Moartea de căldură a Universului

Moartea termică a Universului , de asemenea Marea Îngheț [1]  este o ipoteză înaintată de R. Clausius în 1865 bazată pe extrapolarea celei de-a doua legi a termodinamicii la întregul Univers . Potrivit lui Clausius, Universul trebuie să ajungă în cele din urmă la o stare de echilibru termodinamic, sau „moarte termică” [2] (un termen care descrie starea finală a oricărui sistem termodinamic închis ) în timp.

Dacă Universul este plat sau deschis, atunci se va extinde pentru totdeauna (vezi „ Universul lui Freedman ”) și este de așteptat ca în urma unei astfel de evoluții să ajungă în starea de „moarte la căldură” [3] . Dacă constanta cosmologică este pozitivă, așa cum indică observațiile recente, universul se va apropia în cele din urmă de o stare de entropie maximă [4] .

Istoria ipotezei

În 1852, William Thomson (baronul Kelvin) a formulat „principiul disipării energiei”, din care a rezultat că după o perioadă finită de timp Pământul se va găsi într-o stare nepotrivită locuirii umane [5] . A fost prima formulare de idei despre „moartea la căldură”, până acum doar a Pământului.

Concluzia despre moartea termică a Universului a fost formulată de R. Clausius în 1865 pe baza celei de-a doua legi a termodinamicii . Conform celei de-a doua legi, orice sistem fizic care nu face schimb de energie cu alte sisteme tinde spre cea mai probabilă stare de echilibru - la așa-numita stare cu entropie maximă . O astfel de stare ar corespunde morții termice a Universului [6] . Chiar înainte de crearea cosmologiei moderne, s-au făcut numeroase încercări de a respinge concluzia despre moartea termică a Universului. Cea mai cunoscută dintre ele este ipoteza de fluctuație a lui L. Boltzmann ( 1872 ), conform căreia Universul a fost întotdeauna într-o stare izotermă de echilibru, dar conform legii întâmplării, uneori într-un loc sau altul, abateri de la această stare. uneori apar; ele apar mai rar, cu cât suprafața capturată este mai mare și gradul de abatere este mai mare.

Critica

Unul dintre argumentele împotriva ipotezei „moartei termice a Universului” [K 1] se bazează pe conceptul de infinitate a Universului , astfel încât legile termodinamicii, bazate pe studiul obiectelor de dimensiuni finite, nu sunt aplicabile la Universul în principiu. M. Planck a remarcat acest lucru: „Nu are sens să vorbim despre energia sau entropia lumii, deoarece astfel de cantități nu sunt susceptibile de o definiție precisă” [8] .

Obiecțiile împotriva ipotezei „morții termice a Universului” din partea fizicii statistice se rezumă la faptul că procesele absolut interzise de legea a doua sunt pur și simplu improbabile din punct de vedere statistic. Pentru macrosistemele obișnuite, atât legile statistice, cât și cele fenomenologice conduc la aceleași concluzii. Cu toate acestea, pentru sistemele cu un număr mic de particule, sau pentru un sistem infinit de mare, sau pentru un timp de observare infinit de lung, procesele spontane care încalcă a doua lege a termodinamicii devin permise [9] . În plus, în sistemele închise și izolate (conțin subsisteme), unite prin regula generală a entropiei nedescrescătoare, stările staționare stabile de neechilibru sunt încă posibile. Mai mult, astfel de stări pot fi induse într-un sistem aflat deja în echilibru termodinamic. Un astfel de sistem va avea entropie maximă, iar producția de entropie va fi zero, ceea ce nu contrazice a doua lege. În teorie, astfel de stări pot dura la infinit [10] [11] .

În cosmologia modernă, luarea în considerare a gravitației duce la concluzia că o distribuție izotermă uniformă a materiei în Univers nu este cea mai probabilă și nu corespunde maximului de entropie.

Observațiile confirmă teoria lui A. A. Fridman , conform căreia Metagalaxia (Universul astronomic) este non-staționară: în prezent se extinde, iar materia sub influența gravitației se condensează în obiecte separate , formând grupuri de galaxii , galaxii , stele , planete . Toate aceste procese sunt naturale, merg cu o creștere a entropiei și nu necesită modificarea legilor termodinamicii pentru explicarea lor [12] ; chiar formularea însăși a întrebării „moartei termice a Universului” pare nejustificată [13] .

Oricât de îndoielnică ar părea concluzia lui Clausius despre „moartea termică” a Universului dintr-un punct de vedere modern, aceasta a fost cea care a servit drept imbold pentru dezvoltarea gândirii teoretice, care, în lucrările lui A. Einstein, A. A. Friedman și G. A. Gamow, au condus la modelul relativist-termodinamic al evoluției , acum larg acceptat [14][ ambiguu ] .

Starea actuală a universului

În stadiul actual de existență (13,72 miliarde de ani), Universul radiază ca un corp absolut negru, cu o temperatură de 2,725 K. Spectrul de emisie atinge vârfuri la o frecvență de 160,4 GHz ( radiație cu microunde ), ceea ce corespunde unei lungimi de undă de 1,9 mm . Este izotrop cu o precizie de 0,001%.

În cultură

Tema morții la căldură a universului este subiectul unui număr de povești științifico-fantastice (de exemplu, povestea „ Ultima întrebare ” de Isaac Asimov ). De asemenea, această temă a stat la baza intrigii anime-ului „ Mahou Shoujo Madoka Magica ”.

În universul serialului britanic de televiziune Doctor Who , această stare finală particulară a avut loc la 100 de trilioane de ani (prezentat în episodul „ Utopia ”) [15] după Big Bang , prin care s-a format universul.

