Теплова смерть Всесвіту ( «Теплова смерть» Всесвіту,)
помилковий висновок про те, що всі види енергії у Всесвіті в кінці кінців повинні перейти в енергію теплового руху, яка рівномірно розподілиться по речовині Всесвіту, після чого в ній припиняться всі макроскопічні процеси. Цей висновок був сформульований Р. Клаузіус му (1865) на основі другого закону термодинаміки (Див. Другий закон термодинаміки). Відповідно до другого початку, будь-яка фізична система, що не обмінюється енергією з іншими системами (для Всесвіту в цілому такий обмін, очевидно, виключений), прагне до найбільш вірогідного рівноважного стану - до так званого стану з максимумом ентропії (Див. Ентропія). Такий стан відповідало б «Т. с. » В. Ще до створення сучасної космології (Див. Космологія) були зроблені численні спроби спростувати висновок про «Т. с. » В. Найбільш відома з них флуктуаційна гіпотеза Л.Больцман а (1872), згідно з якою Всесвіт одвічно перебуває в рівноважному ізотермічному стані, але за законом випадку то в одному, то в іншому її місці іноді відбуваються відхилення від цього стану; вони відбуваються тим рідше, ніж велику область захоплюють і чим значніше ступінь відхилення. Сучасній космологією встановлено, що помилковий не лише вивід про «Т. с. » В., але помилкові і ранні спроби його спростування. Пов'язано це з тим, що не бралися до уваги суттєві фізичні фактори і перш за все Тяжіння .
З урахуванням тяжіння однорідне ізотермічний розподіл речовини зовсім не є найбільш вірогідним і не відповідає максимуму ентропії. Спостереження показують, що Всесвіт різко нестаціонарна. Вона розширюється, і майже однорідне на початку розширення речовина в подальшому під дією сил тяжіння розпадається на окремі об'єкти, утворюються скупчення галактик, галактики, зірки, планети. Всі ці процеси природні, йдуть зі зростанням ентропії і не вимагають порушення законів термодинаміки. Вони і в майбутньому з урахуванням тяжіння не приведуть до однорідного ізотермічного стану Всесвіту - до «Т. с. » В. Всесвіт завжди нестатічность і безперервно еволюціонує. Літ .: Зельдович Я. Б., Новіков І. Д., Будова і еволюція Всесвіту, М., 1975. І. Д. Новиков.
Велика Радянська Енциклопедія. - М .: Радянська енциклопедія. 1969-1978 .
Дивитися що таке "Теплова смерть Всесвіту" в інших словниках:
Гіпотеза, висунута Р. Клаузиусом (R. Clausius, 1865) як екстраполя ція другого закону термодинаміки на весь Всесвіт. Згідно Клаузиусу, енергія світу постійна, ентропія світу прагне до максимуму. Т. е. Всесвіт повинна прийти в стан ... ... фізична енциклопедія
ТЕПЛОВА СМЕРТЬ ВСЕСВІТУ - помилковий висновок, зроблений в XIX в. на основі другого закону термодинаміки (див.), про те, що всі види енергії у Всесвіті в кінці кінців повинні перейти в енергію теплового руху, яка рівномірно розподілиться по речовині Всесвіту, після ... ... Велика політехнічна енциклопедія
Вільям Томсон - в 1852 році висунув гіпотезу про ТСВ Теплова смерть термін, що описує кінцевий стан будь-якої замкнутої термодинамічної ... Вікіпедія
Вільям Томсон - в 1852 році відкрив ТСВ Теплова смерть термін, що описує кінцевий стан будь-якої замкнутої термодинамічної системи, і Всесвіту зокрема. При цьому ніякого спрямованого обміну енергією спостерігатися не буде, так як всі ... ... Вікіпедія
Гіпотетічен. стан світу, до до рому нібито буде приведена розвиток в результаті перетворення всіх видів енергії в теплову і рівномірного розподілу останньої в просторі; в такому випадку Всесвіт повинна прийти в стан однорідного ... ... філософська енциклопедія
«Теплова смерть Всесвіту» - помилковий висновок про те, що всі види енергії у Всесвіті, в кінці кінців, повинні перейти в енергію теплового руху, яка рівномірно розподілиться по речовині Всесвіту, після чого в ній припиняться всі макроскопічні процеси. Цей висновок ... Концепції сучасного природознавства. Словник основних термінів
Помилковий висновок про те, що всі види енергії у Всесвіті в кінці кінців повинні перейти в енергію теплового руху, до раю рівномірно розподілиться по в ву Всесвіту, після чого в ній припиняться всі макроскопіч. процеси. Цей висновок був ... ... фізична енциклопедія
Сценарій Великого стиснення Майбутнє Всесвіту питання, що розглядається в рамках фізичної космології. Різними науковими теоріями передбачено безліч можливих варіантів майбутнього, серед яких є думки як про знищення, так і про ... ... Вікіпедія
Цей термін має також інші значення див. Кінець світу (значення). Загибель людства в уявленні художника (див. Також ... Вікіпедія
У космології, Велике стиснення (англ. Big Crunch) один з можливих сценаріїв майбутнього Всесвіту, в якому розширення Всесвіту з часом змінюється на стиск і всесвіт коллапсирует, врешті-решт схлопиваясь в сингулярність. Огляд ... Вікіпедія
книги
- Світи Ктулху, Лавкрафт Говард Філліпс. Проза Лавкрафта - ідеальне відображення внутрішнього світу людини в стані екзистенціальної кризи: космос холодний і байдужий, життя конечна, в словах і вчинках немає ніякого вищого ...
