Toplinska smrt svemira. Drugi zakon termodinamike: trajni pokretni stroj druge vrste i toplotna smrt univerzuma Klausijev koncept toplotne smrti univerzuma

Prije izuma nuklearnog oružja niko nije mogao pomisliti da bi jedna bomba mogla uništiti cijeli grad. Međutim, sve se promijenilo nakon napada na Hirošimu 6. avgusta 1945. Ovo je prvi put da se ljudi susreću s tehnologijom takve razorne moći. To je dovelo do pojave koncepta "inteligentnog uništavanja": jednog dana čovjek će napraviti ili izmisliti nešto što će uništiti svemir. Dobra vijest je da sve naše nuklearne zalihe neće biti dovoljne ni za uništenje Zemlje. Ali ko je rekao da smo jedina inteligentna bića u svemiru? ...

9. Kraj igre

Jedna od najšokantnijih teorija o našoj stvarnosti je da je život samo računarska simulacija. Prema filozofu Nicku Bostromu sa Univerziteta u Oxfordu, kako se računari neprestano poboljšavaju, ljudi će u jednom trenutku razviti tako moćne računarske sposobnosti da sami mogu simulirati virtualni svijet. Ako prije toga neko ne isključi program u kojem smo mi sami modeli. Nećemo imati vremena ni shvatiti da je došao kraj svemira.

8. Uništavanje temelja

Prema jednoj teoriji, naš svemir je moguć zahvaljujući postojanju fizičkih konstanti poput brzine svjetlosti ili mase protona. Da barem jedna od ovih temeljnih konstanti ima drugačije značenje, tada jednostavno ne bismo postojali. Čudno, australijski fizičari otkrili su da se od Velikog praska konstanta fine strukture promijenila u prostoru i vremenu. To znači da su se druge konstante mogle mijenjati s vremenom. A ako tako bude išlo dalje, tada će se Univerzum jednog dana jednostavno raspasti u male čestice. A planete i zvijezde će eksplodirati. Istina, to se neće dogoditi prije 3 milijarde godina.

7. Sudar s drugim svemirom

Šta je izvan našeg svemira? Vjerovatno i drugi svemiri. A ako je teorija višestrukih univerzuma tačna, tada bi se jednog dana mogao dogoditi veliki sudar. Moguće je da se nešto slično već dogodilo, jer je naš svemir zakrivljen. Međutim, sljedeći put bi posljedice mogle biti mnogo pogubnije. Drugi svemir može postojati prema fizičkim zakonima koji se razlikuju od našeg. Može se srušiti na nas brzinom bliskom brzini svjetlosti. Kad bismo sudar mogli gledati usporeno, izgledalo bi kao da na nas pada ogromno ogledalo.

6. Velika kompresija

Od Velikog praska, koji se dogodio prije 13,8 milijardi godina, svemir se širi. Većina fizičara vjeruje da je svemir beskonačan, ali postoji i suprotno mišljenje. Ako to nije tako, tada će se u jednom trenutku početi sabijati - poput valova koji se vraćaju u ocean. Svemir će se smanjiti i srušiti u jednu tačku. Teorija velike kompresije potkrepljena je Einsteinovom teorijom relativnosti. Međutim, ne brinite: ako se tako nešto dogodi, to će proći milijardama godina.

5. Oscilirajući svemir

Prema modernim konceptima, Veliki prasak je nastao iz singularnosti, odnosno iz jedne tačke. Ali otkud ta tačka? Teorija oscilirajućeg svemira nudi svoje objašnjenje: Veliki prasak nastao je nakon propasti drugog svemira. To znači da će se naš Univerzum ponovo sažeti u jednu točku i proizaći iz nje. novi svijet... Ono što je zanimljivo: ako je teorija tačna, onda nemamo pojma da li se naš svemir dogodio nakon prvog kolapsa ili nakon prvog miliona.

4. Pregrada smrti

Svemir će se širiti dok ne dosegne fizičku barijeru. Kao da je hokejaško igralište preplavljeno s puno vode - i na kraju bi udarilo u bokove i prestalo se širiti. Prema proračunima, Svemir će barijeru dostići za oko 3,7 milijardi godina. A vjerovatnoća da uopće postoji je 50%.

