Deset teorií o smrti našeho vesmíru. Tepelná smrt vesmíru: předpoklad nebo nevyhnutelnost? Tepelná smrt vesmíru v reálném čase
Nejvýraznější teorií je, jak vznikl vesmír velkého třesku, kde veškerá hmota nejprve existovala jako singularita, nekonečně hustý bod v malém prostoru. Pak ji něco přimělo explodovat. Hmota se rozpínala neuvěřitelnou rychlostí a nakonec vytvořila vesmír, který vidíme dnes.
Big Crunch je, jak už asi tušíte, opakem Velkého třesku. Vše, co je rozptýleno po okrajích vesmíru, bude vlivem gravitace stlačeno. Podle této teorie gravitace zpomalí expanzi způsobenou Velkým třeskem a nakonec vše spadne zpět do určitého bodu.
- Nevyhnutelná tepelná smrt vesmíru.
Přemýšlejte o tepelné smrti jako o pravém opaku Big Crunch. V tomto případě není gravitační síla dostatečně silná na to, aby překonala expanzi, protože vesmír se prostě stále exponenciálně rozpíná. Galaxie se od sebe vzdalují jako nešťastní milenci a všeobjímající noc mezi nimi se rozšiřuje a rozšiřuje.
Vesmír se řídí stejnými pravidly jako jakýkoli termodynamický systém, což nás nakonec dovede k tomu, že teplo je rovnoměrně distribuováno v celém vesmíru. Nakonec celý vesmír zhasne.
- Smrt teplem z černých děr.
Podle populární teorie se většina hmoty ve vesmíru točí kolem černých děr. Stačí se podívat na galaxie, které ve svých centrech obsahují supermasivní černé díry. Velká část teorie černých děr zahrnuje absorpci hvězd nebo dokonce celých galaxií, když vstoupí do horizontu událostí díry.
Nakonec tyto černé díry pohltí většinu hmoty a my zůstaneme v temném vesmíru.
- Čas ukončení.
Pokud je něco věčné, pak je to jistě čas. Ať už vesmír existuje nebo ne, čas stále běží. Jinak by nebylo možné rozlišit jeden okamžik od druhého. Ale co když se čas ztratí a prostě zamrzne? Co když už žádné okamžiky nebudou? Přesně ve stejný okamžik. Navždy a napořád.
Předpokládejme, že žijeme ve vesmíru, kde čas nikdy nekončí. S nekonečným množstvím času se vše, co se může stát, děje se 100procentní pravděpodobností. Paradox se stane, pokud budete mít věčný život. Žijete neomezeně, takže cokoliv, co se dá zaručit, se stane (a stane se nekonečně mnohokrát). Může také dojít k zastavení času.
- Velká kolize.
Big Collision je podobná Velkému Squeeze, ale mnohem optimističtější. Představte si stejný scénář: Gravitace zpomalí rozpínání vesmíru a vše se stáhne zpět do jednoho bodu. V této teorii stačí síla této rychlé kontrakce ke spuštění dalšího velkého třesku a vesmír začne znovu.
Fyzikům se toto vysvětlení nelíbí, takže někteří vědci tvrdí, že vesmír nemusí jít celou cestu zpět k singularitě. Místo toho se velmi silně stlačí a poté se odrazí silou podobnou té, která odpuzuje míček, když jej trefíte o podlahu.
- Velká mezera.
Bez ohledu na to, jak svět skončí, vědci zatím necítí potřebu používat (strašně podhodnocené) slovo „velký“ k jeho popisu. V této teorii se neviditelná síla nazývá „ temná energie“, způsobuje zrychlení expanze vesmíru, což je to, co pozorujeme. Nakonec se rychlosti zvýší natolik, že se hmota začne rozpadat na malé částice. Ale také existuje Světlá stránka Tato teorie bude muset přinejmenším Big Rip počkat dalších 16 miliard let.
- Efekt vakuové metastability.
Tato teorie závisí na myšlence, že existující vesmír je ve vysoce nestabilním stavu. Pokud se podíváte na význam částic kvantové fyziky, můžete předpokládat, že náš vesmír je na pokraji stability.
Někteří vědci předpokládají, že za miliardy let bude vesmír na pokraji zničení. Když se to stane, v určitém bodě vesmíru se objeví bublina. Představte si to jako alternativní vesmír. Tato bublina se bude rozpínat všemi směry rychlostí světla a ničí vše, čeho se dotkne. Nakonec tato bublina zničí vše ve vesmíru.
- Časová bariéra.
Protože fyzikální zákony v nekonečném multivesmíru nedávají smysl, jediný způsob, jak tomuto modelu porozumět, je předpokládat, že existuje skutečná hranice, fyzická hranice vesmíru, a nic nemůže jít dál. A v souladu s fyzikálními zákony za dalších 3,7 miliardy let překročíme časovou bariéru a vesmír pro nás skončí.
- To se nestane (protože žijeme v multivesmíru).
Podle scénáře multivesmíru s nekonečnými vesmíry mohou tyto vesmíry vzniknout v existujících nebo z nich. Mohou vzniknout z Velkého třesku, být zničeny Velkým sevřením nebo Zlomy, ale na tom nezáleží, protože nových vesmírů bude vždy více než zničených.
- Věčný vesmír.
Ach, ta odvěká myšlenka, že vesmír vždy byl a vždy bude. Toto je jeden z prvních konceptů, které lidé vytvořili o povaze vesmíru, ale v této teorii je také nový zvrat, který zní trochu zajímavěji, no, vážně.
Místo singularity a velkého třesku, které odstartovaly samotný čas, mohl čas existovat dříve. V tomto modelu je vesmír cyklický a bude se neustále rozpínat a smršťovat.
Za dalších 20 let budeme moci s větší jistotou říci, která z těchto teorií je nejvíce v souladu s realitou. A možná najdeme odpověď na otázku, jak náš Vesmír začal a jak skončí.