Спробу поширити закони термодинаміки на Всесвіт в цілому зробив Р.Клаузиус, Який висунув наступні постулати.
- Енергія Всесвіту завжди постійна, тобто Всесвіт - це замкнута система.
- Ентропія Всесвіту завжди зростає.
Якщо ми приймемо другий постулат, то нам треба визнати, що всі процеси у Всесвіті спрямовані на досягнення стану термодинамічної рівноваги, що характеризується максимумом ентропії, що означає найбільшу ступінь хаосу, дезорганізації, енергетичне зрівноважування. В цьому випадку у Всесвіті настає теплова смерть і ніякої корисної роботи, ніяких нових процесів або утворень в ній проводитися не буде (НЕ будуть світити зірки, утворюватися нові зірки і планети, зупиниться еволюція всесвіту).
З цієї похмурої перспективою були не згодні багато вчених, котрі припускали, що поряд з ентропійними процесами у Всесвіті повинні відбуватися і антіентропійний процеси, які перешкоджають теплової смерті Всесвіту.
Серед таких вчених був і Л.Больцман, який припустив, що для невеликого числа частинок второйзакон термодинаміки не повинен застосовуватися , Бо в цьому випадку не можна говорити про стан рівноваги системи. При цьому наша частина Всесвіту повинна розглядатися як невелика частина нескінченної Всесвіту. А для такої невеликої області допустимі невеликі флуктуаційні (випадкові) відхилення від загальної рівноваги, завдяки чому в цілому зникає необоротна еволюція нашої частини Всесвіту в напрямку до хаосу. У Всесвіті є відносно невеликі ділянки, порядку нашої зоряної системи, які протягом відносно невеликих проміжків часу значно відхиляються від теплового рівноваги. У цих ділянках має місце еволюція, тобто розвиток, удосконалення, порушення симетрії.
В середині ХХ століття нова нерівноважна термодинаміка, або термодинаміка відкритих систем , або синергетика де місце закритої ізольованої системи зайняло фундаментальне поняття відкритої системи. Засновниками цієї нової науки було І. Р. Пригожин (1917-2004) і Г.Хакен (1927).
відкрита система - це система, яка обмінюється з навколишнім середовищем речовиною, енергією або інформацією.
Відкрита система теж виробляє ентропію, як і закрита, але на відміну від закритої, ця ентропія не накопичується у відкритій системі, а виводиться в навколишнє середовище. Використана відпрацьована енергія (енергія нижчої якості - теплова при низькій температурі) розсіюється в навколишньому середовищі і замість неї з середовища витягується нова енергія (високої якості, здатна переходити з однієї форми в другою), здатна виробляти корисну роботу.
Виникаючі для цих цілей матеріальні структури, здатні розсіювати використану енергію і поглинати свіжу, називаються дисипативних . В результаті такої взаємодії система витягує порядок з навколишнього середовища, одночасно вносячи безлад в цю середу. З надходженням нової енергії, речовини або інформації неравновесность в системі зростає. Колишня взаємозв'язок між елементами системи, яка визначала її структуру, руйнується. Між елементами системи виникають нові зв'язки, що призводять до кооперативних процесів, тобто до колективного поводження елементів. Так схематично можна описати процеси самоорганізації у відкритих системах.
Як приклад такої системи можна взяти роботу лазера , За допомогою якого отримують потужні оптичні випромінювання. Хаотичні коливальні рухи частинок такого випромінювання, завдяки надходженню певної порції енергії ззовні виробляють узгоджені руху. Частинки випромінювання починають коливатися в однаковій фазі, внаслідок чого потужність лазерного випромінювання багато кратно збільшується, незрівнянно з кількістю подкаченний енергії.
Вивчаючи процеси, що відбуваються в лазері, німецький фізик Г.Хакен (Р.1927) назвав новий напрямок синергетикою, що в перекладі з давньогрецької означає "спільна дія", "взаємодія".
Ще одним відомим прикладом самоорганізації можуть служити хімічні реакції, які вивчав І. Пригожин. Самоорганізація в цих реакціях пов'язана з надходженням в систему ззовні речовин, що забезпечують ці реакції (реагентів), з одного боку, і виведенням в навколишнє середовище продуктів реакції, з іншого боку. Зовні така самоорганізація може проявитися у вигляді періодично з'являються концентричних хвиль або в періодичному зміні кольору реагіруемого розчину. Подібну хімічну реакцію отримав і досліджував відомий бельгійський хімік російського походження І. Р. Пригожин. Свою хімічну реакцію Пригожин назвав «брюсселятора» на честь міста Брюсселя, де Пригожин жив і працював, і де була вперше поставлена \u200b\u200bця реакція.
