25.04.2020

Tepelná smrt vesmíru ("Tepelná smrt" vesmíru,)

chybný závěr, že všechny druhy energie ve vesmíru by se nakonec měly proměnit v energii tepelného pohybu, která bude rovnoměrně rozložena po hmotě vesmíru, a poté se v něm zastaví všechny makroskopické procesy.

Tento závěr formuloval R. Clausius (1865) na základě druhého zákona o termodynamice (viz Druhý zákon o termodynamice). Podle druhého zákona má jakýkoli fyzický systém, který nevyměňuje energii s jinými systémy (pro vesmír jako celek je taková výměna zjevně vyloučena) tendenci k nejpravděpodobnějšímu rovnovážnému stavu - do tzv. Stavu s maximální entropií (viz entropie). Takový stát by odpovídal „T. z." V. Ještě před vytvořením moderní kosmologie (viz Kosmologie) bylo učiněno mnoho pokusů vyvrátit závěr o T. z." B. Nejznámější z nich je fluktuační hypotéza L. Boltzmanna (1872), podle níž byl vesmír věčně v rovnovážném izotermickém stavu, ale podle zákona náhody se někdy odchylky od tohoto stavu vyskytují na jednom nebo jiném místě; vyskytují se méně často, čím větší plocha pokrývají a větší stupeň odchylky. Moderní kosmologie prokázala, že nejen závěr o „T. z." V., ale dřívější pokusy to vyvrátit jsou také chybné. Důvodem je skutečnost, že nebyly vzaty v úvahu významné fyzikální faktory, a zejména gravitace . S ohledem na gravitaci není rovnoměrné izotermální rozdělení hmoty v žádném případě nejpravděpodobnější a neodpovídá maximální entropii. Pozorování ukazují, že vesmír je ostře nestacionární. Rozšiřuje se a látka, která je téměř homogenní na začátku expanze, se následně rozpadá na samostatné objekty působením gravitačních sil, vytvářející shluky galaxií, galaxií, hvězd, planet. Všechny tyto procesy jsou přirozené, vyskytují se s rostoucí entropií a nevyžadují porušení zákonů termodynamiky. I v budoucnu, s přihlédnutím k gravitaci, nepovedou k homogennímu izotermickému stavu vesmíru - k „T. z." C. Vesmír je vždy nestatický a neustále se vyvíjí.

Svítí: 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 „Heat Death of the Universe“ v dalších slovnících:

Hypotéza předložená R. Clausiem (R. Clausius, 1865) jako extrapolace druhého termodynamického zákona na celý vesmír. Podle Clausia je energie světa konstantní, entropie světa má sklon k maximu. To znamená, že vesmír by měl přijít do stavu ... ... Fyzická encyklopedie

TEPLO SMRTU UNIVERZIE - chybný závěr učiněný v 19. století. na základě druhého zákona o termodynamice (viz), že všechny druhy energie ve vesmíru by nakonec měly přecházet do energie tepelného pohybu, která bude po ... Velká polytechnická encyklopedie

William Thomson - v roce 1852 předpokládal, že termální smrt TSV je termín popisující konečný stav uzavřené termodynamiky ... Wikipedia

William Thomson - v roce 1852 objevil TSV Thermal Death, termín popisující konečný stav uzavřeného termodynamického systému, a zejména vesmír. V tomto případě nebude pozorována žádná směná výměna energie, protože všechno ... ... Wikipedia

Hypotetický. stav světa, ke kterému by jeho vývoj měl údajně vést v důsledku přeměny všech druhů energie na teplo a rovnoměrné rozdělení poslední ve vesmíru; v tomto případě by se vesmír měl dostat do stavu homogenní ... ... Filozofická encyklopedie

"Tepelná smrt vesmíru" - chybný závěr, že všechny druhy energie ve vesmíru musí nakonec projít energií tepelného pohybu, která bude rovnoměrně rozložena po hmotě vesmíru, po které se zastaví všechny makroskopické procesy. Tento závěr ... Koncepty moderní přírodní vědy. Slovník základních pojmů

Chybný závěr, že všechny druhy energie ve vesmíru by se nakonec měly proměnit v energii tepelného pohybu, bude ráj rovnoměrně rozložen po celém vesmíru, po kterém všechny makroskopické v něm zaniknou. procesy. Tento závěr byl ... ... Fyzická encyklopedie

Scénář velké komprese Budoucnost vesmíru je otázkou zvažovanou v rámci fyzické kosmologie. Různé vědecké teorie předpovídaly mnoho možných možností pro budoucnost, mezi nimiž existují názory jak na ničení, tak ... ... Wikipedia

Tento termín má jiné významy, viz konec světa (disambiguation). Smrt lidstva, jak ho vidí umělec (viz také ... Wikipedia

V kosmologii je Big Crunch jedním z možných scénářů pro budoucnost vesmíru, ve kterém se expanze vesmíru v průběhu času mění na kontrakci a vesmír se zhroutí a nakonec se zhroutí do singularity. Recenze ... Wikipedia

Knihy

• Světy Cthulhu, Lovecraft Howard Phillips. Lovecraftova próza je ideálním odrazem vnitřního světa člověka ve stavu existenciální krize: vesmír je chladný a lhostejný, život je konečný, slova a činy nejsou vyšší ...

