От начал термодинамики в 2004 г. исполнилось 180 лет и 260 лет неосознанного открытия Л. Эйлером основы решения их проблем.
        Общенаучная ценность этой статьи G. Zaretskij - в выявлении все большего обострения методологического значения для естествознания феноменальности “принципа Гамильтона”, отображающего принцип наименьшего действия. Первая, длительно казавшаяся успешной, попытка использования Максвеллом этого принципа для построения макро электромагнитной теории в настоящее время все больше подвергается сомнению. Все большее число исследователей в области электротехники приходят к выводу, что уравнения Максвелла не оправдывают своего ожидавшегося назначения (см., например, [1]). В то же время, принцип наименьшего действия в виде уравнений Гамильтона (гамильтониана) успешно используется в основных разделах физики. Гамильтониан входит в главные уравнения квантовой механики (уравнения Шредингера), релятивистской электродинамики (уравнения Дирака) и др.
        Возникает вопрос: почему многие попытки выдающихся физиков и математиков, в том числе Гельмгольца и Д. Гильберта, использовать принцип Гамильтона для последовательного “логически замкнутого” изложения теории физики были безуспешными? Важная составляющая ответа на этот вопрос содержится в рассматриваемой статье: “…второе начало теории теплоты явилось чужеродным элементом в стройном здании механистической физики. Понятие энтропии внесло новый существенный элемент в физическую картину мира”.
        Можно ли было согласовать это “чужеродный элемент” с принципом наименьшего действия, например, во время разработки макро электромагнитной теории Максвелла? Да, можно было, исходя из принципа экстремального действия, в который принцип наименьшего действия преобразовал Л. Эйлер еще в 1744 г. В соответствии с принципом экстремального действия, второе начало теории теплоты можно представить как экстремум этого принципа, противоположный принципу наименьшего действия. Очевидно, из-за, более, чем столетней давности открытия в то время, этот принцип был очевидно забыт. Не ясно было, в то время, в каких случаях действия (процессы) природы бывают минимальными (энергоэкономными), а в каких – максимальными (не энергоэкономными, энергорасточительными).
        Использование принципа экстремального действия позволяет существенно упростить построение, не только макро электромагнитной теории, о и всей теоретической физики. До сих пор принцип экстремального действия и другие экстремальные физико-химические принципы остаются феноменальными. Их используют в качестве исходных положений в математическом формализме теоретической физики, но их естественнонаучная сущность не раскрыта, не осознана [2]. Осознание этой сущности стало возможным благодаря исследованиям по самоорганизации. Естественнонаучная сущность экстремального принципа отражена в названии главного принципа самоорганизации – принципа энергетической экстремальности самоорганизации и прогрессивной эволюции [2], который состоит из второго начала термодинамики и противоположного ему по сущности закона, названного законом выживания.
        Этот закон проявляется в виде различных природных механизмов, как правило, представляющих собой феноменальные явления, которые надежно эмпирически или математически установлены, но естественнонаучно не объяснены. Например, к таким феноменам относится высокая способность к размножению всех, без исключения, видов организмов, которую Ч. Дарвин использовал, в качестве исходного положения, для построения теории биологической эволюции. К числу феноменальных явлений относятся и вариационные принципы механики, как дифференциальные (возможных перемещений, Д,Аламбера-Лагранжа, Гауса - наименьшего принуждения, Герца - наименьшей кривизны), так и интегральные (наименьшего действия и др.).