3. Velika apsorpcija

4. jula 2012. godine, Veliki hadronski sudarač konačno je potvrdio postojanje Higgsovog bozona. Takozvano "Higsovo polje" prožima svemir. Zanimljivo je da ovo polje može imati različita stanja - kao što supstanca može biti tečna, čvrsta i plinovita. Sada je polje na niskom nivou energije, ali može ići i na viši i na još niži nivo. Prema istraživačima, potonja opcija je vjerovatnija. Ovaj "pad energije" može biti uzrokovan kvantnom fluktuacijom. Kao rezultat toga, novo Higgsovo polje male snage formira balon, koji će se početi širiti brzinom svjetlosti i apsorbirati sve što mu se nađe na putu. Odnosno, naš Univerzum. Ali ova pesimistična teorija ima dvije svijetle tačke. Prvo, imamo nekoliko milijardi godina u rezervi. I drugo, sve će se dogoditi tako brzo da nećemo imati vremena da se uplašimo.

2. Veliko smrzavanje

Scenarij, poznat i kao toplotna smrt, zasnovan je na drugom zakonu termodinamike - povećanju entropije u zatvorenim sistemima. Svemir će se proširiti, a predmeti u njemu odmaknut će se jedni od drugih. Kada entropija dosegne svoj maksimum, energija će se ravnomjerno rasporediti i svi će procesi prestati. Zvijezde će se ohladiti, materija će se raspasti ... Jednom riječju, sve okolo će prestati raditi.

1. Velika podjela

Svemir je tajanstvena tamna energija na 68,3% o kojoj fizičari ne znaju puno. Prije njegovog otkrića, naučnici su vjerovali da se širenje svemira od Velikog praska ili usporilo ili zaustavilo. Međutim, promatrajući supernove, astrofizičari su zaključili da se širenje zapravo ubrzava, a razlog tome je tamna energija. Ona je ta koja može dovesti do onoga što se naziva Veliki raskid. Ovaj scenarij smrti Svemira zasnovan je na pretpostavci da s vremenom mračna energija dobiva na snazi, sve aktivnije "gurajući" galaksije i svemirske objekte, prekidajući sve postojeće veze i strukture. Ukratko, svemir će se raspasti na sitne čestice. Ali nećemo biti pozvani na finalnu predstavu - najvjerojatnije će čovječanstvo umrijeti mnogo ranije.

To je teorija koju je iznio R. Clausius 1865. godine, prema kojoj se Svemir smatra zatvorenim sistemom, stoga, prema drugom zakonu termodinamike, entropija Svemira teži maksimumu, uslijed čega s vremenom bi se u njemu trebali zaustaviti svi makroskopski procesi.

Svemir: rasprava o zatvorenom i otvorenom sistemu

Prisjetimo se prvo šta je suština drugog zakona termodinamike: kad se u zatvorenom sustavu pojave nepovratni procesi, entropija sistema se povećava. Za usporedbu: u otvorenim sistemima entropija se može povećavati i smanjivati, a također ostati nepromijenjena.

Vratimo se našem Univerzumu. Prema Klausiju, Univerzum je nesumnjivo zatvoren sistem, jer ne razmjenjuje energiju s drugim sistemima (uostalom, nema drugog Univerzuma izvan našeg?). Kao zatvoreni sistem, Univerzum teži ravnotežnom stanju - stanju sa maksimalnom entropijom. Dakle, svi procesi koji se događaju u Svemiru trebali bi prije ili kasnije nestati, zaustaviti se.

Zašto se kritikuje teorija toplotne smrti svemira?

Kritika teorije toplotne smrti Univerzuma temelji se uglavnom na tvrdnji da, uprkos dosljednosti argumenata, toplotna smrt još nije nastupila. Međutim, naučnici su podijeljeni oko budućnosti našeg svemira.

Hipoteza je netačna jer:

1 verzija:

Neki naučnici tvrde da je toplotna smrt Svemira nemoguća, jer je drugi zakon termodinamike netačan ili jednostavno netačan, jer nije primjenjiv na cijeli Univerzum u cjelini. Činjenica je da se država s maksimalnom entropijom može percipirati samo kao ideal, jer zakon povećanja entropije nije apsolutni (već je podložan vjerovatnosnim zakonima). Drugim riječima, zbog slučajnih fluktuacija (oscilacija), entropija u sustavu uvijek će biti ispod maksimuma.

