Зміст
Введення
1. Поняття Всесвіту
2. Проблема тепловоїсмерті Всесвіту
2.1 Другий законтермодинаміки
2.2 "За" і"Проти" теорії теплової смерті
Висновок
Введення
У данійроботі ми поговоримо про майбутнє нашого Всесвіту. Про майбутнє дуже далекому,настільки, що невідомо, чи наступить воно взагалі. Життя і розвиток наукисуттєво змінюють наші уявлення і про Всесвіт, і про її еволюції, і прозакони, які керують цією еволюцією. У самому справі, існування чорних дірбуло передбачене ще в XVIII столітті. Але лише в другій половині XX століття їхстали розглядати як гравітаційні могили масивних зірок і як місця, кудиможе навічно В«провалитисяВ» значна частина речовини, доступногоспостереженнями, вибувши з загального кругообігу. А пізніше стало відомо, що чорнідіри випаровуються і, таким чином, повертають поглинене, хоча зовсім в іншому обличие.Нові ідеї постійно висловлюються космофізики. Тому картини, намальованіще зовсім недавно, несподівано виявляються застарілими.
Одним знайбільш дискусійних ось уже близько 100 років є питання про можливістьдосягнення рівноважного стану у Всесвіті, що еквівалентно поняттю їїВ«Теплової смертіВ». У даній роботі ми і розглянемо його.
1. Поняття Всесвіту
A що такеВсесвіт? Вчені під цим терміном розуміють максимально велику областьпростору, що включає в себе як всі доступні для вивчення небесні тіла таїх системи, тобто як Метагалактика, так і можливе оточення, ще впливає нахарактер розподілу і руху тіл в її астрономічної частини.
Відомо, щоМетагалактика знаходиться в стані приблизно однорідного і ізотропногорозширення. Всі галактики віддаляються один від одного зі швидкістю тим більшою, чимбільше відстань між ними. З плином часу швидкість цього розширення зменшується.На відстані 15-20 мільярдів світлових років видалення відбувається зі швидкістю,близькою до швидкості світла. З цієї та ряду інших причин, ми не можемо бачити більшдалекі об'єкти. Існує як би якийсь В«горизонт видимостіВ». Речовина на цьомугоризонті знаходиться в надщільним (В«сингулярномуВ», тобто особливому) стані, вякому воно було в момент умовного початку розширення, хоча на цей рахунок єй інші припущення. Через кінцівки швидкості поширення світла (300000км/с) ми не можемо знати, що відбувається на горизонті зараз, але деякітеоретичні розрахунки дозволяють думати, що за межами горизонту видимостіречовина розподілено в просторі приблизно з тією ж щільністю, що і всерединінього. Саме це і призводить як до однорідного розширення, так і до наявностісамого горизонту. Тому часто Метагалактика не обмежують видимою частиною, арозглядають як сверхсістему, ототожнення з усього Всесвіту в цілому,вважаючи її щільність однорідною. У найпростіших космологічних побудовах розглядаютьдва основних варіанти поведінки Всесвіту - необмежене розширення, приякому середня щільність речовини з плином часу прагне до нуля, ірозширення із зупинкою, після якої Метагалактика повинна почати стискуватися. Взагальної теорії відносності показується, що наявність речовини викривляєпростір. У моделі, де розширення змінюється стиском, щільність доситьвисока і кривизна виявляється такою, що простір В«замикається на себеВ», подібноповерхні сфери, але у світі з більшим, ніж В«у насВ», числом вимірів. Наявністьгоризонту призводить до того, що навіть цей просторово кінцевий світ ми неможемо бачити цілком. Тому з точки зору спостережень замкнутий і відкритийсвіт розрізняються не дуже сильно.
Швидше за все,реальний світ влаштований складніше. Багато космологи припускають, що існуєкілька, може бути, навіть дуже багато метагалактик і всі вони разом можутьпредставляти якусь нову систему, що є частиною деякого ще більш великогоосвіти (може бути, принципово іншої природи). Окремі частини цьогогіперміра (всесвіти у вузькому сенсі) можуть мати абсолютно різні властивості,можуть бути не пов'язані один з одним відомими нам фізичними взаємодіями(Або бути слабо пов'язаними, що має місце у випадку так званогонапівзамкненого світу). У цих частинах гіперміра можуть проявлятися інші закониприроди, а фундаментальні константи типу швидкості світла можуть мати іншізначення або взагалі відсутні. Нарешті, в таких всесвітів може бути нетаке, як у нас, число просторових вимірів.