Ось як писав про це сам Пригожин: "Припустимо, що у нас є молекули двох сортів:" червоні "і" сині ". Через хаотичного руху молекул можна було б очікувати, що в якийсь момент в лівій частині судини виявиться більше "червоних" молекул, а в наступний момент більше стане "синіх" молекул і т.д. Колір суміші з працею піддається опису: фіолетовий з безладними переходами в синій і червоний. Іншу картину ми побачимо, роздивляючись хімічні годинник: вся реакційна суміш матиме синій колір, потім її колір різко зміниться на червоний, потім знову на синій і т.д. Зміна забарвлення відбувається через правильні інтервали часу. Для того щоб одночасно змінити свій колір, молекули повинні якимось чином підтримувати зв'язок між собою. Система повинна вести себе як єдине ціле "(Пригожин І., Стенгерс І. Порядок з хаосу. М., 1986. С.202-203).
Звичайно ж, ніякого «змови» між молекулами в прямому сенсі цього слова немає і бути не могло. Справа в тому, що в певний момент часу всі молекули починали коливатися в одній фазі - синього кольору, і тоді вся суміш набувала синій колір. Через певний проміжок часу молекули починали коливатися в іншій фазі - фазі червоного кольору, і тоді вся суміш набувала червоний колір і т.д., поки не закінчувалося дію реагенту.
Наведемо ще один приклад. Якщо взяти цирковий прозорий барабан з синіми і червоними кульками і почати його обертати з певною частотою - частотою червоного кольору, то ми, як і в випадку з молекулами, виявимо, що всі кульки стали червоними. Якщо ми змінимо частоту обертання барабана на відповідну синьою довжині хвилі, то побачимо, що кульки посиніли і т.д.
Найбільш показовим прикладом самоорганізації можуть служити осередки Бенара . Це маленькі шестигранні структури, які можуть, наприклад, утворитися в шарі масла на сковорідці при відповідному перепаді температур. Як тільки температурний режим змінюється осередку розпадаються.
Таким чином, щоб мимовільно вишикувалася нова структура, необхідно задати відповідні параметри середовища.
керуючі параметри - це параметри середовища, які створюють граничні умови, в рамках яких існує дана відкрита система (це може бути температурний режим, відповідна концентрація речовин, частота обертання і т.п.).
параметри порядку- це «відповідь» системи на зміну керуючих параметрів (перебудова системи).
Очевидно, що процес самоорганізації може початися не в будь-якій системі і не за будь-яких умовах. Розглянемо умови, при яких може початися процес самоорганізації.
необхідними умовами для виникнення самоорганізації в різних системах є такі:
1. Система повинна бути відкритої , Тому що закрита система, в кінцевому рахунку, повинна прийти в стан максимального безладу, хаосу, дезорганізації відповідно до 2 законом термодинаміки;
2. Відкрита система повинна знаходитися досить далеко від точкітермодінаміческого рівноваги . Якщо система вже знаходиться поблизу від цієї точки, то вона неминуче наблизиться до неї і, врешті-решт, прийде в стан повного хаосу і дезорганізації. Бо точка термодинамічної рівноваги є сильним аттрактором;
3. Фундаментальним принципом самоорганізації служить « виникнення порядку через флуктуації » (І. Пригожин). флуктуації або випадкові відхилення системи від деякого середнього положення на початку придушуються і ліквідуються системою. Однак, у відкритих системах, завдяки посиленню нерівноважності, ці відхилення з часом зростають, посилюються і, врешті-решт, призводять до "розхитування" колишнього порядку, до хаотизации системи. У стані нестійкості, нестабільності система буде особливо чутлива до початкових умов, чутлива до флуктуацій. У цей момент якась флуктуація проривається з макрорівня системи на її мікрорівень і здійснює вибір подальшого шляху розвитку системи, подальшої її перебудови. Передбачити, як поведеться система в стані нестабільності, який вибір буде їй зроблений в принципі неможливо. Цей процес характеризується як принцип «виникнення порядку через флуктуації». Флуктуації носять випадковий характер. Тому стає зрозумілим, що поява нового в світі пов'язано з дією випадкових факторів.
Наприклад, тоталітарне суспільство в Радянському Союзі було міцної соціальної структурою. Однак, що надходить з-за кордону інформація про життя інших товариств, торгівля (обмін товарами) і т.п. стали викликати в тоталітарному суспільстві відхилення у вигляді вільнодумства, невдоволення, дисидентства і т.п. Спочатку структура тоталітарного суспільства була в стані придушувати ці флуктуації, але їх ставало все більше, і сила їх наростала, що призвело до розхитування і розвалу старої тоталітарної структури і заміні її новою.