Verzija 2:

Drugi argument protiv Klausijeve teorije je razumijevanje Svemira kao beskonačnog, stoga se ne može nazvati ni zatvorenim ni otvorenim sistemom (jer se ovi kriterijumi koriste za konačne objekte). Stoga je sasvim logično pretpostaviti da u uvjetima beskonačnosti drugi zakon termodinamike u principu nije primjenjiv ili bi ga trebalo dopuniti.

U svakom slučaju, znanje o Univerzumu je još uvijek zanemarivo, tako da bilo kakva predviđanja o budućnosti Univerzuma ostaju samo nagađanja. Na primjer, danas među naučnicima postoje zagovornici teorije o toplotnoj smrti Svemira, koji tvrde da takav scenarij razvoja događaja treba razmatrati na jednakoj osnovi s drugima, budući da čovječanstvo još uvijek ne može sa sigurnošću reći da li je Svemir je beskonačan, ili je još uvijek konačan., stoga se može shvatiti kao zatvoreni sistem.

Za sada o svjemilu znamo vrlo malo. Zapravo, gotovo ništa. Ali budući da ljudi razmišljaju o onome što se događa nakon njihove smrti, smrt cijelog svemira ne zanima nas ništa manje. Per poslednjih godina naučna zajednica iznijela je mnogo teorija - iznenadit ćete se kad znate koliko se one međusobno razlikuju. Istinu, naravno, niko ne može znati.

1. Velika kompresija

Najpoznatija teorija rođenja svemira je teorija Velikog praska. Kaže da je sva materija izvorno postojala kao singularnost - beskrajno gusta tačka usred velikog ničega. A onda je iz nepoznatog razloga došlo do eksplozije. Materija je izbila nevjerovatnom brzinom i postepeno nam je postala poznata u Svemiru.

Kao što ste mogli pretpostaviti, Velika kompresija- ovo je Veliki prasak "obrnuto". Svemir se postepeno širi pod utjecajem vlastite gravitacije, ali mora postojati ograničenje - neka krajnja točka, granica. Kad Univerzum dosegne ovu granicu, prestat će se širiti i početi se stezati. Tada će se sva materija (planete, zvijezde, galaksije, crne rupe - sve) opet srušiti u jednu beskrajno gustu tačku.

Istina, najnoviji podaci iz ove teorije su kontradiktorni - naučnici su nedavno otkrili da se svemir širi sve brže i brže.

2. Toplinska smrt svemira

Uopšteno govoreći, toplotna smrt je suprotnost Velikoj kompresiji. Prema teoriji, gravitacija doprinosi činjenici da će se svemir nastaviti eksponencijalno širiti. Galaksije će se sve više udaljavati jedna od druge, poput nesretnih ljubavnika, i sveobuhvatna crna ponor između njih će rasti.

Svemir slijedi ista pravila kao i svaki termodinamički sistem: toplota se ravnomjerno raspoređuje kroz sve u njemu. Sva materija u Univerzumu ravnomjerno je raspoređena među hladnom, dosadnom i tamnom "maglom".

Na kraju će se sve zvijezde, jedna za drugom, rasplamsati i ugasiti, a neće biti energije za pojavu novih zvijezda - svemir će se ugasiti. Materija će i dalje ostati na svom mjestu, ali u obliku čestica, čije će kretanje biti potpuno kaotično. Te će se čestice sudarati jedna s drugom, ali bez razmjene energije. A ljudi? Ljudi će, također, postati samo čestice usred beskrajne praznine.

3. Toplina smrti plus crne rupe

Prema popularnoj teoriji, sva materija u svemiru kreće se oko crnih rupa: u središtu gotovo svih galaksija koje poznajemo nalaze se supermasivne crne rupe. To bi moglo značiti da će zvijezde, pa čak i čitave galaksije na kraju biti uništene čim padnu u horizont događaja.

Jednog dana ove crne rupe će upiti većinu materije, a mi ćemo ostati sami s mračnim Svemirom. Povremeno će se ovdje pojaviti bljeskovi svjetlosti - to će značiti da je neki objekt dovoljno blizu crne rupe da oslobađa energiju. Tada opet padne mrak.

