Tepelná smrt vesmíru

Tepelná smrt vesmíru , také Velké zmrazení [1]  je hypotéza předložená R. Clausiem v roce 1865 na základě extrapolace druhého zákona termodynamiky na celý vesmír . Podle Clausiuse se vesmír musí časem dostat do stavu termodynamické rovnováhy neboli „tepelné smrti“ [2] (termín popisující konečný stav jakéhokoli uzavřeného termodynamického systému ).

Pokud je Vesmír plochý nebo otevřený, pak se bude navždy rozpínat (viz " Freedmanův vesmír ") a očekává se, že v důsledku takového vývoje dosáhne stavu "tepelné smrti" [3] . Pokud je kosmologická konstanta kladná, jak ukazují nedávná pozorování, vesmír se nakonec přiblíží stavu maximální entropie [4] .

Historie hypotézy

V roce 1852 William Thomson (baron Kelvin) formuloval „princip disipace energie“, z něhož vyplynulo, že se Země po určité době ocitne ve stavu nevhodném pro lidské bydlení [5] . Byla to první formulace myšlenek o "tepelné smrti", zatím pouze Země.

Závěr o tepelné smrti vesmíru formuloval R. Clausius v roce 1865 na základě druhého termodynamického zákona . Podle druhého zákona každý fyzikální systém, který si nevyměňuje energii s jinými systémy, směřuje k nejpravděpodobnějšímu rovnovážnému stavu - k tzv. stavu s maximální entropií . Takový stav by odpovídal tepelné smrti Vesmíru [6] . Ještě před vytvořením moderní kosmologie byly učiněny četné pokusy vyvrátit závěr o tepelné smrti vesmíru. Nejznámější z nich je hypotéza fluktuace L. Boltzmanna ( 1872 ), podle níž byl Vesmír vždy v rovnovážném izotermickém stavu, ale podle zákona náhody, někdy na tom či onom místě, odchylky od tohoto stavu někdy se vyskytují; vyskytují se méně často, čím větší je zachycená plocha a tím větší je míra odchylky.

Kritika

Jeden z argumentů proti hypotéze „tepelné smrti vesmíru“ [K 1] je založen na konceptu nekonečna vesmíru , takže termodynamické zákony založené na studiu objektů konečné velikosti nejsou použitelné na Vesmír v principu. M. Planck k tomu poznamenal: „Stěží má smysl mluvit o energii nebo entropii světa, protože takové veličiny nelze přesně definovat“ [8] .

Námitky proti hypotéze „tepelné smrti vesmíru“ ze strany statistické fyziky směřují k tomu, že procesy absolutně zakázané druhým zákonem jsou ze statistického hlediska prostě nepravděpodobné. Pro běžné makrosystémy vedou statistické i fenomenologické zákony ke stejným závěrům. Pro systémy s malým počtem částic nebo pro nekonečně velký systém nebo pro nekonečně dlouhou dobu pozorování se však stávají přípustné spontánní procesy, které porušují druhý termodynamický zákon [9] . Navíc v uzavřených a izolovaných systémech (obsahujících subsystémy), sjednocených obecným pravidlem neklesající entropie, jsou stále možné stabilní nerovnovážné stacionární stavy. Navíc takové stavy mohou být indukovány v systému, který je již v termodynamické rovnováze. Takový systém bude mít maximální entropii a produkce entropie bude nulová, což není v rozporu s druhým zákonem. Teoreticky mohou takové stavy trvat neomezeně dlouho [10] [11] .

V moderní kosmologii vede zohlednění gravitace k závěru, že rovnoměrné izotermické rozložení hmoty ve vesmíru není nejpravděpodobnější a neodpovídá maximu entropie.

Pozorování potvrzují teorii A. A. Fridmana , podle níž je Metagalaxie (astronomický vesmír) nestacionární: v současnosti se rozpíná a hmota pod vlivem gravitace kondenzuje do samostatných objektů , tvořících kupy galaxií , galaxií , hvězd , planet . Všechny tyto procesy jsou přirozené, probíhají s nárůstem entropie a nevyžadují pro své vysvětlení modifikaci termodynamických zákonů [12] ; i samotná formulace otázky „tepelné smrti Vesmíru“ se zdá neopodstatněná [13] .

Bez ohledu na to, jak pochybně se může z moderního pohledu zdát Clausiův závěr o „tepelné smrti“ Vesmíru, byl to právě tento závěr, který posloužil jako impuls pro rozvoj teoretického myšlení, které v dílech A. Einsteina A. A. Friedman a G. A. Gamow, vedly k dnes široce uznávanému relativisticko-termodynamickému modelu evoluce [14][ nejednoznačné ] .

Současný stav vesmíru

V současné fázi existence (13,72 miliard let) vesmír vyzařuje jako absolutně černé těleso o teplotě 2,725 K. Emisní spektrum vrcholí na frekvenci 160,4 GHz ( mikrovlnné záření ) , což odpovídá vlnové délce 1,9 mm . Je izotropní s přesností 0,001 %.

V kultuře

Téma tepelné smrti vesmíru je předmětem řady sci-fi příběhů (například příběh „ Poslední otázka “ od Isaaca Asimova ). Toto téma také tvořilo základ zápletky anime „ Mahou Shoujo Madoka Magica “.

Ve vesmíru britského televizního seriálu Doctor Who se tento konkrétní konečný stav vyskytoval 100 bilionů let (ukázaný v epizodě „ Utopie “) [15] po velkém třesku , díky kterému byl vesmír vytvořen.

V epizodě The Late Philip J. Fry z animované série Futurama byli hrdinové svědky tepelné smrti současného a následného zrodu nového, téměř zcela identického vesmíru. Nový vesmír byl oproti předchozímu posunut o 1 metr.

