25.04.2020

Moartea căldurii universului („Moartea la căldură” a Universului,)

o concluzie eronată că toate tipurile de energie din Univers ar trebui să se transforme în cele din urmă în energia mișcării termice, care va fi distribuită uniform asupra substanței Universului, după care toate procesele macroscopice se vor opri în el.

Această concluzie a fost formulată de R. Clausius (1865) pe baza celei de-a doua legi a termodinamicii (a se vedea a doua lege a termodinamicii). Conform celei de-a doua legi, orice sistem fizic care nu face schimb de energie cu alte sisteme (pentru Univers în ansamblu, un astfel de schimb este în mod evident exclus) are tendința către cea mai probabilă stare de echilibru - spre așa-numita stare cu o entropie maximă (Vezi Entropia). O astfel de stare ar corespunde „T. din." V. Chiar înainte de crearea cosmologiei moderne (vezi Cosmologia), au fost făcute numeroase încercări de a respinge concluzia despre „T. din." B. Cea mai cunoscută dintre ele este ipoteza de fluctuație a lui L. Boltzmann (1872), conform căreia Universul a fost veșnic într-o stare izotermă de echilibru, dar conform legii întâmplării, abaterile de la această stare apar uneori într-un loc sau altul; acestea apar mai rar, cu cât este mai mare suprafața pe care o acoperă și cu atât este mai mare gradul de deviere. Cosmologia modernă a stabilit că nu numai concluzia despre „T. din." V., dar încercările timpurii de respingere sunt, de asemenea, eronate. Acest lucru se datorează faptului că nu au fost luați în considerare factori fizici importanți și, mai ales, gravitația . Ținând cont de gravitație, o distribuție izotermă uniformă a materiei nu este în niciun caz cea mai probabilă și nu corespunde entropiei maxime. Observațiile arată că universul este brusc nestatic. Se extinde, iar substanța, care este aproape omogenă la începutul expansiunii, se dezintegrează ulterior în obiecte separate sub acțiunea forțelor gravitaționale, formând grupuri de galaxii, galaxii, stele, planete. Toate aceste procese sunt naturale, apar odată cu creșterea entropiei și nu necesită încălcarea legilor termodinamicii. Chiar și în viitor, ținând cont de gravitație, ele nu vor duce la o stare izotermă omogenă a Universului - la „T. din." C. Universul este întotdeauna nestatic și evoluează continuu.

Lit .: Zeldovich Ya.B., Novikov I.D., Structura și evoluția Universului, M., 1975.

I. D. Novikov.

Marea enciclopedie sovietică. - M .: enciclopedia sovietică. 1969-1978 .

Vedeți ce este „Moartea prin căldură a Universului” în alte dicționare:

Ipoteza prezentată de R. Clausius (R. Clausius, 1865) ca extrapolare a celei de-a doua legi a termodinamicii întregului Univers. Potrivit lui Clausius, energia lumii este constantă, entropia lumii tinde la maximum. Adică Universul ar trebui să vină la stat ... ... Enciclopedia fizică

CALITATEA MOARTEI UNIVERSULUI - o concluzie eronată făcută în secolul al XIX-lea. pe baza celei de-a doua legi a termodinamicii (a se vedea), că toate tipurile de energie din Univers ar trebui să treacă în cele din urmă în energia mișcării termice, care va fi distribuită uniform asupra substanței Universului, după ... Enciclopedia politehnică mare

William Thomson - în 1852 ipoteza despre TSV Moartea termică este un termen care descrie starea finală a oricărei termodinamici închise ... Wikipedia

William Thomson - în 1852 a descoperit TCV Thermal Death, un termen care descrie starea finală a oricărui sistem termodinamic închis și în special Universul. În acest caz, nu se va observa un schimb direcțional de energie, deoarece totul ... ... Wikipedia

Ipotetic. starea lumii, la care dezvoltarea ei ar trebui să conducă, ca urmare a transformării tuturor tipurilor de energie în căldură și distributie uniforma ultimul în spațiu; în acest caz, Universul ar trebui să ajungă la o stare omogenă ... ... Enciclopedia filosofică

„Moarte căldură a Universului” - concluzia eronată că toate tipurile de energie din Univers, în final, trebuie transformate în energia mișcării termice, care va fi distribuită uniform asupra materiei Universului, după care toate procesele macroscopice se vor opri în el. Această concluzie ... Conceptele științei naturale moderne. Glosar de termeni de bază

Concluzia eronată că toate tipurile de energie din Univers ar trebui să se transforme în cele din urmă în energia mișcării termice, paradisul va fi distribuit uniform în întregul Univers, după care toate cele macroscopice vor înceta. procese. Această concluzie a fost ... ... Enciclopedia fizică

Scenariul marilor compresiuni Viitorul Universului este o întrebare luată în considerare în cadrul cosmologiei fizice. Diverse teorii științifice au prezis multe opțiuni posibile pentru viitor, printre care există opinii despre distrugere și ... ... Wikipedia

Acest termen are alte semnificații, vezi Sfârșitul lumii (dezambiguizare). Moartea umanității, văzută de artist (vezi și ... Wikipedia

În cosmologie, Big Crunch este unul dintre scenariile posibile pentru viitorul universului, în care expansiunea universului se schimbă în timp până la contracție și universul se prăbușește, în cele din urmă, prăbușindu-se într-o singularitate. Recenzie ... Wikipedia

Cărți

• Worlds of Cthulhu, Lovecraft Howard Phillips. Proza lui Lovecraft este o reflectare ideală a lumii interioare a unei persoane aflată într-o stare de criză existențială: cosmosul este rece și indiferent, viața este finită, nu există un nivel mai înalt în cuvinte și fapte ...