Tada će masivne crne rupe upiti manje masivne i tako postati još veće. Ali ovo nije kraj Svemira: crne rupe vremenom isparavaju (gube svoju masu), jer emitiraju ono što se u modernoj nauci naziva Hawkingovim zračenjem. A kada zadnja crna rupa umre, u Univerzumu će ostati samo ravnomjerno raspoređene čestice sa Hawkingovim zračenjem.

4. Kraj vremena

Ako na ovom svijetu postoji išta vječno, onda je sigurno vrijeme. Bez obzira na to hoće li svemir postojati, vrijeme sigurno neće nigdje nestati - bez njega jednostavno ne bi bilo načina razlikovati prethodni trenutak od sljedećeg. Ali što ako se vrijeme samo zaledilo? Šta ako ono što mislimo pod trenucima uopće ne postoji? Sve će se smrznuti u istom beskrajnom trenutku - zauvijek.

Pretpostavimo da živimo u beskonačnom univerzumu s beskonačnim vremenom. To znači da će se sve što se može dogoditi definitivno dogoditi sa sto posto vjerovatnoće. Isti paradoks nastaje ako živite vječno. Zamislite da je vrijeme vašeg života neograničeno, pa će se dogoditi i sve što vam se može dogoditi, i to beskrajan broj puta. Stoga, ako živite vječno, tada je šansa da na kratko ne budete u stanju 100% i provest ćete vječnost u mraku svemira. Na osnovu toga naučnici su pretpostavili: vrijeme će na kraju stati.

Da možete vječno živjeti da biste sve ovo iskusili (milijarde godina nakon smrti Zemlje), nikada ne biste ni shvatili da je nešto pošlo po zlu. Vrijeme će jednostavno stati i, prema naučnicima, sve će se smrznuti u jednom trenutku, kao na fotografiji - zauvijek. Biće to istog trenutka. Nikad ne bi umro, nikad ne bi ostario. Bila bi to vrsta pseudo-besmrtnosti. Ali nikad ne biste saznali za to.

5. Veliki odskok

Veliki odskok sličan je velikom stiskanju, ali mnogo optimističniji. Scenarij je isti: pod utjecajem gravitacije širenje Univerzuma usporava i kao rezultat, sva materija se skuplja u jednom trenutku. Prema ovoj teoriji, sila brzog sabijanja bit će dovoljna da izazove novi Veliki prasak - i tada će se pojaviti novi, mladi svemir. Prema ovom modelu, ništa neće propasti - materija će se jednostavno „preraspodijeliti“.

Ali fizičari i fizičari ne vole ovo objašnjenje. Stoga neki naučnici tvrde da se možda svemir neće vratiti sve do singularnosti. Umjesto toga, približit će se što je više moguće ovom stanju, a zatim će "odskočiti" snagom sličnom onoj koja se javlja kada se lopta odbije od poda.

Veliki odskok je vrlo sličan Velikom prasku - u teoriji će se pojaviti novi svemir. Dakle, naš svemir s vama možda nije prvi, već recimo 400 u nizu. Ali ne postoji način da se to dokaže - niti pobije.

6. Veliki jaz

Bez obzira na to koliko tačno svemir umire, naučnici se ne srame oko imena nova teorija upotrijebite riječ "Veliki". To je, inače, još uvijek slabo rečeno. Prema teoriji Velikog prekida, nevidljiva sila nazvana tamna energija uzrokovat će svemir brže širenje. Kao rezultat, ubrzat će se toliko da će se jednostavno rasprsnuti.

Većina teorija kaže da Univerzum neće vrlo brzo izumrijeti. Ali teorija Velikog raskida obećava joj relativno ranu smrt - prema preliminarnim procjenama, to će se dogoditi za 16 milijardi godina.

Planete i možda život i dalje će postojati. A ova univerzalna kataklizma može uništiti sve odjednom: rastrgati sve ili nahraniti svemirske lavove koji žive između svemira. Možemo samo nagađati šta će se dogoditi. Ali takav bi kraj bio daleko gori od spore toplotne smrti.

