе познакомимся в главе 8. А пока представьте себе конструкцию для лазания из канатов, какие бывают на детских площадках. Когда ребенок раскачивается на одном из канатов, это движение быстро передается всей конструкции. Ребенок, находящийся на другой ее стороне, тоже будет раскачиваться. По закону сохранения энергии движение прыгающего ребенка будет одновременно гаситься: передавая свою кинетическую энергию сетке из канатов и другому ребенку, сам он замедляется. Его движение амортизируется. Говоря языком термодинамики, он замедляется, его запас энергии уменьшается, то есть он охлаждается.
А бывают еще конструкции из твердых балок. Когда ребенок лазает по ней, это не сильно воздействует на его товарища по играм. Движения почти не амортизируются, и их энергия никуда не передается, поэтому сам он (с точки зрения химии) быстрее, а следовательно, теплее. Эти конструкции делают из материалов, плохо проводящих тепло, например из дерева. Положив руку на деревянный стол, вы приведете в движение только те его частички, которые находятся в непосредственной близости от руки. По дереву колебания и движение частичек хорошо передаваться не будут. И на ощупь деревянный стол окажется теплее, чем металлическая ложка.
Поняв, что температура есть не что иное, как движение частиц, можно лучше понять второй закон термодинамики. Он гласит: тепло всегда передается от теплого к холодному, но никак не в обратном направлении.
Если вы поставили бутылку колы в ведерко со льдом, то не холод будет передаваться ото льда к бутылке, а наоборот: тепло от бутылки будет переходить к кубикам льда, они будут нагреваться, а бутылка – остужаться.
Теперь, вооруженные этим знанием, в следующий раз, услышав от кого-то фразу «закрой окно, оттуда холод», вы не оставите эту формулировку без внимания и заметите: «Ты имеешь в виду, тепло уходит?»