І ще один жартівливий приклад: Казка про ріпку. Посадив дід ріпку. Виросла ріпка велика превелика. Настав час її витягати з землі. Дід тягнув, тягнув ріпку, але витягнути її так і не зміг. Занадто ще стійка система наша ріпка. Покликав дід на допомогу бабку. Тягли вони, тягли ріпку разом, але витягнути так і не змогли. Флуктуації, що розхитують ріпку посилюються, але їх поки що не досить, щоб зруйнувати систему (ріпку). Покликали вони внучку, але теж ріпку не витягнути. Потім покликали собаку Жучку, і, нарешті, покликали мишку. Здавалося б, яке зусилля могла зробити мишка, але вона з'явилася «останньою краплею», яка привела до якісно новому зміни системи - її розвалу (ріпка була витягнута з землі). Мишку можна назвати непередбачуваною випадковістю, яка зіграла вирішальну роль, або «малої причиною великих подій»;
4. Виникнення самоорганізації спирається на позитивний зворотний зв'язок . Відповідно до принципу позитивного зворотного зв'язку, зміни, що з'являються в системі не усуваються, а посилюються, накопичуються, що призводить, врешті-решт, до дестабілізації, розхитування старої структури і заміні її на нову;
5. Процеси самоорганізації супроводжуються нарушеніемсімметріі . Симетрія означає стійкість, незмінність. Самоорганізація ж передбачає асиметрію, тобто розвиток, еволюцію;
6. Самоорганізація може початися лише в великих системах, що володіють достатньою кількістю взаємодіючих між собою елементів (10 10 -10 14 елементів), тобто в системах, що мають деякі критичні параметри . Для кожної конкретної самоорганізовується ці критичні параметри свої.
Лекція № 14. Основні поняття синергетики. Возможностьуправленія синергетичними системами.
Вибухові, катастрофічні процеси були відомі людству з давніх-давен. Скажімо, людина, яка мандрує по горах знав, на основі свого емпіричного досвіду, що гірська лавина може обрушитися раптово, мало не від подуву вітру або невдало зробленого кроку.
Революції і катаклізми часто представляли собою слідства останньої краплі народного невдоволення, останнього випадкового події переповнив чашу терезів. Це були типові малі причини великих подій.
Кожен з нас може згадати певні ситуації вибору, які стояли на життєвому шляху, і у вирішальні життєві моменти перед нами відкривалося кілька можливостей. Всі ми включені в механізми, де в критичний момент, момент перелому вирішальний вибір визначає випадкова подія. Отже, лавиноподібні процеси, соціальні катаклізми і потрясіння, критичні ситуації вибору на життєвому шляху кожної людини ... Чи можна підвести єдину наукову основу під всі ці, здавалося б різні, факти? Останні 30 років закладається фундамент такої універсальної наукової моделі, Яка отримала назву синергетики.
Як ми вже бачили, синергетика заснована на ідеях системності, цілісного підходу до світу, нелінійності (Тобто багато варіантності), незворотності , глибинної взаємозв'язку хаосу і порядку . Синергетика дає нам образ сложноорганізованного світу , Який є не став, а таким стає, не просто існуючим, а безперервно виникають . Цей світ розвивається по нелінійним законам , Він сповнений несподіваних , непередбачуваних поворотів, пов'язаних з вибором подальшого шляху розвитку.
предметом синергетики є механізми самоорганізації . Це механізми утворення і руйнування структур, механізми, що забезпечують перехід від хаосу до порядку і назад. Ці механізми не залежать від конкретної природи елементів систем. Вони притаманні неживому світу і природи, людини і соціуму. Синергетику тому вважають міждисциплінарним напрямком наукового дослідження.
Синергетика, як і будь-яка інша наука, має свою власну мову, свою систему понять. Це такі поняття як "аттрактор", "біфуркація", "фрактальний об'єкт", "детермінований хаос" та інші. Поняття ці повинні стати доступними для кожної освіченої людини, тим більше що їм можна знайти відповідні аналоги в науці і культурі.
Основними поняттями синергетики є поняття «хаосу» і «порядку».
порядок - це безліч елементів будь-якої природи, між якими існують стійкі (регулярні) відносини, що повторюються в просторі і в часі. Наприклад, лад солдатів, що марширують на параді.
хаос- безліч елементів, між якими немає стійких повторюваних відносин. Наприклад, що біжить в паніці натовп людей.
Поняття "аттрактор" близьке до поняття мети. Це поняття можна розкрити як целеподобность, як спрямованість поведінки системи, як стійке щодо кінцеве її стан. У синергетики під аттрактором розуміють відносно стійкий стан системи, яке як би прітягіваетк собі всемногообразіе траєкторій системи , Які визначаються різними початковими умовами. Якщо система потрапляє в конус аттрактора, то вона неминуче еволюціонує до цього щодо стійкого стану. Наприклад, незалежно від початкового положення м'яча, він скотиться на дно ями. Стан спокою м'яча на дні ями - це аттрактор руху м'яча.
аттрактори підрозділяються на прості і дивні .
простий аттрактор(Аттрактор) - це граничний стан порядку. Система вибудовує порядок і вдосконалює його не до нескінченності, а до рівня, що визначається простим аттрактором.
