1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое тепловая смерть вселенной

Смерть: как будет умирать Вселенная?

Однажды вы умрете. Через секунд или через тысячу лет, неважно. Ваше тело и все его составляющие перестанут функционировать и воссоединятся с Землей как обычный, безжизненный материал. Земля тоже умрет, охваченная расширяющимся, стареющим Солнцем. Солнце выжжет все свое топливо, превратится в белого карлика, затем догорит и умрет. Млечный Путь столкнется с Андромедой и образует гигантскую эллиптическую галактику, которая погибнет, растеряв все свои звезды в межгалактическом пространстве.

Трупики этих оставшихся звезд умрут, распадаясь на свои составные части. Вселенная будет стареть до тех пор, пока вся материя не окажется в черных дырах или не будет плавать в виде свободных элементарных частиц. Эти черные дыры испарятся и вселенная умрет. Все, что было, станет холодным ничем, навсегда.

Как будет умирать Вселенная

Эта концовка — одна из возможных счастливейших, «тепловая смерть», она же смерть тепла, которая хотя бы оставит нам время попрощаться. Правда в том, что Вселенная намного старше людей, она была задолго до нас и будет еще долгое время после нас, и созерцать ее смерть нам, вероятнее всего, не придется. Потому что мы ничтожны. Нам остается только изучать физику и развлекаться, ожидая своего воссоединения с Землей.

«Мы можем попытаться понять это, но повлиять хоть каким-нибудь образом — нет», говорит Кэти Мак, помощник профессора из Университета штата Северная Каролина. «Мы не унаследуем космос. Это интересная концепция».

Тепловая смерть, или «большое замерзание», обычно рассматривается как наиболее вероятное будущее, основанное на том, какими вещи выглядят сегодня. Вселенная расширяется и будет продолжать расширяться. По мере развития вселенной, звезды будут формироваться все реже из-за разрежения пыли и газа. Последние черные дыры будут медленно испаряться, теряя энергию в процессе излучения Хокинга, возможно, в течение 10 100 лет. Через некоторое время распадутся оставшиеся частицы, и вся вселенная примет среднюю температуру почти абсолютного нуля. Вселенная, по своей сути, будет такой большой и скудной, что шансы найти в ней хоть что-то вообще будут практически нулевыми.

Конечно, случится все это нескоро. Если люди переживут собственное стремление к саморазрушению, атмосфера Земли просуществует еще миллиард лет, а Солнце еще 7-10 миллиардов лет, после чего станет красным гигантом, выбросит свои внешние слои и останется светящимся ядром размером с Землю, но намного тяжелее. Это белый карлик. Небольшие красные звезды могут просуществовать еще сотню триллионов лет, отмечает Джон Баэз, физик из Калифорнийского университета в Риверсайде. Возможно, люди смогут переселиться на одну из планет возле красного карлика вроде Проксимы Центавра, чтобы доживать свои дни. Эти временные масштабы за пределами человеческого понимания — просто попробуйте представить, сколько времени займет преодоление вселенной в нынешних ее размерах, если останавливаться и считать каждый атом на своем пути.

«Наверное, эта картина очень грустная», говорит Баэз. «Люди это животные, которые думают о будущем, и нам нравится думать о жизни как об истории с счастливым концом».

Тепловая смерть Вселенной или что-нибудь другое?

Некоторые гораздо более богатые событиями теоретические судьбы Вселенной могут настигнуть ее гораздо раньше. Например, Большой Разрыв. Как вам известно, в 1998 году ученые обнаружили, что вселенная не просто расширялась, но расширялась все быстрее и быстрее. Они предположили, что за ускоренным расширением стоит некая энергия, кажущаяся присущей вакууму Вселенной, — темная энергия. Существует вероятность того, что через 100 миллиардов лет темная энергия приведет к тому, что вселенная будет расширяться так быстро, что разорвет галактики, солнечные системы, планеты и атомы до того, как они потеряют энергию самостоятельно. Пространство между каждой отдельной точкой будет расти бесконечно. Физики-теоретики делают ставку на тепловую смерть вселенной, но кто знает, как она закончит на самом деле — наблюдения не запрещают других вариантов.

