Гипотезы смерти вселенной

Вы можете приложить к своему отзыву картинки.

Гипотеза «тепловой смерти» Вселенной

Содержание

1. Космологический парадокс Клаузиуса

1.1 Биографическая справка

1.2 Гипотеза «тепловой смерти» Вселенной

2. Опровержение гипотезы «тепловой смерти» Вселенной

Список использованной литературы

Введение

Термодинамический парадокс в космологии, сформулированный во второй половине ХIХ века, непрерывно будоражит с тех пор научное сообщество. Дело в том, что он затронул наиболее глубинные структуры научной картины мира. Хотя многочисленные попытки разрешения этого парадокса приводили всегда лишь к частным успехам, они порождали новые, нетривиальные физические идеи, модели, теории. Термодинамический парадокс выступает неиссякаемым источником новых научных знаний. Космологические парадоксы оставались неразрешенными до двадцатых годов нашего столетия, когда на смену классической космологии пришла теория конечной и расширяющейся Вселенной.

Термодинамический парадокс возник впервые в картине мира Ньютона – как острый конфликт между самой этой картиной мира и ее философско-мировоззренческими основаниями, с одной стороны, и выводами вытекающими из экстраполяции на Вселенную принципа возрастания энтропии – с другой. Этот парадокс был сформулирован Р. Клаузиусом и В. Томсоном.

По словам Клаузиуса «…общее состояние Вселенной должно все больше и все больше изменяться» в направлении, определяемом принципом возрастания энтропии и, следовательно, это состояние должно непрерывно приближаться к некоторому предельному состоянию». Отсюда вытекают, по мнению Клаузиуса, следующие формулировки принципов термодинамики:

– Энергия мира постоянна.

– Энтропия мира стремится к максимуму. Тем самым неявно вводятся следующие абстракции: в рамках термодинамики можно употреблять понятия состояния мира как целостной системы; мир как целое – замкнутая система; эволюция мира может быть описана как смена его состояний; для мира как целого состояние с максимальной энтропией имеет смысл, также как и для любой конечной системы.

Цель данной работы: попытаться выяснить, что представляет собой гипотеза «тепловой смерти» Вселенной, сформированная Клаузиусом.

Структура работы: работа состоит из введения, 2 глав, заключения и библиографического списка. Общий объем работы 13 страниц.

Космологический парадокс Клаузиуса

Биографическая справка

Клаузиус Рудольф Юлиус Эмануэль, немецкий физик, один из основателей термодинамики и молекулярно-кинетической теории теплоты. Учился в Берлинском университете (с 1840). В 1850-57 преподавал в Берлине и Цюрихе. Профессор университетов в Цюрихе (с 1857), Вюрцбурге (с 1867), Бонне (с 1869). Иностранный член-корреспондент Петербургской АН.

Клаузиусу принадлежат основополагающие работы в области молекулярно-кинетической теории теплоты. Работы Клаузиус способствовали введению статистических методов в физику. Клаузиус удалось с единой точки зрения объяснить такие внешне совершенно различные явления в газах, как внутреннее трение, теплопроводность и диффузия. Он ввёл понятие идеального газа, а также понятие длины свободного пробега молекул, впервые вычислив эту длину. Доказал теорему вириала, связывающую среднюю кинетическую энергию системы частиц с действующими в ней силами. Построил кинетическую теорию перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое и в 1850 обосновал уравнение, связывающее изменение температуры плавления с изменением давления (Клапейрона – Клаузиуса уравнение).

Клаузиус внёс важный вклад в теорию электролиза. Теоретически обосновал закон Джоуля – Ленца, развил термодинамическую теорию термоэлектричества и др. Развивая идеи итальянского учёного О.Ф.Моссотти, Клаузиус разработал теорию поляризации диэлектриков, на основе которой установил соотношение между диэлектрической проницаемостью и поляризуемостью (Клаузиуса – Моссотти формула).

Клаузиус первым понял и проанализировал глубокие идеи С.Карно и оценил их значение для теории теплоты и тепловых машин. Развивая эти идеи, Клаузиус в 1850 (одновременно с У.Томсоном) дал первую формулировку второго начала термодинамики: «Теплота не может сама собою перейти от более холодного тела к более тёплому». Клаузиус доказал, что не существует способа передачи теплоты от более холодного тела к более нагретому без того, чтобы в природе не произошло каких-либо изменений, которые могли бы компенсировать такой переход.

В 1865 Клаузиус ввёл понятие энтропии – (от греч. entropia — поворот, превращение), функция состояния термодинамической системы, изменение которой в равновесном процессе равно отношению количества теплоты, сообщенного системе или отведенного от нее, к термодинамической температуре системы. Неравновесные процессы в изолированной системе сопровождаются ростом энтропии, они приближают систему к состоянию равновесия, в котором максимальна. Понятием энтропии широко пользуются в физике, химии, биологии и теории информации.