Viz také

• Druhý zákon termodynamiky
• Zákon neklesající entropie
• Velký stisk
• velká mezera
• Entropie vesmíru
• Expanze vesmíru
• Časová osa vzdálené budoucnosti

Poznámky

1. ↑

   Termodynamika neodůvodňuje předpoklad, že vesmír umírá. Získání entropie vždy znamená ztrátu vědomí a nic jiného.

   — G. N. Lewis . Citace z [7]

1. ↑ WMAP - Fate of the Universe, WMAP's Universe, NASA. . Získáno 17. října 2017. Archivováno z originálu 15. října 2019. (neurčitý)
2. ↑ Šéfredaktor A. M. Prochorov. "TEPELNÁ SMRT" VESMÍRU // Fyzická encyklopedie. V pěti svazcích. — M.: Sovětská encyklopedie . - 1988. (Ruština) // Fyzická encyklopedie. V pěti svazcích. — M.: Sovětská encyklopedie. Šéfredaktor A. M. Prochorov. 1988.
3. ↑ Plait, Philip Death From the Skies!, Viking Penguin, NY, ISBN 978-0-670-01997-7 , s. 259
4. ↑ Lisa Dyson, Matthew Kleban, Leonard Susskind: „Znepokojující důsledky kosmologické konstanty“ . Získáno 17. října 2017. Archivováno z originálu 10. července 2018. (neurčitý)
5. ↑ Druhý zákon termodynamiky, 1934 , str. 180-182.
6. ↑ Galetich Julia. Tepelná smrt vesmíru . astrotime.ru (2. srpna 2011). Datum přístupu: 15. ledna 2014. Archivováno z originálu 3. prosince 2013. (neurčitý)
7. ↑ Zhukovsky V.S. , Technická termodynamika, 1940 , s. 156.
8. ↑ Brodyansky V. M., Perpetual motion machine, 1989 , s. 148.
9. ↑ Polyachenok O.G., Polyachenok L.D., Fyzikální a koloidní chemie, 2008 , s. 106.
10. ↑ Lemiško, Sergey S.; Lemishko, Alexander S. Redoxní baterie Cu2+/Cu+ využívající k dobíjení nízkopotenciální externí teplo  // The  Journal of Physical Chemistry C  : deník. - 2017. - 30. ledna ( roč. 121 , č. 6 ). - S. 3234-3240 . - doi : 10.1021/acs.jpcc.6b12317 .
11. ↑ Lemiško, Sergey S.; Lemishko, Alexander S. Nerovnovážný ustálený stav v uzavřeném systému s vratnými reakcemi: Mechanismus, kinetika a její možná aplikace pro přeměnu energie  (anglicky)  // Results in Chemistry  : journal. - 2020. - 8. února ( vol. 2 ). - doi : 10.1016/j.rechem.2020.100031 .
12. ↑ TSB, 3. vydání, svazek 25, 1976 , s. 443.
13. ↑ Bazarov, 2010 , str. 84.
14. ↑ Ebeling V., Engel A., Feistel R. Fyzika evolučních procesů. — 2001.
15. ↑ http://www.bbc.co.uk/programmes/b007qltt Archivováno 6. října 2019 na Wayback Machine a http://www.bbc.co.uk/doctorwho/s4/episodes/S3_11 Archivováno 4. října 2019 na Wayback Machine

Literatura

• Alekseev G. N. Energie a entropie. - M . : Poznání, 1978. - 192 s. — (Život velkých myšlenek).
• Bazarov I.P. Termodynamika. - 5. vyd. - SPb.-M.-Krasnodar: Lan, 2010. - 384 s. - (Učebnice pro vysoké školy. Odborná literatura). - ISBN 978-5-8114-1003-3 .
• Bazarov IP Bludy a chyby v termodynamice. — M.: URSS, 2003. — 120 s. - ISBN 5-354-00391-1 .
• Velká sovětská encyklopedie / Ch. vyd. A. M. Prochorov. - 3. vyd. - M. : Sovětská encyklopedie, 1976. - T. 25: Strunino - Tichoretsk. — 600 s.
• Brodyansky V. M. Perpetuum mobile - dříve a nyní. Od utopie k vědě, od vědy k utopii . — M .: Energoatomizdat, 1989. — 256 s. - (Populárně naučná knihovna studenta). — ISBN 5-283-00058-3 .
• Druhý termodynamický zákon: Sadi Carnot - W. Thomson-Kelvin - R. Clausius - L. Boltzmann - M. Smoluchowski / Pod. vyd. a s předchozím A. K. Timiryazev. - M. - L .: Gostekhizdat, 1934. - 311 s.
• Gerasimov Ya. I., Dreving V. P., Eremin E. N. a kol. , Course of Physical Chemistry / Ed. vyd. Ano, I. Gerasimová. - 2. vyd. - M .: Chemie, 1970. - T. I. - 592 s.
• Žukovskij V.S. Technická termodynamika . - 2. vyd., přepracováno. - L.-M.: Gostekhizdat , 1940. - 336 s.
• Polyachenok O.G., Polyachenok L.D. Fyzikální a koloidní chemie. — Mogilev: Mogilev. Stát Univerzita provizí, 2008. - 196 s.

Odkazy

• I.L. Genkin. Budoucnost vesmíru . Astronet (2. března 1994). Datum přístupu: 7. února 2014. Archivováno z originálu 22. října 2008. (neurčitý)
• Top 10 nejbláznivějších vědeckých teorií . Číslo 3. Tepelná smrt vesmíru (29. srpna 2010). Získáno 12. srpna 2013. Archivováno z originálu 13. srpna 2013. (neurčitý)

Slovníky a encyklopedie	velká čínština Velký Rus Britannica (online)