Проблема "тепловой смерти" вселенной в научной картине мира

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 125

Проблема «тепловой смерти» вселенной в научной картине мира

Гусев И. Д.

Уфимский государственный авиационный технический университет

E-mail: ruslanofthering@rambler.ru

В статье рассматривается гипотеза о «тепловой смерти» Вселенной. Представлена гипотеза реконцентрации энергии Уильяма Ранкина. Приведены предположения теории Больцмана. Объяснена роль гравитации в разрешении проблемы «тепловой смерти» с приведением классификации энергии в порядке возрастания количества форм, в которые энергия может трансформироваться.

Ключевые слова: Тепловая смерть, теория струн, энтропия.

THE PROBLEM OF THERMAL DEATH IN THE UNIVERSE IN THE SCIENTIFIC PICTURE OF THE WORLD

Gusev I.D.

The article deals with the hypothesis of the "thermal death" of the universe. The hypothesis of the energy recombination of William Rankin is presented. The assumptions of the Boltzmann theory are given. The role of gravity in solving the problem of "thermal death" is explained with the reduction of energy classification in order of increasing number of forms into which energy can be transformed.

Keywords: Thermal death, string theory, entropy.

Гипотеза о «тепловой смерти» Вселенной с момента своего возникновения почти полторы сотни лет назад и до нынешнего времени остается одной из наиболее дискуссионных проблем как в научном сообществе, так и в научно-популярной среде. Такое внимание гипотеза обращает к себе главным образом по той причине, что она затрагивает фундаментальные вопросы существования нашего Мира, глубинные структуры его научной картины. Попытки разрешения парадокса приводили зачастую к формированию смелых идей, теорий, моделей, продвигавших науку, в конечном итоге, не только к разрешению фундаментальных вопросов мироздания, но и к решению прикладных задач физики и термодинамики.

Теория «тепловой смерти» Вселенной была сформулирована Клаузиусом и Томпсоном - энтропия Вселенной стремится к максимуму.

Несомненно, существуют процессы, в которых энтропия уменьшается, но при детальном рассмотрении оказывается, что уменьшение энтропии в одной области приводит к увеличению ее в другой, причем в более значительной мере.

Казалось, все подтверждает неутешительные прогнозы Клаузиса, но в скором времени стали появляться теории, пытающиеся опровергнуть теорию «тепловой смерти».

Уильям Ранкин выдвинул гипотезу реконцентрации энергии: Вселенная окружена особой эфирной оболочкой, обладающей свойствами зеркальной поверхности, и энергия может не рассеиваться, а концентрироваться в каких-то центрах мира, где температура будет повышаться

[1].

Церковные деятели не упустили возможности лишний раз увидеть в таком парадоксе необходимость существования высшего, всемогущего начала.

Различные подходы к решению парадокса, связаны с такими понятиями как флуктуация, гравитация, сингулярность, а также с теориями о возникновении Вселенной и теорией струн.

Флуктуационная теория Больцмана считается одной из наиболее убедительных в вопросе решения «тепловой смерти» и имеет большое количество сторонников.

Теория Больцмана опирается на следующие предположения:

1. Едва ли предположение о замкнутости Вселенной можно считать убедительным фактом.

2. Второй закон термодинамики применим к системам, находящимся вблизи состояния термодинамического равновесия.

3. Второй закон термодинамики в своей статистической интерпретации разработан для молекул, а значит, совершенно неприменим для Вселенной - системы иных объектов иной структуры. Перенос закона с микромира на макромир, таким образом, не обоснован.

Кроме того, Больцман представлял Вселенную бесконечной как в пространстве, так и во времени.

Больцман показал статистический характер второго закона термодинамики, а также возможность явлений флуктуации в состоянии термодинамического равновесия. Флуктуации представляют собой случайные колебания термодинамических параметров и могут иметь сколь угодно большие масштабы. Процессы с уменьшением энтропии возможны, но крайне маловероятны.

По причине флуктуации, согласно теории Больцмана, на фоне общей «тепловой смерти» возникла наша наблюдаемая область Вселенной. Наблюдаемая Вселенная, таким образом, признавалась Больцманом флуктуацией, а значит, с нее снимались парадоксальные противоречия теории «тепловой смерти». тепловой смерть вселенная

По Больцману следует, что в какой-то момент в прошлом энтропия уменьшилась, приведя к появлению во Вселенной области упорядоченности, которая ныне постепенно разрушается с увеличением энтропии. Также следует, что в какой-то области Вселенной процессы протекают в обратном порядке, а так как энтропия строго связана со «стрелой времени», то и само время в этой области должно идти вспять.