> Smrt teplem
Prozkoumat hypotéza tepelné smrti vesmíru. Přečtěte si koncept a teorii tepelné smrti, roli entropie vesmíru, termodynamickou rovnováhu, teplotu.
Entropie vesmíru neustále roste. Jeho cílem je termodynamická rovnováha, která povede k tepelná smrt.
Učební úkol
- Zvažte procesy vedoucí k problému tepelné smrti vesmíru.
Klíčové body
- V raném vesmíru byly veškerá hmota a energie snadno zaměnitelné a identické.
- S růstem entropie stále méně energie otevíralo práci.
- Vesmír tíhne k termodynamické rovnováze – maximální entropii. To je tepelná smrt a konec aktivity všeho.
Podmínky
- Asteroid je přirozené pevné těleso, jehož velikost je menší než planeta a nechová se jako kometa.
- Entropie je míra rozložení rovnoměrné energie v systému.
- Geotermální - označuje tepelnou energii pocházející z hlubokých zemských nádrží.
V raném vesmíru byly hmota a energie svou povahou totožné a byly snadno zaměnitelné. V mnoha procesech samozřejmě hrála hlavní roli gravitace. Zdálo se to nevyzpytatelné, ale veškerá energie budoucího vesmíru byla nabízena k práci.
Prostor se vyvíjel a vznikly teplotní rozdíly, které vytvořily více příležitostí pro práci. Hvězdy převyšují v ohřevu planety, které jsou před asteroidy, a ty jsou teplejší než vakuum. Mnohé se ochlazují v důsledku násilného rušení (jaderný výbuch v blízkosti hvězd, sopečná činnost v blízkosti Země atd.). Pokud nezískáte další energii, pak jsou jejich dny sečteny. Níže je mapa vesmíru.
Toto je velmi mladý vesmír s kolísáním teploty (barevně zvýrazněným), což odpovídá zrnům, která se stala galaxií
Čím vyšší je entropie, tím méně energie šlo do práce. Země má velké zásoby energie (fosílie a jaderné palivo), obrovské rozdíly teploty (energie větru), geotermální energie v důsledku rozdílu teplotních značek zemských vrstev a slapová energie vody. Část jejich energie ale nikdy nepůjde do práce. V důsledku toho budou vyčerpány všechny druhy paliva a teploty se vyrovnají.
Vesmír je vnímán jako uzavřený systém, takže prostorová entropie stále roste a množství energie dostupné pro práci se snižuje. Nakonec, když všechny hvězdy explodují, jsou použity všechny formy potenciální energie a teploty se vyrovnají, práce prostě nebude možná.
Náš vesmír směřuje k termodynamické rovnováze (maximální entropii). Často se tento scénář označuje jako tepelná smrt – zastavení veškeré činnosti. Ale prostor se stále rozšiřuje a konec je stále příliš daleko. S pomocí výpočtů černých děr se ukázalo, že entropie bude pokračovat dalších 10 100 let.
Tepelná smrt vesmíru („Tepelná smrt“ vesmíru,)
chybný závěr, že všechny druhy energie ve Vesmíru se nakonec musí proměnit v energii tepelného pohybu, která bude rovnoměrně rozložena po hmotě Vesmíru, načež se v ní zastaví všechny makroskopické procesy. Tento závěr formuloval R. Clausius (1865) na základě druhého termodynamického zákona (viz Druhý termodynamický zákon). Podle druhého zákona každý fyzikální systém, který si nevyměňuje energii s jinými systémy (taková výměna je pro Vesmír jako celek zjevně vyloučena), směřuje k nejpravděpodobnějšímu rovnovážnému stavu – k tzv. stavu s maximální entropií (viz. Entropie). Takový stav by odpovídal „T. S." B. Ještě před vytvořením moderní kosmologie (viz Kosmologie) byly učiněny četné pokusy vyvrátit závěr o „T. S." C. Nejznámější z nich je hypotéza fluktuace L. Boltzmanna (1872), podle níž byl Vesmír vždy v rovnovážném izotermickém stavu, ale podle zákona náhody někdy na jednom místě, pak na jiném, někdy dochází k odchylkám od tohoto stavu; vyskytují se méně často, čím větší je zachycená plocha a tím větší je míra odchylky. Moderní kosmologie prokázala, že nejen závěr o „T. S." V., ale rané pokusy o jeho vyvrácení jsou také mylné. Je to dáno tím, že nebyly brány v úvahu významné fyzikální faktory a především gravitace. .
S přihlédnutím k gravitaci není homogenní izotermické rozložení hmoty v žádném případě nejpravděpodobnější a neodpovídá maximu entropie. Pozorování ukazují, že vesmír je ostře nestacionární. Rozpíná se a látka, na začátku rozpínání téměř homogenní, se později vlivem gravitačních sil rozpadá na samostatné objekty, vznikají kupy galaxií, galaxie, hvězdy a planety. Všechny tyto procesy jsou přirozené, jdou s růstem entropie a nevyžadují porušení zákonů termodynamiky. Ani v budoucnu, s přihlédnutím ke gravitaci, nepovedou k homogennímu izotermickému stavu Vesmíru – k „T. S." B. Vesmír je vždy nestatický a neustále se vyvíjí. lit.: Zeldovich Ya. B., Novikov I. D., Struktura a vývoj vesmíru, M., 1975. I. D. Novikov.
Velká sovětská encyklopedie. - M.: Sovětská encyklopedie. 1969-1978 .
