Энтропия – все о космосе

С чего все начиналось | лаборатория космических исследований

Опубликовано vribinek в вс, 07/06/2015 – 13:43

С чего же все начиналось? С чего начались мы? Нет, я не про эволюцию на Земле. Я о том, что было гораздо, гораздо раньше… до появления Земли, до появления нашей Солнечной системы, до появления Млечного пути…

Я о том, как появилась вся наша Вселенная. Так с чего же все начиналось?

Самая популярная в науке теория о происхождении Вселенной на данный момент – это Теория Большого взрыва. Я думаю, все хоть раз слышали об этой теории. Вот ее мы сегодня и рассмотрим.

Все началось 13 миллиардов 700 миллионов лет назад… со взрыва. Но в самом начале не было никакого огня и шума. Этот взрыв произошел в кромешной тьме, ведь и света тогда еще тоже не существовало. Чтобы его разглядеть нужно было иметь специальное космическое ночное видение. Но увидеть это из космоса было невозможно.

Как это не странно звучит, в то время и космоса-то не существовало. Вокруг не было ничего. Был только внутренний мир, мир после Большого взрыва. Эта первозданная Вселенная выглядела очень странно. Обычные понятия о времени и пространстве там, конечно, не работали. Это был почти прозрачный, но сверх горячий энергетический туман.

Это была очень маленькая точка с бесконечно высокой температурой и плотностью. В последующем это назвали космической сингулярностью. А потом эта точка, этот маленький мир стал расширяться. Это сопровождалось огромной вспышкой радиации.

За триллионную долю секунды Вселенная выросла из точки размером меньше атома в облако размером с апельсин. Это произошло мгновенно. Она появилась надувшись, как шарик, с каждой секундой разворачиваясь и становясь еще и еще больше. Через 100 секунд она уже была размером с нашу Солнечную систему…

Пока все это происходило, чистая энергия космоса стала остывать и создавать материю в виде миллионов частиц субатома. Это была первая материя.

Половина этих частиц была похожа на материю, из которой состоим и мы сейчас. А вторая половина была их противоположного вещества, которое называют антиматерией.

Когда обе эти частицы встречаются в энергетической вспышке, они друг друга уничтожают. К счастью, материи было немного больше, чем антиматерии. Именно из этого остатка и состоит наша сегодняшняя Вселенная.

 Можно смело сказать, что мы состоим из дыма Большого взрыва.

Когда космосу было всего 10 минут отроду, он был уже несколько тысяч световых лет в диаметре. А после этого все с течении 330 тысяч лет все охлаждалось и расширялось, и вот, наконец, Вселенная стала видимой. Вот так все и началось…

После такого рассказа о происхождении нашей Вселенной, я думаю, у многих из вас в голове возник разумный вопрос: А что было до Большого взрыва? Сейчас эта проблема волнует множество современных умов. Существует множество различных теорий по этому вопросу, но точного ответа, конечно же, пока нет.

Одна из наиболее популярных теорий на данный момент – это теория Роджера Пенроуза и  Вахе Гурзадяна. Эти два ученых, работая в паре, создали совершенно новое предположение, заставляющее всех взглянуть на наш мир совершенно по-другому.

Как рассказывают Роджер и Вахе, недавно они обнаружили в микроволновом фоне следы событий до Большого взрыва.

Речь идет о реликтовом излучении, которое пронизывает всю современную Вселенную и при этом несет своего рода “слепок” нашего мира, каким он был спустя 300—400 тысяч лет после рождения. В этом излучении наблюдается анизотропия, а анизотропия – это неодинаковость свойств среды.

Также Пенроуз с Гурзадяном заявили об обнаружении на картах микроволнового фона правильных структур в виде концентрических кругов (в которых диапазон температур заметно меньше, чем в других местах), свидетельствующих о том, что анизотропия реликтового излучения не носит абсолютно случайный характер.

Двое ученых выяснили, что эти самые круги появились из-за крупных космических катастроф – столкновения двух огромных черных дыр, которые, падая друг на друга по спирали, теряли энергию путем испускания гравитационных волн. Причем некоторые из кругов, согласно расчетам, связаны с событиями, которые происходили еще до момента Большого взрыва.

Это открытие не говорило о том, что Большого взрыва не было, оно говорило, что он случался не однократно. И тогда-то  Пенроуз и Гурзадян и выдвинули свою теорию – теорию о цикличности Вселенной, где один эон (мир или Вселенная) сменяется другим, проходя через “триггеры” больших взрывов, которые разделяют разные эоны.

Такие процессы, как утверждают ученые, могут происходить до бесконечности, т.е. по кругу, как цикл. Отсюда и произошло название “циклическая Вселенная”.

 Выявленное слияние черных дыр, вероятно, произошло на самых последних стадиях предыдущего эона, который после Большого взрыва сменился уже нашим, в котором мы сейчас все и живем.

Исходя из всего вышесказанного, можно понять, что по их теории до Большого взрыва существовала другая Вселенная, очень похожая на нашу, которая так же, как наша современная, расширялась, в конце концов превратившись в скопление черных дыр.

Эти черные дыры сталкивались, уничтожая себя и всю информацию, которая в них находилась. Уничтожение этой информации означало исчезновение, удаление энтропии из Вселенной, после которого и было положено начало новому эону с изначально очень низким уровнем энтропии.

Это и есть идея циклической Вселенной.