O încercare de a extinde legile termodinamicii la Univers în ansamblul său R. Clausiuscare au prezentat următoarele postulate.

- Energia Universului este întotdeauna constantă, adică Universul este un sistem închis.

- Entropia Universului este în continuă creștere.

Dacă acceptăm cel de-al doilea postulat, atunci trebuie să recunoaștem că toate procesele din Univers au ca scop realizarea unei stări de echilibru termodinamic, caracterizată printr-un maxim de entropie, ceea ce înseamnă cel mai mare grad de haos, dezorganizare și echilibrare energetică. În acest caz, în Univers vine moarte căldură și nici o lucrare utilă, nu se vor efectua noi procese sau formațiuni în ea (stelele nu vor străluci, se vor forma stele și planete noi, evoluția universului se va opri).

Mulți oameni de știință nu au fost de acord cu această perspectivă sumbră, sugerând că, împreună cu procesele entropice din Univers, ar trebui să apară și procese anti-entropie care împiedică moartea termică a Universului.

Printre astfel de oameni de știință a fost L. Boltzmann, care a sugerat acest lucru pentru un număr mic de particule nu trebuie să se aplice a doua lege a termodinamicii , deoarece în acest caz este imposibil să vorbim despre starea de echilibru a sistemului. Mai mult decât atât, partea noastră de Univers ar trebui considerată ca o mică parte a Universului infinit. Și pentru o regiune atât de mică, sunt permise deviații mici (aleatorii) de la echilibrul general, datorită cărora evoluția ireversibilă a părții noastre de Univers spre haos dispare în ansamblu. Există zone relativ mici în Univers, de ordinul sistemului nostru stelar, care se abat semnificativ de la echilibrul termic pentru perioade relativ scurte de timp. În aceste domenii, evoluția are loc, adică dezvoltarea, îmbunătățirea, încălcarea simetriei.

La mijlocul secolului XX, o nouă termodinamică fără echilibru sau termodinamica sistemelor deschise , sau sinergetica unde locul unui sistem izolat închis a fost luat de conceptul fundamental al unui sistem deschis. Fondatorii acestei noi științe au fost I.R.Prigozhin (1917-2004) și G. Haken (1927).

Sistem deschis Este un sistem care face schimb de materie, energie sau informații cu mediul înconjurător.

Un sistem deschis produce, de asemenea, entropie, precum unul închis, dar spre deosebire de unul închis, această entropie nu se acumulează într-un sistem deschis, ci este eliberat în mediu. Energia uzată (energie de calitate inferioară - termică la temperatură scăzută) este disipată în mediu și în loc de aceasta, energie nouă este extrasă din mediu (de înaltă calitate, capabilă să se schimbe de la o formă la alta), capabilă să efectueze lucrări utile.

Apărute în aceste scopuri structurile materiale capabile să disipeze energia utilizată și să absoarbă energia proaspătă sunt numite disipative ... Ca urmare a acestei interacțiuni, sistemul extrage ordinea din mediu, introducând simultan tulburarea în acest mediu. Odată cu sosirea de energie, materie sau informații noi, dezechilibrul în sistem crește. Prima relație dintre elementele sistemului, care i-a determinat structura, este distrusă. Noile conexiuni apar între elementele sistemului, conducând la procese de cooperare, adică la comportamentul colectiv al elementelor. Astfel se pot descrie schematic procesele de autoorganizare în sisteme deschise.

Un exemplu de astfel de sistem poate fi luat operarea cu laser , cu ajutorul cărora se obține radiații optice puternice. Mișcările oscilatorii haotice ale particulelor de astfel de radiații, datorită sosirii unei anumite porții de energie din exterior, produc mișcări coordonate. Particulele de radiații încep să oscileze în aceeași fază, ca urmare a faptului că puterea radiației laser crește de multe ori, necompensând cu cantitatea de energie pompată.

Studierea proceselor care au loc într-un laser, un fizician german G. Haken (născut în 1927) a numit o nouă direcție sinergetica, care în traducere din greaca veche înseamnă „acțiune comună”, „interacțiune”.

Un alt exemplu cunoscut de autoorganizare este reacțiile chimice studiate de I. Prigogine. Autoorganizarea în aceste reacții este asociată cu intrarea în sistem din exterior a substanțelor care furnizează aceste reacții (reactivi), pe de o parte, și cu eliminarea produselor de reacție în mediu, pe de altă parte. În exterior, o astfel de autoorganizare se poate manifesta sub formă de unde concentrice care apar periodic sau într-o schimbare periodică a culorii soluției de reacție. O reacție chimică similară a fost obținută și studiată de un celebru chimist belgian de origine rusă I.R.Prigozhin. Prigogine a numit reacția sa chimică „Brusselator” după orașul Bruxelles, unde a trăit și a lucrat Prigozhin și unde a fost organizată prima reacție.