Клаузиус сформулировал первый и второй законы термодинамики следующим образом: “Энергия мира постоянна, энтропия мира стремится к максимуму”. Согласно гипотезе Клаузиуса возрастание энтропии, сопровождаемое уменьшением свободной энергии, приведет к состоянию с максимальной энтропией, когда прекратятся все физические и химические процессы.

На начальной стадии становления термодинамики Клаузиус переоценил ее возможности. Во-первых, эта гипотеза построена на недоказанности гипотезы о конечности Вселенной. Во-вторых, вывод получен для малых промежутков времени, по сравнению с космическими периодами времени. В-третьих, наконец, второй закон термодинамики, описывающий возрастание энтропии в изолированных системах, не выполняется для систем с ограниченным (малым) количеством частиц.

Таким образом, область применения второго закона термодинамики ограничена снизу – системами с малым количеством частиц и сверху – системами с любым количеством частиц, наблюдаемым в течение большого промежутка времени. В результате уточненную формулировку второго закона термодинамики можно представить следующим образом: энтропия изолированной системы, наблюдаемой в продолжении небольших с космической точки зрения промежутков времени, стремится к относительному максимуму

Сформулировал Закон возрастания энтропии, который можно выразить следующим образом: «…в адиабатически изолированной термодинамической системе энтропия не может убывать: она или сохраняется, если в системе происходят только обратимые процессы, или возрастает, если в системе протекает хотя бы один необратимый процесс». С законом возрастания энтропии непосредственно связан парадокс, сформулированный Клаузиусом, совместно с Томсоном и названый гипотезой «тепловой смерти» Вселенной.

Гипотеза «тепловой смерти» Вселенной

Мир полон энергии, которая подчиняется важнейшему закону природы – закону сохранения энергии. При всех своих превращениях из одного вида в другой энергия не исчезает и не возникает из ничего. Общее количество энергии остается постоянным. Казалось бы, из этого закона неизбежно вытекает вечный круговорот материи во Вселенной. В самом деле, если в Природе при всех изменениях материи она не исчезает и не возникает из ничего, а лишь переходит из одной формы существования в другую, то Вселенная вечна, и материя, ее составляющая, пребывает в вечном круговороте. Таким образом, погасшие звезды снова превращаются в источник света и тепла. Никто, конечно, не знал, как это происходит, но убеждение в том, что Вселенная в целом всегда одна и та же, было в прошлом веке почти всеобщим.

Тем неожиданнее прозвучал вывод из второго закона термодинамики. При всех превращениях различные виды энергии в конечном счете переходят в тепло, которое, будучи предоставлено себе, стремится к состоянию термодинамического равновесия, то есть рассеивается в пространстве. Так как такой процесс рассеяния тепла необратим, то рано или поздно все звезды погаснут, все активные процессы в Природе прекратятся и Вселенная превратится в мрачное замерзшее кладбище. Наступит «тепловая смерть Вселенной».

Подробный анализ этой гипотезы был выполнен Клаузиусом, и он считал правомерным распространение на всю Вселенную закона возрастания энтропии. Действительно, если рассмотреть Вселенную как адиабатически изолированную термодинамическую систему, то, учитывая ее бесконечный возраст, на основании закона возрастания энтропии можно сделать вывод о достижении ею максимума энтропии, то есть состояния термодинамического равновесия. Но в реально окружающей нас Вселенной этого не наблюдается.

Итак, необратимость реальных тепловых процессов в природе обусловлена стремлением термодинамических систем к равновесию, сопровождающемуся разрушением порядка и переходом к более вероятному неупорядоченному состоянию. И в соответствии со статистической формулировкой второго начала термодинамики «стрела времени» направлена в сторону увеличения энтропии системы. Это фундаментальное положение равновесной термодинамики было положено в основу одной достаточно популярной в свое время космологической гипотезы. Так, применив второе начало термодинамики ко всей Вселенной как к целому, он пришел к выводу, что конечным состоянием Вселенной должно стать состояние теплового равновесия, когда материя окажется равномерно распределенной по всему пространству.

Такая концепция получила название «тепловой смерти» Вселенной. Согласно этой концепции нынешнее состояние Вселенной – это гигантская флуктуация из равновесного состояния, которая в настоящее время «рассасывается», экспоненциально приближаясь к равновесному состоянию. В дальнейшем возможно повторение флуктуационного всплеска, сопровождающегося самопроизвольным упорядочением материи, после чего опять начнется релаксационный процесс, и так будет повторяться до бесконечности.