        Из анализа вывода электромагнитных уравнений Максвелла, который выполнил А. Пуанкаре [3], можно придти к заключению, что, вместо уравнений Гамильтона, Максвелл в качестве исходных, использовал в действительности уравнения Лагранжа. В математическом отношении формализмы Гамильтона и Лагранжа тождественны, но по физической сущности они принципиально различны. В кинетической составляющей энергии в уравнениях Гамильтона в качестве переменной использованы импульсы (произведения массы на скорость), а в уравнениях Лагранжа – скорости, - которые не способны отображать с достаточной полнотой энергию. В связи с этим уравнения Гамильтона обеспечивают учет принципа наименьшего действия, а уравнения Лагранжа этим свойством не обладают. Этим, очевидно, можно объяснить причину проявляющихся трудностей в использования уравнений макро электромагнитной теории Максвелла. Отмеченного принципиального различия физической сущности уравнений Гамильтона и Лагранжа нам не удалось найти в литературных источниках.
        В настоящее время при выводе уравнений макро электродинамики вместо уравнений Гамильтона, отражающих принцип наименьшего действия, можно воспользоваться, как принципом экстремального действия (принципом энергетической экстремальности самоорганизации и прогрессивной эволюции), так и законом (правилом) электромагнитной инерции Ленца. Как показано в [4], физическая сущность закона Ленца тождественна таковой принципу наименьшего действия. Если принцип наименьшего действия минимизирует переход потенциальной энергии в кинетическую и наоборот, то закон Ленца минимизирует переход магнитной энергии в электрическую и наоборот.
        Ле-Шателье принцип своего имени формулировал по подобию закона электромагнитной инерции Ленца. Это дает основание рассматривать эти принцип и закон в определенном смысле подобными (тождественными). Их физическая сущность противоположна сущности второго начала термодинамики. Принцип Ферма, так же, как и принцип наименьшего действия преобразуем в принцип экстремального действия [5], что также свидетельствует об определенной тождественности этих принципов – их физическая сущность тоже противоположна сущности второго начала термодинамики. Это же можно сказать и о, перечисленных выше, дифференциальных вариационных принципах механики.
        Невозможно не упомянуть об общей феноменальности математики. Эта отрасль знаний не рассматривает конкретных свойств объектов природы, но ее успешно используют в отраслях знаний, которые изучают эти свойства. Чем это можно объяснить? Найти объяснения общего математического феномена в литературе нам не удалось. Представляется, что он обусловлен правильностью выбора исходного положения математики ее основателями [2], который приведен М. Клейном [6] и реальность которого подтвердили принципы: экстремального действия и энергетической экстремальности самоорганизации и прогрессивной эволюции, выявленный в современных исследованиях по самоорганизации. Феноменальностью математики, вероятно, можно объяснить чрезмерное доверие физиков-теоретиков к математическому анализу.
        Математика, наряду с феноменальностью, является также средством, которое “подобно жернову = перемалывает то, что под него засыпают”. Далеко не всегда учитывают важное свойство математического анализа – отображать в конечном результате ту сущность, которая заложена в исходных данных анализа. Нередко сущность, принятую за исходную в процессе математического анализа неосознанно заменяют на иную. Такой случай, например, имел место при выводе Л. Больцманом формулы для статистического определения энтропии. Неосознанно он ввел в математический анализ сущность принципа наименьшего действия (посредством учета теоремы Лиувиля), которая противоположна сущности второго начала. Поэтому он получил, не ожидавшуюся, исходя из второго начала, формулу статистического определения энтропии, а “загадочную” Н-функцию с отрицательным знаком в правой части. Вероятно подобный случай произошел и при выводе основных уравнений макро электромагнитной теории.
        Это оправдывает, высказанную в рассматриваемой статье (с.2-3), настороженность к чрезмерной, неосторожной математизации теоретической физики: “Физика…достаточно сильно нагруженная математическим формализмом, что само по себе не плохо, если бы не один отрицательный момент. Развитие этого формализма, по каким-то пока не ясным сейчас причинам, происходило на фоне забывания собственно физического смысла. Что дало сильный перекос от исследований собственно физического в пользу исследования математических структур”. Справедлив призыв к пересмотру (с.3) “… основных положений, и это требует определенных усилий. Но нужно, нужно идти на эти усилия”.