Podívejte se, co je „Tepelná smrt vesmíru“ v jiných slovnících:
Hypotéza předložená R. Clausiem (1865) jako extrapolace druhého termodynamického zákona na celý vesmír. Energie světa je podle Clausia konstantní, entropie světa tíhne k maximu. To znamená, že vesmír se musí dostat do stavu ... ... Fyzická encyklopedie
TEPELNÁ SMRT VESMÍRU- chybný závěr učiněný v XIX století. na základě druhého termodynamického zákona (viz), že všechny druhy energie ve Vesmíru se musí nakonec po ... ... proměnit v energii tepelného pohybu, která bude rovnoměrně rozložena po hmotě Vesmíru. Velká polytechnická encyklopedie
William Thomson - v roce 1852 předložil hypotézu TSV Tepelná smrt je termín popisující konečný stav jakékoli uzavřené termodynamiky ... Wikipedia
William Thomson - v roce 1852 objevil TSW Tepelná smrt je termín popisující konečný stav každého uzavřeného termodynamického systému a Vesmíru zvláště. V tomto případě nebude pozorována žádná řízená výměna energie, protože vše ... ... Wikipedie
Hypotetický stav světa, k němuž by měl údajně vést jeho vývoj v důsledku přeměny všech druhů energie na tepelnou energii a její rovnoměrné distribuce v prostoru; v tomto případě by se vesmír měl dostat do stavu homogenity ... ... Filosofická encyklopedie
„Tepelná smrt vesmíru“- chybný závěr, že všechny druhy energie ve Vesmíru se nakonec musí proměnit v energii tepelného pohybu, která bude rovnoměrně rozložena po hmotě Vesmíru, načež se v ní zastaví všechny makroskopické procesy. Tento závěr... Pojmy moderní přírodní vědy. Slovníček základních pojmů
Chybný závěr, že všechny druhy energie ve Vesmíru se nakonec musí proměnit v energii tepelného pohybu, do ráje, bude rovnoměrně rozložen po celém Vesmíru, načež v něm ustanou všechny makroskopické jevy. procesy. Tento závěr byl... Fyzická encyklopedie
Scénář velké krize Budoucnost vesmíru je otázkou zvažovanou v rámci fyzikální kosmologie. Mnoho vědeckých teorií předpovídalo možnosti budoucnosti, mezi nimiž existují názory jak na ničení, tak na ... ... Wikipedii
Tento termín má jiné významy, viz Konec světa (významy). Smrt lidstva z pohledu umělce (viz také ... Wikipedia
V kosmologii je Big Crunch jedním z možných scénářů pro budoucnost vesmíru, ve kterém se expanze vesmíru nakonec změní na kontrakci a vesmír se zhroutí a nakonec se zhroutí do singularity. Recenze ... Wikipedie
knihy
- Světy Cthulhu, Lovecraft Howard Phillips. Lovecraftova próza je ideálním odrazem vnitřního světa člověka ve stavu existenciální krize: kosmos je chladný a lhostejný, život je konečný, ve slovech a skutcích není vyšší...
(POKUD MÁ NĚKDO ZE ČTENÁŘŮ ZÁJEM O TENTO TEXT A TABULKY A VZORCE SE ZTRÁTUJÍ - NAPIŠTE MI NA MAIL - DÍLO ZAŠLU JAKO CELÉ I S KNIŽKAMI, OBRÁZKAMI A TABULKAMI)
Úvod
Tepelná smrt Vesmíru (T.S.V.) je závěr, že všechny druhy energie ve Vesmíru se nakonec musí proměnit v energii tepelného pohybu, která bude rovnoměrně rozložena po hmotě Vesmíru, načež se všechny makroskopické procesy v r. to.
Tento závěr formuloval R. Clausius (1865) na základě druhého termodynamického zákona. Podle druhého zákona každý fyzikální systém, který si nevyměňuje energii s jinými systémy (taková výměna je pro Vesmír jako celek zjevně vyloučena), směřuje k nejpravděpodobnějšímu rovnovážnému stavu – k tzv. stavu s maximální entropií.
Takový stav by odpovídal T.S.V. Ještě před vytvořením moderní kosmologie byly učiněny četné pokusy vyvrátit závěr o T.S.W. Nejznámější z nich je hypotéza fluktuace L. Boltzmanna (1872), podle níž je vesmír věčně v rovnovážném izotermickém stavu, ale podle zákona náhody někdy na jednom místě, pak na jiném, odchylky od tohoto stát někdy nastat; vyskytují se méně často, čím větší je zachycená plocha a tím větší je míra odchylky.
Moderní kosmologie zjistila, že nejen závěr o T.S.V. je chybný, ale chybné jsou i rané pokusy o jeho vyvrácení. Je to dáno tím, že nebyly brány v úvahu významné fyzikální faktory a především gravitace. S přihlédnutím k gravitaci není homogenní izotermické rozložení hmoty v žádném případě nejpravděpodobnější a neodpovídá maximu entropie.
Pozorování ukazují, že vesmír je ostře nestacionární. Rozpíná se a látka, na začátku rozpínání téměř homogenní, se později vlivem gravitačních sil rozpadá na samostatné objekty, vznikají kupy galaxií, galaxie, hvězdy a planety. Všechny tyto procesy jsou přirozené, jdou s růstem entropie a nevyžadují porušení zákonů termodynamiky. Ani v budoucnu, s přihlédnutím k gravitaci, nepovedou k homogennímu izotermickému stavu Vesmíru – k T.S.V. Vesmír je vždy nestatický a neustále se vyvíjí.
Termodynamický paradox v kosmologii, formulovaný ve druhé polovině 19. století, od té doby neustále vzrušuje vědeckou komunitu. Faktem je, že se dotkl nejhlubších struktur vědeckého obrazu světa. Přestože četné pokusy o vyřešení tohoto paradoxu vždy vedly pouze k dílčím úspěchům, generovaly nové, netriviální fyzikální nápady, modely a teorie. Termodynamický paradox je nevyčerpatelným zdrojem nových vědeckých poznatků. Zároveň se ukázalo, že jeho formování ve vědě bylo zapleteno spoustou předsudků a zcela nesprávných interpretací.
Potřebujeme nový pohled na tento zdánlivě dobře prostudovaný problém, který v pozdně klasické vědě nabývá netradičního významu.