дивний атрактор - це граничний стан хаотизации системи. Система хаотізіруєтся, розвалюється теж не до нескінченності, а до рівня, що визначається дивним аттракторів.
поняття біфуркація в перекладі з англійської означає вилку з двома зубцями - befork. Кажуть зазвичай не про саму біфуркації, а про точки біфуркації . синергетичний сенс точкібіфуркаціі такий - це точка ветвленіявозможних шляхів еволюції системи . Прохожденіечерез точки розгалуження, досконалий вибір закриває інші шляхи і робить тим самимеволюціонний процес незворотнім .
нелінійну систему можна визначити як систему, що таїть в собі біфуркації.
Дуже важливим для синергетики є нелінійність . під нелинейностью розуміють:
1. Можливість вибору шляху розвитку системи (мається на увазі, що у системи існує не один шлях розвитку, а кілька);
2. Несумірність нашого впливу на систему і одержуваного в ній результату. По прислів'ю «миша народить гору».
Те, що в синергетики називають "біфуркацією "Має глибокі аналоги в культурі. Коли казковий лицар стоїть, задумавшись у придорожнього каменю на розвилці доріг і вибір шляху визначить його подальшу долю, то це і є по суті наочно-образним уявленням біфуркації в житті людини. Еволюція біологічних видів, представлена \u200b\u200bу вигляді еволюційного дерева , Наочно ілюструє розгалужені шляхи еволюції живої природи.
Найбільш помітна теорія про те, як почалася Всесвіт Великого Вибуху, де вся матерія спочатку існувала як сингулярність, нескінченно щільна точка в крихітному просторі. Потім щось привело її до вибуху. Матерія розширилася з неймовірною швидкістю і в кінцевому підсумку сформувала Всесвіт, яку ми бачимо сьогодні.
Велике Стиснення, як ви могли здогадатися, протилежність Великого Вибуху. Все, що розлетілося по краях Всесвіту, під впливом сили тяжіння буде стискатися. Відповідно до цієї теорії, гравітація сповільнить розширення, викликане Великим Вибухом і в кінцевому підсумку все повернеться назад в точку.
- Неминуча теплова смерть Всесвіту.
Подумайте про теплової смерті, як повної протилежності Великому Стисканню. В цьому випадку, сила тяжіння не досить сильна, щоб подолати розширення, тому що Всесвіт просто тримає курс на розширення в геометричній прогресії. Галактики віддалятися один від одного, як нещасні закохані, і всеохоплююча ніч між ними стає все ширше і ширше.
Всесвіт підпорядковується тим же правилам, як і будь-яка термодинамічна система, що в кінцевому підсумку призведе нас до того, що тепло рівномірно розподілиться по всьому Всесвіті. Нарешті, вся Всесвіт згасне.
- Теплова смерть від Черних дір.
Згідно популярної теорії, більшість матерії у Всесвіті обертається навколо чорних дір. Просто подивіться на галактики, які містять надмасивні чорні дірок в їх центрах. Велика частина теорії чорної діри передбачає поглинання зірок або навіть цілих галактик, як вони потрапляють в горизонт подій діри.
Зрештою, ці чорні діри поглинуть більшу частину матерії, і ми залишимося в темній Всесвіту.
- Кінець Часу.
Якщо щось вічне, то це, безумовно, час. Чи є Всесвіт чи ні, час все одно йде. В іншому випадку, не було б ніякого способу, щоб розрізнити один момент з наступного. Але що, якщо час згаяно і просто завмерло? Що робити, якщо не буде більше моментів? Просто один і той же момент часу. Назавжди.
Припустимо, що ми живемо у Всесвіті, час в якій ніколи не закінчується. З безліччю часу, все, що може трапитися відбувається зі 100-відсотковою вірогідністю. Парадокс же станеться, якщо у вас є вічне життя. Ви живете нескінченне час, тому все, що можна гарантовано станеться (і станеться нескінченну кількість разів). Зупинка часу теж може трапиться.
- Велике Зіткнення.
Велике Зіткнення схоже на велике Стиснення, але набагато більш оптимістично. Уявіть собі, той же сценарій: Гравітація уповільнює розширення Всесвіту і все стискається назад в одну точку. У цій теорії, сила цього швидкого стиснення достатня, щоб почати ще один Великий Вибух, і Всесвіт починається знову.
Фізикам не подобається це пояснення, так що деякі вчені стверджують, що, можливо, Всесвіт не пройде весь шлях назад до сингулярності. Замість цього, вона стиснеться дуже сильно, а потім оттолкнется від сили, подібної до тієї, що відштовхує м'яч, коли ви його вдаряє об підлогу.
- Великий Розрив.
Незалежно від того, як закінчується світ, вчені поки не відчувають необхідність використовувати (жахливо занижене) слово «великий», щоб описати його. У цій теорії, невидима сила називається « темна енергія», Вона викликає прискорення розширення Всесвіту, що ми і спостерігаємо. Зрештою, швидкості виростуть настільки, що матерія почне рватися на дрібні частинки. Але є і світла сторона цієї теорії, по крайней мере Великого Вибуху доведеться чекати ще 16 мільярдів років.