Ошеломляющее впечатление, произведенное на естествоиспытателей прошлого века вторым началом термодинамики, было особенно сильно еще и потому, что вокруг себя, в окружающей нас Природе они не видели фактов, его опровергающих. Наоборот, все, казалось, подтверждало мрачные прогнозы Клаузиуса. Конечно, есть в Природе и антиэнтропийные процессы, при которых беспорядок, а значит, и энтропия уменьшаются. Таковы процессы, происходящие в органическом мире, в человеческой деятельности. Но при более глубоком рассмотрении ситуации всегда оказывается, что уменьшение беспорядка в одном месте неизбежно сопровождается его увеличением в другом. Более того, возникший по вине человека беспорядок значительно превышает тот порядок, который он внес в Природу, так что, в конечном счете, энтропия и тут продолжает расти.

МКС Онлайн

Человекоподобный робот в космосе на МКС

Десять теорий гибели нашей Вселенной

Одна из самых увлекательных вещей о Вселенной это то, как мало мы о ней знаем.

1. Большое Сжатие.

Наиболее заметная теория о том, как началась Вселенная Большого Взрыва, где вся материя сначала существовала как сингулярность, бесконечно плотная точка в крошечном пространстве. Потом что-то привело ее к взрыву. Материя расширилась с невероятной скоростью и в конечном итоге сформировала Вселенную, которую мы видим сегодня.

Большое Сжатие, как вы могли догадаться, противоположность Большого Взрыва. Все, что разлетелось по краям Вселенной, под воздействием силы тяжести будет сжиматься. Согласно этой теории, гравитация замедлит расширение, вызванное Большим Взрывом и в конечном итоге все вернется обратно в точку.

1. Неизбежная тепловая смерть Вселенной.

Подумайте о тепловой смерти, как полной противоположности Большому Сжатию. В этом случае, сила тяжести не достаточно сильна, чтобы преодолеть расширение, так как Вселенная просто держит курс на расширение в геометрической прогрессии. Галактики отдаляться друг от друга, как несчастные влюбленные, и всеохватывающая ночь между ними становится все шире и шире.

Вселенная подчиняется тем же правилам, как и любая термодинамическая система, что в конечном итоге приведет нас к тому, что тепло равномерно распределится по всей Вселенной. Наконец, вся Вселенная погаснет.

1. Тепловая смерть от Черных дыр.

Согласно популярной теории, большинство материи во Вселенной вращается вокруг черных дыр. Просто посмотрите на галактики, которые содержат сверхмассивные черные дыр в их центрах. Большая часть теории черной дыры предполагает поглощение звезд или даже целых галактик, как они попадают в горизонт событий дыры.

В конце концов, эти черные дыры поглотят большую часть материи, и мы останемся в темной Вселенной.

Если что-то вечное, то это, безусловно, время. Есть ли Вселенная или нет, время все равно идет. В противном случае, не было бы никакого способа, чтобы различить один момент из следующего. Но что, если время упущено и просто замерло? Что делать, если не будет больше моментов? Просто один и тот же момент времени. Навсегда.

Предположим, что мы живем во Вселенной, время в которой никогда не заканчивается. С бесконечным количеством времени, все, что может случиться происходит со 100-процентной вероятностью. Парадокс же произойдет, если у вас есть вечная жизнь. Вы живете бесконечное время, поэтому все, что можно гарантированно произойдет (и произойдет бесконечное количество раз). Остановка времени тоже может случится.

1. Большое Столкновение.

Большое Столкновение похоже на Большое Сжатие, но гораздо более оптимистично. Представьте себе, тот же сценарий: Гравитация замедляет расширение Вселенной и все сжимается обратно в одну точку. В этой теории, сила этого быстрого сжатия достаточна, чтобы начать еще один Большой Взрыв, и Вселенная начинается снова.

Физикам не нравится это объяснение, так что некоторые ученые утверждают, что, возможно, Вселенная не пройдет весь путь обратно к сингулярности. Вместо этого, она сожмется очень сильно, а затем оттолкнется от силы, подобной той, что отталкивает мяч, когда вы его ударяете об пол.

1. Большой Разрыв.

Независимо от того, как заканчивается мир, ученые пока не чувствуют необходимость использовать (ужасно заниженное) слово «большой», чтобы описать его. В этой теории, невидимая сила называется «темная энергия», она вызывает ускорение расширения Вселенной, что мы и наблюдаем. В конце концов, скорости вырастут настолько, что материя начнет рваться на мелкие частицы. Но есть и светлая сторона этой теории, по крайней мере Большого Разрыва придется ждать еще 16 миллиардов лет.