Pokus rozšířit zákony termodynamiky na vesmír jako celek byl proveden R. Clausiuskteří předložili následující postuláty.

- Energie vesmíru je vždy konstantní, to znamená, že vesmír je uzavřený systém.

- Entropie vesmíru neustále roste.

Pokud přijmeme druhý postulát, musíme uznat, že všechny procesy ve vesmíru jsou zaměřeny na dosažení stavu termodynamické rovnováhy, charakterizované maximem entropie, což znamená největší stupeň chaosu, dezorganizace a vyvažování energie. V tomto případě, ve vesmíru přichází tepelná smrt a žádná užitečná práce, nebudou v něm prováděny žádné nové procesy nebo formace (hvězdy se nebudou zářit, budou se vytvářet nové hvězdy a planety, vývoj vesmíru se zastaví).

Mnoho vědců nesouhlasilo s touto pochmurnou perspektivou, což naznačuje, že spolu s entropickými procesy ve vesmíru by se měly vyskytovat také anti entropické procesy, které brání tepelné smrti vesmíru.

Mezi takovými vědci byl L. Boltzmann, který to navrhl pro malý počet částic by se druhý termodynamický zákon neměl použít , protože v tomto případě není možné hovořit o stavu rovnováhy systému. Navíc by se naše část vesmíru měla považovat za malou část nekonečného vesmíru. A pro tak malou oblast jsou přípustné malé fluktuace (náhodné) odchylky od obecné rovnováhy, díky nimž jako celek zmizí nevratný vývoj naší části vesmíru směrem k chaosu. Ve vesmíru jsou relativně malé oblasti na řádu našeho hvězdného systému, které se po relativně krátkou dobu výrazně liší od tepelné rovnováhy. V těchto oblastech dochází k evoluci, tj. K vývoji, zlepšení, porušení symetrie.

V polovině dvacátého století nová termodynamika s nerovnoměrnou rovnováhou, nebo termodynamika otevřených systémů , nebo synergetika kde místo uzavřeného izolovaného systému zaujalo základní pojetí otevřeného systému. Zakladatelé této nové vědy byli I.R.Prigozhin (1917-2004) a G. Haken (1927).

Otevřený systém Je to systém, který si vyměňuje záležitosti, energii nebo informace s prostředím.

Otevřený systém také produkuje entropii, jako uzavřený, ale na rozdíl od uzavřeného se tato entropie nehromadí v otevřeném systému, ale je uvolňována do prostředí. Použitá odpadní energie (energie nižší kvality - tepelná při nízké teplotě) je rozptýlena v životním prostředí a namísto ní je získávána nová energie z prostředí (vysoce kvalitní, schopná měnit se z jedné formy na druhou), schopná vykonávat užitečnou práci.

Vzniká pro tyto účely materiální struktury schopné rozptylovat spotřebovanou energii a absorbovat čerstvou energii se nazývají disipativní ... V důsledku této interakce systém extrahuje pořadí z prostředí a současně do tohoto prostředí zavádí poruchu. S příchodem nové energie, hmoty nebo informací se nerovnováha v systému zvyšuje. Bývalý vztah mezi prvky systému, který určoval jeho strukturu, se ničí. Vznikají nová propojení mezi prvky systému, což vede ke kooperativním procesům, tj. Ke kolektivnímu chování prvků. Takto lze schematicky popsat procesy samoorganizace v otevřených systémech.

Příklad takového systému může být vzat laserový provoz , pomocí kterého se získá silné optické záření. Chaotické oscilační pohyby částic takového záření způsobené příchodem určité části energie z vnějšku vytvářejí koordinované pohyby. Částice záření začínají oscilovat ve stejné fázi, v důsledku čehož se mnohonásobně zvyšuje výkon laserového záření, což odpovídá množství načerpané energie.

Studium procesů probíhajících v laseru, německý fyzik G. Haken (narozený 1927) pojmenoval nový směr synergetika, která v překladu ze starořeckého znamená „společná akce“, „interakce“.

Dalším dobře známým příkladem samoorganizace jsou chemické reakce studované I. Prigoginem. Samoorganizace v těchto reakcích je spojena se vstupem do systému z vnějšku látek, které poskytují tyto reakce (činidla), na jedné straně a se odstraněním reakčních produktů do životního prostředí na straně druhé. Navenek se taková samoorganizace může projevit ve formě periodicky se vyskytujících soustředných vln nebo v periodické změně barvy reakčního roztoku. Podobná chemická reakce byla získána a studována slavným belgickým chemikem ruského původu I.R.Prigozhin. Prigogine pojmenoval svoji chemickou reakci jako Brusselator po městě Bruselu, kde Prigozhin žil a pracoval a kde byla tato reakce poprvé představena.

