— Я поняла. — Сначала нужно встряхнуть бутылочку, — объяснил Корнелио. Он взялся за шнурок в том месте, где он выдавался из верхней части ящика и легонько его встряхнул. — При этом компоненты вступают в реакцию и образующийся в результате газ активирует бумагу. — Активирует? — Делает ее чувствительной к свету. Но только на несколько пауз, пока газ не рассеется, поэтому медлить мне не стоит… Корнелио выдвинул непрозрачную пластину дальше середины, после чего сразу же задвинул ее обратно. — Что-то не так? — спросила Ялда. — Все нормально, — заверил ее Корнелио. — Ее нужно было подвергнуть воздействию света — примерно на один высверк. Спектр на выходе из маленького отверстия был едва заметен, и тем не менее, для того, чтобы вызвать ответную реакцию, было достаточно одного высверка? — Теперь газ уже должен был рассеяться сам собой, — сказал Корнелио, — но чтобы от него можно было избавиться наверняка, я подумываю добавить мехи. Возможно, для большей уверенности нам стоит подождать еще пару пауз — если не возражаешь. — Поверь, до границ моего терпения тебе еще очень далеко. — Ялда уже видела демонстрацию более раннего варианта той же самой идеи; даже для самых ярких звездных шлейфов экспозиция занимала не менее трех склянок, после чего бумагу приходилось обрабатывать смолой, которая нередко приводила к ее возгоранию. — Я думаю… — Повозившись с защелками, Корнелио открыл ящик. Он заглянул внутрь, затем отошел в сторону и дал посмотреть Ялде. Бумага заметно потемнела в трех местах; три узких черных полоски указывали — если память не подводила Ялду — на местоположение оттенков красного, желтого и голубого цвета. Бумага не запечатлела весь спектр, однако тот факт, что реакция была избирательной и не охватывала полный спектр, лишь увеличивал ее ценность. От черной кляксы, которая целиком покрывала звездный шлейф или след гремучей звезды, не было никакого толка. Эта система могла одновременно запечатлеть местоположение трех конкретных оттенков; благодаря ей, наконец-то, появилась возможность численно описать те свойства гремучих звезд, наблюдение которых до сих пор ограничивалось лишь мимолетными впечатлениями. — Это просто замечательно! — восторженно заметила она. — Я рад, что тебя все устраивает, — скромно произнес Корнелио. — А эта бумага когда-нибудь…? — Воспламеняется? Нет. Эта реакция принципиально отличается от старой. — Тогда это просто идеально. Я даже не знаю, что сказать. Корнелио уже подготовил целую коробку обработанной бумаги и штатив со склянками для активации. — Теперь они твои. Когда тебе понадобится еще, просто дай мне знать. — Спасибо. Ялда уже знала, как будет выглядеть устройство, которое она соорудит для сбора данных о гремучих звездах, но было бы невежливо просто сбежать, прихватив с собой этот щедрый подарок. — Не знаю, было ли у тебя время на что-то, кроме светозаписи, но мне было бы интересно послушать, как продвигаются твои остальные исследования, — сказала она. — Теоретической работой я тоже занимался, — ответил Корнелио. — Вращательная физика подтвердила, что наши предыдущие измерения разницы в уровне химической энергии верны, но ее следствия требуют дальнейшего изучения. По сути нам приходится заново изобретать большую часть термодинамики. — Звучит как-то уж слишком радикально, — сказала Ялда. — А если я скажу тебе, что согласно твоей теории все в этой комнате горячее бесконечно горячей температуры, этого будет достаточно, чтобы переписать учебники? — спросил Корнелио. — Бесконечность — моя самая нелюбимая температура, — призналась Ялда. — Но если ты серьезно, то я готова отказаться от своих слов. — Тогда давай назовем их температуру отрицательной, — мягко прожужжал Корнелио. — Формально это действительно так, хотя у первого описания есть свои преимущества. Второй вариант устраивал Ялду куда больше. — Я полагаю, что если истинная энергия по своему смыслу противоположна кинетической, то чтобы избежать противоречий, мы могли бы просто приписать всем температурам отрицательную величину. Раз уж горячий газ обладает меньшей истинной энергией, чем холодный, то его температура должна быть ниже… так? Корнелио смотрел на нее ожесточенным взглядом, но вежливость не позволяла ему в полной мере выразить свои чувства при помощи слов. — Я же физик, будь снисходительнее! — взмолилась Ялда. — Термодинамика — твоя вотчина. А я ничего, кроме идеальных газов, не изучала. — Температура — это не синоним энергии, — сурово сказал Корнелио. — Она определяет склонность энергии переходить от одной системы к другой, а вовсе не количество энергии, которая