1. Эффект Метастабильности Вакуума.

Эта теория зависит от идеи, что существующая Вселенная находится в крайне нестабильном состоянии. Если вы посмотрите на значения квантовых частиц физики, то можно сделать предположение, что наша Вселенная находится на грани устойчивости.

Некоторые ученые предполагают, что миллиарды лет спустя, Вселенная будет на грани разрушения. Когда это произойдет, в какой-то момент во Вселенной, появится пузырь. Подумайте об этом как об альтернативной Вселенной. Этот пузырь будет расширяться во всех направлениях со скоростью света, и уничтожать все, к чему прикасается. В конце концов, этот пузырь уничтожит все во Вселенной.

1. Временной Барьер.

Потому что законы физики не имеют смысла в бесконечной мультивселенной, единственный способ понять эту модель это предположить, если что есть реальная граница, физическая граница Вселенной, и ничто не может выйти за пределы. И в соответствии с законами физики, в ближайшие 3,7 млрд лет, мы пересечем временной барьер, и Вселенная кончится для нас.

1. Это не случится (потому что мы живем в мультивселенной).

По сценарию мультивселенных, с бесконечными Вселенными, эти Вселенные могут возникать в или из существующих. Они могут возникать из Больших Взрывов, уничтожаться Большими Сжатиями или Разрывами, но это не имеет никакого значения, так как новых Вселенных всегда будет больше, чем уничтоженных.

1. Вечная Вселенная.

Ах, вековая идея, что Вселенная всегда была, и всегда будет. Это одна из первых концепций, которую люди, создали о природе Вселенной, но есть и новый виток в этой теории, что звучит немного интересней, ну, серьезно.

Вместо сингулярности и Большого Взрыва, который положил начало самого времени, время мог существовать раньше. В этой модели, Вселенная циклична, и будет продолжать расширяться и сжиматься всегда.

В ближайшие 20 лет мы с большей уверенностью сможем сказать, какая из этих теорий наиболее соответствует реальности. И возможно, найдем ответ на вопрос, как наша Вселенная начиналась и как она закончится.

Рождение Вселенной. Гипотеза Большого взрыва

Точно ответить на вопрос о происхождении Вселенной современная наука пока не может (и вряд ли будет в состоянии это сделать в ближайшее время — настолько он сложен). Однако у нее есть более или менее обоснованные предположения. Одно из них в настоящее время наиболее распространено, популярно и достаточно убедительно. Это гипотеза Большого взрыва, предложенная еще в 1940-е гг. и утвердившаяся в естествознании в 1970-е гг.

Согласно гипотезе Большого взрыва, очень давно (приблизительно 20 миллиардов лет назад) Вселенная была очень малых размеров. Ее радиус равнялся примерно 10 12 см, что близко к радиусу электрона. Все бескрайнее невообразимое пространство нынешнего космоса, расстояния в котором измеряются миллионами световых лет, было спрессовано в предельно сжатом чрезвычайно малом объеме. Понятно, что плотность вещества в этом ничтожном объеме была колоссальной – приблизительно Ю 91 г/см 3 . Также ясно, что все бесконечное многообразие Вселенной было заложено в этот первоначальный микрообъект, содержалось в нем потенциально, то есть неявно, незримо, представляло собой возможность, которая должна была превратиться в действительность. Точно так же, как и большое дерево с многообразием своих форм потенциально содержится в маленьком зернышке, 20 миллиардов лет назад эта спрессованная точка размером с электрон, обладавшая неописуемой плотностью и энергией, взорвалась со страшной силой, результатом чего были образование и дальнейшая эволюция всех объектов Вселенной.

Есть и другое предположение о Большом взрыве. 20 миллиардов лет назад Вселенная была не ничтожно малым объектом, а вакуумом. Однако вакуум — это не абсолютное ничто, не Небытие. Чтобы подчеркнуть это, часто употребляют понятие физического вакуума, который представляет собой особое состояние материи. Говоря просто, физический вакуум — это такое ничто, в котором потенциально, скрыто, неявно содержится все. Он способен внезапно и резко перестраивать свою структуру, то есть меняться, переходить из одного состояния в другое. Такие переходы в физике называют фазовыми (например, переход воды в пар и лед). В результате одного из фазовых переходов физического вакуума, который и был

Большим взрывом, он из пустоты (ничего) превратился во Вселенную (все).