Zde o tom psal Prigogine: „Předpokládejme, že máme molekuly dvou druhů:„ červená “a„ modrá “. Vzhledem k chaotickému pohybu molekul by se dalo očekávat, že v určitém okamžiku bude na levé straně plavidla více „červených“ molekul, a v další chvíli bude více „modrých“ molekul atd. Barva směsi je obtížné popsat: fialová s nepravidelnými přechody na modrou a červenou. Při pohledu na chemické hodiny uvidíme jiný obrázek: celá reakční směs bude modrá, pak se její barva ostře změní na červenou, pak zpět na modrou atd. Ke změně barvy dochází ve správných intervalech. Aby se současně změnila jejich barva, musejí molekuly nějakým způsobem udržovat pouta. Systém by se měl chovat jako celek “(Prigogine I., Stengers I. Řád z chaosu M., 1986. P.202-203).

Samozřejmě neexistuje žádná „tajná dohoda“ mezi molekulami v doslovném smyslu slova a nemohla být. Faktem je, že v určitém okamžiku začaly všechny molekuly vibrovat v jedné fázi - modré, a pak se celá směs stala modrou. Po určité době začaly molekuly vibrovat v další fázi - červená fáze, a poté celá směs získala červenou barvu atd., Dokud nebyla reakce činidla ukončena.

Vezměme si další příklad. Pokud vezmeme průhledný cirkusový buben s modrými a červenými míčky a začneme jej otáčet určitou frekvencí - frekvencí červené, pak, stejně jako v případě molekul, zjistíme, že všechny koule zčervenaly. Pokud změníme frekvenci rotace bubnu na odpovídající modrou vlnovou délku, uvidíme, že koule se změnila na modrou, atd.

Nej ilustrativnějším příkladem samoorganizace je benardovy buňky ... Jedná se o malé hexagonální struktury, které se mohou například vytvořit ve vrstvě oleje v pánvi při odpovídajícím teplotním rozdílu. Jakmile teplotní režim měnící se buňky se rozpadají.

Abychom tedy mohli spontánně vybudovat novou strukturu, je nutné nastavit příslušné parametry prostředí.

Kontrolní parametry Jsou parametry prostředí, které vytvářejí okrajové podmínky, v nichž tento otevřený systém existuje (může to být teplotní režim, odpovídající koncentrace látek, frekvence rotace atd.).

Parametry objednávky- jedná se o „reakci“ systému na změnu kontrolních parametrů (restrukturalizace systému).

Je zřejmé, že proces samoorganizace nemusí začít v žádném systému a za žádných podmínek. Podívejme se na podmínky, za kterých může proces samoorganizace začít.

Nezbytné podmínky za vznik samoorganizace v různých systémech jsou následující:

1. Systém musí být otevřeno , protože uzavřený systém musí nakonec dospět do stavu maximální poruchy, chaosu, dezorganizace v souladu s termodynamickým zákonem 2;

2. Otevřete systém musí být dostatečně daleko od bodu termodynamické rovnováhy ... Pokud se systém již blíží tomuto bodu, nevyhnutelně se k němu přiblíží a nakonec dojde ke stavu úplného chaosu a dezorganizace. Z hlediska termodynamické rovnováhy je silným atraktorem;

3. Základním principem samoorganizace je „ vznik řádu prostřednictvím výkyvů “ (I. Prigogine). Kolísání nebo náhodné odchylky systému od nějaké průměrné polohy na začátku jsou systémem potlačeny a eliminovány. V otevřených systémech se však díky zesílení nerovnováhy v průběhu času tyto odchylky zvyšují, zesilují a nakonec vedou k „uvolnění“ předchozího řádu, k chaosu systému. Ve stavu nestability, nestability bude systém zvláště citlivý na počáteční podmínky, citlivý na kolísání. V tuto chvíli se od makrokontroléru systému k jeho mikrolevelu prorazí určitý druh fluktuace a vybírá se další cesta vývoje systému, jeho další restrukturalizace. Je v podstatě nemožné předvídat, jak se bude systém chovat ve stavu nestability, jakou volbu si vybere. Tento proces je charakterizován jako princip „vzniku řádu prostřednictvím kolísání“. Kolísání je náhodné. Je tedy zřejmé, že vznik něčeho nového na světě je spojen s působením náhodných faktorů.

Například totalitní společnost v Sovětském svazu byla solidní sociální strukturou. Informace přicházející ze zahraničí o životě jiných společností, obchodu (výměna zboží) atd. začal způsobovat odchylky v totalitní společnosti ve formě svobodného myšlení, nespokojenosti, disidentství atd. Struktura totalitní společnosti byla zpočátku schopna tyto fluktuace potlačit, ale staly se stále více a jejich síla rostla, což vedlo k otřesům a zhroucení staré totalitní struktury a jejímu nahrazení novou.