Из вышеизложенного следует, казалось бы, фантастический вывод, что при возникновении такого обратного процесса мы вместе со Вселенной переживем какой-то момент несколько раз. Возможно, мы и переживаем его снова и снова (Больцман считал, что живое существо всегда будет определять путь от прошлого к будущему как от события маловероятного к более вероятному, и не отличит нарушений, как мы не отличаем верха и низа пространства [3]).

К вопросу о незамкнутости Вселенной также возможно подойти с различных позиций. Для Вселенной по определению не существует ничего внешнего, кроме того, большие части систем скорее замкнуты, чем наоборот и чем большую часть Вселенной принимать во внимание, тем более замкнутой она становится, и роль внешних воздействий снижается. Существуют мнения, что именно Вселенная и является единственным примером абсолютно изолированной системы [2].

Вальтер Нернст на основе явления радиации предположил, что во Вселенной существуют центры концентрации энергии, противодействующие тепловому равновесию, а также объекты, достаточно мощные, чтобы стать источником космических лучей. Позже такие объекты были обнаружены: сверхновые звезды, радиогалактики, галактики Сейферта, пульсары и квазары, источники рентгеновского излучения. Причем в ядрах квазаров условия столь необычны, что для них необходимы новые модели [3].

Для объяснения роли гравитации в разрешении проблемы «тепловой смерти» необходимо приведение классификации энергии в порядке возрастания количества форм, в которые энергия может трансформироваться. Теплота, по данной классификации относится к низшему классу. Гравитация же является высшей формой энергии. Превращения энергии с ростом энтропии, есть переход от высших форм к низшим. Таким образом, гравитация преобладает во Вселенной, имеет нулевую энтропию и главным образом задает направление потока превращения энергии в космосе.

При этом гравитационная энергия не превращается в свет и теплоту.

Теория Большого взрыва предполагает, что наблюдаемая нами Вселенная возникла из сингулярности и непрерывно расширяется и охлаждается. Последнее утверждение можно соотнести по смыслу с теорией «тепловой смерти», однако в теории Большого взрыва основным измерительным параметром считается не энтропия, а средняя плотность вещества. Возможно, что Вселенная в широком ее смысле является не безжизненной пустыней (как в теории Больцмана), а напротив бесконечной сингулярностью, в массе которой по каким-то причинам произошло образование «пузырька» - Метагалактики.

Если же рассматривать с помощью преобразований Лоренца тело, обладающее массой, движущееся со скоростью, приближающейся к скорости света, то в пределе его длина (а значит и объем) стремится к нулю, а масса - к бесконечности. Отношение массы к объему также стремится к бесконечности, то есть к состоянию сингулярности. Возможно, что первоначало Метагалактика двигалась во Вселенной со скоростью света и процессы расширения начались с процессом его замедления.

Многообещающим предсказанием теории струн является многомерность Вселенной. Если предположить одно или несколько измерений временными, то можно придти ко многим любопытным выводам, один из которых будет следующим: материя, а значит и ее энергия и энтропия могут двигаться в обратную сторону, возвращаясь к своему начальному состоянию [4].

Материя, путешествуя таким образом, будет вовлечена в круговорот, в результате которого ее предшествующее состояние (причем как с более низкой температурой, так и с более высокой) может иметь место. Это, в свою очередь приведет к бесконечности теплообменных процессов во Вселенной и невозможности ее «тепловой смерти». Флуктуация может быть именно таким обратным движением в многомерном пространстве [5].

Таким образом, проблема «тепловой смерти» Вселенной, непременно приводит к философским вопросам познаваемости бытия. Ведь как бы глубоко мы не познавали окружающую нас действительность, познание необъятной Вселенной со всеми ее загадками может оказаться не в наших силах, хотя нельзя не признать, что попытки решения столь фундаментальных вопросов приводят к формированию новых научных картин, изменению нашего мировоззрения и понимания действительности. Возможно, что недалек тот день, когда очередная смелая гипотеза откроет для нас немыслимые просторы для познавательной и прикладной деятельности.

Список литературы

1. С.Карно, У.Томсон, Р.Клаузиус, Л.Больцман, М.Смолуховский Второе начало термодинамики-Л.-ГТТИ, 1934.

2. И.П. Базаров Заблуждения и ошибки в термодинамике -М: Едиторал УРСС, 2003.

3. Т.Я. Дубнищева Концепции современного естествознания -М: Академия, 2003.

4. Физика космоса: Маленькая энциклопедия /Редкол.: Р. А. Сюняев (Гл. ред.) и др. - М.: Советская энциклопедия, 1986.

5. В.В. Казютинский Термодинамический парадокс в космологии - М.: Российская академия наук, 2004.

Размещено на Allbest.ru