Гипотеза Большого взрыва не является только умозрительным предположением. В ее пользу говорят различные наблюдения. Так, в 1929 г. американский астроном Эдвин Хаббл заметил, что свет далеких галактик несколько краснее ожидаемого. Из этого наблюдения путем сложных физических расчетов он сделал вывод, что Вселенная расширяется, причем одинаково во всех направлениях, то есть взаимное расположение космических объектов не меняется, а изменяются только расстояния между ними. Точно так же, как не меняется расположение точек на поверхности воздушного шара, но меняются расстояния между ними, когда его надувают. В настоящее время галактики «разбегаются» с огромной скоростью. Но если Вселенная расширяется, то обязательно возникает вопрос: а какие же силы сообщают разбегающимся галактикам начальную скорость и дают необходимую энергию? Современная наука предполагает, что исходным моментом и причиной нынешнего расширения Вселенной был Большой взрыв. Однако это предположение остается гипотезой и ждет своего подтверждения или опровержения в результате будущих научных исследований.

ru.knowledgr.com

Тепловая смерть Вселенной – исторически предложенная окончательная судьба вселенной, в которой Вселенная уменьшилась к государству никакой термодинамической свободной энергии и поэтому больше не может выдерживать процессы, которые расходуют энергию (включая вычисление и жизнь). Тепловая смерть не подразумевает особой абсолютной температуры; это только требует, чтобы перепад температур или другие процессы больше не могли эксплуатироваться, чтобы выполнить работу. На языке физики это – когда Вселенная достигает термодинамического равновесия (максимальная энтропия). Гипотеза тепловой смерти происходит от идей Уильяма Томсона, 1-го Бэрона Келвина, который в 1850-х взял теорию высокой температуры как механическая энергетическая потеря в природе (как воплощено в первых двух законах термодинамики) и экстраполировал его к большим процессам в универсальном масштабе.

В более свежем представлении, чем Келвин это было признано уважаемой властью на термодинамике, Максе Планке, что у фразы ‘энтропия Вселенной’ нет значения, потому что это не допускает точного определения. Предположение Келвина падает с этим признанием.

Происхождение идеи

Идея тепловой смерти происходит от второго закона термодинамики, которая заявляет, что энтропия имеет тенденцию увеличиваться в изолированной системе. Если Вселенная продлится в течение достаточного количества времени, то она асимптотически приблизится к государству, где вся энергия равномерно распределена. Другими словами, в природе есть тенденция к разложению (энергетическая потеря) механической энергии (движение); следовательно, экстраполяцией, там существует представление, что механическое движение Вселенной будет бежать, поскольку работа преобразована в высокую температуру, вовремя из-за второго закона. Идея тепловой смерти была сначала предложена в свободных терминах, начинающихся в 1851 Уильямом Томсоном, 1-м Бэроном Келвином, который теоретизировал далее на механических энергетических взглядах потерь Сади Карно (1824), Джеймс Джул (1843), и Рудольф Клосиус (1850). Взгляды Thomson были тогда разработаны более окончательно за следующее десятилетие Германом фон Гельмгольцем и Уильямом Рэнкайном.

Идея тепловой смерти Вселенной происходит из обсуждения применения первых двух законов термодинамики к универсальным процессам. Определенно, в 1851 Уильям Томсон обрисовал в общих чертах представление, поскольку основанный на недавних экспериментах на динамической теории высокой температуры, та «высокая температура не сущность, а динамическая форма механического эффекта, мы чувствуем, что должна быть эквивалентность между механической работой и высокой температурой, как между причиной и следствием».

В 1852 Thomson издал его «На Универсальной Тенденции в Природе к Разложению Механической энергии», в которой он обрисовал в общих чертах рудименты второго закона термодинамики, полученной в итоге представлением, что механическое движение и энергия, используемая, чтобы создать то движение, будут иметь тенденцию рассеивать или бежать, естественно. Идеи в этой газете, относительно их применения к возрасту солнца и динамике универсальной операции, привлекли подобных Уильяму Рэнкайну и Герману фон Гельмгольцу. Три из них, как говорили, обменялись идеями на этом предмете. В 1862 Thomson издал «На возрасте высокой температуры Солнца», статья, в которой он повторил свои фундаментальные верования в неразрушимость энергии (первый закон) и универсальное разложение энергии (второй закон), приведя к распространению высокой температуры, прекращению полезного движения (работа) и истощение потенциальной энергии через материальную вселенную, разъясняя его точку зрения на последствия для Вселенной в целом. В ключевом параграфе написал Thomson:

В годах, чтобы следовать и за 1852 Thomson и за газетами 1865 года, Гельмгольцем и Рэнкайном оба приписали Thomson идею, но читайте далее в его бумаги, издавая взгляды, заявляющие, что Thomson утверждал, что Вселенная закончится в «тепловой смерти» (Гельмгольц), который будет «концом всех физических явлений» (Rankine).