A ještě jeden komický příklad: Příběh tuřín. Dědeček zasadil tuřín. Rozrostla se velká vodnice. Je čas ji vytáhnout ze země. Můj dědeček táhl, táhl tuřín, ale nemohl ho vytáhnout. Náš tuřínový systém je stále příliš stabilní. Dědeček zavolal na pomoc babičce. Táhli, táhli vodnici dohromady, ale nemohli ji vytáhnout. Výkyvy, které rozbijí tuřín, rostou, ale ještě nestačí zničit systém (tuřín). Zavolali své vnučce, ale ani tuřín nevytahovali. Pak zavolali psovi Zhuchce a nakonec zavolali myši. Zdálo by se, jaké úsilí může myš vyvinout, ale byla to „poslední sláma“, která vedla ke kvalitativně nové změně v systému - jeho kolaps (vodnice byla vytažena ze země). Myši lze nazvat nepředvídatelnou nehodou, která hrála rozhodující roli, nebo „menší příčinou velkých událostí“;

4. Vznik samoorganizace je založen na pozitivní zpětná vazba ... Podle principu pozitivní zpětné vazby nejsou změny, které se objevují v systému, eliminovány, ale intenzifikovány, akumulovány, což nakonec vede k destabilizaci, uvolnění staré struktury a jejím nahrazení novou;

5. Procesy vlastní organizace jsou doprovázeny porušení symetrie ... Symetrie znamená stabilitu, neměnitelnost. Sebeorganizace na druhé straně předpokládá asymetrii, tj. Vývoj, vývoj;

6. Samoorganizace může začít pouze ve velkých systémech, které mají dostatečný počet interakčních prvků (10 10 - 10 14 prvků), tj. V systémech, které mají některé kritické parametry ... Pro každý konkrétní samoorganizovaný systém jsou tyto kritické parametry odlišné.

Přednáška číslo 14. Základní pojmy synergetiky. Schopnost řídit synergické systémy.

Výbušné, katastrofické procesy jsou lidstvu známy již dlouhou dobu. Například člověk cestující v horách na základě svých empirických zkušeností věděl, že horská lavina se může náhle zhroutit, téměř z dechu větru nebo z neúspěšného kroku.

Revoluce a kataklyzmy byly často důsledky poslední kapky lidové nespokojenosti, poslední náhodné události, která přetékala váhy. Byly to typické malé příčiny velkých událostí.

Každý z nás si může pamatovat určité situace volby, které stály na cestě života, av rozhodných okamžicích života se před námi otevřelo několik příležitostí. Všichni jsme součástí mechanismů, kde v kritickém okamžiku, momentu obratu rozhodující volba definuje náhodnou událost. Takže, lavinové procesy, sociální katastrofy a šoky, kritické situace volby na životní cestě každého člověka ... Je možné poskytnout jediný vědecký základ pro všechna tato zdánlivě odlišná fakta? Posledních 30 let položilo základy takového univerzálu vědecký modelkterý byl pojmenován synergetika.

Jak jsme viděli, synergie je založena na nápadech konzistence, holistický přístup světu, nelinearity (to znamená mnoho variací), nezvratnost , hluboko vztah chaosu a řádu ... Synergie nám dává obraz složitý svět , což není, ale stává se nejen existující, ale neustále se rozvíjející ... Tento svět se vyvíjí nelineární zákony , je plný neočekávané , nepředvídatelné zatáčky, spojené s volbou další cesty vývoje.

Předmět synergetiky jsou mechanismy samoorganizace ... Jedná se o mechanismy pro vytváření a ničení struktur, mechanismy, které zajišťují přechod od chaosu k pořádku a zpět. Tyto mechanismy nezávisí na specifické povaze systémových prvků. Jsou nedílnou součástí neživého světa a přírody, člověka a společnosti. Synergetika je proto považována za interdisciplinární oblast vědeckého výzkumu.

Synergetika, stejně jako kterákoli jiná věda, má svůj vlastní jazyk, svůj vlastní systém pojmů. Jsou to takové pojmy jako „atraktor“, „bifurkace“, „fraktální objekt“, „deterministický chaos“ a další. Tyto koncepce by se měly stát přístupnými pro všechny vzdělané osoby, zejména proto, že mohou najít odpovídající analoga ve vědě a kultuře.

Hlavní pojmy synergetiky jsou pojmy „chaos“ a „řád“.

Objednat Je množina prvků jakékoli povahy, mezi nimiž existují stabilní (pravidelné) vztahy, opakující se v prostoru a čase. Například řada vojáků pochodujících v průvodu.

Chaos- soubor prvků, mezi nimiž neexistují stabilní opakující se vztahy. Například dav lidí v panice.

Pojem „atraktor“ blízko konceptu cíle. Tento koncept lze označit jako cíl, jako směr chování systému, jako stabilní relativně konečný stav. V synergetice atraktor je chápán jako relativně stabilní stav systému, který, jak to bylo, přitahuje k sobě celou řadu trajektorií systému určeno různými počátečními podmínkami. Pokud systém spadne do přitahovacího kužele, pak se nevyhnutelně vyvine do tohoto relativně stabilního stavu. Například, bez ohledu na počáteční polohu míče, bude se točit na dno jámy. Klidový pohyb míče spočívá v klidovém stavu míče ve spodní části jámy.

Přitahovatelé rozdělen na jednoduchý a zvláštní .

Jednoduchý atraktor(atraktor) je mezní stav objednávky. Systém buduje pořádek a zlepšuje jej ne nekonečno, ale na úroveň určenou jednoduchým atraktorem.

Podivný atraktor Je omezujícím stavem chaosu systému. Systém je chaotický, rozpadá se také ne nekonečno, ale na úroveň určenou podivným lákadlem.