Также есть шанс, что изменится сам вакуум пространства. Возможно, «поле Хиггса», пронизывающее вселенную и наделяющее субатомные частицы массой, находится не в самой низкоэнергетической конфигурации. Возможно, оно «метастабильное» по своей сути и есть более низкоэнергетическое состояние, до которого оно может распасться. Представьте, что вы проводите всю жизнь, обитая на платформе, и думаете, что находитесь на твердой почве — эта платформа находится в метастабильном состоянии. Однажды эта платформа коллапсирует и покажет истинное дно в сотнях метров под собой. Законы физики, известные нам, перестанут работать, вы упадете вниз и умрете. Это может произойти, если вселенная перейдет из метастабильного состояния в более стабильное — если мы все это время находились на платформе. Вселенной придет конец, потому что эта новая вселенная с более низкой энергией не сможет поддерживать существование нынешней Стандартной модели, всех эти частиц, составляющих материю. Маловероятно, впрочем, что это событие произойдет до тепловой смерти. Но было бы красиво.

Читать еще:  Что нужно для создания музыки

«В каком-то месте Вселенной родится пузырь истинного вакуума, который будет расширяться со скоростью света и поглотит Вселенную, уничтожая все», говорит Мак. Световая скорость этого события означает, что вы не увидите его на подходе — смерть будет мгновенной.

Впрочем, не все возможные космические исходы связаны с опустошением и пустотой. Возможно, в каком-то далеком будущем, энергия вакуума вселенной спонтанно подскочит и инициирует инфляцию в этой точке пространства, из которой начнут формироваться совершенно новые вселенные. Алан Гут, физик Массачусетского технологического института, который изобрел теорию космической инфляции, предвидел такой поворот событий. Может быть, именно так сформировалась и наша Вселенная. Может быть, бесконечное число вселенных сформировались таким образом. Возможно, за пределами досягаемости нашей собственной вселенной есть множество мест, которых не затронет ее кончина.

«Это самая оптимистичная теория, потому что даже если наша часть Вселенной умрет, другие части, возможно, хранящие жизнь, будут существовать вечно», говорит Гут. В любом случае, наша Вселенная умрет.

Возможно, темная энергия не является присущей пространству, постоянной величиной. Возможно, ее сила будет падать, что в конечном итоге замедлит расширение вселенной. Сила гравитации снова вступит в права владения и все коллапсирует с «большим хрустом».

Есть многое, чего мы не знаем о вселенной, поэтому любая из этих идей может быть верной. Любое новое открытие о природе темной энергии, бозона Хиггса или самого пространства-времени может раскрыть совершенно другую судьбу Вселенной, в которой рушатся или возникают миры, бесконечности переплетаются и время замирает. Человечество будет обречено, вне зависимости от того, хочет оно того или нет.

Вас устраивает такое развитие событий? Расскажите в нашем чате в Телеграме.

Тепловая смерть Вселенной

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Смотреть что такое «Тепловая смерть Вселенной» в других словарях:

«ТЕПЛОВАЯ СМЕРТЬ» ВСЕЛЕННОЙ — гипотеза, выдвинутая Р. Клаузиусом (R. Clausius, 1865) как экстраполя ция второго начала термодинамики на всю Вселенную. Согласно Клаузиусу, энергия мира постоянна, энтропия мира стремится к максимуму . Т. е. Вселенная должна прийти в состояние… … Физическая энциклопедия

ТЕПЛОВАЯ СМЕРТЬ ВСЕЛЕННОЙ — ошибочный вывод, сделанный в XIX в. на основе второго начала термодинамики (см. ), о том, что все виды энергии во Вселенной в конце концов должны перейти в энергию теплового движения, которая равномерно распределится по веществу Вселенной, после… … Большая политехническая энциклопедия