Сама по себе идея вселенских циклов возникла, конечно, не впервые. В XX веке модель пульсирующей Вселенной, где этап расширения неизбежно сменялся этапом сжатия в одну сингулярность, предшествующую новому взрыву, рассматривалась на равных с моделями бесконечно расширяющейся Вселенной (которые в конце концов победили благодаря открытию “расталкивающей” пространство темной энергии).

Но, как я и говорила, эта теория далеко не единственная, хоть и популярная. К примеру, высказывалась идея, связанная с моделями “ветвящихся” Вселенных, вырастающих друг из друга подобно выдуваемым мыльным пузырям. Различных теорий множество.

Теория циклической Вселенной, конечно же, еще требует большой доработки и находиться на своем начальном этапе, но  несомненно уже очень много значит для космологии. Возможно, когда-нибудь она займет лидирующее место среди подобных теорий, а, может, и вообще будет доказана.

Ну, вот на этом я и хочу закончить данную статью. Теперь вы знаете с чего началась наша Вселенная, знаете о Большом взрыве и даже одну из теорий о том, что было до него. В заключении я хотела бы сказать, несомненно, науке еще предстоит множество интереснейших открытий и теорий. Возможно, однажды мы все-таки узнаем точно, как же мы появились.

Источник: http://www.spacephys.ru/s-chego-vse-nachinalos

Энтропия

  • Главная
  • Контакты
  • О проекте
  • Пользователи
  • Словарь

Фундаментальная проблема любого «природного» объяснения происхождения мира связана с законами термодинамики. Научные результаты были и остаются субъективными. Ни один закон природы не подтверждается так хорошо, как законы термодинамики.

Первый закон (первое начало) термодинамики утверждает, что общее количество энергии и массы остается неизменным.

Второе начало утверждает, что энтропия в замкнутой системе может только возрастать: любая система, не подвергающаяся воздействию извне, деградирует, распадается, свободная энергия в ней убывает, и поэтому в конце концов она достигает пассивного состояния полного беспорядка.

Известный писатель научно-фантастических романов Айзек Азимов хорошо знаком с этой фундаментальной проблемой. Он нашел для нее следующее «решение» в своем рассказе «Последний вопрос», написанном в 1956 году. В нем описывается процесс возрастания энтропии во Вселенной. В пространстве существует устройство типа гигантских часов, которые в один момент перестанут тикать.

Время от времени этот вопрос беспокоит живущих на земле людей.

Далее рассказывается о гигантском устройстве – Компьютере, которому люди задают вопрос: может ли повернуть процесс возрастания энтропии вспять? Может ли вновь убывать энтропия? Может ли «раскручивающееся» пространство вновь «закрутиться»? На это Компьютер отвечает: «У нас недостаточно информации, чтобы ответить на этот вопрос».

За этим следует короткое описание истории человечества, компьютера и пространства. Человечество учится путешествовать в космическом пространстве и расселяется по всей Вселенной. Более того, человек избавляется от своего тела и становится сгустком энергии в космосе.

В это же время Компьютер все растет, становится все более мощным и нематериальным; Вселенная же приближается к своему концу. В конце рассказа Компьютер находится уже не в пространстве, а в сверхпространстве, и поэтому он может ответить на каждый вопрос, задаваемый в любом уголке Вселенной.

Это надпространство вездесуще, вечно и неизменно, оно везде близко и недосягаемо. Теперь Компьютер может ответить на любой вопрос. Время от времени находятся люди, желающие знать от все больше знающего и уже почти всемогущего Компьютера: может ли быть повернута вспять энтропия? И каждый раз Компьютер отвечает: «У нас недостаточно информации, чтобы ответить на этот вопрос…”

В конце концов время Вселенной истекает, и она застывает в состоянии пассивного равновесия. Все солнца и звезды сгорели. Человечество как энергия растворилось в Компьютере. Остался только невидимый, всезнающий, всемогущий Разум – продукт эволюции Компьютера.

В его памяти все еще остается не отвеченный вопрос: может ли быть повернута вспять энтропия? Проходит бесконечно много времени, в течение которого Компьютер вновь анализирует все имеющиеся в его распоряжении данные и, наконец, находит ответ.

Проходит еще один почти бесконечный отрезок времени, и Компьютер находит путь, чтобы все процессы могли начаться сначала.

Достигнув этого пункта, компьютер глубоко задумывается над хаосом, в который превратилась Вселенная, и говорит: «Да будет свет!» И становится светло. Этим заканчивается научно-фантастический рассказ. По сути Айзек Азимов говорит этим, что единственное решение вопроса об энтропии – это бесконечный творческий Разум, находящийся в сверхпространстве и могущий повелеть: «Да будет свет».

Таким образом, мы вновь пришли к тому, о чем говорили в начале этой главы. Библия говорит нам: «В начале сотворил Бог небо и землю». Это означает: нельзя бесконечно экстраполировать историю назад, когда-то было начало. И есть Бог, бесконечный творческий Разум, существующий вне пространства и времени: Он повелевает, и возникают из ничего небо и земля, пространство, материя, время.

Читайте также:  Звезда канопус - все о космосе

«Вера же есть осуществление ожидаемого и уверенность в невидимом. В ней свидетельствованы древние. Верою познаем, что веки устроены словом Божиим, так что из невидимого произошло видимое» (Евр. 11,1-3).