- Ефект метастабільних Вакууму.
Ця теорія залежить від ідеї, що існуюча Всесвіт знаходиться в украй нестабільному стані. Якщо ви подивіться на значення квантових частинок фізики, то можна зробити припущення, що наш Всесвіт знаходиться на межі стійкості.
Деякі вчені припускають, що мільярди років тому, Всесвіт буде на межі руйнування. Коли це станеться, в якийсь момент у Всесвіті, з'явиться міхур. Подумайте про це як про альтернативну Всесвіту. Цей міхур буде розширюватися у всіх напрямках зі швидкістю світла, і знищувати все, до чого торкається. Зрештою, ця бульбашка знищить все у Всесвіті.
- Тимчасової Бар'єр.
Тому що закони фізики не мають сенсу в нескінченній мультивселенной, єдиний спосіб зрозуміти цю модель це припустити, якщо що є реальна межа, фізична межа Всесвіту, і ніщо не може вийти за межі. І відповідно до законів фізики, в найближчі 3,7 млрд років, ми перетнемо тимчасової бар'єр, і Всесвіт скінчиться для нас.
- Це не станеться (бо ми живемо в мультивселенной).
За сценарієм мультивселенной, з нескінченними Всесвітами, ці Всесвіти можуть виникати в або з існуючих. Вони можуть виникати з Великих Вибухів, знищуватися більше стиснення або розриву, але це не має ніякого значення, так як нових Всесвітів завжди буде більше, ніж знищених.
- Вічна Всесвіт.
Ах, вікова ідея, що Всесвіт завжди була, і завжди буде. Це одна з перших концепцій, яку люди, створили про природу Всесвіту, але є і новий виток в цій теорії, що звучить трохи цікавіше, ну, серйозно.
Замість сингулярності і Великого Вибуху, який поклав початок самого часу, час міг існувати раніше. У цій моделі, Всесвіт циклічна, і буде продовжувати розширюватися і стискатися завжди.
У найближчі 20 років ми з більшою впевненістю зможемо сказати, яка з цих теорій найбільш відповідає реальності. І можливо, знайдемо відповідь на питання, як наш Всесвіт починалася і як вона закінчиться.
\u003e Теплова смерть
вивчіть гіпотезу теплової смерті Всесвіту. Читайте концепцію і теорію теплової смерті, роль ентропії Всесвіту, термодинамічна рівновага, температура.
Вселенська ентропія постійно зростає. Її мета - термодинамічна рівновага, яке призведе до теплової смерті.
завдання навчання
- Розглянути процеси, що ведуть до проблеми теплової смерті Всесвіту.
Основні пункти
- У ранньому Всесвіті вся матерія і енергія легко замінялися і були ідентичні за своєю природою.
- З ростом ентропії все менше енергії відкривало доступ роботі.
- Всесвіт прагне до термодинамічної рівноваги - максимальна ентропія. Це теплова смерть і кінець активності всього.
терміни
- Астероїд - природне тверде тіло, що поступаються за розмірами планеті, і не виступає кометою.
- Ентропія - міра розподілу рівномірної енергії в системі.
- Геотермальний - відноситься до теплової енергії, що надходить з глибинних земних резервуарів.
У ранньому Всесвіті матерія і енергія були ідентичні за своєю природою і легко замінялися. Звичайно, головну роль у багатьох процесах зіграла гравітація. Це здавалося безладним, але для роботи пропонувалася вся майбутня всесвітня енергія.
Простір розвивалося, і виникли розбіжності в температурі, що створили для роботи більше можливостей. Зірки перевершують по нагрівання планети, які випереджають астероїди, а ті тепліше вакууму. Багато остигають через насильницького втручання (ядерний вибух у зірок, вулканічна активність у Землі і т.д). Якщо не отримати додаткову енергію, то їхні дні полічені. Нижче представлена \u200b\u200bкарта Всесвіту.
Це зовсім юна Всесвіт з коливаннями в температурі (виділені квітами), відповідні зерняткам, який став галактиками
Чим вище ставала ентропія, тим менше енергії надходило в роботу. Земля має великі енергетичними запасами (копалини і ядерне паливо), величезними різницями температур (енергія вітру), геотермальна енергія через різницю в температурних відмітках земних шарів і приливна енергія води. Але якась частина їх енергії ніколи не піде в роботу. У підсумку, всі види палива вичерпаються, а температури вирівняються.
Всесвіт сприймається як замкнута система, тому просторова ентропія завжди збільшується, а кількість доступної для роботи енергії зменшується. Зрештою, коли вибухнуть всі зірки, використовуються всі форми потенційної енергії, А температури вирівняються, робота стане просто неможливою.
Наш Всесвіт прагне до термодинамічної рівноваги (максимальна ентропія). Часто такий сценарій називають теплової смертю - зупинка всієї активності. Але простір продовжує розширюватися і до кінця ще дуже далеко. За допомогою підрахунків по чорних дірок з'ясувалося, що ентропія продовжиться ще 10 100 років.