Тепловая смерть Вселенной — Уильям Томсон − в 1852 году выдвинул гипотезу о ТСВ Тепловая смерть термин, описывающий конечное состояние любой замкнутой термодинамической … Википедия

Тепловая смерть вселенной — Уильям Томсон − в 1852 году открыл ТСВ Тепловая смерть термин, описывающий конечное состояние любой замкнутой термодинамической системы, и Вселенной в частности. При этом никакого направленного обмена энергией наблюдаться не будет, так как все… … Википедия

ТЕПЛОВАЯ СМЕРТЬ ВСЕЛЕННОЙ — гипотетич. состояние мира, к к рому якобы должно привести его развитие в результате превращения всех видов энергии в тепловую и равномерного распределения последней в пространстве; в таком случае Вселенная должна прийти в состояние однородного… … Философская энциклопедия

«Тепловая смерть Вселенной» — ошибочный вывод о том, что все виды энергии во Вселенной, в конце концов, должны перейти в энергию теплового движения, которая равномерно распределится по веществу Вселенной, после чего в ней прекратятся все макроскопические процессы. Этот вывод … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов

ТЕПЛОВАЯ СМЕРТЬ ВСЕЛЁННОЙ — ошибочный вывод о том, что все виды энергии во Вселенной в конце концов должны перейти в энергию теплового движения, к рая равномерно распределится по в ву Вселенной, после чего в ней прекратятся все макроскопич. процессы. Этот вывод был… … Физическая энциклопедия

Будущее Вселенной — Сценарий Большого сжатия Будущее Вселенной вопрос, рассматриваемый в рамках физической космологии. Различными научными теориями предсказано множество возможных вариантов будущего, среди которых есть мнения как об уничтожении, так и о… … Википедия

Конец света — У этого термина существуют и другие значения, см. Конец света (значения). Гибель человечества в представлении художника (см. также … Википедия

Читать еще:  Какой климат в Восточной Сибири

Большое сжатие — В космологии, Большое сжатие (англ. Big Crunch) один из возможных сценариев будущего Вселенной, в котором расширение Вселенной со временем меняется на сжатие и вселенная коллапсирует, в конце концов схлопываясь в сингулярность. Обзор … Википедия

Второе начало термодинамики: вечный двигатель второго рода и тепловая смерть Вселенной

Пришла пора разобраться со вторым фундаментальным постулатом термодинамики, который именуется второе начало термодинамики. Второе начало не является доказуемым в рамках классической термодинамики. Его формулировки – результат обобщения опытов, наблюдений и экспериментов. Попытаемся рассказать о нем кратко и понятно.

В прошлой статье по термодинамике мы говорили о термодинамических системах, состоящих из большого числа частиц. Для описания подобных систем используются так называемые функции состояния.

Термодинамическая функция состояния (или термодинамический потенциал) – это функция, зависящая от нескольких независимых параметров, определяющих состояние системы. Чтобы было понятнее, приведем пример. Одна из функций состояния системы – это ее внутренняя энергия. Она не зависит от того, как именно система оказалось в данном состоянии

Энтропия

Еще одно понятие, с которым нужно познакомиться – это энтропия. Для понимания второго начала термодинамики энтропия очень важна. А еще это красивое слово, которое многих ставит в ступор и которым можно блеснуть в компании.

В самом общем случае, энтропия – мера хаотичности некоторой системы

Энтропия

Простой пример : представим, что у вас есть ящик с носками. Если все носки в ящике разбросаны и валяются вперемешку и по одному, энтропия такой системы максимальна. А если носки собраны по парам и лежат аккуратненько в рядок — минимальна.

В термодинамике, энтропия – это функция состояния термодинамической системы, которая определяет меру необратимого рассеивания энергии. Что это значит? Это значит, что какая-то часть внутренней энергии системы не может перейти в совершаемую системой механическую работу. Например, процесс преобразования теплоты в механическую работу всегда сопровождается потерями, в результате которых теплота трансформируется в другие виды энергии.