содержится в одной из них. — Звучит вполне убедительно, — сказала Ялда. — Но как придать этой «склонности» точный физический смысл? — Для начала, — сказал Корнелио, — подумай о количестве состояний, в которых данная система обладает одной и той же энергией. Начнем с одной частицы газа и применим к ней старые законы физики. Он изобразил у себя на груди диаграмму. — Кинетическая энергия частицы пропорциональна квадрату импульса. Выбери несколько значений, которые может принимать энергия частицы, но не фиксируй их абсолютно точно; просто предположи, что энергия заключена в каком-то небольшом интервале. В каждом случае левый график покажет тебе соответствующий интервал значений импульса. Ялда изучила диаграмму. — То есть ты движешься вдоль горизонтальных линий энергии до точки пересечения с графиком, а затем опускаешь перпендикуляр на ось импульса? — Верно, — подтвердил Корнелио. — Но не забывай, что импульс — это векторная величина. Энергия определяет разброс длин этого вектора, но не дает никакой информации о его направлении. Частица может двигаться на север, на запад, вверх, вниз; этого мы не знаем. Так вот, мы берем стрелку известной длины и начинаем размахивать ею относительно начальной точки, во всех возможных направлениях. В этом случае конец стрелки описывает сферу — а точнее, сферическую оболочку, так как длина стрелки может меняться в определенных пределах. Объем этой оболочки в «импульсном пространстве» определяет весь спектр возможностей, доступных нашей частице при условии, что ее энергия находится в заданном интервале. — Значит, ты нарисовал фрагменты этих оболочек, построил график зависимости между их объемом и кинетической энергией…, и оказалось, что этот график выглядит точно так же, как и в случае самого импульса. — Это верно для данного примера, — сказал Корнелио, — но не в общем случае! Так что забудь об их сходстве и сосредоточься на правом графике. О чем он тебе говорит? — Объем в импульсном пространстве возрастает с увеличением кинетической энергии, — сказала Ялда. — Это вполне логично. Импульс более быстрой частицы соответствует сфере большего размера; с ростом импульса оболочки становятся тоньше, но это с лихвой компенсируется увеличением площади их поверхности. — Иначе говоря, объем увеличивается, — согласился Корнелио. — Но в какой момент скорость его роста максимальна? — В самом начале, — ответила Ялда. — Когда энергия мала, объем стремительно нарастает; в дальнейшем его рост замедляется. — Именно. — Но что из этого следует? — Частицы сталкиваются друг с другом, отскакивают, обмениваются энергией. — объяснил Корнелио. — Дай частице чуть больше энергии, когда ее первоначальная энергия мала, и объем в импульсном пространстве резко увеличится. А если источником дополнительной энергии служит столкновение с другой, более быстрой частицей, то объем, соответствующий этой более быстрой частице, уменьшится — но не на ту же самую величину. — Значит… нужно сложить два объема? — предположила Ялда. — А потом посмотреть, как эта сумма меняется при переносе энергии между двумя частицами? — Не совсем, — сказал Корнелио. — Объемы перемножаются. Каждый объем определяет количество возможностей, которыми располагает конкретная частица — а каждую из возможностей, имеющихся в распоряжении первой частицы, можно скомбинировать с любой из возможностей второй. Отсюда и берется произведение объемов. — Он нарисовал новую диаграмму. — Если энергия передается от одной системы к другой, то произведение их объемов в импульсном пространстве возрастает вдоль одной из сторон прямоугольника и убывает вдоль другой. И от того, какое из этих изменений больше, зависит общий прирост этого произведения. — Ты называешь одну из систем «горячей», а другую — «холодной», но откуда во всех этих рассуждениях берется температура? — спросила Ялда. — Каждой системе можно сопоставить отношение ее объема в импульсном пространстве к скорости его роста относительно энергии. — сказал Корнелио. — Тем самым ты закодируешь в одном числе всю необходимую информацию — это и есть температура. Когда одна из систем имеет более высокую температуру — при условии, что температуры обеих систем одновременно положительны или отрицательны — отсюда сразу следует вывод: если первая система будет отдавать энергию в пользу второй, то общий диапазон возможностей увеличится. Именно поэтому энергия и перемещается от горячих тел к холодным — у результирующей системы число возможностей больше. — Фух. — Ялда изобразила у себя на груди копию диаграммы Корнелио и выполнила заключительную стадию