Az Univerzum hőhalála

Az Univerzum termikus halála , egyben a Nagy Fagyás [1]  egy hipotézis, amelyet R. Clausius terjesztett elő 1865-ben, amely a termodinamika második főtételének az egész Univerzumra való extrapolációján alapul . Clausius szerint az Univerzumnak idővel el kell jutnia a termodinamikai egyensúlyi állapotba, vagyis a „termikus halál” [2] állapotába (ez a kifejezés bármely zárt termodinamikai rendszer végső állapotát írja le ).

Ha az Univerzum lapos vagy nyitott, akkor örökre kitágul (lásd " Freedman univerzum "), és várhatóan egy ilyen evolúció eredményeként eléri a "hőhalál" állapotát [3] . Ha a kozmológiai állandó pozitív, amint azt a legújabb megfigyelések mutatják, az univerzum végül megközelíti a maximális entrópia állapotát [4] .

A hipotézis története

1852-ben William Thomson (báró Kelvin) megfogalmazta az "energia disszipáció elvét", amiből az következett, hogy a Föld egy véges idő elteltével emberi lakhatásra alkalmatlan állapotba kerül [5] . Ez volt az első elképzelés a "hőhalálról", eddig csak a Földről.

Az Univerzum hőhalálára vonatkozó következtetést R. Clausius fogalmazta meg 1865 -ben a termodinamika második főtétele alapján . A második törvény szerint minden olyan fizikai rendszer, amely nem cserél energiát más rendszerekkel, a legvalószínűbb egyensúlyi állapotba – az úgynevezett maximális entrópiájú állapotba – hajlik . Egy ilyen állapot megfelelne az Univerzum hőhalálának [6] . Már a modern kozmológia létrejötte előtt is számos kísérlet történt az Univerzum hőhalálára vonatkozó következtetés megcáfolására. Közülük a leghíresebb L. Boltzmann ( 1872 ) fluktuációs hipotézise, ​​mely szerint az Univerzum mindig is egyensúlyi izotermikus állapotban volt, de a véletlen törvénye szerint néha egy-egy helyen eltérések ettől az állapottól. néha előfordulnak; ritkábban fordulnak elő, minél nagyobb a befogott terület és annál nagyobb az eltérés mértéke.

Kritika

Az „Univerzum termikus halála” hipotézis [K 1] elleni egyik érv az Univerzum végtelenségén alapul , így a termodinamika véges méretű objektumok vizsgálatán alapuló törvényei nem alkalmazhatók az Univerzum elvileg. M. Planck ezzel kapcsolatban megjegyezte: „Aligha van értelme a világ energiájáról vagy entrópiájáról beszélni, mert az ilyen mennyiségek nem definiálhatók pontosan” [8] .

A statisztikus fizika oldaláról az "Univerzum termikus halálának" hipotézisével szembeni kifogások arra vezethetők vissza, hogy a második törvény által teljesen tiltott folyamatok statisztikai szempontból egyszerűen valószínűtlenek. A hétköznapi makrorendszerek esetében mind a statisztikai, mind a fenomenológiai törvények ugyanarra a következtetésre vezetnek. Kis részecskeszámú rendszerek, vagy végtelenül nagy rendszer, vagy végtelenül hosszú megfigyelési idő esetén azonban megengedhetővé válnak a termodinamika második főtételét megsértő spontán folyamatok [9] . Ezen túlmenően a nem csökkenő entrópia általános szabálya által egyesített zárt és izolált (alrendszereket tartalmazó) rendszerekben továbbra is lehetségesek stabil, nem egyensúlyi stacionárius állapotok. Sőt, ilyen állapotok előidézhetők egy már termodinamikai egyensúlyban lévő rendszerben. Egy ilyen rendszernek maximális entrópiája lesz, és az entrópiatermelés nulla, ami nem mond ellent a második törvénynek. Elméletileg az ilyen állapotok korlátlan ideig tarthatnak [10] [11] .

A modern kozmológiában a gravitáció figyelembevétele arra a következtetésre jut, hogy az anyag egyenletes izotermikus eloszlása ​​az Univerzumban nem a legvalószínűbb, és nem felel meg az entrópia maximumának.

A megfigyelések megerősítik A. A. Fridman elméletét , amely szerint a Metagalaxis (csillagászati ​​Univerzum) nem stacioner: jelenleg tágul, és a gravitáció hatására az anyag különálló objektumokká tömörül , galaxisok , galaxisok , csillagok , bolygók halmazait képezve . Mindezek a folyamatok természetesek, az entrópia növekedésével járnak, és magyarázatukhoz nincs szükség a termodinamika törvényeinek módosítására [12] ; már maga a "világegyetem hőhalála" kérdésének megfogalmazása is indokolatlannak tűnik [13] .

Bármennyire is kétségesnek tűnik Clausius következtetése az Univerzum "hőhaláláról" modern szemszögből, ez a következtetés volt az, amely lendületet adott az elméleti gondolkodás fejlődésének, amely A. Einstein munkáiban A. A. Friedman és G. A. Gamow vezetett a ma már széles körben elfogadott relativisztikus-termodinamikai evolúciós modellhez [14].[ kétértelmû ] .

Az univerzum jelenlegi állapota

A létezés jelenlegi szakaszában (13,72 milliárd év) az Univerzum abszolút fekete testként sugárzik , hőmérséklete 2,725 K. Az emissziós spektrum csúcsát 160,4 GHz -es frekvencián éri el ( mikrohullámú sugárzás ), ami 1,9 mm -es hullámhossznak felel meg . Izotróp , 0,001 %-os pontossággal.

A kultúrában

Az univerzum hőhalálának témája számos tudományos-fantasztikus történet témája (például Isaac Asimov " The Last Question " című története ). Ezenkívül ez a téma képezte a " Mahou Shoujo Madoka Magica " anime cselekményének alapját.

A Doctor Who című brit televíziós sorozat univerzumában ez a bizonyos végállapot 100 billió évvel (az " Utopia " című epizódban látható) [15] az ősrobbanás után következett be, amelyen keresztül az univerzum létrejött.

A Futurama animációs sorozat The Late Philip J. Fry című epizódjában a hősök szemtanúi voltak az áramlat hőhalálának, majd egy új, szinte teljesen azonos univerzum születésének. Az új univerzum 1 méterrel eltolódott az előzőhöz képest.

Lásd még

• A termodinamika második főtétele
• A nem csökkenő entrópia törvénye
• Nagy szorítás
• nagy szakadék
• Az Univerzum entrópiája
• Univerzum tágulása
• A távoli jövő idővonala

Jegyzetek

1. ↑

   A termodinamika nem ad okot arra a feltételezésre, hogy az univerzum haldoklik. Az entrópia megszerzése mindig a tudatosság elvesztését jelenti, semmi mást.

   – G. N. Lewis . Idézet innen: [7]

1. ↑ WMAP – Az Univerzum sorsa, WMAP Universe, NASA. . Letöltve: 2017. október 17. Az eredetiből archiválva : 2019. október 15. (határozatlan)
2. ↑ A. M. Prohorov főszerkesztő. AZ Univerzum "HŐHALÁL" // Fizikai enciklopédia. Öt kötetben. — M.: Szovjet Enciklopédia . - 1988. (Orosz) // Fizikai enciklopédia. Öt kötetben. — M.: Szovjet Enciklopédia. A. M. Prokhorov főszerkesztő. 1988.
3. ↑ Plait, Philip Death from the Skies!, Viking Penguin, NY, ISBN 978-0-670-01997-7 , p. 259
4. ↑ Lisa Dyson, Matthew Kleban, Leonard Susskind: "Egy kozmológiai állandó zavaró hatásai" . Letöltve: 2017. október 17. Az eredetiből archiválva : 2018. július 10. (határozatlan)
5. ↑ A termodinamika második főtétele, 1934 , p. 180-182.
6. ↑ Galetich Julia. Az Univerzum hőhalála . astrotime.ru (2011. augusztus 2.). Hozzáférés dátuma: 2014. január 15. Az eredetiből archiválva : 2013. december 3. (határozatlan)
7. ↑ Zsukovszkij V. S. , Műszaki termodinamika, 1940 , p. 156.
8. ↑ Brodyansky V. M., Perpetual motion machine, 1989 , p. 148.
9. ↑ Polyachenok O.G., Polyachenok L.D., Fizikai és kolloidkémia, 2008 , p. 106.
10. ↑ Lemishko, Sergey S.; Lemishko, Alexander S. Cu2+/Cu+ redox akkumulátor alacsony potenciálú külső hő felhasználásával az újratöltéshez  // The  Journal of Physical Chemistry C  : folyóirat. - 2017. - január 30. ( 121. évf. , 6. sz.). - P. 3234-3240 . - doi : 10.1021/acs.jpcc.6b12317 .
11. ↑ Lemishko, Sergey S.; Lemishko, Alexander S. Nem egyensúlyi egyensúlyi állapot zárt rendszerben reverzibilis reakciókkal: Mechanizmus, kinetika és lehetséges alkalmazása energiaátalakításra  (angol)  // Results in Chemistry  : Journal. - 2020. - február 8. ( 2. kötet ). - doi : 10.1016/j.rechem.2020.100031 .
12. ↑ TSB, 3. kiadás, 25. évf., 1976 , p. 443.
13. ↑ Bazarov, 2010 , p. 84.
14. ↑ Ebeling V., Engel A., Feistel R. Evolúciós folyamatok fizikája. – 2001.
15. ↑ http://www.bbc.co.uk/programmes/b007qltt Archiválva 2019. október 6-án a Wayback Machine -nél és http://www.bbc.co.uk/doctorwho/s4/episodes/S3_11 Archiválva : 2019. október 4-én itt: Wayback gép

Irodalom

• Alekseev G. N. Energia és entrópia. - M . : Tudás, 1978. - 192 p. — (Nagy ötletek élete).
• Bazarov I. P. Termodinamika. - 5. kiadás - SPb.-M.-Krasnodar: Lan, 2010. - 384 p. - (Tankönyvek egyetemek számára. Szakirodalom). - ISBN 978-5-8114-1003-3 .
• Bazarov IP Tévedések és hibák a termodinamikában. — M.: URSS, 2003. — 120 p. - ISBN 5-354-00391-1 .
• Nagy Szovjet Enciklopédia / Ch. szerk. A. M. Prohorov. - 3. kiadás - M . : Szovjet Enciklopédia, 1976. - T. 25: Strunino - Tikhoretsk. — 600 s.
• Brodyansky V. M. Perpetuum mobile - korábban és most. Az utópiától a tudományig, a tudománytól az utópiáig . — M .: Energoatomizdat, 1989. — 256 p. - (A diák népszerű tudományos könyvtára). — ISBN 5-283-00058-3 .
• A termodinamika második főtétele: Sadi Carnot - W. Thomson-Kelvin - R. Clausius - L. Boltzmann - M. Smoluchowski / Pod. szerk. és az előzővel. A. K. Timirjazev. - M. - L .: Gostekhizdat, 1934. - 311 p.
• Gerasimov Ya. I., Dreving V. P., Eremin E. N. et al. , Fizikai kémia tantárgy / Szerk. szerk. Ja. I. Gerasimova. - 2. kiadás - M . : Kémia, 1970. - T. I. - 592 p.
• Zsukovszkij V. S. Műszaki termodinamika . - 2. kiadás, átdolgozva. - L.-M.: Gostekhizdat , 1940. - 336 p.
• Polyachenok O.G., Polyachenok L.D. Fizikai és kolloidkémia. — Mogilev: Mogilev. állapot Provizorok Egyeteme, 2008. - 196 p.

Linkek

• I.L. Genkin. Az Univerzum jövője . Astronet (1994. március 2.). Hozzáférés dátuma: 2014. február 7. Az eredetiből archiválva : 2008. október 22. (határozatlan)
• A 10 legőrültebb tudományos elmélet . 3. szám: Az Univerzum hőhalála (2010. augusztus 29.). Letöltve: 2013. augusztus 12. Az eredetiből archiválva : 2013. augusztus 13.. (határozatlan)

Szótárak és enciklopédiák	nagy kínai Nagy orosz Britannica (online)