Энтропия при необратимых термодинамических процессах увеличивается, а при обратимых – остается постоянной. Математическая запись энтропии (S):

Здесь дельта Q – количество теплоты, подведенное или отведенное от системы, T – температура системы, dS – изменение энтропии.

Существует несколько различных формулировок второго начала термодинамики, и вот одна из них:

Энтропия замкнутой системы возрастает при любых необратимых процессах в этой системе

Так как нас интересует именно понимание сути вещей, приведем еще одно самое простое определение:

Невозможен процесс, единственным результатом которого является передача энергии в форме теплоты от холодного тела к горячему

К слову, данная формулировка второго начала термодинамики принадлежит Рудольфу Клаузиусу, который и ввел в обиход понятие энтропии.

Невозможен процесс, единственным результатом которого является передача энергии в форме теплоты от холодного тела к горячему

И снова вечный двигатель

После разочарования с идеей вечного двигателя первого рода люди и не думали сдаваться. Через какое-то время был придуман вечный двигатель второго рода, работа которого основывалась на передаче тепла и не перечила закону сохранения энергии. Такой двигатель преобразует все тепло, полученное от окружающих тел, в работу. Например, в качестве его реализации предполагалось путем охлаждения океана получить огромное количество теплоты. Но к счастью до охлаждения океана и заморозки рыб дело не дошло, т.к. данная идея противоречит второму началу динамики. КПД любой машины не может быть равен единице, также как тепло не может быть преобразовано в работу полностью. Так что сколько ни старайтесь, а вечный двигатель второго рода создать невозможно, так же как и вечный двигатель первого рода.

Тепловая смерть Вселенной

После введения Рудольфом Клаузиусом понятия энтропии в 1865 году возникло множество споров, домыслов и теорий, связанных с этим понятием. Одна из них – гипотеза о тепловой смерти Вселенной, сформулированная самим Клаузиусом на основе второго начала термодинамики.

Рудольф Клаузиус (1822-1888)

Данная теория, сформулированная Клаузиусом, гласит, что Вселенная, как любая замкнутая система, стремится к состоянию термодинамического равновесия, характеризующемуся максимальной энтропией и полным отсутствием макроскопических процессов, что в свою очередь обессмысливает привычное нам понятие времени. По Клаузиусу: «Энергия мира остается постоянной. Энтропия мира стремиться к максимуму». Это означает, что когда Вселенная придет в состояние термодинамического равновесия, все процессы прекратятся и мир погрузиться в состояние «тепловой смерти». Температура в любой точке Вселенной будет одной и той же, более не будет каких-либо причин, способных вызвать возникновение каких бы то ни было процессов.

Читать еще:  Что подарить парню на 14 февраля

Концепция тепловой смерти вселенной еще в недалеком прошлом была довольно широко распространена и являлась предметом активных дискуссий. Так, в книге Джинса «Universe around us» (1932г.) можно найти следующие строки касательно тепловой смерти Вселенной: «Вселенная не может существовать вечно; рано или поздно должно наступить время, когда ее последний эрг энергии достигнет наивысшей степени на лестнице падающей полезности, и в этот момент активная жизнь Вселенной должна будет прекратиться».

Где-то во Вселенной

При выводе своей теории Клаузиус прибегал в своих рассуждениях к следующим экстраполяциям (приближениям):

  1. Вселенная рассматривается как замкнутая система.
  2. Эволюция мира может быть описана как смена его состояний.

Интересный факт : рассуждения о тепловой смерти позволили церкви заявить, что с научной точки зрения (в том числе и благодаря теории Клаузиуса) можно найти предпосылки, указывающие на существование бога. Так, в 1952 году на заседании «папской академии наук» папа Пий 12-й в своей речи сказал: «Закон энтропии, открытый Рудольфом Клаузиусом, дал нам уверенность, что спонтанные природные процессы всегда связаны с некоторой потерей свободной, могущей быть использованной энергии, откуда следует, что в замкнутой материальной системе в конце концов эти процессы в макроскопическом масштабе когда-то прекратятся. Эта печальная необходимость. красноречиво свидетельствует о существовании Необходимого Существа».