Pojem rozdvojení překlad z angličtiny znamená vidličku se dvěma hroty - vidlice. Obvykle nemluví o samotném rozdvojení, ale o bifurkační body ... Synergický význam bifurkační body takový je - toto je větev možných evolučních cest systému . Perfektní volba prochází větvícími body a uzavírá další cesty, čímž je vývojový proces nevratný .

Nelineární systém lze definovat jako systém, který obsahuje bifurkace.

Pro synergii je velmi důležité nelinearita ... Pod nelinearita rozumět:

1. Možnost volby cesty vývoje systému (předpokládá se, že systém nemá jednu cestu vývoje, ale několik);

2. Nesouměřitelnost našeho dopadu na systém a výsledek v něm získaný. Podle přísloví „myš porodí horu“.

Co se říká v synergetice "Rozvětvení." „Má hluboké analogy v kultuře. Když stojí báječný rytíř, přemýšlí o kameni u silnice na rozcestí a volba cesty určí jeho budoucí osud, pak je to v podstatě vizuálně-obrazové znázornění bifurkace v lidském životě. Evoluce biologických druhů prezentovaných ve formě evoluční strom , jasně ilustruje větvící se cesty vývoje živé přírody.

Nejvýznamnější teorie je o tom, jak začal vesmír velkého třesku, kde veškerá hmota nejprve existovala jako singularita, nekonečně hustý bod v malém prostoru. Pak jí něco způsobilo explozi. Hmota expandovala neuvěřitelnou rychlostí a nakonec vytvořila vesmír, který dnes vidíme.

Big Squeeze je, jak jste možná uhodli, opakem Velkého třesku. Všechno, co se rozptýlí po okrajích vesmíru, se bude stahovat pod vlivem gravitace. Podle této teorie gravitace zpomalí expanzi způsobenou Velkým třeskem a nakonec se vše vrátí do bodu.

1. Nevyhnutelná tepelná smrt vesmíru.

Mysli na tepelnou smrt jako na pravý opak Big Squeeze. V tomto případě není gravitační síla dostatečně silná, aby překonala expanzi, protože vesmír prostě směřuje k expanzi geometrický průběh... Galaxie se rozbíhají jako nešťastní milenci a všudypřítomná noc mezi nimi roste širší a širší.

Vesmír se řídí stejnými pravidly jako jakýkoli termodynamický systém, což nás nakonec povede k tomu, že teplo je rovnoměrně distribuováno v celém vesmíru. Nakonec celý vesmír zhasne.

1. Tepelná smrt od 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. Většina teorie černé díry zahrnuje polykání hvězd nebo dokonce celých galaxií, když vstupují do horizontu události díry.

Nakonec tyto černé díry spotřebují většinu hmoty a my zůstaneme v temném vesmíru.

1. Konec času.

Pokud je něco věčné, pak je určitě čas. Ať už existuje vesmír nebo ne, čas ubíhá. Jinak by neexistoval způsob, jak rozlišit jeden okamžik od příštího. Ale co když je čas zbytečný a jen se zastavil? Co když už nejsou žádné další okamžiky? Stejný okamžik v čase. Navždy a napořád.

Předpokládejme, že žijeme ve vesmíru, ve kterém čas nikdy nekončí. S nekonečným množstvím času je pravděpodobné, že se stane cokoli, co se může stát. Paradox se stane, pokud budete mít věčný život. Žijete nekonečný čas, takže je zaručeno, že se stane cokoli, co se může stát (a stane se to nekonečně mnohokrát). Může se také stát čas zastavení.

1. Velká kolize.

Velká kolize je podobná Big Squeeze, ale mnohem optimističtější. Představte si stejný scénář: Gravitace zpomaluje expanzi vesmíru a vše se stahuje zpět do jednoho bodu. V této teorii je síla této rychlé kontrakce dostatečná pro zahájení dalšího Velkého třesku a vesmír začíná znovu.

Fyzikům se toto vysvětlení nelíbí, takže někteří vědci tvrdí, že vesmír se nemusí vrátit až k výjimečnosti. Místo toho se to velmi tvrdě vytlačí a pak se vytlačí silou podobnou té, která tlačí míč pryč, když ho trefíte na podlahu.

1. Dobré rozdělení.

Bez ohledu na to, jak svět končí, vědci ještě necítí potřebu použít (hrubě podhodnocené) slovo „velké“ k jeho popisu. V této teorii se neviditelná síla nazývá „ temná energie», To způsobuje zrychlení expanze vesmíru, které pozorujeme. Nakonec se rychlosti natolik zvýší, že se hmota začne rozpadat na malé částice. Ale existuje také světlá stránka tato teorie, přinejmenším Velký trh, bude muset čekat dalších 16 miliard let.

1. Vliv vakuové metastability.

Tato teorie závisí na myšlence, že existující vesmír je v extrémně nestabilním stavu. Když se podíváte na hodnoty kvantových částic ve fyzice, můžete předpokládat, že náš vesmír je na pokraji stability.