Текущее состояние

Инфляционная космология предполагает, что в ранней вселенной, перед космической инфляцией, энергия была однородно распределена, и Вселенная была таким образом в государстве, поверхностно подобном, чтобы нагреть смерть. Однако эти два государства фактически очень отличаются: в ранней вселенной сила тяжести была очень важной силой, и в гравитационной системе, если энергия однородно распределена, энтропия довольно низкая, по сравнению с государством, в котором большая часть вопроса разрушилась в черные дыры. Таким образом такое государство не находится в термодинамическом равновесии, поскольку это термодинамически нестабильно.

Предложения о конечном состоянии Вселенной зависят от предположений, сделанных о ее окончательной судьбе, и эти предположения изменились значительно за конец 20-го века и в начале 21-го века. В предполагавшейся «открытой» или «плоской» вселенной, которая продолжает расширяться неопределенно, тепловая смерть, как также ожидают, произойдет со Вселенной, охлаждающейся, чтобы приблизиться к температуре абсолютного нуля и приближающийся к государству максимальной энтропии по очень длинному периоду времени. Есть спор, законченный, может ли расширяющаяся вселенная приблизиться к максимальной энтропии; было предложено, чтобы в расширяющейся вселенной, ценность максимальной энтропии увеличилась быстрее, чем энтропия прибыли Вселенной, заставив Вселенную переместиться прогрессивно еще дальше от тепловой смерти.

Недавний анализ энтропии заявляет, что «Энтропия общего поля тяготения все еще не известна», и что «гравитационной энтропии трудно определить количество». Анализ рассматривает несколько возможных предположений, которые были бы необходимы для оценок и предполагают, что у видимой вселенной есть больше энтропии, чем ранее мысль. Это вызвано тем, что анализ приходит к заключению, что суперкрупные черные дыры – крупнейший участник. Другой писатель идет далее; «Долго было известно, что сила тяжести важна для хранения вселенной из теплового равновесия. У гравитационно связанных систем есть отрицательная определенная высокая температура — то есть, скорости их увеличения компонентов, когда энергия удалена. Такая система не развивается к гомогенному состоянию равновесия. Вместо этого это все более и более становится структурированным и разнородным, поскольку это фрагментирует в подсистемы». Другими словами, этот писатель говорит, что, когда сила тяжести принята во внимание (который не сделал Келвин), предсказание тепловой смерти не оправдано.

Период времени для тепловой смерти

Опровержение гипотезы «тепловой смерти» Вселенной

В постнеклассической науке были сформулированы принципиально новые подходы к анализу принципа Клаузиуса и устранению термодинамического парадокса в космологии. Наиболее значительны перспективы, которых можно ожидать от космологической экстраполяции теории самоорганизации, развитой на основе идей русского космизма. Необратимые процессы в резко неравновесных, нелинейных системах позволяют, по-видимому, избежать тепловой смерти Вселенной, поскольку она оказывается открытой системой.

Мы видим таким образом, что принцип Клаузиуса до сих пор является почти неиссякаемым источником новых идей в комплексе физических наук. Тем не менее, несмотря на появление все новых моделей и схем, в которых тепловая смерть отсутствует, никакого «окончательного» разрешения термодинамического парадокса до сих пор не достигнуто. Все попытки разрубить «гордиев узел» проблем, связанных с принципом Клаузиуса, неизменно приводили лишь к частичным, отнюдь не строгим и не окончательным выводам, как правило, достаточно абстрактным. Содержавшиеся в них неясности порождали все новые проблемы и пока нет особой надежды, что успеха удастся достигнуть в обозримом будущем.

Вообще говоря, это – вполне обычный механизм развития научного познания, тем более что речь идет об одной из наиболее фундаментальных проблем.

Встать на позицию Клаузиуса – это значит признать, что Вселенная имела когда-то начало и неизбежно будет иметь конец. Действительно, если бы в прошлом Вселенная существовала вечно, то в ней давно наступило бы состояние тепловой смерти, а так как этого нет, то, по убеждению Клаузиуса и многих других его современников, Вселенная была сотворена сравнительно недавно. А в будущем, если не случится какое-нибудь чудо, Вселенную ждет тепловая смерть.

На опровержение второго начала термодинамики были брошены силы всех материалистически мыслящих ученых. Найти ошибку в рассуждениях Клаузиуса долго не удавалось. И первым, кто решил вопрос о «тепловой смерти», стал Л.Больцман, который показал, что и в состоянии термодинамического равновесия наблюдаются флуктуации термодинамических параметров. Если считать, что наблюдаемая Вселенная является следствием такой флуктуации, то противоречия парадокса тепловой смерти Вселенной снимаются.

