Миллионы людей при помощи десятков тысяч машин добывают сотни миллионов тонн угля, нефти, торфа. Добывают только для того, чтобы потом их сжечь. Значит, в шахтах, на нефтепромыслах и торфоразработках в конечном счете добывают химическую энергию, чтобы потом превратить ее в тепловую энергию.
Электрические заряды — вот источник сил, действующих внутри атома, а носителями этих зарядов служат материальные частицы. И какой бы химический элемент мы ни взяли, он содержит только два вида электрически заряженных частиц. Одни из них — электроны — несут отрицательный заряд. Легким облачком они совершают непрерывное кружение вокруг ядра. А в ядре содержатся частицы другого вида — протоны; они несут положительный электрический заряд. Заряженные частицы определенным образом взаимодействуют между собой. Так частицы с одинаковым зарядом отталкивают одна другую; частицы, несущие различные заряды, притягиваются. Так притягиваются друг к другу электрон и протон. Все протоны сосредоточены в ядре — значит, все ядро в целом несет положительный заряд.
Положительный заряд ядра удерживает электроны, как вращающаяся веревка удерживает привязанный к ней камень. В обычных условиях величина положительного заряда ядра в точности равна отрицательному заряду окружающих ядро электронов. Эти заряды уравновешивают друг друга, и атом оказывается электрически нейтральным. Мы не замечаем и не можем заметить действия сил, скрытых внутри атома. Но если нарушить электрическое равновесие между электронами и протонами, то электрические силы выходят за пределы атомов и проявляют свое действие в форме электрической энергии.
В природе не существует естественных запасов электрической энергии, подобных запасам химической энергии. Человек должен создавать искусственные источники электрической энергии — электростанции. На тепловых электростанциях в электрическую энергию превращается химическая энергия топлива, на гидростанциях — механическая энергия движущейся воды.
Мысленно проникнув в атом, человек нашел там много интересного. И это не только не удовлетворило, а, наоборот, еще больше разожгло его любопытство. И он двинулся в глубь атома — в ядро. Оказалось, что составляющие его мельчайшие частицы — протоны — держатся вместе благодаря действию особых, внутриядерных, сил. Протоны внутри ядра тоже могут находиться на различных энергетических уровнях, и — что самое главное! — раскалывая ядро, их можно заставить переходить с одного энергетического уровня на другой. А при переходе с одного уровня на другой, как при падении камня, освобождается скрытая в ядре ядерная энергия.
Поняв это, человек попробовал прикинуть, какое количество энергии можно добыть, вторгшись в ядро. Результаты вычислений поначалу изумили его. Он проверял выкладки, он придумывал десятки хитроумных опытов. Открытия и изобретения сыпались одно за другим, как из рога изобилия. Наконец он сказал: «Мои выкладки и вычисления сделаны правильно! Я стою на берегу бездонного океана энергии!»
Мы начали с жалобы на неудобный внешний мир, сопротивляющийся всем нашим действиям. А в конечном счете оказывается, что он дает человеку средство — энергию — для преодоления этих сопротивлений.
Когда говорят «о тепловой энергии», «электрической энергии», «химической энергии», «атомной энергии», то этим лишь указывают источник, из которого черпается возможность произвести в конечном счете механическую работу и способ, посредством которого такое вычерпывание можно сделать.
Как опытный актер, перевоплощаясь, выступает на сцене в самых различных обличьях и вместе с тем остается самим собой, так и энергия, оставаясь одним и тем же качеством, принимает самые различные формы. Она может оставаться на месте и может путешествовать. Ее можно использовать для самых различных целей, самым различным образом. Ее можно хранить, передавать, преобразовывать. Только двух операций нельзя проделать над энергией: нельзя ее уничтожить и добыть из ничего!
В течение нескольких сотен лет люди изобретали «вечный двигатель» — машину, которая, будучи приведена в действие, выполняет полезную работу, не используя внешнего источника энергии. Двести лет назад это бесполезное занятие было простительным. Тогда еще не был сформулирован с предельной ясностью закон сохранения энергии.