În episodul Răposatul Philip J. Fry din serialul animat Futurama , eroii au asistat la moartea caldă a curentului și la nașterea ulterioară a unui nou univers aproape complet identic. Noul univers a fost deplasat cu 1 metru față de cel anterior.

Vezi și

• A doua lege a termodinamicii
• Legea entropiei nedescrescătoare
• Strângere mare
• Mare decalaj
• Entropia Universului
• Expansiunea universului
• Cronologia viitorului îndepărtat

Note

1. ↑

   Termodinamica nu dă temei pentru a presupune că universul este pe moarte. Câștigarea entropiei înseamnă întotdeauna pierderea conștientizării și nimic altceva.

   — G. N. Lewis . Citat din [7]

1. ↑ WMAP - Soarta Universului, Universul WMAP, NASA. . Consultat la 17 octombrie 2017. Arhivat din original la 15 octombrie 2019. (nedefinit)
2. ↑ Redactor-șef A. M. Prohorov. „MOARTE DE CĂLDURĂ” A UNIVERSULUI // Enciclopedia fizică. În cinci volume. — M.: Enciclopedia Sovietică . - 1988. (Rusă) // Enciclopedia fizică. În cinci volume. — M.: Enciclopedia sovietică. Redactor-șef A. M. Prokhorov. 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: „Implicații tulburătoare ale unei constante cosmologice” . Consultat la 17 octombrie 2017. Arhivat din original la 10 iulie 2018. (nedefinit)
5. ↑ A doua lege a termodinamicii, 1934 , p. 180-182.
6. ↑ Galetich Julia. Moartea de căldură a Universului . astrotime.ru (2 august 2011). Data accesului: 15 ianuarie 2014. Arhivat din original pe 3 decembrie 2013. (nedefinit)
7. ↑ Jukovski V.S. , Termodinamică tehnică, 1940 , p. 156.
8. ↑ Brodyansky V. M., Perpetual motion machine, 1989 , p. 148.
9. ↑ Polyachenok O.G., Polyachenok L.D., Physical and coloidal chemistry, 2008 , p. 106.
10. ↑ Lemishko, Sergey S.; Lemishko, Alexander S. Bateria redox Cu2+/Cu+ care utilizează căldură externă cu potențial scăzut pentru reîncărcare  // The  Journal of Physical Chemistry C  : jurnal. - 2017. - 30 ianuarie ( vol. 121 , nr. 6 ). - P. 3234-3240 . - doi : 10.1021/acs.jpcc.6b12317 .
11. ↑ Lemishko, Sergey S.; Lemishko, Alexander S. Starea staționară de non-echilibru în sistem închis cu reacții reversibile: mecanism, cinetică și posibila aplicație a acesteia pentru conversia energiei  (engleză)  // Results in Chemistry  : journal. - 2020. - 8 februarie ( vol. 2 ). - doi : 10.1016/j.rechem.2020.100031 .
12. ↑ TSB, ed. a III-a, Vol. 25, 1976 , p. 443.
13. ↑ Bazarov, 2010 , p. 84.
14. ↑ Ebeling V., Engel A., Feistel R. Fizica proceselor evolutive. — 2001.
15. ↑ http://www.bbc.co.uk/programmes/b007qltt Arhivat 6 octombrie 2019 la Wayback Machine și http://www.bbc.co.uk/doctorwho/s4/episodes/S3_11 Arhivat la 4 octombrie 2019 la Wayback Machine

Literatură

• Alekseev G. N. Energie și entropie. - M . : Cunoașterea, 1978. - 192 p. — (Viața de idei mărețe).
• Bazarov I.P. Termodinamică. - a 5-a ed. - SPb.-M.-Krasnodar: Lan, 2010. - 384 p. - (Manuale pentru universităţi. Literatură specială). - ISBN 978-5-8114-1003-3 .
• Bazarov IP Iluzii și erori în termodinamică. — M.: URSS, 2003. — 120 p. - ISBN 5-354-00391-1 .
• Marea Enciclopedie Sovietică / Cap. ed. A. M. Prohorov. - Ed. a 3-a. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1976. - T. 25: Strunino - Tikhoretsk. — 600 s.
• Brodyansky V. M. Perpetuum mobil - înainte și acum. De la utopie la știință, de la știință la utopie . — M .: Energoatomizdat, 1989. — 256 p. - (Biblioteca populară de științe a elevului). — ISBN 5-283-00058-3 .
• A doua lege a termodinamicii: Sadi Carnot - W. Thomson-Kelvin - R. Clausius - L. Boltzmann - M. Smoluchowski / Pod. ed. iar cu prev. A. K. Timiryazev. - M. - L .: Gostekhizdat, 1934. - 311 p.
• Gerasimov Ya. I., Dreving V. P., Eremin E. N. et al. Curs de chimie fizică / Ed. ed. Da. I. Gerasimova. - Ed. a II-a. - M . : Chimie, 1970. - T. I. - 592 p.
• Jukovski V. S. Termodinamica tehnica . - Ed. a II-a, revizuită. - L.-M.: Gostekhizdat , 1940. - 336 p.
• Polyachenok O.G., Polyachenok L.D. Chimie fizică și coloidală. - Mogilev: Mogilev. stat Universitatea de Proviziuni, 2008. - 196 p.

Link -uri

• I.L. Genkin. Viitorul Universului . Astronet (2 martie 1994). Data accesului: 7 februarie 2014. Arhivat din original la 22 octombrie 2008. (nedefinit)
• Top 10 cele mai nebunești teorii științifice . Numărul 3. The Heat Death of the Universe (29 august 2010). Preluat la 12 august 2013. Arhivat din original la 13 august 2013. (nedefinit)

Dicționare și enciclopedii	mare chinezesc Rusă mare Britannica (online)