Iată cum însuși Prigogine a scris despre asta: „Să presupunem că avem molecule de două feluri:„ roșu ”și„ albastru ”. Datorită mișcării haotice a moleculelor, ne-am putea aștepta ca la un moment dat să existe mai multe molecule „roșii” pe partea stângă a vasului, iar în momentul următor să existe mai multe molecule „albastre”, etc. Culoarea amestecului este dificil de descris: violet cu tranziții neregulate la albastru și roșu. Vom vedea o imagine diferită privind ceasul chimic: întregul amestec de reacție va avea culoarea albastră, apoi culoarea acestuia se va schimba brusc în roșu, apoi înapoi în albastru etc. Schimbarea de culoare are loc la intervale corecte. Pentru a-și schimba simultan culoarea, moleculele trebuie să păstreze cumva o legătură între ele. Sistemul ar trebui să se comporte ca un întreg ”(Prigogine I., Stenger I. Ordine din haos. M., 1986. P.202-203).

Desigur, între molecule nu există „coluziune” în sensul literal al cuvântului și nu ar putea fi. Cert este că, la un moment dat, toate moleculele au început să vibreze într-o fază - albastru, iar apoi întregul amestec a devenit albastru. După o anumită perioadă de timp, moleculele au început să vibreze într-o altă fază - faza roșie, apoi întregul amestec a dobândit o culoare roșie etc., până când acțiunea reactivului s-a încheiat.

Să luăm un alt exemplu. Dacă luăm un tambur de circ transparent cu bile albastre și roșii și începem să-l rotim cu o anumită frecvență - frecvența roșului, atunci, ca în cazul moleculelor, descoperim că toate bilele s-au înroșit. Dacă schimbăm frecvența de rotație a tamburului cu lungimea de undă albastră corespunzătoare, vom vedea că bilele au devenit albastre etc.

Cel mai ilustrativ exemplu de autoorganizare este celulele Benard ... Acestea sunt mici structuri hexagonale care, de exemplu, se pot forma într-un strat de ulei într-o tigaie la o diferență de temperatură corespunzătoare. De îndată ce regimul de temperatură schimbarea celulelor se dezintegrează.

Astfel, pentru a construi spontan o nouă structură, este necesar să setați parametrii adecvați ai mediului.

Parametri de control Sunt parametrii mediului care creează condițiile de delimitare în care există acest sistem deschis (acesta poate fi regimul de temperatură, concentrația corespunzătoare de substanțe, frecvența de rotație etc.).

Parametrii comenzii- acesta este „răspunsul” sistemului la schimbarea parametrilor de control (restructurarea sistemului).

Este evident că procesul de autoorganizare nu poate începe în niciun sistem și nu în nicio condiție. Să luăm în considerare condițiile în care poate începe procesul de autoorganizare.

Condiții necesare pentru apariția autoorganizării în diferite sisteme sunt următoarele:

1. Sistemul trebuie să fie deschis , deoarece, în final, un sistem închis trebuie să ajungă la o stare de tulburare maximă, haos, dezorganizare în conformitate cu legea 2 a termodinamicii;

2. Deschideți sistemul trebuie să fie suficient de departe de punctul de echilibru termodinamic ... Dacă sistemul este deja aproape de acest punct, inevitabil îl va aborda și, până la urmă, va ajunge la o stare de haos și dezorganizare completă. Pentru punctul de echilibru termodinamic este un puternic atractor;

3. Principiul fundamental al autoorganizării este „ apariția ordinii prin fluctuații " (I. Prigogine). Fluctuațiile sau abaterile aleatorii ale sistemului de la o poziție medie la început sunt suprimate și eliminate de către sistem. Cu toate acestea, în sistemele deschise, datorită întăririi echilibrului, aceste abateri cresc în timp, se intensifică și, în final, duc la „dezlegarea” ordinului anterior, către haosul sistemului. Într-o stare de instabilitate, instabilitate, sistemul va fi în special sensibil la condițiile inițiale, sensibil la fluctuații. În acest moment, unele fluctuații trec de la macrolevelul sistemului la microlevelul său și face alegerea căii ulterioare de dezvoltare a sistemului, restructurarea ulterioară a acestuia. Este practic imposibil de a prezice cum se va comporta sistemul într-o stare de instabilitate, ce alegere va face. Acest proces este caracterizat ca principiul „apariției ordinii prin fluctuații”. Fluctuațiile sunt aleatorii. Prin urmare, devine clar că apariția a ceva nou în lume este asociată cu acțiunea factorilor aleatori.

De exemplu, societatea totalitară din Uniunea Sovietică era o structură socială solidă. Cu toate acestea, informații provenite din străinătate despre viața altor societăți, comerț (schimb de mărfuri) etc. a început să provoace devieri într-o societate totalitară sub formă de gândire liberă, nemulțumire, disidență etc. La început, structura unei societăți totalitare a putut să suprime aceste fluctuații, dar au devenit din ce în ce mai mari, iar puterea lor a crescut, ceea ce a dus la agitarea și prăbușirea vechii structuri totalitare și la înlocuirea acesteia cu una nouă.