Někteří vědci spekulují, že o miliardy let později bude vesmír na pokraji kolapsu. Když k tomu dojde, v určitém okamžiku ve vesmíru se objeví bublina. Ber to jako alternativní vesmír. Tato bublina se rozšíří ve všech směrech rychlostí světla a zničí všechno, čeho se dotkne. Nakonec tato bublina zničí všechno ve vesmíru.

1. Dočasná bariéra.

Protože fyzikální zákony nedávají smysl v nekonečném multivesmíru, jediný způsob, jak pochopit tento model, je předpokládat, že existuje skutečná hranice, fyzická hranice vesmíru a nic nemůže překročit. A v souladu se zákony fyziky překročíme v příštích 3,7 miliardách let časovou bariéru a vesmír pro nás skončí.

1. To se nestane (protože žijeme v multiverse).

Ve scénáři multivesmíru, s nekonečnými vesmíry, mohou tyto vesmíry vzniknout v existujících nebo z existujících vesmírů. Mohou vycházet z velkých třesků, zničených velkými kompresemi nebo mezerami, na tom však nezáleží, protože vždy bude více nových vesmírů než zničených.

1. Věčný vesmír.

Ach, věková představa, že vesmír byl vždy a vždy bude. Toto je jeden z prvních konceptů, které lidé vytvořili o povaze vesmíru, ale v této teorii je také nové kolo, které zní trochu zajímavěji, dobře, vážně.

Místo singularity a velkého třesku, které označovaly samotný začátek času, mohl čas existovat dříve. V tomto modelu je vesmír cyklický a bude se navždy rozšiřovat a stahovat.

V příštích 20 letech si budeme jistější, když řekneme, která z těchto teorií je nejvíce v souladu s realitou. A možná najdeme odpověď na otázku, jak náš vesmír začal a jak to skončí.

\u003e Tepelná smrt

Prozkoumat hypotéza tepelné smrti vesmíru. Přečtěte si pojem a teorie tepelné smrti, role entropie ve vesmíru, termodynamická rovnováha, teplota.

Univerzální entropie neustále roste. Jeho cílem je termodynamická rovnováha, k níž povede tepelná smrt.

Učební výzva

• Zvažte procesy vedoucí k problému tepelné smrti vesmíru.

Klíčové body

• V raném vesmíru byla veškerá hmota a energie snadno nahrazena a byla ve své podstatě identická.
• S rostoucí entropií se otevírá přístup k práci čím dál méně energie.
• Vesmír má sklon k termodynamické rovnováze - maximální entropii. To je smrt tepla a konec činnosti všeho.

Podmínky

• Asteroid je přírodní pevná látka, která má menší velikost než planeta a nepůsobí jako kometa.
• Entropie je míra distribuce jednotné energie v systému.
• Geotermální - odkazuje na tepelnou energii pocházející z hlubinných zemských nádrží.

V raném vesmíru byla hmota a energie ve své podstatě identické a snadno se nahradily. V mnoha procesech samozřejmě hrála hlavní roli gravitace. Vypadalo to jako nepořádek, ale veškerá budoucí vesmírná energie byla nabídnuta pro tuto práci.

Rozvinul se prostor a vznikaly teplotní rozdíly více možností... Hvězdy mají lepší ohřev než planety, které jsou před asteroidy, a ty jsou teplejší než vakuum. Mnoho z nich se ochladilo kvůli násilnému rušení (jaderný výbuch hvězd, sopečná činnost v blízkosti Země atd.). Pokud nedostanete další energii, jejich dny jsou očíslovány. Níže je mapa vesmíru.

Jedná se o velmi mladý vesmír s kolísáním teploty (zvýrazněný barvami), který odpovídá zrnám, které se staly galaxiemi

Čím vyšší entropie se stala, tím méně energie šlo do práce. Země má velké energetické rezervy (fosilní a jaderné palivo), obrovské teplotní rozdíly (větrná energie), geotermální energii v důsledku rozdílu teplotních značek zemských vrstev a přílivovou energii vody. Ale část jejich energie nikdy nepůjde do práce. Výsledkem bude vyčerpání všech druhů paliva a vyrovnávání teplot.

Vesmír je vnímán jako uzavřený systém, takže prostorová entropie se neustále zvyšuje a množství energie dostupné pro práci se snižuje. Nakonec, když všechny hvězdy explodují, jsou použity všechny tvary. potenciální energiea teploty se vyrovnají, práce bude prostě nemožná.

Náš vesmír usiluje o termodynamickou rovnováhu (maximální entropie). Tento scénář je často označován jako tepelná smrt - ukončení veškeré činnosti. Prostor se však stále rozšiřuje a je stále příliš daleko. Výpočty z černých děr ukázaly, že entropie bude pokračovat dalších 10 100 let.