1. Myšlenka tepelné smrti vesmíru
1.1 Vznik myšlenky T.S.V.
Hrozba tepelné smrti vesmíru, jak jsme již řekli, byla vyjádřena v polovině devatenáctého století. Thomson a Clausius, kdy byl formulován zákon nárůstu entropie v nevratných procesech. Tepelná smrt je takový stav hmoty a energie ve Vesmíru, kdy zmizely gradienty parametrů, které je charakterizují.
Vývoj principu nevratnosti, principu rostoucí entropie, spočíval v rozšíření tohoto principu na Vesmír jako celek, což provedl Clausius.
Takže podle druhého zákona všechny fyzikální procesy probíhají ve směru přenosu tepla z teplejších těles na méně horká, což znamená, že proces vyrovnávání teplot ve Vesmíru pomalu, ale jistě probíhá. Následně se v budoucnu očekává vymizení teplotních rozdílů a přeměna veškeré světové energie na tepelnou energii rovnoměrně rozloženou ve Vesmíru. Clausiusův závěr byl následující:
1. Energie světa je konstantní
2. Entropie světa tíhne k maximu.
Tepelná smrt Vesmíru tedy znamená úplné zastavení všech fyzikálních procesů v důsledku přechodu Vesmíru do rovnovážného stavu s maximální entropií.
Boltzmann, který objevil souvislost mezi entropií S a statistickou váhou P, se domníval, že současný nehomogenní stav Vesmíru je grandiózním kolísáním*, ačkoli jeho výskyt má zanedbatelnou pravděpodobnost. Boltzmannovi současníci jeho názory neuznávali, což vedlo k tvrdé kritice jeho práce a zřejmě vedlo k Boltzmannově nemoci a sebevraždě v roce 1906.
Když se podíváme na počáteční formulace myšlenky tepelné smrti vesmíru, je vidět, že ve všech ohledech neodpovídají jejich známým interpretacím, jejichž prizmatem tyto formulace obvykle vnímáme. Je zvykem mluvit o teorii tepelné smrti nebo termodynamickém paradoxu W. Thomsona a R. Clausiuse.
Ale za prvé, odpovídající myšlenky těchto autorů se ve všem neshodují a za druhé, níže uvedená tvrzení neobsahují ani teorii, ani paradox.
V. Thomson, rozebírající obecnou tendenci k rozptylování projevující se v přírodě mechanická energie, nerozšířil do světa jako celku. Princip zvýšení entropie extrapoloval pouze na rozsáhlé procesy probíhající v přírodě.
Clausius naopak navrhl extrapolaci tohoto principu právě na Vesmír jako celek, který pro něj působil jako všezahrnující fyzikální systém. Podle Clausia se „celkový stav Vesmíru musí stále více měnit“ ve směru určovaném principem rostoucí entropie, a proto se tento stav musí neustále přibližovat k nějakému meznímu stavu.Fluktuace a problém fyzikálních hranic 2. Zákon termodynamiky. Snad poprvé byl termodynamický aspekt v kosmologii identifikován Newtonem. Byl to on, kdo si všiml efektu "tření" v hodinovém strojku vesmíru - trend, který v polovině XIX století. nazývá se zvýšením entropie. Newton v duchu své doby volal na pomoc Pána Boha. Byl to on, kdo byl jmenován Sirem Isaacem, aby sledoval natahování a opravy těchto „hodinek“.
V rámci kosmologie byl v polovině 19. století rozpoznán termodynamický paradox. Diskuse o paradoxu dala vzniknout řadě skvělých myšlenek širokého vědeckého významu („Schrödingerovo“ vysvětlení L. Boltzmanna o „antientropii“ života; jeho zavedení fluktuací do termodynamiky, jejichž zásadní důsledky ve fyzice dosud nebyly vyčerpány; jeho grandiózní hypotéza kosmologické fluktuace, mimo konceptuální rámec, který fyzika v problému „tepelné smrti“ vesmíru dosud nevyšla; hluboká a inovativní, ale přesto historicky omezená fluktuační interpretace II. Začátek.
1.2 Pohled na T.S.W. z dvacátého století
Současný stav vědy je také v rozporu s předpokladem tepelné smrti vesmíru.
Za prvé, tento závěr je relevantní pro izolovaný systém a není jasné, proč lze vesmír připsat takovým systémům.
Ve vesmíru existuje gravitační pole, které Boltzmann nevzal v úvahu, a je zodpovědné za vznik hvězd a galaxií: gravitační síly mohou vést k vytvoření struktury z chaosu, mohou dát vzniknout hvězdám z vesmíru. prach.
Zajímavý je další vývoj termodynamiky a s ní i myšlenka T.S.V.. V průběhu 19. století byla formulována hlavní ustanovení (počátky) termodynamiky izolovaných soustav. V první polovině 20. století se termodynamika rozvíjela především ne do hloubky, ale do šířky vznikaly její různé úseky: technická, chemická, fyzikální, biologická atd. termodynamika. Teprve ve 40. letech se objevily práce o termodynamice otevřených systémů v blízkosti bodu rovnováhy a v 80. letech vznikla synergetika. Ten lze interpretovat jako termodynamiku otevřených systémů daleko od bodu rovnováhy.
Moderní přírodní věda tedy odmítá koncept „tepelné smrti“ ve vztahu k vesmíru jako celku. Faktem je, že Clausius se ve svých úvahách uchýlil k následujícím extrapolacím:
1. Vesmír je považován za uzavřený systém.
2. Vývoj světa lze popsat jako změnu jeho stavů.
Pro svět jako celek s maximální entropií to dává smysl, stejně jako pro jakýkoli konečný systém.
Ale legitimita těchto extrapolací je sama o sobě velmi pochybná, ačkoli problémy s nimi spojené představují potíže i pro moderní fyzikální vědu.