Și încă un exemplu comic: Povestea navetului. Bunicul a plantat un nap. A crescut o navetă mare, mare. E timpul să o smulg din pământ. Bunicul meu a târât, a târât napi, dar nu a putut să-l scoată. Sistemul nostru de navetă este încă prea stabil. Bunicul a sunat să o ajute pe bunica. Au târât, au târât napi împreună, dar nu au putut să-l scoată. Fluctuațiile care agită napii cresc, dar încă nu sunt suficiente pentru a distruge sistemul (napi). Și-au chemat nepoata, dar nici nu au scos napi. Apoi au chemat câinele Zhuchka și, în cele din urmă, au sunat la șoarece. S-ar părea ce efort ar putea face un șoarece, dar a fost „ultima paie” care a dus la o schimbare calitativă nouă a sistemului - prăbușirea lui (napul a fost scos din pământ). Mouse-ul poate fi numit un accident imprevizibil care a jucat un rol decisiv, sau „o cauză minoră a evenimentelor mari”;

4. Apariția autoorganizării se bazează pe feedback pozitiv ... Conform principiului feedback-ului pozitiv, schimbările care apar în sistem nu sunt eliminate, ci se intensifică, se acumulează, ceea ce duce la destabilizarea, dezlegarea vechii structuri și înlocuirea acesteia cu una nouă;

5. Procesele de autoorganizare sunt însoțite de încălcarea simetriei ... Simetria înseamnă stabilitate, imuabilitate. Autoorganizarea presupune asimetria, adică dezvoltarea, evoluția;

6. Auto-organizarea poate începe doar în sisteme mari care au un număr suficient de elemente care interacționează (10 10 -10 14 elemente), adică în sistemele care au unele parametrii critici ... Pentru fiecare sistem de autoorganizare specific, acești parametri critici sunt diferiți.

Prelegerea numărul 14. Conceptele de bază ale sinergeticii. Capacitatea de a gestiona sisteme sinergice.

Procesele explozive, catastrofale, sunt cunoscute omenirii de mult timp. De exemplu, o persoană care călătorește pe munte știa, pe baza experienței sale empirice, că o avalanșă de munte se poate prăbuși brusc, aproape dintr-o suflare de vânt sau un pas nereușit.

Revoluțiile și cataclismele au fost adesea consecințele ultimei picături de nemulțumire populară, ultimul eveniment accidental care a revărsat solzii. Acestea au fost cauze tipice mici ale evenimentelor mari.

Fiecare dintre noi își poate aminti anumite situații de alegere care au stat pe calea vieții, iar în momentele decisive din viață, mai multe oportunități s-au deschis înaintea noastră. Cu toții suntem incluși în mecanisme, în care într-un moment critic, un moment de cotitură alegere decisivă definește un eveniment întâmplător. Deci, procese asemănătoare avalanșelor, cataclisme sociale și șocuri, situații critice de alegere în calea vieții fiecărei persoane ... Este posibil să oferim o bază științifică unică pentru toate aceste fapte aparent diferite? Ultimii 30 de ani au pus bazele unei astfel de universale model științificcare a fost numit sinergetică.

După cum am văzut, sinergia se bazează pe idei consecvență, abordare holistică lumii, neliniaritatilor (adică multă variație), ireversibilitatea , adânc relația haosului și a ordinii ... Sinergia ne oferă o imagine lume complexă , care nu devine, dar devenire nu doar existente, ci în continuă apariție ... Această lume se dezvoltă prin legi neliniare , este plin neașteptat , imprevizibil se transformă, asociate cu alegerea unei căi de dezvoltare ulterioară.

Subiectul sinergeticii sunteți mecanisme de autoorganizare ... Acestea sunt mecanisme de formare și distrugere a structurilor, mecanisme care asigură trecerea de la haos la ordine și înapoi. Aceste mecanisme nu depind de natura specifică a elementelor sistemului. Ele sunt inerente lumii și naturii neînsuflețite, omului și societății. Prin urmare, sinergetica este considerată un domeniu interdisciplinar al cercetării științifice.

Sinergetica, ca orice altă știință, are propriul limbaj, propriul sistem de concepte. Acestea sunt concepte precum „atractor”, „bifurcație”, „obiect fractal”, „haos determinist” și altele. Aceste concepte ar trebui să devină accesibile tuturor persoanelor educate, mai ales că pot găsi analogi corespunzători în știință și cultură.

Principalele concepte ale sinergeticii sunt conceptele de „haos” și „ordine”.

Ordin Este un set de elemente de orice natură, între care există relații stabile (regulate), care se repetă în spațiu și timp. De exemplu, o linie de soldați care mărșăluiau într-o paradă.

Haos- un set de elemente între care nu există relații stabile de repetare. De exemplu, o mulțime de oameni care aleargă în panică.

Conceptul de „atractor” aproape de concept goluri. Acest concept poate fi dezvăluit ca obiectiv, ca direcție a comportamentului sistemului, ca o stare relativ finală stabilă. În sinergetică un atractor este înțeles ca o stare relativ stabilă a sistemului, care, așa cum era, atrage de la sine toată varietatea de traiectorii ale sistemului determinate de diferite condiții inițiale. Dacă sistemul se încadrează în conul atractiv, atunci evoluează inevitabil la această stare relativ stabilă. De exemplu, indiferent de poziția inițială a mingii, aceasta se va rostogoli până la fundul groapei. Starea de repaus a mingii în partea de jos a gropii este atractorul mișcării mingii.

atractori subdivizat în simplu și ciudat .

Atractor simplu(atractorul) este starea limită de ordine. Sistemul construiește ordine și îl îmbunătățește nu la infinit, ci la un nivel determinat de un simplu atractor.

Ciudat atractor Este starea limitatoare a haosului sistemului. Sistemul este haotic, de asemenea, se destramă nu la infinit, ci la un nivel determinat de un atractiv ciudat.