расчетов. — Получается, что в нашем простейшем примере температура… пропорциональна кинетической энергии! Столько трудов, и все ради того, чтобы вернуться к наивному представлению об их равнозначности. Корнелио удержался от дальнейших замечаний в ее адрес. — Разумеется, настоящее определение не противоречит всему, что ты знаешь — в случае идеального газа, с точки зрения старой физики. Но если ты по-прежнему цепляешься за идею эквивалентности температуры и энергии, то посмотри, какие выводы мы сделали, исходя из твоей собственной работы. Ялда пристально посмотрела на его кожу, покрытую тонкими выпуклыми линиями, и ощутила справедливый стыд. Поначалу ей казалось, что ее просто дурачат, но когда она попыталась воспроизвести шаги, которые он описал для простейшего случая, во всей этой странной конструкции появилась какая-то пугающая неизбежность. Истинная энергия и импульс были связаны посредством окружности, и переходили друг в друга в результате поворота осей. По мере того, как импульс частицы возрастал от нуля, ее истинная энергия начинала падать, и поначалу поведение частицы почти не отличалось от более ранних расчетов — разве что график был нарисован вверх ногами. Однако импульс частицы не может безгранично возрастать по мере ее ускорения. С приближением импульса к своему максимальному значению оболочки в импульсном пространстве не только замедляли свой рост, но еще и становились тоньше. На отметке около 2/3 максимальной энергии оболочки достигали наибольшего объема — после этого их объем начинал снижаться. В этот момент зависимость между количеством возможностей, доступных этой частице, и изменением энергии менялась на противоположную. Медленная частица могла расширить свои возможности за счет небольшого ускорения… в то время как частица, обладающая достаточно большой скоростью, от дальнейшего разгона свои возможности, наоборот, теряла. Из-за ограниченной величины импульса наверху становилось тесно. Точно такой же закономерности подчинялась и температура, которая меняла знак при достижении пикового объема сферической оболочки. И несмотря на то, что отрицательные температуры сами по себе могли быть результатом какого-то специфического выбора единиц измерения, диаграмма Корнелио ясно давала понять, что и положительные, и отрицательные температуры были вполне реальным явлением. Их наименования всегда можно было поменять местами, подправив соответствующие определения, однако грань, отделяющую минус от плюса, устранить было нельзя. — Если все в этой комнате имеет отрицательную температуру, где нам тогда искать положительную? — спросила Ялда. — На поверхности Солнца, — ответил Корнелио. — И у нас — в горящих минералах. — Понятно. — Так как горящий минерал нагревал окружающие частицы, увеличивая их кинетическую энергию, движение истинной энергии будет направлено в противоположную сторону, к пламени. Есть ли в этом смысл? Корнелио предупредил ее, что более горячее тело будет передавать свою энергию более холодному только в том случае, если знаки обеих температур совпадают. Впрочем, случай со смешанными знаками оказался не таким уж сложным для понимания. Система, обладающая положительной температурой, расширяет диапазон своих возможностей, приобретая энергию. А система с отрицательной температурой, наоборот, приобретает новые возможности за счет энергетических потерь. Если соединить их вместе, то никакого хитрого компромисса и не потребуется — каждый просто получает то, чего хочет. Обе системы могут увеличить свой объем в импульсном пространстве за счет одного и того же акта энергетического обмена. Иными словами, любая система, обладающая отрицательной температурой, будет передавать свою истинную энергию любой системе с положительной температурой. Вот почему Корнелио посчитал нелишним заметить, что обычные тела «горячее бесконечности»; какой бы высокой ни была положительная температура пылающего солярита, прохладный ветерок, будучи «горячее бесконечности», всегда мог передать ему еще больше истинной энергии. — Но откуда нам знать наверняка, что тело обладает именно положительной температурой, а не просто огромной отрицательной? — спросила Ялда. — Как нам отличить положительно горячее от «горячего» в общепринятом смысле? — Свет, — ответил Корнелио. — Когда система свободно создает свет — не в ходе упорядоченного процесса, как это делают растения, а в хаосе горящего пламени, ее истинная энергия превращается в нечто новое, ранее не существовавшее, а это, в свою очередь, расширяет спектр ее возможностей. Это по сути и есть определение положительной температуры.