        Этот призыв содержится в публикациях многих исследователей, в том числе и физиков-теоретиков. При рассмотрении проблемы принципиальной не согласованности второго начала термодинамики с “динамикой всей физики”, обоснованной теоретически в теореме Пуанкаре-Мисры, И. Пригожин высказал мнение, что для решения этой проблемы, вероятно, придется “принципиально переработать все разделы физики” [7]. Реальные существенные усилия в этом направлении, очевидно, были предприняты Ю.Л. Климантовичем при разработке теории открытых систем [8]. Важным и неожиданным результатом этого выдающегося физика-теоретика явилось теоретическое обоснование и эмпирическое подтверждение, приведенные в послесловии к [7. с.269]: “п.14. Уменьшение энтропии в процессе самоорганизации”.
        Изучая самоорганизацию неравновесных систем, И. Пригожин обосновал принцип минимизации удельного производства внутренней энтропии [9], с которым согласуется положение об уменьшении энтропии при самоорганизации. Анализируя процессы эволюции элементарных открытых каталитических систем, А. П. Руденко существенно раньше пришел к аналогичному выводу и обосновал на основе положений самоорганизации переход от физико-химического этапа эволюции к ее биологическому этапу [10]. Один из авторов этих комментариев [2, 4] на основе анализа систем жизнеобеспечения организмов пришел к такому же выводу и обосновал закон выживания, противоположный по своей сущности второму началу термодинамики.
        К этому же выводу легко придти и на основе принципа экстремального действия Л. Эйлера, который тождествен принципу энергетической экстремальности самоорганизации и прогрессивной эволюции [2, 4]. Исходя из этого принципа, можно утверждать, что для согласования второго начала термодинамики с динамикой иных разделов физики нет необходимости их принципиально перерабатывать. Достаточно существенно меньших усилий – ограничить приложение второго начала термодинамики только равновесными (не самоорганизующимися) системами, а самоорганизующуюся (не равновесную) природу рассматривать на основе закона выживания, сущность которого в соответствии с принципом экстремального действия противоположна сущности второго начала.
        Справедливость этого положения подтверждают результаты решения длительно не разрешавшихся фундаментальных проблем естествознания, обусловленных необоснованным распространением приложения второго начала термодинамики на природные самоорганизующиеся процессы [2, 4].

Литература.

1. Николаев Г.В. Непротиворечивая электродинамика. Теория, эксперименты, парадоксы. Томск: ТПУ, ЗАО “Изд. Науч. технич. литер.”, 1997.
2. Свентцкий И.И. Фундаментальные проблемы науки и истоки их решения. // Аграрная наука. 2001, № 3, 4. Свентицкий И.И., Обыночный А.И. Энергетическая экстремальность самоорганизации – исток решения проблем человеческих. // Стратегии динамического развития России: единство самоорганизации и управления, т.111, ч.2, с. 167-172.
3. Пуанкаре А. О науке, М.: Наука, 1990.
4. Свентицкий И.И. Закон электромагнитной инерции Ленца и феноменальные принципы физики.//Электричество, 2003, № 8, с. 16-20.
5. Ландсберг Г. С. Оптика, М.: Гиз. Технико-теоретической литературы, 1957.
6. Клеин М. Математика. Поиск истины. М.: Мир, 1998.
7. Пригожин И. От существующего к возникающему: время и сложность в физических науках., Изд. втор. Дополн., М.: УРСС, 2002.
8. Климантович Ю.Л. Статистическая теория открытых систем. Т.1, 2,-3; М.: “Янус”; 1995, 1999, 2002.
9. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. М.: Мир, 1979.
10. Руденко А. П. Теория саморазвития открытых каталитических систем. М.: Наука, 1969.

Справка:

Свентицкий Игорь Иванович, кандидат сельскохозяйственных наук,
Свентицкий Иван Иосифович, доктор технических наук,
Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ, г. Москва).