Concept bifurcare tradus din engleză înseamnă o furculiță cu două prong - befork. De obicei, nu vorbesc despre bifurcația în sine, ci despre puncte de bifurcație ... Sens sinergic puncte de bifurcație asa este - acesta este punctul de ramură al posibilelor căi evolutive ale sistemului . Trecând prin punctele de ramură, o alegere perfectă închide alte căi și face ca procesul evoluțional să fie ireversibil .

Sistem neliniar poate fi definit ca un sistem care adăpostește bifurcații.

Foarte important pentru sinergie este neliniaritatea ... Sub neliniaritatea a intelege:

1. Posibilitatea alegerii căii de dezvoltare a sistemului (se presupune că sistemul nu are o singură cale de dezvoltare, ci mai multe);

2. Incompatibilitatea impactului nostru asupra sistemului și a rezultatului obținut. Conform proverbului „un șoarece va da naștere unui munte”.

Ceea ce se numește în sinergetică "Bifurcare ”Are analogi profunde în cultură. Când un cavaler de basm stă, gândindu-se la o piatră de pe marginea drumului la o furculiță în drum și alegerea căii îi va determina soarta viitoare, atunci aceasta este în esență o reprezentare vizual-figurativă a bifurcației în viața unei persoane. Evoluția speciilor biologice, prezentată sub formă arbore evolutiv , ilustrează clar căile de ramificare ale evoluției naturii vii.

Cea mai notabilă teorie este despre cum a început Universul Big Bang, unde toată materia a existat pentru prima dată ca o singularitate, un punct infinit de dens într-un spațiu minuscul. Apoi ceva a determinat-o să explodeze. Materia s-a extins într-un ritm incredibil și în cele din urmă a format universul pe care îl vedem astăzi.

The Big Squeeze este, așa cum ai fi putut ghici, opusul Big Bang-ului. Orice lucru care s-a împrăștiat pe marginile universului se va contracta sub influența gravitației. Conform acestei teorii, gravitația va încetini expansiunea provocată de Big Bang și în cele din urmă totul va reveni la un punct.

1. Inevitabila moarte prin căldură a universului.

Gândește-te la moartea prin căldură ca exact opusul presei mari. În acest caz, forța gravitației nu este suficient de puternică pentru a depăși expansiunea, deoarece universul se îndreaptă pur și simplu spre expansiune în progresie geometrică... Galaxiile se desprind ca niște iubitori nefericiți, iar noaptea atotcuprinzătoare dintre ele devine din ce în ce mai largă.

Universul respectă aceleași reguli ca orice sistem termodinamic, ceea ce ne va conduce în cele din urmă la căldura este distribuită uniform în întregul univers. În cele din urmă, întregul univers va fi stins.

1. Moarte termică din găurile negre.

Conform teoriei populare, cea mai mare parte din univers se învârte în jurul găurilor negre. Uită-te doar la galaxii care conțin găuri negre super-masive la centrele lor. O mare parte din teoria găurilor negre implică înghițirea stelelor sau chiar a galaxiilor întregi în timp ce intră în orizontul evenimentului găurii.

În cele din urmă, aceste găuri negre vor consuma cea mai mare parte a materiei și vom rămâne în universul întunecat.

1. Sfârșit de timp.

Dacă ceva este etern, atunci este cu siguranță timpul. Indiferent dacă există un univers sau nu, timpul trece. Altfel, nu ar exista nicio modalitate de a distinge un moment de altul. Dar dacă se pierde timpul și se oprește doar? Ce se întâmplă dacă nu mai sunt momente? Exact același moment în timp. Pentru totdeauna.

Să presupunem că trăim într-un univers în care timpul nu se termină niciodată. Cu o perioadă infinită de timp, orice se poate întâmpla este 100% probabil să se întâmple. Paradoxul se va întâmpla dacă ai viață veșnică. Trăiești un timp infinit, deci orice se poate întâmpla este garantat să se întâmple (și se va întâmpla de un număr infinit de ori). Timpul de oprire se poate întâmpla și el.

1. Marea coliziune.

Marea Coliziune este similară cu cea a Squeeze Mare, dar mult mai optimistă. Imaginează-ți același scenariu: Gravitatea încetinește expansiunea universului și totul se contractă până la un moment dat. În această teorie, forța acestei contracții rapide este suficientă pentru a începe un alt Big Bang, iar universul începe din nou.

Fizicienilor nu le place această explicație, așa că unii oameni de știință susțin că universul nu poate merge până la singularitate. În schimb, se va strecura foarte tare și apoi se va împinge cu o forță similară cu cea care împinge mingea departe când o lovești pe podea.

1. O mare divizare.

Indiferent de modul în care se termină lumea, oamenii de știință încă nu simt nevoia să folosească cuvântul (mare subestimat) pentru a-l descrie. În această teorie, forța invizibilă se numește " energie întunecată», Provoacă accelerarea expansiunii Universului, pe care o observăm. În cele din urmă, viteza va crește atât de mult, încât materia va începe să se descompună în particule mici. Dar există și partea luminoasă această teorie, cel puțin pentru Big Rip, va trebui să aștepte încă 16 miliarde de ani.