7. Metastabilnost u vakuumu

Teorija se temelji na ideji da je svemir stalno u nestabilnom stanju - kvantna fizika uglavnom kaže da balansira na ivici stabilnosti. Neki naučnici vjeruju da će za milijarde godina Svemir izaći izvan ove granice.

Kada se to dogodi, pojavit će se neka vrsta "balona". Zamislite ga kao alternativni svemir (iako će u stvari to biti isti svemir s različitim svojstvima). Mjehur će se početi širiti u svim smjerovima brzinom svjetlosti i uništavati sve s čime dođe u kontakt. I na kraju će sve uništiti.

Ali ne brinite: svemir će i dalje postojati. Samo će zakoni fizike u njoj biti potpuno drugačiji, ali i tu će život možda nastati. Samo što mi ljudi nećemo moći razumjeti.

8. Vremenska barijera

Ako pokušamo izračunati kolika je vjerovatnoća postojanja multiverzuma, u kojem postoji beskonačan broj svemira, ali neznatno (ili potpuno) drugačiji, tada ćemo se suočiti s istim problemom kao u teoriji o kraju vremena : sve što se može dogoditi, definitivno će se dogoditi.

Da bi zaobišli ovaj problem, naučnici uzimaju zaseban odjeljak svemira i izračunavaju vjerovatnoću njegovog postojanja. Izračuni izgledaju logično, ali svemir dijele na zasebne dijelove - poput torte. I svaki komad ima granicu, poput regija na političkoj mapi svijeta. Samo morate zamisliti da je svaka država podijeljena zidom koji juri u nebo.

Ovaj model može postojati samo ako su granice stvarne, fizičke i preko kojih ništa ne može ići. Prema proračunima, u sljedećih 3,7 milijardi godina prijeći ćemo ovu vremensku barijeru, a za nas će svemir završiti.

Ovo je općenito - nemamo dovoljno razumijevanja fizike da bismo teoriju detaljnije opisali. Međutim, to čine i fizičari. Ali izgleda da je izgled jeziv.

9. Neće biti kraja svemira! (... živimo u multiverzumu, zar ne?)

U multiverzumu, beskonačni univerzumi mogu nastati unutar ili izvan čitavog postojanja. Univerzumi mogu započeti s Velikim praskom. Naši mogu završiti velikom kompresijom ili velikim pucanjem, ili čak velikim udarcem (takva teorija još nije izmišljena, pa ako imate poznate fizičare, možete im dati ideju).

Ali nema veze: u multiverzumu naš svemir nije jedinstven slučaj, on je samo jedan od mnogih. I premda može umrijeti, multiverzumu se neće dogoditi ništa posebno. Dakle, neće biti kraja.

Iako čak i samo vrijeme u drugim svemirima može biti potpuno drugačije i ponašati se drugačije, novi svemiri u multiverzumu se pojavljuju cijelo vrijeme (izvinjavam se zbog igre riječi). Prema fizici, uvijek će biti više novih svemira nego starih, tako da u teoriji broj svemira neprestano raste.

10. Vječni svemir

Činjenica da je Univerzum uvijek bio i uvijek će biti jedan je od prvih koncepata koje su ljudi razvili o svojoj prirodi. Ali postoji i nešto ozbiljnije.

Može se pretpostaviti da je Veliki prasak bio početak vremena. Ali moguće je i da je vrijeme postojalo prije njega, a singularnost i eksplozija mogle bi se pojaviti uslijed sudara dviju brana - svemirskih struktura prostora koje se formiraju na više visoki nivo postojanje. Prema ovom modelu, svemir je cikličan i uvijek će se širiti i stezati.

U teoriji to možemo sa sigurnošću saznati u narednih 20 godina. Naučnici imaju planckov satelit posebno za promatranje svemira. To naravno nije lako, ali naučnici i dalje mogu razumjeti kako je naš svemir započeo i kako će završiti. U teoriji, opet.

Najveća naučna otkrića 2014

10 najpopularnijih pitanja o svemiru na koja znanstvenici trenutno traže odgovore

Jesu li Amerikanci bili na Mjesecu?

Rusija nema priliku za ljudsko istraživanje Mjeseca

10 načina na koje svemir može ubiti ljude

Pogledajte ovaj spektakularni vrtlog krhotina koji okružuje našu planetu

Čujte zvuk svemira