Во-первых, вряд ли предположение о замкнутости (изолированности) Вселенной можно считать убедительно доказанным фактом. Во-вторых, статистическая интерпретация второго начала термодинамики разработана для молекул (точнее, для материальных точек), Вселенная же представляет собой другие объекты – планеты, звезды, галактики и т. п., и совершенно не обоснован перенос с закономерностей одного «мира» на другой. В-третьих, второе начало термодинамики, строго говоря, относится к системам, находящимся вблизи состояния теплового равновесия.

Сделанные Клаузиусом выводы, строго говоря, противоречат и первому началу термодинамики, утверждающему неуничтожимость движения, причем не только количественно, но и качественно. По его гипотезе, возрастание энтропии происходит потому, что состояние беспорядка всегда более вероятно, чем состояние порядка. Но это не означает, что процессы противоположного характера, то есть самопроизвольные с уменьшением энтропии, абсолютно невозможны. Они в принципе возможны, хотя и крайне маловероятны.

Всюду мы наблюдаем, как тепло от более горячего тела переходит к более холодному. Однако в принципе возможно и другое: кусок льда, брошенный в печь, увеличит ее жар. Не исключено и такое событие, что все молекулы воздуха в нашей комнате соберутся вдруг в одном ее углу, а вы погибнете от удушья в другом. Наконец, возможно, что обезьяна, посаженная за пишущую машинку, случайно выстучит пальцем сонет Шекспира. Все эти события возможны, но вероятность их близка к нулю. Такова же, по Больцману, вероятность существования нас с вами.

Больцман не сомневался, что Вселенная бесконечна в пространстве и времени. В основном и почти всегда она пребывает в состоянии тепловой смерти. Однако иногда в некоторых ее районах возникают крайне маловероятные отклонения (флуктуации) от обычного состояния Вселенной. К одной из них принадлежит Земля и весь видимый нами космос. В целом же Вселенная – безжизненный мертвый океан с некоторым количеством островков жизни.

Заключение

Вот уже почти полтора века научное сообщество занимает вопрос: почему – вопреки принципу Клаузиуса – повсюду во Вселенной мы наблюдаем не процессы монотонной деградации, а напротив, процессы становления, возникновения новых структур.

В чем же состоит эпистемологическая природа рассматриваемого парадокса? Исходным было возникновение термодинамического парадокса на уровне научной картины мира (НКМ), на котором Клаузиус и осуществлял свою экстраполяцию возрастания принципа энтропии на Вселенную. Парадокс выступал как противоречие между выводом Клаузиуса и принципом бесконечности мира во времени. В самом деле, «тепловая смерть» Вселенной, даже если бы она произошла в каком-то отдаленном будущем, пусть даже через миллиарды или десятки миллиардов лет, все равно ограничивает «шкалу времени» человеческого прогресса. Вот почему высказывания о, казалось бы, чисто научной экстраполяции Клаузиуса, которую и обсуждать надо в строго научных рамках, приобретали характер беспрецедентных философско-мировоззренческих дискуссий по поводу физических принципов.

Можно выделить, по крайней мере, пять моментов, характеризующих эвристическую роль термодинамического парадокса в науке, который выступает неиссякаемым источником новых концептуальных достижений:

1. Принцип возрастания энтропии (в форме термодинамического парадокса) с самого своего появления не только не вписывался в карту мира Ньютона, но и вступил с ней в непримиримое противоречие, содействовал ее «разрушению». Этот принцип перечеркнул классический образ мира как часового механизма, движение которого полностью детерминировано начальными условиями и законами, отверг идею механического круговорота в природе. Так и не опровергнутый принцип Клаузиуса свидетельствовал: природа гораздо глубже, чем сложившееся до того времени и канонизированные культурой «общепринятые» представления о ней.

2. Отторгнутый ньютоновской картиной мира, этот принцип стал краеугольным камнем неклассических взглядов на природу.

3. Клаузиус, впервые после Ньютона, вернулся к проблематике мира как целого, впервые сформулировал проблему его эволюции не на философско-мировоззренческом уровне, как это было до него, а языком НКМ. Клаузиус впервые поставил вопрос о связи между эволюцией космических тел и систем и изменением состояния Вселенной как целого.

4. Принцип Клаузиуса впервые ввел в науку понимание эволюции как необратимого изменения состояния физических объектов – в противовес идее механического круговорота в классической картине мира.

5. Еще более значимыми с философско-мировоззренческой точки зрения следствиями принципа Клаузиуса были конструкты «конца», а значит, возможно, и «начала» мира.

6. И, наконец, принцип Клаузиуса сыграл важную эвристическую роль в становлении – почти столетие спустя – теории самоорганизации: «…эволюционная идея возникла в XIX в. в двух прямо противоположных формах: в термодинамике принцип Карно-Клаузиуса формулируется как закон непрерывной деорганизации и разрушения изначально заданной структуры. В биологии, или социологии, идея эволюции, напротив, ассоциируется с усложнением организации».