Опровержение теории тепловой смерти Вселенной

Как уже отмечалось выше Клаузиусом, при выводе его теории применялись определенные экстраполяции. Сегодня несмотря на некоторые сложности можно с уверенностью сказать, что подобные выводы являются антинаучными. Дело в том, что существуют определенные границы применимости второго начала термодинамики: нижняя и верхняя. Так, второе начало термодинамики не может быть применено для описания микросистем, размеры которых сравнимы с размерами молекул, и для макросистем, состоящих из бесконечного числа частиц, т.е. для Вселенной в целом.

Второе начало термодинамики не применимо ко Вселенной как замкнутой системе

Собственно первым ученым, установившим статистическую природу второго начала термодинамики и противопоставившим теории тепловой смерти Вселенной так называемую флуктуационную гипотезу, был выдающийся физик-материалист Больцман. Имеет место формула Больцмана, позволяющая дать статистическое истолкование второму началу термодинамики

Здесь S – энтропия системы, k – постоянная Больцмана, P – термодинамическая вероятность состояния, определяющая число микросостояний системы, соответствующих данному макросостоянию. Согласно формуле Больцмана,

То есть термодинамическая вероятность состояния изолированной системы при всех происходящих в ней процессах не может убывать. Однако т.к. для систем, состоящих из бесконечного числа частиц, все состояния будут равновероятными , вышеописанное соотношение неприменимо ко Вселенной. В подобных системах имеют место значительные флуктуации (флуктуация – отклонение истинного значения некоторой величины от ее среднего значения), представляющие собой отклонения от второго начала термодинамики. Согласно Больцману, состояние термодинамического равновесия представляет собой лишь наиболее часто встречающееся и наиболее вероятное; наряду с этим в равновесной системе могут самопроизвольно возникнуть сколь угодно большие флуктуации. То есть во Вселенной, находящейся в состоянии термодинамического равновесия, постоянно возникают флуктуации, причем одной такой флуктуацией является та область пространства, в которой находимся мы.

Людвиг Больцман (1844-1906)

Современный подход безусловно отвергает теорию тепловой смерти Вселенной. Учитывая огромный возраст Вселенной и тот факт, что она не находится в состояние тепловой смерти, можно сделать вывод о том, что во Вселенной протекают процессы, препятствующие росту энтропии, т.е. процессы с отрицательной энтропией. Однако выводам Больцмана о том, что во Вселенной преобладает состояние термодинамического равновесия, все более противоречит растущий экспериментальный материал астрономии. Материя обладает никогда не утрачиваемой способностью к концентрации энергии и превращения одних форм движения в другие. Так, например, процесс образования из рассеянной материи звезд подчиняется определенным закономерностям и не может быть сведен исключительно к случайным флуктуациям распределения энергии во Вселенной.

Дорогие друзья! Сегодня мы по возможности выяснили, какой смысл имеет понятие энтропии для второго начала термодинамики, узнали, что вечный двигатель второго рода невозможен, а также порадовались, что тепловой смерти Вселенной все-таки не случится. Мы как всегда надеемся на то, что вам понравилась наша статья, в которой мы старались рассказать о термодинамике просто, понятно и интересно. Желаем успехов в учебе и напоминаем – подсказать, помочь, проконсультировать и взять часть нагрузки на себя всегда готовы наши специалисты. Учитесь и живите в свое удовольствие!

Источники:

http://hi-news.ru/science/smert-kak-budet-umirat-vselennaya.html
http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/139063/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F
http://zaochnik-com.ru/blog/vtoroe-nachalo-termodinamiki-vechnyj-dvigatel-vtorogo-roda-i-teplovaya-smert-vselennoj/

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector