Определение 1
Тепловая смерть Вселенной – это ошибочная теория Клаузиуса и Томсона, распространивших законы термодинамики на Вселенную, как целое.
Возможность применения начал термодинамики ограничена в первую очередь рамками самой термодинамики, ее предметом и начальными положениями.
Тепловое движение, исследуемое термодинамикой как наукой, правомерно рассматривать в системах, которые состоят из большого количества частиц. Следовательно, законы термодинамики неприменимы к макросистемам, размеры которых можно сравнивать с размерами молекул. Это определяет нижнюю границу применимости законов термодинамики.
Верхняя граница применимости термодинамических законов связана с ограничением применения термодинамики к системам размеров галактик, поскольку определяющими силами в них являются дальнодействующие силы гравитации. Эти силы ведут к тому, что исходные положения классической термодинамики не выполняются. В результате при отсутствии обобщения исходных термодинамических положений для систем космоса второе начало термодинамики использовать нельзя при рассмотрении больших областей Вселенной и тем более Вселенной как единого целого.
Готовые работы на аналогичную тему
- Курсовая работа Тепловая смерть Вселенной как физическая гипотеза 440 руб.
- Реферат Тепловая смерть Вселенной как физическая гипотеза 240 руб.
- Контрольная работа Тепловая смерть Вселенной как физическая гипотеза 220 руб.
Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость
М. Планк писал о том, что не имеет смысла говорить об энтропии или энергии мира, поскольку данные параметры в этом случае нельзя даже определить в точности.
Так некритический перенос законов макроскопического опыта на Вселенную привел к антинаучному выводу о «тепловой смерти» Вселенной.
Работы В. Томсона и Р. Клаузиуса о «тепловой смерти Вселенной»
В своей работе «О проявляющейся в природе общей тенденции к рассеянию механической энергии» В. Томсон, принимая за основу второе начало термодинамики, сделал следующие замечания:
- В материальном мире механическая энергия постоянно расходуется.
- Данную механическую энергию невозможно восстановить какими-либо доступными средствами и методами.
- В этой связи Земля находилась некоторое время назад (промежуток времени является конечным) и придет в состояние, при котором она будет непригодна для жизни человека. Если только не будут выполнены меры, которые невозможно реализовать при существующих в настоящее время законах природы.
Из выводов Томсона следует представление о «тепловой смерти» Вселенной. В этом случае должны прекратиться все процессы. Вселенная приходит в состояние термодинамического равновесия. При этом все интенсивные параметры во всех точках Вселенной станут одинаковыми, далее отсутствуют причины, которые могли бы вызывать какие-либо процессы.
Лень читать?
Задай вопрос специалистам и получи ответ уже через 15 минут!
Задать вопрос
В законченном виде гипотеза о «тепловой смерти» Вселенной была сформулирована более ста лет назад в работах Клаузиуса, который распространил законы термодинамики на всю Вселенную.
Р. Клаузиус сформулировал следующее положение:
Теорема 1
Энергия мира остается неизменной. Энтропия Вселенной стремится к наибольшей величине.
Следует заметить, что гипотеза Клаузиуса и Томсона противоречит закону сохранения и трансформации энергии. Закон сохранения говорит не только о том, что невозможно количественно уничтожить движение материи, но и материя не может утратить способность к качественному превращению разных форм перехода разных видов движения.
Часть научного сообщества XIX века выступила против гипотезы Томсона – Клаузиуса.
Большое прогрессивное значение в опровержении гипотезы тепловой смерти Вселенной играли работы Л. Больцмана.
Несостоятельность теории тепловой смерти Вселенной
Второе начало (закон) термодинамики — раздела физики, изучающего превращения энергии во всех ее формах (теплота, работа, электричество и др.),- устанавливает наличие в Природе фундаментальной асимметрии, то есть однонаправленности всех происходящих в ней самопроизвольных процессов. Такая однонаправленность означает, что все виды энергии во Вселенной необратимо превращаются в теплоту, которая, в свою очередь, передается от тел, более нагретых, к телам, менее нагретым. В результате температура всех тел во Вселенной выравнивается на низком уровне, и наступает так называемая «тепловая смерть», обусловленная прекращением всех форм движения материи. Второе начало термодинамики формулируется так: все естественные процессы в природе сопровождаются ростом энтропии — функции состояния термодинамической системы, характеризующей меру преобразования порядка в беспорядок (хаос, деградация).
В своей книге «Порядок и беспорядок в природе» Питер Эткинс пишет (с. 199): «Основываясь на втором начале термодинамики, мы считаем, что качество энергии неуклонно понижается; по мере того, как она все более вырождается и наступает состояние хаоса, все события и явления становятся существенно необратимыми. Энергия диссипирует везде и всегда; мир — это средоточие явлений вырождения. Мы — дети хаоса, и глубоко в основе каждого изменения скрыт распад. Изначально существует только процесс рассеяния, деградация; все захлестывает волна хаоса, не имеющего причины и объяснений. В этом процессе отсутствует какая-либо изначальная цель, в нем есть только непрерывное движение». Лучше передать суть второго начала термодинамики просто невозможно. Вот этот процесс деградации энергии, стремление всего окружающего нас Мира и нас самих к хаосу, распаду, к смерти и характеризуется ростом энтропии.