Источник: http://www.librero.ru/culture/entropia

Понятие «энтропия». Суть спора о «тепловой смерти Вселенной»

Феноменологическая термодинамика свела всю совокупность тепловых явлений в три начала без всякой модели вещества, т. е. они просто описывают все явления (отсюда и термин — феноменологическая). Клаузиус не только уточнил идеи Карно, но отказался от теплорода, объясняя природу теплоты в соответствии с концепцией атомизма.

Важную роль в этом сыграла и новая абстрактная величина — энтропия (от греч. entropia — поворот, превращение), введенная им в 1865 г. Клаузиус определил понятие энтропии и показал, что в термически изолированных системах энтропия при обратимых процессах не изменяется, а при реальных и необратимых — растет всегда.

Поэтому она является как бы мерой отклонения реальных процессов от идеальных.

Энтропия, как характеристика состояния системы сыграла в развитии науки фундаментальную роль. Как каждому уровню высоты над поверхностью Земли отвечает своя потенциальная энергия, так и каждому состоянию — своя энтропия.

Как работа в поле тяжести не зависит от вида пути, а определяется только изменением потенциальной энергии, так и энтропия не зависит от вида процесса, определяясь только состоянием.

Понятие энтропии как функции состояния было введено из рассмотрения квазистатических циклов.

Обратимся к бесконечно малому циклу Карно. Если обозначить через S сумму величин (Q/T), то для любого обратимого процесса=

тогда как сумма количеств теплоты Q не равна нулю. В результате завершения квазистатического цикла в источниках работы и теплоты происходят изменения. Между ними должны быть общие связи, выражением которых служит, с одной стороны, принцип эквивалентности теплоты и работы, с другой — теорема о сумме приведенных теплот.

Согласно второму началу термодинамики, из всех тепловых двигателей, работающих при данных температурах нагревателя и холодильника, обратимый двигатель имеет наибольший КПД, т. е. КПД необратимого двигателя меньше, чем КПД обратимого.

Как меняется энтропия в необратимых процессах? Нагреватель отдает и получает теплоту Q1при одной и той же температуре, т.е. его энтропия не меняется:_ Q1/T1 = 0.

В то же время энтропия холодильника или окружающей среды растет:При спаренной работе холодильник получает теплоту Q1 от необратимого двигателя и отдает теплоту Q2 обратимому.

Температура окружающей среды из-за ее очень большого объема практически не меняется от передачи теплоты Q2, но это изотермический процесс, а он обратим, т. е. для окружающей среды:Таким образом, получилась замкнутая система — источник внешней работы, нагреватель, холодильник и спаренные двигатели. В ней есть только одно необратимое звено, и оказалось, что энтропия системы выросла.

Можно считать, что рост энтропии в изолированной системе есть мера необратимости какого-то процесса в ней. Всякий необратимый процесс в замкнутой системе ведет к росту энтропии. Рассуждая в обратную сторону, придем к формулировке невозможности построить вечный двигатель второго рода.

Существование энтропии доказано для обратимых процессов и выражает второе начало термодинамики в наиболее общей форме. С этим законом известный физик и астроном А. Эддингтон связал стрелу времени. Точнее, все необратимые процессы могут идти только в направлении вперед во времени, тогда как обратимые — в обе стороны.

Но почти все процессы являются необратимыми.

Второе начало термодинамики претерпело эволюцию — от тепловой аксиомы, выражающей опытный факт о невозможности самопроизвольного перехода теплоты от холодного тела к горячему (1850), к принципу эквивалентности превращений (1854) и к принципу существования и возрастания энтропии (1865). Итак, в изолированной системе энтропия может только возрастать, что эквивалентно второму началу термодинамики.

Основоположники классической термодинамики — Кельвин и Клау-зиус — считали, что ее начала годятся для любой изолированной системы, в том числе и для всей Вселенной. Отсюда — вывод о неизбежности ее «тепловой смерти», т.е.

такого состояния, когда все процессы прекратятся, и мир перейдет в состояние термодинамического равновесия.

Они не находили процессов, в которых энергия могла бы повышать свое качество, считали, что все тепловые явления самопроизвольно происходят

только в одном направлении: горячие тела охлаждаются, холодные — сами по себе не нагреваются, т. е. распределение энергии необратимо.

Но они отделяли это свойство мира от сохранения количества энергии при всех превращениях.

Второе начало термодинамики указывает естественное направление изменения распределения энергии, не зависящее от количества энергии. Идеи Клаузиуса и Кельвина носили описательный характер, но вызвали дискуссии.

Так, Ранкин выдвинул гипотезу реконцентрации энергии: Вселенная окружена особой эфирной оболочкой, обладающей свойствами зеркальной поверхности, и энергия может не рассеиваться, а концентрироваться в каких-то центрах мира, где температура будет повышаться. Возникшая разность температур вновь нарушит тепловое равновесие.

В ответ Клаузиус показал, что никакое вогнутое зеркало не может дать температуру выше той, которая была присуща телу. Папа Пий XII считал: «Закон энтропии, открытый Рудольфом Клаузиусом, дал нам уверенность в том, что в изолированной материальной системе в конце концов процессы в макроскопическом масштабе когда-то прекратятся.

Эта печальная необходимость свидетельствует о существовании Необходимого Существа». Энгельс расценил эти выводы как доказательство необходимости сотворения мира, как противоречие закону сохранения энергии, если второе начало говорит о качественном уничтожении энергии.