2. Zákon rostoucí entropie
2.1 Odvození zákona rostoucí entropie
K popisu nevratného kruhového termodynamického procesu znázorněného na obrázku 1 použijeme Clausiovu nerovnost.
Rýže. jeden.
Nevratný kruhový termodynamický proces
Nechť je proces nevratný a proces vratný. Pak Clausiova nerovnost pro tento případ nabývá tvaru (1)
Protože je proces reverzibilní, můžeme použít vztah, který dává
Dosazení tohoto vzorce do nerovnosti (1) nám umožní získat výraz (2)
Porovnání výrazů (1) a (2) nám umožňuje zapsat následující nerovnost (3), ve které se rovnítko odehrává, pokud je proces vratný, a znaménko je větší, než když je proces nevratný.
Nerovnici (3) lze také zapsat v diferenciálním tvaru (4)
Uvažujeme-li adiabaticky izolovaný termodynamický systém, pro který má výraz (4) tvar nebo integrální formu.
Výsledné nerovnosti vyjadřují zákon nárůstu entropie, který lze formulovat následovně:
2.2 Možnost entropie ve Vesmíru
V adiabticky izolovaném termodynamickém systému se entropie nemůže snižovat: buď je zachována, pokud v systému probíhají pouze vratné procesy, nebo se zvyšuje, pokud v systému probíhá alespoň jeden nevratný proces.
Písemné prohlášení je další formulací druhého termodynamického zákona.
Izolovaný termodynamický systém tedy směřuje k maximální hodnotě entropie, při které nastává stav termodynamické rovnováhy.
Je třeba poznamenat, že pokud systém není izolovaný, je v něm možný pokles entropie. Příkladem takového systému je například běžná lednička, uvnitř které je možný pokles entropie. Ale u takto otevřených systémů je tento lokální pokles entropie vždy kompenzován zvýšením entropie v prostředí, které převyšuje její lokální pokles.
Paradox formulovaný v roce 1852 Thomsonem (Lordem Kelvinem) a jím nazvaný hypotéza tepelné smrti vesmíru přímo souvisí se zákonem nárůstu entropie. Podrobnou analýzu této hypotézy provedl Clausius, který považoval za legitimní rozšířit zákon nárůstu entropie na celý Vesmír. Pokud totiž vesmír považujeme za adiabaticky izolovaný termodynamický systém, pak vzhledem k jeho nekonečnému stáří na základě zákona o nárůstu entropie můžeme dojít k závěru, že dosáhl své maximální entropie, tedy stavu termodynamické rovnováhy. Ale ve vesmíru, který nás skutečně obklopuje, to není pozorováno.
3. Tepelná smrt vesmíru ve vědeckém obrazu světa
3.1 Termodynamický paradox
Termodynamický paradox v kosmologii, formulovaný ve druhé polovině 19. století, od té doby neustále vzrušuje vědeckou komunitu. Faktem je, že se dotkl nejhlubších struktur vědeckého obrazu světa.
Přestože četné pokusy o vyřešení tohoto paradoxu vždy vedly pouze k dílčím úspěchům, generovaly nové, netriviální fyzikální nápady, modely a teorie. Termodynamický paradox je nevyčerpatelným zdrojem nových vědeckých poznatků. Zároveň se ukázalo, že jeho formování ve vědě bylo zapleteno spoustou předsudků a zcela nesprávných interpretací. Potřebujeme nový pohled na tento zdánlivě dobře prostudovaný problém, který v post-neklasické vědě nabývá netradičního významu.
Post-neklasická věda, především teorie sebeorganizace, řeší problém směru termodynamických procesů v přírodě výrazně jiným způsobem než klasická či neklasická věda; toto nachází výraz v moderním vědeckém obrazu světa (SCM).
Jak se vlastně termodynamický paradox v kosmologii objevil? Je snadné vidět, že to bylo ve skutečnosti formulováno odpůrci Thomsona a Clausia, kteří viděli rozpor mezi myšlenkou tepelné smrti vesmíru a základními principy materialismu o nekonečnosti světa v prostoru a čase. . Formulace termodynamického paradoxu, se kterými se setkáváme u různých autorů, jsou extrémně podobné, téměř zcela totožné. „Pokud by doktrína o entropii byla správná, pak by jím předpokládaný „konec“ světa musel odpovídat „začátku“, minimu entropie, kdy by teplotní rozdíl mezi jednotlivými částmi vesmíru byl největší. .
Jaká je epistemologická povaha uvažovaného paradoxu? Všichni citovaní autoři mu totiž připisují filozofický a ideologický charakter. Ale ve skutečnosti se zde mísí dvě úrovně poznání, které by se z našeho moderního pohledu měly rozlišovat. Počátečním bodem však byl vznik termodynamického paradoxu na úrovni NCM, při kterém Clausius provedl extrapolaci nárůstu principu entropie na Vesmír. Paradox působil jako rozpor mezi Clausiovým závěrem a principem nekonečnosti světa v čase, podle Newtonovy kosmologie. Na stejné úrovni poznání vznikaly další kosmologické paradoxy – fotometrické a gravitační a jejich epistemologická podstata byla velmi podobná.
"Tepelná smrt vesmíru, i kdyby k ní došlo v nějaké vzdálené budoucnosti, dokonce za miliardy nebo desítky miliard let, stále omezuje "časové měřítko" lidského pokroku."
3.2 Termodynamický paradox v relativistických kosmologických modelech
Nová etapa analýza termodynamického paradoxu v kosmologii je již spojena s neklasickou vědou. Pokrývá 30. - 60. léta dvacátého století. Jeho nejspecifičtějším rysem je přechod k vývoji termodynamiky Vesmíru v koncepčním rámci A.A. Fridman. Obě modernizované verze Clausiova principu a nový model Tolmana, ve kterém je možný nevratný vývoj vesmíru bez dosažení maximální entropie. Tolmanův model nakonec v přijetí vědeckou komunitou zvítězil, i když na některé „tvrdé“ otázky neodpovídá. Paralelně se však vyvíjel i semiklasický „antientropický přístup“, jehož jediným cílem bylo za každou cenu vyvrátit Clausiův princip a počáteční abstrakcí byl obraz nekonečného a „věčně mladého“, jak řekl Ciolkovskij. to, Vesmír. Na základě tohoto přístupu byla vyvinuta řada takříkajíc „hybridních“ schémat a modelů, které se vyznačovaly spíše umělým kombinováním nejen starých a nových myšlenek v oblasti termodynamiky vesmíru, ale také základy klasické i neklasické vědy.
