А если энергия будет возвращена телом, распрямившимся после сжатия, не полностью? Особенно загадочно выглядит ситуация, если само тело при этом еще и вернется в исходное состояние. Куда девается переданная ему энергия? Здесь перед наукой возникла дилемма: либо списать эту энергию на некое ненаблюдаемое изменение состояния тела, либо найти другие механизмы передачи телом энергии во внешнюю среду. Первый вариант тоже нельзя совсем исключить, поскольку ненаблюдаемые аспекты состояния автоматически превращаются в наблюдаемые, как только наука найдет формальный способ их описания. Но особенно интересен второй вариант, более логичный с точки зрения научного сознания, предпочитающего искать причины аномалий в рамках принятой картины мира, а не изобретать для их объяснения новые понятия.
Альтернативный механизм передачи телом энергии (помимо механического взаимодействия), конечно, был найден. Им оказался теплообмен. Было введено понятие «количества тепла», передаваемого от одного тела к другому, которое и выражает величину передаваемой энергии. Следует заметить, что поток тепла является абсолютно ненаблюдаемой величиной. Можно сколько угодно убеждаться на опыте в том, что тела имеют иногда свойство нагреваться или охлаждаться, но при этом никаким образом нельзя непосредственно наблюдать потоки тепла, и уж тем более - оценить их количественно. Единственный способ количественной оценки передаваемого тепла состоит в расчете количества энергии, недостающего для строгого выполнения закона ее сохранения.
Это, собственно, и было проделано. Научная мысль фактически определила количество тепла через введенный аксиоматически закон сохранения полной энергии (в данном случае - включающей в себя и внутреннюю энергию тела). Если с телом были проведены определенные манипуляции, в результате которых ему была передана положительная механическая энергия, но само тело вернулось в исходное состояние, это означает, что тело выделило (передало другим телам) соответствующее количество тепловой энергии. В этом и состоит смысл Первого Закона термодинамики.
Существует тенденция трактовать подобные формулировки как обобщение экспериментальных данных, свидетельствующее об открытии одной из фундаментальных основ устройства мира. Доводы, которые я привел выше, защищают другую трактовку: что формулировка Первого Закона термодинамики по сути является всего лишь определением понятия количества тепла (передаваемой тепловой энергии). Итак, процесс интеллектуального конструирования универсального понятия «энергия» продолжается.
Очевидно, при исследовании новых явлений конструирование понятия энергии должно следовать тому же принципу: полная энергия должна сохраняться, а если это не так, значит упущен еще какой-то вид энергии, который следует «найти» (читай - определить). И действительно, на деле все так и происходит.
Например, когда возникает проблема описания взаимодействия электрических зарядов и токов с новой открытой субстанцией - электромагнитным полем, энергия самого поля, излучаемого или поглощаемого, определяется через соответствующую потерю (или приобретение) механической энергии зарядами (или проводниками). Другого (независимого) механизма определения энергии поля просто не существует. Почему? Конечно не потому, что ученые не могут давать произвольные определения для вводимых ими понятий, а потому, что произвольное определение, игнорирующее закон сохранения, не будет соответствовать принятому понятию энергии.
Если Вы согласитесь со мной в том, что энергия является понятием, сконструированным научной мыслью таким образом, чтобы выполнялся закон ее сохранения, то Вы, вероятно, разделите со мной и мою точку зрения на создание вечных двигателей (по крайней мере - двигателей первого рода). Ведь что такое вечный двигатель? Это вовсе не устройство, теоретически способное работать вечно. Если бы это было так, к вечным двигателям можно было бы отнести, например, гидроэлектростанцию, которая, если пренебречь износом, могла бы функционировать вечно (пока течет река). На самом деле, вечным двигателем первого рода называют устройство, производящее работу, но не потребляющее энергии.
Конструктора вечных двигателей обычно исходят из соображения, что закон сохранения энергии является так или иначе обоснованным предположением о принципах устройства мира. Поскольку это предположение может оказаться обоснованным недостаточно хорошо, они ищут лазейки: ситуации, в которых закон не работает. Мы же понимаем, что закон сохранения по своей сути является определением понятия «энергия». А опровергать определения - бессмысленное занятие.
Действительно, что будет делать конструктор вечных двигателей, реально построивший устройство, производящее работу без видимых причин? Правильно, радоваться и громогласно восхвалять свои достижения. А что будет делать ученый? Очевидно, искать, откуда берется энергия. И ведь в конце концов обязательно найдет! Даже если для этого придется ввести определение нового вида энергии.
Ладно, хватит о вечных двигателях. Давайте лучше посмотрим, что стало с понятием энергии в свете теории относительности, квантовой механики и прочих концепций, лежащих в основе современной физики. Вопрос это интересный, поскольку здесь не обошлось без проблем, решение которых не вполне укладывается в логику научного сознания ньютоновской эпохи.