Он указывал, что «вопрос будет решен окончательно лишь в том случае, если будет показано, каким образом излученная в мировое пространство теплота может быть снова используемой». Его «Диалектика природы» построена на идее круговорота энергии.

Начала термодинамики свидетельствуют о том, что энергия превращается из одной формы в другую так, чтобы энтропия возрастала (энергию и энтропию и называли «царица мира и ее тень»). Все виды энергии классифицируют в порядке возрастания «ценности».

Высший класс у тех, которые способны превращаться в большее число форм энергии, им присущи минимальные хаос и энтропия. Средний класс — у химической энергии, а низший — остается теплоте, энергетические превращения которой ограничены принципом Карно.

Самопроизвольные превращения энергии с ее деградацией и ростом энтропии — это преобразования от высших форм к низшим.

Направление потока превращения энергии во Вселенной задается главным образом гравитацией, преобладающей в космосе количественно и имеющей почти нулевую энтропию. Поэтому КПД гидроэлектростанций больше, чем тепловых.

Но почему же гравитационная энергия до сих пор не превратилась в свет и теплоту? Больцман считал гипотезу «тепловой смерти Вселенной» Клаузиуса — Томсона плодом недоразумения.

Он признал вероятностный смысл второго начала термодинамики и распространил его на Вселенную: «Если смотреть на мир как на нечто бесконечное, то возникают опять те же самые противоречия, какие получались, когда бесконечное считалось только пределом». Больцман нарисовал картину огромного

космического пространства, возможно, даже бесконечного во времени и пространстве, полная энтропия которого достигла своего максимального значения, но в котором имеются области, где в данный момент энтропия уменьшается. «Данный момент» может длиться биллион лет, а «данная область» может насчитывать биллионы галактик.

Возможно, что та ничтожно малая область из этого бесконечного пространства, где находимся мы, и есть одна из областей гигантской флуктуации. В некоторый момент в прошлом энтропия уменьшилась, а сейчас возрастает. В вечном и бесконечном потоке материи в некотором месте появилась зона упорядоченности, а ныне порядок постепенно разрушается.

Где-то процессы могут идти в обратном порядке, тогда и время там должно идти в обратном направлении, поскольку рост энтропии связан со стрелой времени.

Но в этом случае и наше понимание причинности должно измениться на обратное: выходит, в тех областях пространства и времени следствие предшествует причине?! Больцмана это не смущало, он находил, что живое существо всегда будет определять путь от прошлого к будущему как от события маловероятного к более вероятному, и не отличит нарушений, как мы не отличаем верха и низа в пространстве. Эта идея Больцмана получила название флуктуационной гипотезы: на фоне всеобщей тепловой смерти возникают и эволюционируют отдельные миры, переходя из маловероятных состояний в более вероятные, что обуславливает протекание необратимых процессов.

Наблюдения в области эволюции звездных ассоциаций показывают, что процесс образования звезд не сводится к спонтанным флукту-ациям, что одни формы энергии непрерывно превращаются в другие. Хотя огромное число достаточно изолированных галактик охвачено наблюдениями, пока не видели галактики в состоянии тепловой смерти.

Таким образом необходимо расширить рамки флуктуации, где находимся мы, до размеров всей наблюдаемой Вселенной.

По этому поводу Ландау и Лифшиц высказали замечание, что «неизмеримо большей вероятностью обладала бы флуктуация в размере одной только Солнечной системы, что было бы достаточно для обеспечения существования наблюдателя».

Но Больцман пытался объяснить существование необратимых процессов во Вселенной на основе обратимых элементарных законов природы. Русский физик, астроном и метеоролог А.А.Фридман в 1922 г.

утверждал, что, если уравнения теории тяготения Эйнштейна применимы ко Вселенной, то она должна меняться со временем — либо расширяться, либо сжиматься, либо пульсировать. Хотя модели расширяющейся Вселенной называют моделями Фридмана, но он не обсуждал начальный момент, считая, что для этого недостаточно данных. В 30-е гг. английские астрофизики А. Милн и М. Мак-Кри показали, что и в теории Ньютона можно получить режим сжатия и разрежения мира (см. гл. 9).

Флуктуационную гипотезу уточняли введением поправок на скорости и массы тел. Я.П.Терлецкий считал, что для больших масс вещества возможны большие флуктуации сжатия и разрежения.

В периоды сжатия идут процессы конденсации, возникают звезды и планеты, в периоды разрежения, когда звезды «разбегутся» на достаточно большие расстояния, неизбежен распад конденсированных систем и превращение их в однородную газовую среду. Оценки, приведенные П.Дираком, Дж.Уи-

лером, Р. Фейнманом и Р. Пенроузом с учетом собственных гравитационных полей космических тел по строгим формулам ОТО показали, что в момент, когда сжатие прекращается и начинается разрежение, общекосмическое время поворачивает вспять, и на мгновение могут потухнуть все звезды.

Такой вывод должен был служить доказательством теории «пульсирующей Вселенной», одна из теорем которой утверждает, что в этот момент меняется и знак материи. В 60-е гг. А. Д.

Читайте также:  Созвездия в апреле - все о космосе

Сахаров выдвинул гипотезу, по которой до момента рождения Вселенной существовала анти-Вселенная, где все было зеркальным отражением нашего мира, она постепенно сжалась в массу сверхплотного вещества, ставшего нейтральным.

Из нее при сверхвысоких температуре и плотности возникла Вселенная, так как в тот момент образовалось больше протонов и нейтронов, чем антипротонов и антинейтронов, поэтому нам неизвестны антимиры и антигалактики.