1. Efectul metastabilității în vid.

Această teorie se bazează pe ideea că universul existent este într-o stare extrem de instabilă. Dacă te uiți la valorile particulelor cuantice din fizică, atunci poți face presupunerea că universul nostru este la un pas de stabilitate.

Unii oameni de știință speculează că miliarde de ani mai târziu, universul va fi la un pas de colaps. Când se va întâmpla acest lucru, la un moment dat în univers, va apărea o bulă. Gândiți-vă la el ca la un univers alternativ. Această bulă se va extinde în toate direcțiile cu viteza luminii și va distruge tot ceea ce atinge. În cele din urmă, această bulă va distruge tot ce există în univers.

1. Bariera temporară.

Deoarece legile fizicii nu au sens într-un multivers infinit, singura modalitate de a înțelege acest model este să presupunem că există o graniță reală, o graniță fizică a universului și nimic nu poate trece dincolo. Și în conformitate cu legile fizicii, în următorii 3,7 miliarde de ani, vom traversa bariera timpului, iar universul se va sfârși pentru noi.

1. Acest lucru nu se va întâmpla (pentru că trăim într-un multivers).

În scenariul multiversului, cu universuri infinite, aceste universuri pot apărea în sau din cele existente. Ele pot apărea din Big Bangs, distruse de Big Compressions sau Gaps, dar acest lucru nu contează, deoarece întotdeauna vor exista mai multe Universuri noi decât cele distruse.

1. Universul etern.

Ah, ideea de vechime că universul a fost mereu și va fi întotdeauna. Acesta este unul dintre primele concepte create de oameni despre natura universului, dar există și o nouă rundă în această teorie, care sună puțin mai interesant, bine, în serios.

În locul Singularității și Big Bang-ului, care a marcat începutul timpului în sine, timpul poate să fi existat mai devreme. În acest model, universul este ciclic și va continua să se extindă și să se contracte pentru totdeauna.

În următorii 20 de ani, vom fi mai încrezători în a spune care dintre aceste teorii este cea mai în concordanță cu realitatea. Și poate vom găsi răspunsul la întrebarea cum a început Universul nostru și cum se va sfârși.

\u003e Moarte de căldură

Explora ipoteza morții termice a Universului. Citiți conceptul și teoria morții prin căldură, rolul entropiei în Univers, echilibrul termodinamic, temperatura.

Entropia universală este în continuă creștere. Scopul său este echilibrul termodinamic, care va duce la moarte căldură.

Provocarea învățării

• Luați în considerare procesele care duc la problema morții termice a Universului.

Puncte cheie

• În universul timpuriu, toată materia și energia au fost ușor înlocuite și au fost identice în natură.
• Pe măsură ce entropia a crescut, din ce în ce mai puțină energie a deschis accesul la muncă.
• Universul tinde spre echilibru termodinamic - entropie maximă. Aceasta este moartea prin căldură și sfârșitul activității tuturor.

Termeni

• Un asteroid este un solid natural care are dimensiuni inferioare planetei și nu acționează ca o cometă.
• Entropia este o măsură a distribuției energiei uniforme într-un sistem.
• Geotermal - se referă la energia termică provenită din rezervoarele de pământ adânc.

În universul timpuriu, materia și energia erau identice în natură și erau ușor înlocuite. Desigur, gravitația a jucat un rol major în multe procese. Părea să fie o încurcătură, dar toată energia viitoare a universului era oferită să funcționeze.

Spațiul a evoluat, iar diferențele de temperatură au apărut, creând mai multe posibilități... Stelele sunt superioare în ceea ce privește încălzirea planetelor, care sunt în fața asteroizilor, iar acestea sunt mai calde decât vidul. Mulți se răcesc din cauza interferențelor violente (explozie nucleară în stele, activitate vulcanică în apropierea Pământului etc.). Dacă nu primiți energie suplimentară, atunci zilele lor sunt numerotate. Mai jos este o hartă a universului.

Acesta este un univers foarte tânăr, cu fluctuații ale temperaturii (evidențiate în culori), corespunzătoare cerealelor care au devenit galaxii

Cu cât entropia a devenit mai mare, cu atât mai puțină energie a intrat în funcțiune. Pământul are rezerve mari de energie (combustibili fosili și nucleari), diferențe uriașe de temperatură (energia eoliană), energie geotermală datorită diferenței de semne de temperatură ale straturilor pământului și a energiei de maree a apei. Dar o parte din energia lor nu va intra niciodată în lucru. Ca urmare, toate tipurile de combustibil vor fi epuizate, iar temperaturile se vor egaliza.

Universul este perceput ca un sistem închis, deci entropia spațială crește întotdeauna, iar cantitatea de energie disponibilă pentru muncă scade. La urma urmei, când toate stelele explodează, toate formele sunt folosite. energie potențialăși temperaturile se vor egaliza, munca va deveni pur și simplu imposibilă.

Universul nostru se străduiește pentru echilibrul termodinamic (entropie maximă). Acest scenariu este adesea denumit moarte prin căldură - încetarea activității. Dar spațiul continuă să se extindă și este încă prea departe. Calculele din găurile negre au arătat că entropia va continua încă 10 100 de ani.