„Ve 30. a 40. letech 20. století se myšlenka tepelné smrti vesmíru nadále těšila největšímu vlivu mezi zastánci relativistické kosmologie. Energickými zastánci Clausiova principu byli např. A. Eddington a J. Jeans, kteří opakovaně hovořili jak o fyzikálním významu tohoto problému, tak o jeho „lidské dimenzi“. Clausiův závěr jimi převedli do neklasického obrazu světa a v některých ohledech mu přizpůsobili.
Především se změnil předmět extrapolace – vesmír jako celek.
Velkou rezonanci (a mnohonásobné citace) vyvolala v 50. letech dnes již téměř zapomenutá diskuse o problémech termodynamiky vesmíru mezi K.P. Stanyukovich a I.R. Plotkin. Oba uvažují statisticko-termodynamické vlastnosti modelu Vesmíru podobně jako Boltzmannův vesmír, tzn. se shodovat se zkoumaným objektem. Kromě toho oba věřili, že problémy termodynamiky vesmíru lze analyzovat nezávisle na obecné teorii relativity, což do zákona o zvýšení entropie nezavádí nový obsah.
Ale spolu s uvedenými pokusy o „překonání“ Boltzmannovy hypotézy byly vyvinuty i modernizované verze této hypotézy samotné. Nejznámější z nich patří Ya.P. Terletsky.
Hybridní schémata“ a modely řešení termodynamického paradoxu v kosmologii vzbudily v 50. a 60. letech 20. století, hlavně u nás, značný zájem. Diskutovalo se o nich na jednom ze setkání o kosmogonii (Moskva, 1957), na sympoziích o filozofických problémech Einsteinovy teorie relativity a relativistické kosmologii (Kyjev, 1964, 1966) atd., ale později byly zmínky o nich stále vzácnější. . Stalo se tak do značné míry díky posunům v řešení tohoto okruhu problémů dosažených relativistickou kosmologií a nelineární termodynamikou.
3.3 Termodynamický paradox v kosmologii a postneklasický obraz světa
Vývoj problému termodynamiky vesmíru začal nabývat kvalitativně nových rysů v průběhu 80. let 20. století. Spolu se studiem Vesmíru v rámci neklasických základů se nyní v této oblasti rozvíjí přístup, který odpovídá znakům „post-neklasické“ vědy.
Například synergetika, konkrétně teorie disipativních struktur, umožňuje hlubší pochopení specifik našeho Vesmíru jako samoorganizujícího se, seberozvíjejícího se systému, než bylo možné v neklasické vědě.
Post-neklasická věda umožňuje zavést řadu nových bodů do analýzy problémů termodynamiky vesmíru jako celku. Ale tato problematika byla zatím diskutována pouze v nejobecnějších pojmech. Post-neklasická věda umožňuje zavést řadu nových bodů do analýzy problémů termodynamiky vesmíru jako celku. Ale tato problematika byla zatím diskutována pouze v nejobecnějších pojmech.
Hlavní cíl přístupu založeného na statistické teorii nerovnovážných procesů vyjádřil I. Prigogine takto: „... vzdalujeme se od uzavřeného Vesmíru, ve kterém je vše dáno, do Vesmíru nového, otevřeného fluktuacím. , schopný zrodit něco nového." Pokusme se porozumět tomuto tvrzení v kontextu analýzy těch kosmologických alternativ, které předložil M.P. Bronstein.
1. I. Prigoginova teorie v kombinaci s moderní vývoj kosmologie je zjevně více kompatibilní s chápáním vesmíru jako termodynamicky otevřeného nerovnovážného systému, který vznikl v důsledku obrovské fluktuace fyzikálního vakua. Post-neklasická věda se tedy v tomto ohledu odklání od tradičního pohledu, který sdílí M.P. Bronstein. Navíc, když analyzujeme chování vesmíru jako celku v moderní vědě, je třeba zjevně odhodit to, co Prigogine nazval „vůdčím mýtem klasické vědy“ – principem „neomezené předvídatelnosti“ budoucnosti. U nelineárních disipativních struktur je to kvůli nutnosti vzít v úvahu „omezení“ v důsledku našeho působení na přírodu.
Naše znalosti termodynamiky vesmíru jako celku, založené na extrapolaci statistické teorie nerovnovážných systémů, také nemohou ignorovat přímé či nepřímé zohlednění role pozorovatele.
2. I. Prigoginova teorie staví problém zákonitostí a počátečních podmínek v kosmologii zcela novým způsobem, odstraňuje rozpory mezi dynamikou a termodynamikou. Z hlediska této teorie se ukazuje, že Vesmír, jak M.P. Bronstein, může dodržovat zákony, které jsou asymetrické vzhledem k minulosti a budoucnosti – což ani v nejmenším neodporuje základnímu principu nárůstu entropie, její kosmologické extrapolaci.
3. Prigoginova teorie - v dobré shodě s moderní kosmologií - přehodnocuje roli a pravděpodobnost makroskopických fluktuací ve Vesmíru, i když dřívější mechanismus těchto fluktuací z moderního pohledu je jiný než Boltzmannův. Výkyvy přestávají být něčím výjimečným, stávají se zcela objektivním projevem spontánního vzniku něčeho nového ve Vesmíru.