В 1922 г. немецкий физико-химик В. Нернст, считая тепловую смерть Вселенной невероятной, обратился к явлению радиоактивности, которое «познакомило нас с энергией такого могущества, о котором мы ранее не имели представления».

Образование тяжелых атомов, скопление их в холодные звезды, разогреваемые за счет высокой радиоактивности, превратит их в раскаленные. Во Вселенной возникнут центры концентрации энергии, противодействующие тепловому равновесию. Р.

Милликен основывал подобные выводы на свойствах космических лучей, пополняющих радиацию, непрерывно испускаемую звездами.

Позже были открыты объекты, обладающие достаточной мощностью, чтобы быть источником космических лучей: сверхновые (взрывающиеся) звезды, радиогалактики (гигантские облака истекающих из них электронов, невероятно богатых энергией), галактики Сейферта (галактики с очень ярким и турбулентным ядром, описанные в 1943 г. американским астрономом К.Сейфертом), источники рентгеновского излучения, пульсары и квазары, выделяющие огромные количества энергии. В ядрах галактик и квазарах столь необычные условия, что на них невозможно распространять сложившиеся представления, т.е. необходимы новые модели (см. гл. 9).

Идеи непрерывного творения материи возникали неоднократно. Так, в 1948 г. ученые Кембриджского университета Г. Бонди, Т. Годд и Ф.Хойл выдвинули гипотезу стационарной Вселенной. Они оценили число порожденных за 100 лет из «ничего» атомов водорода для восполнения убыли материи из-за разбегания — 1 атом в кубе с ребром 100 м (!), т.е.

за 5 млрд лет должно было образоваться всего 4 кг атомов. Но открытие в 1965 г. однородно распределенного в пространстве излучения с Т = 2,7 К, истолкованного как «реликтовое» (оставшееся от Большого Взрыва), ослабило интерес к этой теории.

Пока не ясно, существует ли скрытая полевая форма материи, непрерывно порождающая известные нам формы.

Термодинамика Вселенной — это теории звездных атмосфер и внутреннего строения звезд. Излучение, рождающееся в недрах звезды, покидает ее фотосферу, достаточно тонкую ее область.

В ней происходит лучистый перенос энергии, который изучается в теории и сравнивается с данными наблюдений по распределению энергии в непрерывном спектре Солнца и звезд.

Считают, что атмосферы спокойных звезд находятся в состоянии лучистого

равновесия, т. е. каждый элемент объема излучает столько энергии, сколько поглощает.

Равновесное излучение в полости определяется только абсолютной температурой, его интенсивность не зависит ни от свойств полости, ни от места, ни от направления.

Для него выведены законы Вина, Кирхгофа, Стефана — Больцма-на. В звездных атмосферах ситуация несколько сложнее, но можно допустить локальность равновесного излучения.

Релятивистская термодинамика лежит в основе современной космологии. На обобщенных термодинамических принципах построены теория процессов в таких экзотических объектах, как «черные дыры», и модель эволюции Вселенной, в которую необходимо включить и открытое Хабблом красное смещение в спектрах галактик как одно из доказательств расширения Вселенной.

Источник: http://studopedya.ru/2-15065.html

10 почти фантастических теорий о космосе

Космос – бесконечное пространство, которое не могут понять даже самые выдающиеся умы. Глядя ночью на звезды, трудно не задаться вопросом о том, что находится за пределами нашей планеты.

Многие люди стараются обосновать различные гипотезы, порой совершенно фантастические и безумные, но, тем не менее, находящие своих поклонников.

Одни теории звучат глупо, другие выглядят слишком сложными и запутанными, хотя вполне могли бы быть правдой.

1. Венера когда-то была кометой

Представьте себе, что наша солнечная система – это бильярдный стол, а планеты – шары. Они сталкиваются, разбиваются и разлетаются, образуя новые небесные тела. Именно такую версию предложил Иммануил Великовский в своем бестселлере «Миры в столкновении» (1950).

Он утверждал, что около 3500 лет назад огромное тело врезалось в Юпитер, в результате откололась Венера в виде кометы, которая быстро передвигалась по Солнечной системе (воздействуя и на Землю, что и вызвало библейские катастрофы), а затем превратилась в планету. Учёные опровергли теорию Великовского, как нарушающую законы физики.

Например, его идеи не согласовывались с законом Ньютона о движении. Кроме того, состав атмосферы Венеры существенно отличается от атмосферы Юпитера.

2. Универсальное столкновение

Наверняка вы слышали о теории Большого Взрыва. А что если Большому Взрыву предшествовал Большой хлопок? Возьмите две вселенные, столкните их, и вот вам начало так называемого экпиротического сценария (ekpyrotic – пожар по-гречески), который озвучили в 2001 году некоторые физики.

По их мнению, Вселенная циклично повторяет такие события. Многомерные вселенные сталкиваются и дают начало новой вселенной. Как и многие другие модели экпиротическая модель опирается на предположения о механизмах, по которым «работает» Вселенная.

Но для большинства современных ученых эта модель хоть и интересная, но слишком спорная.

3. Белые дыры

В природе присутствует симметрия и зеркальное отражение. На этом основывается теория о существовании белых дыр, которые якобы являются противоположностью чёрных дыр.