Противоречие между пониманием эволюции живой и неживой природы, возникшее после появления принципа Клаузиуса и на уровне классической НКМ и разрешавшееся отстаиванием различных вариантов принципам всеобщей обратимости физических процессов, снимается иными концептуальными структурами – теорией самоорганизации.

Вселенная как целое действительно подчиняется законам, «асимметричным по отношению к прошедшему и будущему». Но происходит это в соответствии со вторым началом термодинамики, а не в противоречии с ним.

Список использованной литературы

1. Базаров И.П. Заблуждения и ошибки в термодинамике / И.П.Базаров. – М.: Едиториал, 2005.

2. Казютинский В.В. Термодинамический парадокс в космологии / В.В.Казютинский. М.: Российская академия наук, 2004.

3. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Учебник для вузов.- М.: Высшая школа, 1998.

Гипотезы смерти вселенной

• Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое “Тепловая смерть Вселенной” в других словарях:

“ТЕПЛОВАЯ СМЕРТЬ” ВСЕЛЕННОЙ — гипотеза, выдвинутая Р. Клаузиусом (R. Clausius, 1865) как экстраполя ция второго начала термодинамики на всю Вселенную. Согласно Клаузиусу, энергия мира постоянна, энтропия мира стремится к максимуму . Т. е. Вселенная должна прийти в состояние… … Физическая энциклопедия

ТЕПЛОВАЯ СМЕРТЬ ВСЕЛЕННОЙ — ошибочный вывод, сделанный в XIX в. на основе второго начала термодинамики (см. ), о том, что все виды энергии во Вселенной в конце концов должны перейти в энергию теплового движения, которая равномерно распределится по веществу Вселенной, после… … Большая политехническая энциклопедия

Тепловая смерть вселенной — Уильям Томсон − в 1852 году открыл ТСВ Тепловая смерть термин, описывающий конечное состояние любой замкнутой термодинамической системы, и Вселенной в частности. При этом никакого направленного обмена энергией наблюдаться не будет, так как все… … Википедия

Тепловая смерть Вселенной — («Тепловая смерть» Вселенной, ) ошибочный вывод о том, что все виды энергии во Вселенной в конце концов должны перейти в энергию теплового движения, которая равномерно распределится по веществу Вселенной, после чего в ней прекратятся все… … Большая советская энциклопедия

ТЕПЛОВАЯ СМЕРТЬ ВСЕЛЕННОЙ — гипотетич. состояние мира, к к рому якобы должно привести его развитие в результате превращения всех видов энергии в тепловую и равномерного распределения последней в пространстве; в таком случае Вселенная должна прийти в состояние однородного… … Философская энциклопедия

«Тепловая смерть Вселенной» — ошибочный вывод о том, что все виды энергии во Вселенной, в конце концов, должны перейти в энергию теплового движения, которая равномерно распределится по веществу Вселенной, после чего в ней прекратятся все макроскопические процессы. Этот вывод … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов

ТЕПЛОВАЯ СМЕРТЬ ВСЕЛЁННОЙ — ошибочный вывод о том, что все виды энергии во Вселенной в конце концов должны перейти в энергию теплового движения, к рая равномерно распределится по в ву Вселенной, после чего в ней прекратятся все макроскопич. процессы. Этот вывод был… … Физическая энциклопедия

Будущее Вселенной — Сценарий Большого сжатия Будущее Вселенной вопрос, рассматриваемый в рамках физической космологии. Различными научными теориями предсказано множество возможных вариантов будущего, среди которых есть мнения как об уничтожении, так и о… … Википедия

Конец света — У этого термина существуют и другие значения, см. Конец света (значения). Гибель человечества в представлении художника (см. также … Википедия

Большое сжатие — В космологии, Большое сжатие (англ. Big Crunch) один из возможных сценариев будущего Вселенной, в котором расширение Вселенной со временем меняется на сжатие и вселенная коллапсирует, в конце концов схлопываясь в сингулярность. Обзор … Википедия

Автор статьи: Татьяна Ефимова

Позвольте представиться. Меня зовут Татьяна. Я уже более 8 лет занимаюсь психологией. Считая себя профессионалом, хочу научить всех посетителей сайта решать разнообразные задачи. Все данные для сайта собраны и тщательно переработаны для того чтобы донести как можно доступнее всю необходимую информацию. Перед применением описанного на сайте всегда необходима ОБЯЗАТЕЛЬНАЯ консультация с профессионалами.

✔ Обо мне ✉ Обратная связь