Introducere

1. Conceptul de univers

2. Problema morții prin căldură a Universului

2.2 Pro și contra teoriei morții prin căldură

Concluzie

Introducere

În această lucrare, vom vorbi despre viitorul Universului nostru. Despre viitor este foarte îndepărtat, atât de mult încât nu se știe dacă va veni deloc. Viața și dezvoltarea științei schimbă semnificativ ideile noastre despre Univers și despre evoluția acestuia și despre legile care guvernează această evoluție. Într-adevăr, existența găurilor negre a fost prevăzută încă din secolul al XVIII-lea. Dar abia în a doua jumătate a secolului XX au început să fie considerate morminte gravitaționale ale stelelor masive și ca locuri în care o parte semnificativă a materiei accesibile observației poate „cădea” pentru totdeauna, părăsind circulația generală. Și mai târziu s-a știut că găurile negre se evaporă și, astfel, se întorc cele absorbite, deși într-o complet diferită. Noile idei sunt exprimate constant de cosmofizicieni. Prin urmare, tablourile pictate destul de recent sunt brusc demodate.

Una dintre cele mai controversate timp de aproximativ 100 de ani este problema posibilității de a obține o stare de echilibru în Univers, ceea ce este echivalent cu conceptul de „moarte termică”. În această lucrare, o vom lua în considerare.

Și ce este universul? Oamenii de știință înțeleg acest termen ca fiind cea mai mare zonă de spațiu, inclusiv toate corpurile cerești și sistemele lor disponibile pentru studiu, adică. atât Metagalaxia, cât și posibilul mediu, care afectează în continuare natura distribuției și mișcării corpurilor în partea sa astronomică.

Se știe că Metagalaxia se află într-o stare de expansiune aproximativ omogenă și izotropă. Toate galaxiile se îndepărtează unele de altele cu o viteză mai mare, cu atât distanța dintre ele este mai mare. În timp, rata acestei extinderi scade. La o distanță de 15-20 de miliarde de ani-lumină, distanța are loc cu o viteză apropiată de viteza luminii. Din acest motiv și din mai multe alte motive, nu putem vedea obiecte mai îndepărtate. Există, așa cum era, un anumit „orizont de vizibilitate”. Substanța de pe acest orizont se află într-o stare superdensă („singular”, adică specială), în care se afla la momentul începutului condiționat al expansiunii, deși există alte presupuneri cu privire la acest scor. Datorită fineții vitezei de propagare a luminii (300.000 km / s), nu putem ști ce se întâmplă la orizont, dar unele calcule teoretice sugerează că dincolo de orizontul vizibilității, materia este distribuită în spațiu cu aproximativ aceeași densitate ca în interiorul său. ... Acest lucru duce la o extindere omogenă și la prezența orizontului în sine. Prin urmare, Metagalaxy nu este adesea limitată la partea vizibilă, ci este considerată un super-sistem, identificat cu întregul Univers în ansamblul său, considerând densitatea sa ca fiind uniformă. În cele mai simple construcții cosmologice, sunt considerate două variante principale ale comportamentului Universului - expansiune nelimitată, în care densitatea medie a materiei tinde să fie zero în timp, și expansiune cu o oprire, după care Metagalaxy ar trebui să înceapă să se contracte. În relativitate generală, se arată că prezența materiei îndoaie spațiul. Într-un model în care expansiunea dă loc contracției, densitatea este suficient de mare și curbura se dovedește a fi astfel încât spațiul „se închide în sine”, ca suprafața unei sfere, dar într-o lume cu mai multe dimensiuni decât „avem”. Prezența orizontului duce la faptul că nici această lume finită spațial nu o putem vedea în întregime. Prin urmare, din punctul de vedere al observației, lumea închisă și deschisă nu diferă foarte mult.

Cel mai probabil, lumea reală este mai complicată. Mulți cosmologi sugerează că există mai multe, poate chiar multe metagalaxii, și toate împreună pot reprezenta un fel de sistem nou care face parte dintr-o formare și mai mare (poate de natură fundamental diferită). Părțile individuale ale acestei hyperworld (universuri în sens restrâns) pot avea proprietăți complet diferite, s-ar putea să nu fie conectate între ele prin interacțiuni fizice cunoscute (sau să fie slab conectate, ceea ce este cazul în așa-numita lume semi-închisă). În aceste părți ale hyperworld-ului, se pot manifesta alte legi ale naturii, iar constante fundamentale precum viteza luminii pot avea valori diferite sau sunt complet absente. În cele din urmă, astfel de universuri nu pot avea același număr de dimensiuni spațiale ca ale noastre.

2.1 A doua lege a termodinamicii

Conform celei de-a doua legi (început) a termodinamicii, procesele care au loc într-un sistem închis tind întotdeauna la o stare de echilibru. Cu alte cuvinte, dacă nu există un flux constant de energie în sistem, procesele care se desfășoară în sistem tind să se atenueze și să se oprească.

Ideea admisibilității și chiar a necesității de a aplica a doua lege a termodinamicii Universului în ansamblul său aparține lui W. Thomson (Lord Kelvin), care a publicat-o în 1852. Ceva mai târziu, R. Clausius a formulat legile termodinamicii așa cum se aplică întregii lumi sub forma următoare: 1. Energia lumii este constantă. 2. Entropia lumii tinde la maxim.

Entropia maximă ca caracteristică termodinamică a unei stări corespunde echilibrului termodinamic. Prin urmare, interpretarea acestei poziții se reduce de obicei (și adesea se reduce până acum) la faptul că toate mișcările din lume ar trebui să se transforme în căldură, toate temperaturile se vor egaliza, iar densitatea în volume suficient de mari ar trebui să devină aceeași peste tot. Această stare este numită moartea termică a Universului.