Н. А. Козырев в своей работе [58, с. 234] утверждает: «Во Вселенной же нет никаких признаков деградации, которая вытекает из второго начала. Мир сверкает неисчерпаемым разнообразием, мы не находим в нем и следов приближения тепловой и радиоактивной смерти. Следовательно, мы должны признать, что в Природе существуют постоянно действующие причины, препятствующие возрастанию энтропии… Всюду в сверкающем разнообразием Мире идут непредусмотренные механикой процессы, препятствующие его смерти. Эти процессы должны быть подобны биологическим процессам, поддерживающим жизнь организмов. Поэтому их можно назвать процессами Жизни». Ученые-ортодоксы, распространяя второе начало термодинамики на Вселенную, пытаются объяснить противоречие между ним и реальностью ссылками на то, что закон действует только в рамках замкнутых систем. Козырев же подчеркивает, что ссылки на бесконечность Вселенной и замкнутые системы не объясняют существующее противоречие, так как «даже целые системы во Вселенной в такой степени изолированы друг от друга, что их можно рассматривать как замкнутые системы. Для них тепловая смерть должна заметно приблизиться, прежде чем успеет прийти помощь со стороны. Такая деградация систем должна быть весьма значительной, а она практически незаметна» [58, с. 233].
Есть и другие попытки объяснить существующее противоречие между вторым началом и реальностью. Некоторые ученые считают, что Мир непрерывно обновляется вследствие постоянно происходящих катастроф, хотя логически эти катастрофы следует считать беспричинными, так как они происходят вопреки законам Природы. Так, геологи «прошлого столетия Кювье и Леопольд фон Бух утверждали, что развитие Земли происходило в результате грандиозных катастроф, которые временами обновляли Землю. Однако объяснить причины этих катастроф они не смогли.
Сегодня геология опирается на принцип актуализма, развитый и обоснованный Ляйеллем еще в 1830 году: «Историю Земли можно объяснить, исходя только из обычных сил природы, постоянно действующих в настоящем» [58, с. 234].
Одним из наиболее видных ученых, стремящихся распространить принцип возрастания энтропии на Вселенную, следует признать Л Больцмана, который дал статистическое толкование второго начала термодинамики. Больцман рассмотрел Вселенную как механическую систему, состоящую из огромного числа частиц и существующую неизмеримо долго. В этой системе наиболее вероятным является состояние равновесия и, как его следствие, смерть. Менее вероятны но принципиально возможны случаи, когда в отдельных областях системы возникают неравновесные состояния. Такие вспышки жизни возникают (по Больцману) в различных областях Вселенной и в разное время. В любой момент времени имеются области, в которых разгорается жизнь и в которых она затухает. Мы живем в той области Вселенной, где происходит замирание жизни, поэтому для наших условий характерно возрастание энтропии. В других областях, где имеет место вспышка жизни, энтропия должна уменьшаться.
Иными словами, чтобы сохранить второе начало и энтропию Больцман предложил нам такое развитие Вселенной, где жизнь Миров представляет собой кратковременные вспышки на фоне всеобщей смерти.
Козырев избрал другой путь. Учитывая все вышесказанное и желая быть последовательным и убедительным при объяснении развития звездного Мира, он пришел к необходимости отыскать причину, препятствующую возрастанию энтропии в Природе. Поскольку проблема преодоления тепловой смерти Мира связана с проблемой происхождения свечений Солнца и звезд, Козырев должен был решить задачу о природе звездной энергии.
Обычно считают, что внутри звезд есть специальный источник энергии, наподобие аккумуляторов, постепенная разрядка которых обеспечивает длительность жизни звезд. В результате светимости (расход энергии в единицу времени) звезды охлаждаются и сжимаются. Сроки жизни таких звезд, вычисленные Гельмгольцем и Кельвином, оказались слишком короткими. Так, например, срок жизни Солнца примерно 30 миллионов лет. Но, по достоверным геологическим данным, Солнце имеет значительно больший возраст.
Результаты исследований Н. А. Козырева показали, что предположение о существовании внутри звезд источников энергии, не зависящих от процесса охлаждения, не соответствует действительности. «Так как возраст звезд значительно больше времени охлаждения, необходимо признать, что звезда, теряя энергию и сжимаясь, вызывает некоторые процессы, компенсирующие эту потерю энергии». И Козырев пришел к потрясающему выводу. «Звезда представляет собой машину, вырабатывающую энергию за счет прихода ее извне… главным, постоянно пополняемым источником энергии является время, являющееся активным участником Мироздания» [52].