Úvod

1. Pojetí vesmíru

2. Problém tepelné smrti vesmíru

2.2 Výhody a nevýhody teorie tepelné smrti

Závěr

Úvod

V tomto článku budeme hovořit o budoucnosti našeho vesmíru. O budoucnosti je velmi vzdálené, natolik, že není známo, zda vůbec přijde. Život a vývoj vědy významně mění naše představy o vesmíru ao jeho vývoji a zákonech upravujících tento vývoj. Existence černých děr byla skutečně předpovězena již v 18. století. Teprve ve druhé polovině XX. Století se však začaly považovat za gravitační hroby hmotných hvězd a za místa, kde významná část hmoty přístupná pozorování může navždy „propadnout“ a opustit obecný oběh. Později se ukázalo, že černé díry se vypařují, a tedy navracené absorbované, i když v úplně jiné podobě. Kosmofyzici neustále vyjadřují nové myšlenky. Proto jsou obrazy, které byly nedávno natřeny, náhle zastaralé.

Jedním z nejkontroverznějších asi 100 let je otázka možnosti dosažení rovnovážného stavu ve vesmíru, což odpovídá konceptu jeho „tepelné smrti“. V této práci to vezmeme v úvahu.

A co je vesmír? Vědci chápou tento termín jako největší oblast vesmíru, včetně všech nebeských těles a jejich systémů dostupných pro studium, tj. jak metagalaxy, tak možné prostředí, které stále ovlivňuje povahu distribuce a pohybu těl ve své astronomické části.

Je známo, že metagalaxy je ve stavu přibližně homogenní a izotropní expanze. Všechny galaxie se pohybují od sebe rychlostí, která je větší, čím větší je vzdálenost mezi nimi. Časem se rychlost této expanze snižuje. Ve vzdálenosti 15-20 miliard světelných let se tato vzdálenost objevuje rychlostí blízkou rychlosti světla. Z tohoto a mnoha dalších důvodů nemůžeme vidět vzdálenější objekty. Existuje, jak to bylo, jakýsi „horizont viditelnosti“. Látka na tomto horizontu je v superdenzním („singulárním“, tj. Zvláštním) stavu, ve kterém to bylo v okamžiku podmíněného začátku expanze, i když na tomto skóre existují i \u200b\u200bjiné předpoklady. Kvůli konečnosti rychlosti šíření světla (300 000 km / s) nemůžeme vědět, co se nyní děje na horizontu, ale některé teoretické výpočty naznačují, že za horizontem viditelnosti je hmota distribuována v prostoru s přibližně stejnou hustotou jako uvnitř. ... To vede k homogenní expanzi i přítomnosti samotného horizontu. Metagalaxy se proto často neomezuje pouze na viditelnou část, ale je považován za supersystém, identifikovaný celým vesmírem jako celek, přičemž jeho hustota je jednotná. V nejjednodušších kosmologických konstrukcích se zvažují dvě hlavní možnosti chování vesmíru - neomezená expanze, při které se průměrná hustota hmoty v průběhu času mění na nulu, a expanze se zastávkou, po které by se Metagalaxy mělo začít stahovat. Obecně se ukazuje, že přítomnost hmoty ohýbá prostor. V modelu, kde expanze ustupuje kontrakci, je hustota dostatečně vysoká a zakřivení se ukazuje být takové, že se prostor „uzavírá sám o sobě“, jako je povrch koule, ale ve světě s více rozměry než „máme“. Přítomnost horizontu vede k tomu, že ani tento prostorově konečný svět nevidíme v celém rozsahu. Z pohledu pozorování se tedy uzavřený a otevřený svět příliš neliší.

Pravděpodobně je skutečný svět komplikovanější. Mnoho kosmologů naznačuje, že existuje několik, možná i mnoho metagalaxií, a všechny dohromady mohou představovat nějaký nový systém, který je součástí nějaké ještě větší formace (možná zásadně odlišné povahy). Jednotlivé části tohoto hyperworldu (vesmíry v úzkém smyslu) mohou mít zcela odlišné vlastnosti, nemusí být vzájemně propojeny známými fyzickými interakcemi (nebo mohou být slabě propojeny, což je případ tzv. Polouzavřeného světa). V těchto částech hyperworldu se mohou projevovat jiné zákony přírody a základní konstanty, jako je rychlost světla, mohou mít různé hodnoty nebo zcela chybí. Konečně tyto vesmíry nemusí mít stejný počet prostorových rozměrů jako naše.

2.1 Druhý zákon termodynamiky

Podle druhého zákona (začátek) termodynamiky mají procesy probíhající v uzavřeném systému vždy rovnovážný stav. Jinými slovy, pokud neexistuje neustálý tok energie do systému, procesy probíhající v systému mají tendenci utlumovat a zastavovat se.

Myšlenka přípustnosti a dokonce i potřeba aplikovat druhý zákon termodynamiky na vesmír jako celek patří W. Thomsonovi (Lord Kelvin), který jej publikoval již v roce 1852. O něco později formuloval R. Clausius zákony termodynamiky tak, jak jsou aplikovány na celý svět, v následující podobě: 1. Energie světa je konstantní. 2. Entropie světa inklinuje k maximu.

Maximální entropie jako termodynamická charakteristika stavu odpovídá termodynamické rovnováze. Interpretace této polohy se proto obvykle zklidnila (a nyní se často redukuje) na skutečnost, že všechny pohyby na světě by se měly proměnit v teplo, vyrovnají se všechny teploty a hustota v dostatečně velkých objemech by se měla stát všude stejná. Tento stav se nazývá tepelná smrt vesmíru.