Diversitatea reală a lumii (cu excepția, poate, distribuția densității pe cele mai mari scale observate în prezent) este departe de imaginea pictată. Dar dacă lumea există pentru totdeauna, starea de moarte prin căldură ar fi trebuit să vină cu mult timp în urmă. Contradicția rezultată se numește paradoxul termodinamic al cosmologiei. Pentru a o elimina, a fost necesar să recunoaștem că lumea nu există suficient de mult. Dacă vorbim despre partea observabilă a Universului, precum și despre presupusul său mediu, atunci, se pare, așa este. Am spus deja că se află într-o stare de expansiune. A apărut cel mai probabil ca urmare a unei fluctuații explozive într-un vid primordial de natură complexă (sau, s-ar putea spune, într-o hipermondă) în urmă cu 15 sau 20 de miliarde de ani. Obiectele astronomice - stele, galaxii - au apărut într-o etapă ulterioară de extindere dintr-o plasmă inițial aproape strict omogenă. Cu toate acestea, în raport cu viitorul îndepărtat, rămâne întrebarea. Ce ne așteaptă sau lumea noastră? Moartea căldură va veni mai devreme sau mai târziu, sau această concluzie a teoriei este incorectă din anumite motive?

2.2 Pro și contra teoriei morții prin căldură

Mulți fizicieni proeminenți (L. Boltzmann, S. Arrhenius și alții) au negat categoric posibilitatea morții prin căldură. În același timp, chiar și în vremurile noastre, nu mai puțin importanți oamenii de știință sunt convinși de inevitabilitatea acesteia. Dacă vorbim despre adversari, atunci, cu excepția lui Boltzmann, care a atras atenția asupra rolului fluctuațiilor, argumentarea lor a fost destul de emoțională. Abia în anii treizeci ai acestui secol, au apărut considerații serioase cu privire la viitorul termodinamic al lumii. Toate încercările de soluționare a paradoxului termodinamic pot fi grupate în conformitate cu trei idei principale care stau la baza lor:

1. Se poate crede că a doua lege a termodinamicii este inexactă sau interpretarea sa este incorectă.

2. A doua lege este corectă, dar sistemul altor legi fizice este incorect sau incomplet.

3. Toate legile sunt corecte, dar aplicabile întregului Univers, datorită unor caracteristici ale acestuia.

Într-un anumit grad sau altul, toate opțiunile pot fi și sunt de fapt folosite, deși cu succes diferit, pentru a respinge concluzia despre posibila moarte termică a Universului într-un viitor îndepărtat arbitrar. În ceea ce privește primul punct, observăm că în „Termodinamica” K.A. Putilova (M., Nauka, 1981) oferă 17 definiții diferite ale entropiei, care nu toate sunt echivalente. Vom spune doar că, dacă avem în vedere definiția statistică care ține cont de prezența fluctuațiilor (Boltzmann), a doua lege în formularea lui Clausius și Thomson se dovedește cu adevărat inexactă.

Se pare că legea creșterii entropiei nu este absolută. Efortul pentru echilibru este supus legilor probabilistice. Entropia a primit o expresie matematică sub forma probabilității unei stări. Astfel, după ce a ajuns la starea finală, care până acum se presupunea că ar corespunde cu entropia maximă Smax, sistemul va rămâne în el mai mult timp decât în \u200b\u200balte state, deși aceasta din urmă va apărea inevitabil din cauza fluctuațiilor aleatorii. Mai mult, abaterile mari de la echilibrul termodinamic vor fi mult mai rare decât cele mici. De fapt, starea cu entropie maximă este realizabilă doar în mod ideal. Einstein a menționat că „echilibrul termodinamic, strict vorbind, nu există”. Din cauza fluctuațiilor, entropia va fluctua în anumite limite mici, întotdeauna sub Smax. Valoarea medie a acestuia va corespunde echilibrului statistic Boltzmann. Astfel, în loc de moarte termică, s-ar putea vorbi de tranziția sistemului la o stare „cea mai probabilă”, dar încă finală de echilibru statistic. Se crede că echilibrul termodinamic și statistic sunt practic același lucru. Această opinie eronată a fost respinsă de F.A. Tsitsin, care a arătat că diferența este de fapt foarte mare, deși nu putem vorbi despre semnificațiile specifice ale diferenței aici. Este important ca orice sistem (de exemplu, un gaz ideal într-un vas), mai devreme sau mai târziu, să nu aibă o valoare maximă de entropie, ci mai degrabă corespunzând, așa cum s-a spus, unei probabilități relativ mici. Dar iată că ideea este că entropia nu are un singur stat, ci un imens agregat dintre ele, care numai prin neglijență se numește un singur stat. Fiecare dintre statele cu are o probabilitate foarte mică de implementare și, prin urmare, sistemul nu rămâne mult timp în fiecare dintre ele. Dar pentru un set complet dintre ele, probabilitatea este mare. Prin urmare, un set de particule de gaz, care au ajuns într-o stare cu o entropie apropiată , ar trebui să meargă destul de repede la o altă stare cu aproximativ aceeași entropie, apoi la următoarea, etc. Și deși într-o stare apropiată de Smax, gazul va petrece mai mult timp decât în \u200b\u200boricare dintre statele cu , acestea din urmă luate împreună devin mai preferabile.