Небесные тела (планеты и звезды) представляют собой машины, вырабатывающие энергию, а «сырьем для переработки» служит время. Именно время не дает звездам погаснуть, то есть прийти в равновесие с окружающим их пространством.
Н. А. Козырев сумел обнаружить среди астрономических объектов такие, в которых процессы «превращения времени в энергию» протекают особенно активно: радиоастрономические Галактики, источники мощного рентгеновского излучения («черные» дыры), белые карлики, нейтронные звезды [158, с. 45].
Изучив свойства времени, Козырев пришел к выводу. «Для Вселенной в целом влияние активных свойств времени проявляется в противодействии наступлению тепло вой смерти».
Позднее, разработав теорию причинной механики и экспериментально доказав ее правоту, Н. А. Козырев признал, что наряду с пересмотром законов классической механики необходимо пересмотреть и мировые законы термодинамики, и, в первую очередь, второе начало — о возрастании энтропии во всех естественных процессах. Ну как тут не признать Н. А. Козырева «авантюристом»! Ведь он замахнулся на святая святых — энтропию! Энтропия была введена в термодинамику Р. Клаузиу сом в 1865 году. Она представляет собой величину, которая годится для количественной оценки исключительно идеальных (равновесных, обратимых) процессов. Для изучения реальных (неравновесных, необратимых) процессов энтропия Клаузиуса непригодна. Именно поэтому член корреспондент АН БССР А. И. Вейник, так сказать, еще один «авантюрист», считает 1865 год годом начала застоя в термодинамике [59, с. 28]. Из-за всеобъемлющего характера термодинамики — королевы наук — застой перерос в кризис, охвативший практически все области человеческих знаний.
С целью выхода из кризиса А. И. Вейник разработал новую теорию, в которой вместо энтропии вводится фундаментальное понятие — термический заряд (термон), характеризующий термическую форму движения материи во всех ее проявлениях. Исключение из термодинамики энтропии обусловило необходимость исключения из общей теории второго начала. А. И. Вейник показал, что с философской точки зрения принцип возрастания энтропии никоим образом нельзя рассматривать как решение вопроса о законах развития Мира.
Именно к этому выводу пришел в своих теоретических и экспериментальных исследованиях и Н. А. Козырев.
Заключительный аккорд своей «Термодинамики» А. И. Вейник сформулировал следующим образом [59, с. 443]: «Представьте себе безбрежный океан сверкающей лавы человеческих знаний. Он клокочет и не может найти выхода.
Сдерживающая его плотина заперта на заржавленный, вековой давности висячий замок, имя которому — энтропия. Временами лава там и сям переливается через край, образуя яркие, искрящиеся, но быстро застывающие короткие «потоки — это теория относительности, квантовая механика и другие всплески человеческого гения.
Плотина все еще стоит, лишь иногда под могучими ударами волн выходящего из берегов океана натужно поскрипывает механизм старого замка. Мало кто осмеливается к нему прикоснуться. Эта книга — первый молоток, который вот уже в третий раз заносит автор над злополучным замком. Что ожидает плотину в будущем? Она неизбежно должна рухнуть. Сейчас пока трудно сказать, что уцелеет на пути освобожденной лавы. Но с несомненностью можно утверждать следующее: чем дольше продержится пресловутый замок, тем выше будет напор лавы, и тем, следовательно, разрушительнее станет ее сила».
⇐ Предыдущая5Следующая ⇒
Гипотеза Больцмана
В опровержение гипотезы о «тепловой смерти» Вселенной Л. Больцман предложил «флуктуационную» гипотезу. Этот ученый выявил статистическую природу второго начала термодинамики. В соответствии с теорией Больцмана состояние термодинамического равновесия — это только самое встречающееся и самое вероятное состояние термодинамической системы. В равновесной термодинамической системе в любой момент времени, самопроизвольно могут появляться какие угодно большие флуктуации.
Применяя свои выводу к Вселенной, ученый сделал вывод о том, что она пребывает в состоянии термодинамического равновесия, при этом во Вселенной возникают флуктуации.
Огромной флуктуацией является часть Вселенной, в которой находимся мы. Любая флуктуация необходимо исчезнет, но неизбежно появится новая подобная в другом месте Вселенной.
Так, Л. Больцман сделал вывод о том, что одни миры гибнут, другие появляются.
Необратимое увеличение энтропии в замкнутых системах по второму началу термодинамики определяет отличие будущих событий от прошедших. Этот факт натолкнул Больцмана на мысль об использовании второго начала термодинамики для определения роста времени. Ученый полагал, что:
- время растет в направлении увеличения энтропии в нашей области Вселенной;
- в той части Вселенной, где идут флуктуации, время следует в обратную сторону.
Против гипотезы Больцмана тоже имелись возражения. Например:
- бесконечно маленькая вероятность больших флуктуаций;
- отсутствие в теории специфики Вселенной, как гравитирующей системы.