Prigoginova teorie tak umožňuje poměrně snadno odpovědět na otázku, která již téměř půldruhého století rozděluje vědeckou komunitu a zaměstnává K.E. Ciolkovskij: proč – na rozdíl od Clausiova principu – všude ve Vesmíru nepozorujeme procesy monotónní degradace, ale naopak procesy formování, vznik nových struktur. K přechodu od „fyziky existujícího“ k „fyzice vznikajícího“ došlo do značné míry díky syntéze myšlenek, které se v předchozím konceptuálním rámci zdály vzájemně se vylučující.
Prigoginovy myšlenky, vedoucí k revizi řady zásadních myšlenek, jako vše zásadně nové ve vědě, se setkávají s nejednoznačným postojem k sobě samým, především mezi fyziky. Na jedné straně roste počet jejich příznivců, na druhé straně hovoří o nekorektnosti a platnosti Prigoginových závěrů z hlediska ideálu rozvinutého fyzikální teorie. Tyto myšlenky samotné jsou někdy interpretovány ne zcela jednoznačně; zejména někteří autoři zdůrazňují, že entropie systému může klesat v procesu sebeorganizace. Pokud je takové hledisko správné, znamená to, že bylo konečně možné formulovat ony extrémně specifické podmínky, které K.E. Ciolkovskij, pojednávající o možnosti existence antientropických procesů v přírodě.
Ale myšlenky ruského kosmismu, včetně vesmírné filozofie K.E. Ciolkovskij, věnující se těmto problémům, nacházejí přímější vývoj v post-neklasické vědě.
Například N.N. Moiseev poznamenává, že v průběhu evoluce vesmíru dochází k neustálým komplikacím organizace strukturálních úrovní přírody a tento proces je jasně řízen. Příroda si jakoby vyhrazuje určitý soubor potenciálně možných (tj. přípustných v rámci svých zákonů) typů organizace, a jak se proces jednotného světa rozvíjí, ukazuje se, že stále více těchto struktur je „zapojených“ v něm. Mysl a inteligentní činnost by měly být zahrnuty do obecné syntetické analýzy evolučních procesů vesmíru.
Rozvoj myšlenek sebeorganizace, zejména Prigoginova teorie disipativních struktur, spojený s revizí konceptuálních základů termodynamiky, podnítil další výzkum této úrovně poznání. Statistická termodynamika, vyvinutá již v klasické fyzice, obsahuje řadu neúplností a nejednoznačností, individuálních zvláštností a paradoxů – navzdory tomu, že se zdá, že „všechno je v pořádku“ s fakty. Ale podle výzkumu F.A. Tsitsin, dokonce i v tak zavedené a jasně „časem prověřené“ sféře vědeckého výzkumu, existuje mnoho překvapení.
Srovnání charakteristických parametrů fluktuací, které představili L. Boltzmann a M. Smoluchowski, dokazuje podstatnou neúplnost "obecně přijímané" statistické interpretace termodynamiky. Kupodivu je tato teorie postavena na zanedbání fluktuací! Z toho vyplývá, že je nutné jej zpřesnit, tzn. konstrukce teorie "další aproximace".
Důslednější popis fluktuačních efektů nás nutí uznat koncepty „statistické“ a „termodynamické“ rovnováhy jako fyzikálně neidentické. Dále se ukazuje, že závěr je spravedlivý, což je v naprostém rozporu s „obecně přijímaným“: mezi růstem entropie a tendencí systému k pravděpodobnějšímu stavu neexistuje žádná funkční souvislost. Existují i procesy, při kterých může být přechod systémů do pravděpodobnějšího stavu doprovázen poklesem entropie! Zohlednění fluktuací v problémech termodynamiky vesmíru tak může vést k odhalení fyzikálních limitů principu nárůstu entropie. Ale F.A. Tsitsin se ve svých závěrech neomezuje na základy klasické i neklasické vědy. Naznačuje, že princip rostoucí entropie neplatí pro určité typy v podstatě nelineárních systémů. Není vyloučena patrná "koncentrace výkyvů" v biostrukturách. Je dokonce možné, že takové efekty jsou v biofyzice zaznamenány již dlouhou dobu, ale nejsou rozpoznány nebo interpretovány nesprávně, právě proto, že jsou považovány za „zásadně nemožné“. Podobné jevy mohou znát i jiné vesmírné civilizace a účinně je využívat zejména v procesech rozpínání vesmíru.
Závěr
Můžeme tedy poznamenat, že v postneklasické vědě byly formulovány zásadně nové přístupy k analýze Clausiova principu a eliminaci termodynamického paradoxu v kosmologii. Nejvýznamnější vyhlídky, které lze očekávat od kosmologické extrapolace teorie sebeorganizace, vypracované na základě myšlenek ruského kosmismu.
Nevratné procesy v ostře nerovnovážných, nelineárních systémech zjevně umožňují vyhnout se tepelné smrti vesmíru, protože se ukazuje jako otevřený systém. Hledání teoretických schémat „antientropických“ procesů, přímo předpovídaných vědeckým obrazem světa, vycházejících z kosmické filozofie K.E. Ciolkovskij; tento přístup však sdílí jen několik přírodovědců. Přes veškerou novost postneklasických přístupů k analýze problémů termodynamiky vesmíru však „prosvítají“, stejná „témata“, která se zformovala v druhé polovině 19. století a vytvořila Clausius paradox a diskuse kolem něj.
Vidíme tedy, že Clausiův princip je stále téměř nevyčerpatelným zdrojem nových myšlenek v komplexu fyzikálních věd. Přesto, navzdory vzniku stále nových modelů a schémat, ve kterých nedochází k tepelné smrti, nebylo dosud dosaženo žádného „konečného“ řešení termodynamického paradoxu. Všechny pokusy rozseknout „gordický uzel“ problémů spojených s Clausiovým principem vždy vedly pouze k dílčím, v žádném případě ne rigorózním a konečným závěrům, zpravidla spíše abstraktním. Nejasnosti v nich obsažené daly vzniknout novým problémům a zatím je malá naděje, že se v dohledné době podaří dosáhnout úspěchu.