2. Проблема теплової смерті Всесвіту
2.1 Другийзакон термодинаміки
Згіднодругим законом (початку) термодинаміки, процеси, що відбуваються в замкнутійсистемі, завжди прагнуть до рівноважного стану. Іншими словами, якщо немаєпостійного припливу енергії в систему, йдуть в системі процеси прагнуть дозагасанню і припиненню.
Ідея продопустимості і навіть необхідності застосування другого закону термодинаміки до Всесвітуяк цілому належить В. Томсон (лорд Кельвін), який опублікував її щев 1852 р. Дещо пізніше Р. Клаузіус сформулював закони термодинаміки взастосуванні до всього світу в наступному вигляді: 1. Енергія світу постійна. 2.Ентропія світу прагне до максимуму.
Максимальнаентропія як термодинамічна характеристика стану відповідаєтермодинамічної рівноваги. Тому зазвичай інтерпретація цього положення зводилася(Часто зводиться і зараз) до того, що всі рухи в світі повинні перетворитися натеплоту, всі температури вирівняються, щільність в досить великих обсягахповинна стати всюди однаковою. Це стан і отримало назву тепловоїсмерті Всесвіту.
Реальнерізноманітність світу (крім, хіба що, розподілу щільності на найбільшихнині спостережуваних масштабах) далеко від намальованої картини. Але якщо світ існуєвічно, стан теплової смерті вже давно мало б наступити. Отриманепротиріччя отримало назву термодинамічної парадоксу космології. Щобйого ліквідувати, потрібно було допустити, що світ існує недостатньо довго.Якщо говорити про спостережуваної частини Всесвіту, а також про її передбачуваномуоточенні, то це, мабуть, так і є. Ми вже говорили про те, що воназнаходиться в стані розширення. Виникла вона швидше за все в результатівибухоподібного флуктуації в первинному вакуумі складної природи (або, можнасказати, в гіперміре) 15 або 20 мільярдів років тому. Астрономічні об'єкти -зірки, галактики - виникли на більш пізній стадії розширення зспочатку майже строго однорідної плазми. Однак по відношенню до далекогомайбутньому питання залишається. Що чекає нас або наш світ? Настане рано чи пізнотеплова смерть або ж цей висновок теорії з якихось причин хибний?
2.2 В«ЗаВ» і В«протиВ»теорії теплової смерті
Багатовидатні фізики (Л. Больцман, С. Арреніус та ін) категорично заперечувалиможливість теплової смерті. Разом з тим навіть і в наш час не менш крупнівчені впевнені в її неминучості. Якщо говорити про супротивників, то, завинятком Больцмана, який звернув увагу на роль флуктуацій, їх аргументаціябула швидше емоційною. Лише в тридцяті роки нашого століття з'явилисясерйозні міркування щодо термодинамічної майбутнього світу. Всіспроби вирішення термодинамічної парадоксу можна згрупувати відповідноз трьома основними ідеями, покладеними в їх основу:
1. Можнадумати, що другий закон термодинаміки неточний або ж невірна його інтерпретація.
2. Другийзакон вірний, але невірна або неповна система решти фізичних законів.
3. Всі законивірні, але незастосовні до всього Всесвіту через якісь її особливостей.
В тій чиіншій мірі всі варіанти можуть бути використані і дійсно використовуються,хоча з різним успіхом, для спростування висновку про можливу теплової смертіВсесвіту в як завгодно віддаленому майбутньому. З приводу першого пункту зауважимо,що в В«ТермодинамікаВ» К.А. Путилова (М., Наука, 1981) наводиться 17 різнихвизначень ентропії, не всі з яких еквівалентні. Ми скажемо лише, що якщомати на увазі статистичне визначення, що враховує наявність флуктуацій(Больцман), другий закон у формулюванні Клаузіуса і Томсона дійсновиявляється неточним.
Законзростання ентропії, виявляється, має не абсолютний характер. Прагне...