Вступ
1. Поняття Всесвіту
2. Проблема теплової смерті Всесвіту
2.2 "За" і "проти" теорії теплової смерті
висновок
Вступ
У даній роботі ми поговоримо про майбутнє нашого Всесвіту. Про майбутнє дуже далекому, настільки, що невідомо, чи наступить воно взагалі. Життя і розвиток науки істотно змінюють наші уявлення і про Всесвіт, і про її еволюції, і про закони, які керують цією еволюцією. Справді, існування чорних дір було передбачене ще в XVIII столітті. Але лише в другій половині XX століття їх стали розглядати як гравітаційні могили масивних зірок і як місця, куди може навічно «провалитися» значна частина речовини, доступного спостереженнями, вибувши із загального кругообігу. А пізніше стало відомо, що чорні діри випаровуються і, таким чином, повертають поглинене, хоча зовсім в іншому обличчя. Нові ідеї постійно висловлюються космофізика. Тому картини, намальовані ще зовсім недавно, несподівано виявляються застарілими.
Одним з найбільш дискусійних ось уже близько 100 років є питання про можливість досягнення рівноважного стану у Всесвіті, що еквівалентно поняттю її «теплової смерті». У даній роботі ми і розглянемо його.
A що таке Всесвіт? Вчені під цим терміном розуміють максимально велику область простору, що включає в себе як всі доступні для вивчення небесні тіла та їх системи, тобто як Метагалактику, так і можливе оточення, ще впливає на характер розподілу і руху тіл в її астрономічної частини.
Відомо, що Метагалактика знаходиться в стані приблизно однорідного і ізотропного розширення. Всі галактики віддаляються один від одного зі швидкістю тим більшою, чим більше відстань між ними. З плином часу швидкість цього розширення зменшується. На відстані 15-20 мільярдів світлових років видалення відбувається зі швидкістю, близькою до швидкості світла. З цієї та ряду інших причин, ми не можемо бачити більш далекі об'єкти. Існує як би якийсь «горизонт видимості». Речовина на цьому горизонті знаходиться в сверхплотном ( «сингулярному», тобто особливому) стані, в якому воно було в момент умовного початку розширення, хоча на цей рахунок є й інші припущення. Через кінцівки швидкості поширення світла (300000 км / с) ми не можемо знати, що відбувається на горизонті зараз, але деякі теоретичні розрахунки дозволяють думати, що за межами горизонту видимості речовина розподілено в просторі приблизно з тією ж щільністю, що і всередині нього . Саме це і призводить як до однорідного розширення, так і до наявності самого горизонту. Тому часто Метагалактику не обмежують видимою частиною, а розглядають як сверхсістему, ототожнення з усією Всесвіту в цілому, вважаючи її щільність однорідною. У найпростіших космологічних побудовах розглядають два основні варіанти поведінки Всесвіту - необмежене розширення, при якому середня щільність речовини з плином часу прагне до нуля, і розширення з зупинкою, після якої Метагалактика повинна почати стискатися. У загальній теорії відносності показується, що наявність речовини викривляє простір. У моделі, де розширення змінюється стисненням, щільність досить висока і кривизна виявляється такою, що простір «замикається на себе», подібно до поверхні сфери, але в світі з великим, ніж «у нас», числом вимірів. Наявність горизонту призводить до того, що навіть цей просторово кінцевий світ ми не можемо бачити цілком. Тому з точки зору спостережень замкнутий і відкритий світ розрізняються не дуже сильно.
Швидше за все, реальний світ влаштований складніше. Багато космологи припускають, що існує кілька, може бути, навіть дуже багато метагалактик і всі вони разом можуть представляти якусь нову систему, яка входить у деякого ще більшого освіти (може бути, принципово іншої природи). Окремі частини цього гіперміра (всесвіти в вузькому сенсі) можуть мати абсолютно різні властивості, можуть бути не пов'язані один з одним відомими нам фізичними взаємодіями (або бути слабо пов'язаними, що має місце в разі так званого напівзамкненого світу). У цих частинах гіперміра можуть проявлятися інші закони природи, а фундаментальні константи типу швидкості світла можуть мати інші значення або взагалі відсутні. Нарешті, в таких всесвітів може бути не таке, як у нас, число просторових вимірів.
2.1 Другий закон термодинаміки
Згідно з другим законом (початку) термодинаміки, процеси, що відбуваються в замкнутій системі, завжди прагнуть до рівноважного стану. Іншими словами, якщо немає постійного припливу енергії в систему, що йдуть в системі процеси прагнуть до загасання і припинення.
Ідея про допустимість і навіть необхідності застосування другого закону термодинаміки до Всесвіту як цілого належить В. Томсону (лорду Кельвіном), який опублікував її ще в 1852 р Трохи пізніше Р.Клаузиус сформулював закони термодинаміки в застосуванні до всього світу в наступному вигляді: 1. енергія світу постійна. 2. Ентропія світу прагне до максимуму.