Obecně lze říci, že jde o zcela obvyklý mechanismus rozvoje vědeckého poznání, zvláště když se bavíme o jednom z nejzásadnějších problémů. Ale zdaleka ne každý princip vědy, stejně jako žádný fragment NCM obecně, není tak heuristický jako Clausiův princip. Existuje několik důvodů, které na jedné straně vysvětlují heuristickou povahu tohoto principu, který mezi dogmatiky - na tom nezáleží, přírodovědci nebo filozofy, na druhé straně - selhání svých kritiků.
Prvním je složitost jakýchkoli „her s nekonečnem“, které jsou proti tomuto principu, bez ohledu na jejich koncepční základy.
Druhým důvodem je použití neadekvátního smyslu pojmu „vesmír jako celek“ – stále běžně chápaný jako „vše, co existuje“ nebo „úhrn všech věcí“. Vágnost tohoto termínu, která je zcela v souladu s vágností používání nevysvětlených významů nekonečna, ostře odporuje jasnosti formulace samotného Clausiova principu. Pojem „vesmír“ není v tomto principu specifikován, ale proto je možné uvažovat o problému jeho aplikovatelnosti na různé vesmíry konstruované pomocí teoretické fyziky a interpretované jako „vše, co existuje“ pouze z hlediska této teorie (modelu).
A konečně třetí důvod: jak samotný Clausiův princip, tak i pokusy o vyřešení termodynamického paradoxu předloženého na jeho základě předjímaly jeden z rysů post-neklasické vědy – zahrnutí humanistických faktorů do ideálů a norem vysvětlení. stejně jako poznatky založené na důkazech. Emocionalismus, s nímž byl Clausiův princip více než sto let kritizován, byly předkládány jeho různé alternativy a analyzována možná schémata antientropických procesů, má v dějinách přírodních věd snad jen málo precedentů. klasické i neklasické. Clausiův princip výslovně apeluje na post-neklasickou vědu, která zahrnuje „lidskou dimenzi“. Přirozeně, v minulosti nemohl být tento rys uvažovaných znalostí ještě skutečně realizován. Ale nyní, zpětně, nacházíme v těchto starých diskusích některá „embrya“ ideálů a norem post-neklasické vědy.
Literatura
1.Pojmy moderních přírodních věd./ ed. prof. S.A. Samygin, 2. vyd. - Rostov n / a: "Phoenix", 1999. - 580 s.
2. Danilets A.V. Přírodní věda dnes a zítra - Petrohrad: Lidová knihovna 1993
3.Dubnishcheva T.Ya Koncepty moderní přírodní vědy. Novosibirsk: Nakladatelství YuKEA, 1997. - 340 s.
4.Prigozhin I. Od stávajícího ke vznikajícímu. M.: Nauka, 1985. - 420 s.
5. Remizov A.N. Lékařská a biologická fyzika. – M.: postgraduální škola, 1999. - 280 s.
6. Stanyukovich K.P. K otázce termodynamiky Vesmíru // Tamtéž. s. 219-225.
7. Swartz Kl.E. Mimořádná fyzika obyčejných jevů. T.1. - M.: Nauka, 1986. - 520 s.
8. O lidském čase. - „Vědění je síla“, č , 2000, s.10-16
9. Tsitsin F.A. Pojem pravděpodobnosti a termodynamika vesmíru // Filosofické problémy astronomie XX století. M., 1976. S. 456-478.
10. Tsitsin F.A. Termodynamika, vesmír a fluktuace // Vesmír, astronomie, filozofie. M., 1988. S. 142-156
11. Tsitsin F.A. [K termodynamice hierarchického Vesmíru]// Sborník příspěvků z 6. setkání o kosmogonii (5. – 7. června 1957). M., 1959. S. 225-227.
Jakýkoli úsek Carnotova cyklu a celý cyklus jako celek lze projet v obou směrech. Obcházení cyklu ve směru hodinových ručiček odpovídá tepelnému motoru, kdy se teplo přijaté pracovní tekutinou částečně přeměňuje na užitečná práce. Obtok proti směru hodinových ručiček odpovídá chladicí stroj kdy se určité teplo odebírá ze studeného zásobníku a přenáší se do horkého zásobníku vykonáváním externí práce. Proto se nazývá ideální zařízení pracující podle Carnotova cyklu reverzibilní tepelný motor. Skutečné chladicí stroje využívají různé cyklické procesy. Všechny chladicí cykly v diagramu (p, V) jsou vynechány proti směru hodinových ručiček. Energetické schéma chladicího stroje je znázorněno na Obr. 3.11.5.
Zařízení chladicího cyklu může sloužit dvěma účelům. Pokud je příznivým účinkem odebrání určitého tepla |Q2| z chlazených těles (například z produktů v komoře chladničky), pak je takovým zařízením běžná chladnička. Účinnost chladničky lze charakterizovat poměrem
Pokud je příznivým účinkem přenos tepla |Q1| ohřívaná tělesa (například vnitřní vzduch), pak se takové zařízení nazývá tepelné čerpadlo. Účinnost βT tepelného čerpadla lze definovat jako poměr
proto je βT vždy větší než jedna. Pro obrácený Carnotův cyklus
| |
Před vynálezem jaderných zbraní si nikdo nedokázal představit, že by jedna bomba mohla zničit celé město. Vše se však změnilo po útoku na Hirošimu 6. srpna 1945. Je to poprvé, co se lidé setkali s technologií takové ničivé síly. To vedlo ke konceptu „inteligentní destrukce“: jednoho dne člověk vyrobí nebo vymyslí něco, co zničí vesmír. Dobrou zprávou je, že všechny naše jaderné zásoby nebudou stačit ani na zničení Země. Ale kdo řekl, že jsme jediné inteligentní bytosti ve vesmíru? .