Черные дыры – загадочные космические объекты с мощным гравитационным притяжением, который притягивает даже свет, когда он проходит точку невозврата под названием «горизонт событий». В теории «горизонт событий» белой дыры вместо того, чтобы притягивать, будет всё отталкивать.

Поскольку черные дыры действительно существуют и образуются в результате распада звёзд, их существование не означает, что белые дыры тоже реальны.

4. Вселенная – это голограмма

Если учитывать современные технологии виртуальной реальности, то не исключено, что и наша Вселенная – это всего лишь иллюзия. Возможно, наша жизнь не является трехмерной, и все мы живем внутри 2D голограммы.

В лаборатории Ферми в Иллинойсе, группа ученых проводит эксперименты, чтобы это выяснить. Эксперимент заключается в приборе, направляющем мощные лазерные лучи L-образной формы, который называется «голометр».

Если детекторы системы обнаруживают изменения яркости лазерных лучей, это может быть связано с каким-то шумом или помехами. В конечном счете, это может означать, что Вселенная вокруг нас имеет ограничения с точки зрения хранимой ею информации.

Так же, как и 2D ТВ-сигнал может передавать конкретное количество данных, возможно, то и сама природа может предоставлять только определённое количество данных. Может быть, реальность такова, что в некотором смысле, она уже виртуальна.

5. Наблюдение за темной энергией дестабилизирует реальность

Вы знаете старую пословицу о том, «кто над чайником стоит, у того он не кипит»? По мнению ряда теоретиков, слишком пристальное изучение Вселенной разрушает её. Некоторые утверждают, что наблюдение за темной энергией дестабилизирует нашу реальность.

Существует мнение, что такие вещества и материалы, как камни, стекло и вода составляют лишь около 4% Вселенной, 26% – это темная материя, которую нельзя потрогать или увидеть, но мы знаем, что она существует по гравитационным эффектам. Остальные 70% – это тёмная энергия.

Ученые рассматривают её как невидимую силу в пустом пространстве.

6. Парадокс исчезновения информации в чёрной дыре

Ничто не может избежать притяжения черной дыры. Что происходит с объектом, притянутым такой дырой, неизвестно. Физик Стивен Хокинг предположил, что черные дыры могут просто уничтожать такие объекты.

Однако правила Вселенной гласят, что информация нельзя уничтожить, она должна куда-то деться. В противном случае все законы физики становятся неверными, а все свойства реальности – недействительными. В конце 1990-х Хокинг отказался от идеи уничтожения информации черными дырами.

Зато он предположил, что информация всё же остаётся, но уже в иной форме.

7. Луна не вращается вокруг Земли

Начинающие астрономы рано или поздно это замечают: Луна всегда выглядит одинаково. Она не вращается? Конечно же, вращается, но на Земле за время её оборота проходит месяц. Земля, кстати, тоже вращается.

Это называется синхронным вращением. А ещё мы не всегда видим статический вид Луны. В некоторые периоды Луна слегка наклонена, и мы можем увидеть чуть больше её поверхности (ещё 10%).

Это своеобразный дразнящий вид «темной» стороны Луны с массой кратеров.

8. Пульсары – это маяки инопланетян

В течение многих десятилетий исследователи изучали сигналы из космоса, стремясь найти внеземную жизнь. Возможно, где-то в других мирах она существует и ищет космических собратьев. Может быть, даже с помощью электромагнитного излучения.

Существует гипотеза, что пульсары являются формой инопланетной связи. Эти звезды регулярно испускают электромагнитное излучение каждые несколько секунд по мере своего вращения и посылают эти импульсы всей Вселенной. Обычно они регулярны, но время от времени наблюдаются краткие сбои.

До сих пор, однако, эти сигналы не были расшифрованы.

9. Планета X разрушит наш мир

Где-то в темноте пространства есть блуждающая планета, которая уверенно движется к Земле. Вскоре она столкнётся с нашей планетой, и нам всем придёт конец.

В 1995 году американка Нэнси Лидер заявила на одном онлайн-форуме, что серокожие инопланетяне имплантировали в её голову прибор, который предупредит человечество о неминуемом приближении Планеты X. Планета, по ее словам, будет проходить близко к Земле, нарушит все её природные процессы и уничтожит всё живое.

После этого NASA заявило, что если бы эта планета двигалась к Земле, мы бы знали об этом, по крайней мере, за 10 лет до возможного столкновения.

10. Теория вечного льда

Скорее всего, к самым глупым теориям относится теория вечного льда, озвученная в 1913 году австрийским горным инженером Гансом Хёрбигером и астрономом Филиппом Фаутом. Оба утверждали, что лёд был основой всей Вселенной.

Вкратце история звучит так: давным-давно погибшая звезда, заполненная водой, врезалась в гигантскую, раскалённую звезду, потому превратилась в водяной пар, который затем превратился в глыбы льда, разбросанные по всей Вселенной.

Источник: https://flytothesky.ru/10-pochti-fantasticheskix-teorij-o-kosmose/

Энтропия – определение, энтропия в нашей жизни, тепловая смерть вселенной

Энтропия (от др.-греч. ἐντροπία «поворот», «превращение») – широко используемый в естественных и точных науках термин.

Читайте также:  Оберон спутник урана - все о космосе

Впервые введён в рамках термодинамики как функция состояния термодинамической системы, определяющая меру необратимого рассеивания энергии.

В статистической физике энтропия характеризует вероятность осуществления какого-либо макроскопического состояния. Кроме физики, термин широко употребляется в математике: теории информации и математической статистике.