Максимальна ентропія як термодинамічна характеристика стану відповідає термодинамічної рівноваги. Тому зазвичай інтерпретація цього положення зводилася (часто зводиться і зараз) до того, що всі рухи в світі повинні перетворитися в теплоту, все температури вирівняються, щільність в досить великих обсягах повинна стати всюди однаковою. Цей стан і отримало назву теплової смерті Всесвіту.
Реальне різноманітність світу (крім, хіба що, розподілу щільності на найбільших нині спостерігаються масштабах) далеко від намальованої картини. Але якщо світ існує вічно, стан теплової смерті вже давно мало б наступити. Отримане протиріччя отримало назву термодинамічної парадоксу космології. Щоб його ліквідувати, потрібно було допустити, що світ існує недостатньо довго. Якщо говорити про що спостерігається частини Всесвіту, а також про її передбачуваному оточенні, то це, мабуть, так і є. Ми вже говорили про те, що вона знаходиться в стані розширення. Виникла вона швидше за все в результаті вибухоподібної флуктуації в первинному вакуумі складної природи (або, можна сказати, в гіперміре) 15 або 20 мільярдів років тому. Астрономічні об'єкти - зірки, галактики - виникли на більш пізній стадії розширення з спочатку майже строго однорідної плазми. Однак по відношенню до далекого майбутнього питання залишається. Що чекає нас або наш світ? Настане рано чи пізно теплова смерть або ж цей висновок теорії з якихось причин невірний?
2.2 «За» і «проти» теорії теплової смерті
Багато видатних фізиків (Л.Больцман, С. Арреніус і ін.) Категорично заперечували можливість теплової смерті. Разом з тим навіть і в наш час не менш видатні вчені впевнені в її неминучості. Якщо говорити про супротивників, то, за винятком Больцмана, який звернув увагу на роль флуктуацій, їх аргументація була швидше емоційною. Лише в тридцяті роки нашого століття з'явилися серйозні міркування щодо термодинамічної майбутнього світу. Всі спроби вирішення термодинамічної парадоксу можна згрупувати відповідно до трьома основними ідеями, покладеними в їх основу:
1. Можна думати, що другий закон термодинаміки неточний або ж невірна його інтерпретація.
2. Другий закон вірний, але невірна або неповна система інших фізичних законів.
3. Всі закони вірні, але незастосовні до всього Всесвіту через якихось її особливостей.
В тій чи іншій мірі всі варіанти можуть бути використані і дійсно використовуються, хоча з різним успіхом, для спростування висновку про можливу теплової смерті Всесвіту в як завгодно віддаленому майбутньому. З приводу першого пункту зауважимо, що в «термодинаміки» К.А. Путилова (М., Наука, 1981) наводиться 17 різних визначень ентропії, не всі з яких еквівалентні. Ми скажемо лише, що якщо мати на увазі статистичне визначення, що враховує наявність флуктуацій (Больцман), другий закон у формулюванні Клаузіуса і Томсона дійсно виявляється неточним.
Закон зростання ентропії, виявляється, має не абсолютний характер. Прагнення до рівноваги підпорядковане імовірнісним законам. Ентропія отримала математичне вираження у вигляді ймовірності стану. Таким чином, після досягнення кінцевого стану, яке до сих пір передбачалося відповідним максимальної ентропії Smax, система буде перебувати в ньому більш тривалий час, ніж в інших станах, хоча останні неминуче будуть наступати через випадкових флуктуацій. При цьому великі відхилення від термодинамічної рівноваги будуть значно рідшими, ніж невеликі. Насправді стан з максимальною ентропією можна досягти тільки в ідеалі. Ейнштейн зазначив, що «термодинамічна рівновага, строго кажучи, не існує». Через флуктуацій ентропія буде коливатися в якихось невеликих межах, завжди нижче Smax. Її середнє значення буде відповідати больцманівського статистичному рівновазі. Таким чином, замість теплової смерті можна було б говорити про перехід системи в деякий «найбільш ймовірне», але все ж кінцеве статистично рівноважний стан. Вважається, що термодинамічна і статистичне рівновагу - практично одне і те ж. Це помилкова думка спростував Ф.А. Ціцін, що показав, що різниця в дійсності дуже велике, хоча про конкретних значеннях різниці ми тут говорити не можемо. Важливо, що будь-яка система (наприклад, ідеальний газ в посудині) рано чи пізно матиме не максимальне значення ентропії, а скоріше , Відповідне, як ніби, порівняно малу ймовірність. Але тут справа в тому, що ентропію має не одне стан, а величезна їх сукупність, яку лише через недбалість називають єдиним станом. Кожне з станів з має і справді малу ймовірність здійснення, і тому в кожному з них система не затримується довго. Але для їх повного набору ймовірність виходить великий. Тому сукупність часток газу, досягнувши стану з ентропією, близькою до , Повинна досить швидко перейти в якийсь інший стан з приблизно тією ж ентропією, потім в наступне і т.д. І хоча в стані, близькому до Smax, газ буде проводити більше часу, ніж в будь-якому з станів з , Останні разом узяті стають кращими.