Skutečná rozmanitost světa (s výjimkou snad distribuce hustoty na největších aktuálně sledovaných stupnicích) není zdaleka namalovaný obrázek. Pokud ale svět existuje navždy, měl by se stát smrt horka už dávno. Výsledný rozpor se nazývá termodynamický paradox kosmologie. K jeho odstranění bylo nutné připustit, že svět neexistoval dostatečně dlouho. Pokud mluvíme o pozorovatelné části vesmíru, stejně jako o jeho předpokládaném prostředí, pak to zřejmě platí. Už jsme řekli, že je ve stavu expanze. Vznikla s největší pravděpodobností v důsledku výbušné fluktuace v pravěkém vakuu složité povahy (nebo, dalo by se říci, v hyperworldu) před 15 nebo 20 miliardami let. Astronomické objekty - hvězdy, galaxie - se objevily v pozdější fázi expanze z původně téměř přísně homogenní plazmy. Otázka však zůstává ve vztahu ke vzdálené budoucnosti. Co nás nebo náš svět čeká? Dojde tepelná smrt dříve nebo později, nebo je tento závěr teorie z nějakého důvodu nesprávný?

2.2 Výhody a nevýhody teorie tepelné smrti

Mnoho předních fyziků (L. Boltzmann, S. Arrhenius a další) kategoricky popřelo možnost tepelné smrti. Zároveň ani v dnešní době si neméně významní vědci nejsou jisti její nevyhnutelností. Pokud mluvíme o odpůrcích, pak s výjimkou Boltzmanna, který upozornil na roli fluktuací, byla jejich argumentace spíše emotivní. Teprve ve třicátých letech tohoto století se objevily vážné úvahy o termodynamické budoucnosti světa. Všechny pokusy o vyřešení termodynamického paradoxu lze seskupit podle tří hlavních myšlenek, na nichž jsou založeny:

1. Lze si myslet, že druhý termodynamický zákon je nepřesný nebo jeho interpretace je nesprávná.

2. Druhý zákon je správný, ale systém jiných fyzických zákonů je nesprávný nebo neúplný.

3. Všechny zákony jsou správné, ale kvůli některým jeho vlastnostem se nevztahují na celý vesmír.

Do stejné míry mohou a mohou být všechny možnosti skutečně použity, byť s různou mírou úspěchu, k vyvrácení závěru o možné tepelné smrti vesmíru v libovolně vzdálené budoucnosti. Pokud jde o první bod, poznamenáváme, že v „termodynamice“ K.A. Putilova (M., Nauka, 1981) uvádí 17 různých definic entropie, z nichž všechny nejsou ekvivalentní. Řekneme pouze, že pokud vezmeme v úvahu statistickou definici, která bere v úvahu přítomnost výkyvů (Boltzmann), je druhý zákon ve formulaci Clausia a Thomsona skutečně nepřesný.

Zákon o rostoucí entropii, jak se ukazuje, není absolutní. Snaha o rovnováhu podléhá pravděpodobnostním zákonům. Entropie získala matematický výraz ve formě pravděpodobnosti stavu. Po dosažení konečného stavu, o kterém se dosud předpokládalo, že odpovídá maximální entropii Smax, systém v něm zůstane déle než v jiných státech, i když k tomu bude nevyhnutelně dojít v důsledku náhodných výkyvů. Velké odchylky od termodynamické rovnováhy budou navíc mnohem vzácnější než malé. Ve skutečnosti je stav s maximální entropií dosažitelný pouze ideálně. Einstein poznamenal, že „termodynamická rovnováha, přesně řečeno, neexistuje“. V důsledku fluktuací bude entropie kolísat v některých malých mezích, vždy pod Smaxem. Jeho průměrná hodnota bude odpovídat Boltzmannově statistické rovnováze. Namísto termální smrti jsme tedy mohli hovořit o přechodu systému na nějaký „nejpravděpodobnější“, ale stále konečný statisticky rovnovážný stav. Předpokládá se, že termodynamická a statistická rovnováha je prakticky stejná. Tento chybný názor byl zamítnut F.A. Tsitsin, který ukázal, že rozdíl je ve skutečnosti velmi velký, i když zde nemůžeme mluvit o konkrétních významech rozdílu. Je důležité, aby žádný systém (například ideální plyn v nádobě) dříve či později neměl maximální hodnotu entropie, ale spíše odpovídající, jak to bylo, relativně nízké pravděpodobnosti. Ale tady jde o to, že entropie nemá jeden stát, ale jejich obrovský soubor, který se nazývá jediný stát pouze z nedbalosti. Každý ze států s má opravdu malou pravděpodobnost implementace, a proto systém v každé z nich nezůstává dlouho. Ale pro jejich kompletní sadu je pravděpodobnost vysoká. Proto soubor částic plynu dosáhl stavu s entropií blízko , měl by jít poměrně rychle do jiného státu s přibližně stejnou entropií, pak do dalšího atd. A i když ve stavu blízkém Smaxu, bude plyn trávit více času než v kterémkoli státě s , posledně jmenované se stávají výhodnějšími.