В науку это понятие вошло ещё в XIX веке. Изначально оно было применимо к теории тепловых машин, но достаточно быстро появилось и в остальных областях физики, особенно, в теории излучения. Очень скоро энтропия стала применяться в космологии, биологии, в теории информации. Различные области знаний выделяют разные виды меры хаоса:

  • информационная;
  • термодинамическая;
  • дифференциальная;
  • культурная и др.

Например, для молекулярных систем существует энтропия Больцмана, определяющая меру их хаотичности и однородности. Больцман сумел установить взаимосвязь между мерой хаоса и вероятностью состояния.

Для термодинамики данное понятие считается мерой необратимого рассеяния энергии. Это функция состояния термодинамической системы. В обособленной системе энтропия растёт до максимальных значений, и они в итоге становятся состоянием равновесия.

 Энтропия информационная подразумевает некоторую меру неопределённости или непредсказуемости.

Энтропия может интерпретироваться как мера неопределённости (неупорядоченности) некоторой системы, например, какого-либо опыта (испытания), который может иметь разные исходы, а значит, и количество информации.

Таким образом, другой интерпретацией энтропии является информационная ёмкость системы.

С данной интерпретацией связан тот факт, что создатель понятия энтропии в теории информации (Клод Шеннон) сначала хотел назвать эту величину информацией.

Для обратимых (равновесных) процессов выполняется следующее математическое равенство (следствие так называемого равенства Клаузиуса), где  – подведенная теплота,  – температура,  и  – состояния,  и  – энтропия, соответствующая этим состояниям (здесь рассматривается процесс перехода из состояния  в состояние ).

Для необратимых процессов выполняется неравенство, вытекающее из так называемого неравенства Клаузиуса, где  – подведенная теплота,  – температура,  и  – состояния,  и  – энтропия, соответствующая этим состояниям.

Поэтому энтропия адиабатически изолированной (нет подвода или отвода тепла) системы при необратимых процессах может только возрастать.

Используя понятие энтропии Клаузиус (1876) дал наиболее общую формулировку 2-го начала термодинамики: при реальных (необратимых) адиабатических процессах энтропия возрастает, достигая максимального значения в состоянии равновесия (2-ое начало термодинамики не является абсолютным, оно нарушается при флуктуациях).

Абсолютная энтропия (S) вещества или процесса – это изменение доступной энергии при теплопередаче при данной температуре (Btu/R, Дж/К). Математически энтропия равняется теплопередаче, деленной на абсолютную температуру, при которой происходит процесс.

Следовательно, процессы передачи большого количества теплоты больше увеличивают энтропию. Также изменения энтропии увеличатся при передаче теплоты при низкой температуре.

Так как абсолютная энтропия касается пригодности всей энергии вселенной, температуру обычно измеряют в абсолютных единицах (R, К).

Удельную энтропию (S) измеряют относительно единицы массы вещества. Температурные единицы, которые используются при вычислении разниц энтропии состояний, часто приводятся с температурными единицами в градусах по Фаренгейту или Цельсию.

Так как различия в градусах между шкалами Фаренгейта и Ренкина или Цельсия и Кельвина равные, решение в таких уравнениях будет правильным независимо от того, выражена энтропия в абсолютных или обычных единицах.

У энтропии такая же данная температура, как и данная энтальпия определенного вещества.

Подводим итог: энтропия увеличивается, следовательно, любыми своими действиями мы увеличиваем хаос.

Энтропия – мера беспорядка (и характеристика состояния). Визуально, чем более равномерно расположены вещи в некотором пространстве, тем больше энтропия. Если сахар лежит в стакане чая в виде кусочка, энтропия этого состояния мала, если растворился и распределился по всем объёму – велика.

Беспорядок можно измерить, например, посчитав сколькими способами можно разложить предметы в заданном пространстве (энтропия тогда  пропорциональна логарифму числа раскладок).

Если все носки сложены предельно компактно одной стопкой на полке в шкафу, число вариантов раскладки мало и сводится только к числу перестановок носков в стопке.

Если носки могут находиться в произвольном месте в комнате, то существует немыслимое число способов разложить их, и эти раскладки не повторяются в течение нашей жизни, как и формы снежинок. Энтропия состояния «носки разбросаны» – огромна.

Второй закон термодинамики гласит, что самопроизвольно в замкнутой системе энтропия не может убывать (обычно она возрастает). Под её влиянием рассеивается дым, растворяется сахар, рассыпаются со временем камни и носки.

Эта тенденция объясняется просто: вещи движутся (перемещаются нами или силами природы) обычно под влиянием случайных импульсов, не имеющих общей цели. Если импульсы случайны, всё будет двигаться от порядка к беспорядку, потому что способов достижения беспорядка всегда больше.

Представьте себе шахматную доску:  король может выйти из угла тремя способами, все возможные для него пути ведут из угла, а прийти обратно в угол с каждой соседней клетки – только одним способом, причём этот ход будет только одним из 5 или из 8 возможных ходов.

Если лишить его цели и позволить двигаться случайно, он в конце концов с равной вероятностью сможет оказаться в любом месте шахматной доски, энтропия станет выше.

В газе или жидкости роль такой разупорядочивающей силы играет тепловое движение, в вашей комнате – ваши сиюминутные желания пойти туда, сюда, поваляться, поработать, итд. Каковы эти желания – неважно, главное, что они не связаны с уборкой и не связаны друг с другом. Чтобы снизить энтропию, нужно подвергнуть систему внешнему воздействию и совершить над ней работу.

Например, согласно второму закону, энтропия в комнате будет непрерывно возрастать, пока не зайдёт мама и не попросит вас слегка прибрать. Необходимость совершить работу означает также, что любая система будет сопротивляться уменьшению энтропии и наведению порядка.

Во Вселенной та же история – энтропия как начала возрастать с Большого Взрыва, так и будет расти, пока не придёт Мама.

Мера хаоса во Вселенной

Для Вселенной не может быть применён классический вариант вычисления энтропии, потому что в ней активны гравитационные силы, а вещество само по себе не может образовать замкнутую систему. Фактически, для Вселенной – это мера хаоса.

Главнейшим и крупнейшим источником неупорядоченности, которая наблюдается в нашем мире, считаются всем известные массивные образования – чёрные дыры, массивные и сверхмассивные.

Попытки точно рассчитать значение меры хаоса пока нельзя назвать удачными, хотя они происходят постоянно. Но все оценки энтропии Вселенной имеют значительный разброс в полученных значениях – от одного до трёх порядков. Это объясняется не только недостатком знаний.

Ощущается недостаточность сведений о влиянии на расчёты не только всех известных небесных объектов, но и тёмной энергии. Изучение её свойств и особенностей пока в зачатке, а влияние может быть определяющим. Мера хаоса Вселенной всё время изменяется.

 Учёные постоянно проводят определённые исследования, чтобы получить возможность определения общих закономерностей. Тогда будет можно делать достаточно верные прогнозы существования различных космических объектов.

Тепловая смерть Вселенной

У любой замкнутой термодинамической системы есть конечное состояние. Вселенная тоже не является исключением. Когда прекратится направленный обмен всех видов энергий, они переродятся в тепловую энергию.

Система перейдёт в состояние тепловой смерти, если термодинамическая энтропия получит наивысшие значение. Вывод о таком конце нашего мира сформулировал Р. Клаузиус в 1865 году. Он взял за основу второй закон термодинамики.

Согласно этому закону, система, которая не обменивается энергиями с другими системами, будет искать равновесное состояние. А оно вполне может иметь параметры, характерные для тепловой смерти Вселенной. Но Клаузиус не учитывал влияния гравитации.

То есть, для Вселенной, в отличие от системы идеального газа, где частицы распределены в каком-то объёме равномерно, однородность частиц не может соответствовать самому большому значению энтропии. И всё-таки, до конца не ясно, энтропия — допустимая мера хаоса или смерть Вселенной?

Энтропия в нашей жизни

В пику второму началу термодинамики, по положениям которого всё должно развиваться от сложного к простому, развитие земной эволюции продвигается в обратном направлении.

Эта нестыковка обусловлена термодинамикой процессов, которые носят необратимый характер.

Потребление живым организмом, если его представить как открытую термодинамическую систему, происходит в меньших объёмах, нежели выбрасывается из неё.

Пищевые вещества обладают меньшей энтропией, нежели произведённые из них продукты выделения.

 То есть, организм жив, потому что может выбросить эту меру хаоса, которая в нём вырабатывается в силу протекания необратимых процессов.

К примеру, путём испарения из организма выводится около 170 г воды, т.е. тело человека компенсирует понижение энтропии некоторыми химическими и физическими процессами.

Энтропия – это некая мера свободного состояния системы. Она тем полнее, чем меньшие ограничения эта система имеет, но при условии, что степеней свободы у неё много. Получается, что нулевое значение меры хаоса – это полная информация, а максимальное – абсолютное незнание.

Вся наша жизнь – сплошная энтропия, потому что мера хаоса иногда превышает меру здравого смысла. Возможно, не так далеко время, когда мы придём ко второму началу термодинамики, ведь иногда кажется, что развитие некоторых людей, да и целых государств, уже пошло вспять, то есть, от сложного к примитивному.

Энтропия – обозначение функции состояния физической системы, увеличение которой осуществляется за счёт реверсивной (обратимой) подачи тепла в систему;

величина внутренней энергии, которая не может быть преобразована в механическую работу;

точное определение энтропии производится посредством математических расчётов, при помощи которых устанавливается для каждой системы соответствующий параметр состояния (термодинамическое свойство) связанной энергии.

Наиболее отчётливо энтропия проявляется в термодинамических процессах, где различают процессы, обратимые и необратимые, причём в первом случае энтропия остаётся неизменной, а во втором постоянно растёт, и это увеличение осуществляется за счёт уменьшения механической энергии. 

Следовательно, все то множество необратимых процессов, которые происходят в природе, сопровождается уменьшением механической энергии, что в конечном итоге должно привести к остановке, к «тепловой смерти».

Но этого не может произойти, поскольку с точки зрения космологии невозможно до конца завершить эмпирическое познание всей «целостности Вселенной», на основе которого наше представление об энтропии могло бы найти обоснованное применение.

Христианские теологи полагают, что, основываясь на энтропии, можно сделать вывод о конечности мира и использовать её для доказательства «существования Бога».

В кибернетике слово «энтропия» используется в смысле, отличном от его прямого значения, который лишь формально можно вывести из классического понятия; оно означает: среднюю наполненность информацией; ненадёжность в отношении ценности «ожидания» информации.

Источник: http://mfina.ru/entropiya

Ссылка на основную публикацию