Nejvýraznější teorie je o tom, jak začal vesmír velkého třesku, kde veškerá hmota nejprve existovala jako singularita, nekonečně hustý bod v malém prostoru. Pak ji něco přimělo explodovat. Hmota se rozpínala neuvěřitelnou rychlostí a nakonec vytvořila vesmír, který vidíme dnes.

Big Crunch je, jak asi tušíte, opakem Velkého třesku. Vše, co se rozptýlilo k okrajům Vesmíru, bude vlivem gravitace stlačeno. Podle této teorie gravitace zpomalí expanzi způsobenou Velkým třeskem a nakonec se vše vrátí do stejného bodu.

Nevyhnutelná tepelná smrt vesmíru.

Přemýšlejte o tepelné smrti jako o pravém opaku Big Crunch. V tomto případě není gravitace dostatečně silná, aby překonala expanzi, protože vesmír je jednoduše na cestě k exponenciální expanzi. Galaxie se od sebe vzdalují jako milenci zkřížené hvězdami a všeobjímající noc mezi nimi se rozšiřuje a rozšiřuje.

Vesmír se řídí stejnými pravidly jako jakýkoli termodynamický systém, což nás nakonec povede k tomu, že teplo bude distribuováno rovnoměrně po celém vesmíru. Nakonec celý vesmír potemní.

Smrt teplem z černých děr.

Podle populární teorie se většina hmoty ve vesmíru točí kolem černých děr. Stačí se podívat na galaxie, které ve svých centrech obsahují supermasivní černé díry. Velká část teorie černých děr zahrnuje pohlcování hvězd nebo dokonce celých galaxií, když spadají do horizontu událostí díry.

Nakonec tyto černé díry spotřebují většinu hmoty a my zůstaneme v temném vesmíru.

Konec času.

Pokud je něco věčné, pak je to určitě čas. Ať už vesmír existuje nebo ne, čas stále plyne. Jinak by nebylo možné rozlišit jeden okamžik od druhého. Ale co když je čas ztracen a on se prostě zastaví? Co když už žádné okamžiky nebudou? Přesně ve stejný okamžik. Navždy.

Předpokládejme, že žijeme ve vesmíru, kde čas nikdy nekončí. S nekonečným množstvím času má vše, co se může stát, 100procentní pravděpodobnost, že se stane. Paradox se stane, pokud budete mít věčný život. Žijete neomezeně, takže vše, co se dá zaručeně stát, se stane (a stane se nekonečněkrát). Může také dojít k zastavení času.

Velký střet.

The Big Crash je podobný Big Crunch, ale mnohem optimističtější. Představte si stejný scénář: Gravitace zpomaluje expanzi vesmíru a vše se smršťuje zpět do jednoho bodu. V této teorii stačí síla této rychlé kontrakce k zahájení dalšího velkého třesku a vesmír začíná znovu.

Fyzikům se toto vysvětlení nelíbí, takže někteří vědci tvrdí, že se vesmír možná nevrátí zpět k singularitě. Místo toho se velmi pevně stlačí a poté zatlačí zpět silou podobnou té, která tlačí míček, když jej udeříte na podlahu.

Velký Rip.

Bez ohledu na to, jak svět skončí, vědci zatím necítí potřebu používat (strašně podhodnocené) slovo „velký“ k jeho popisu. V této teorii se neviditelná síla nazývá „ temná energie“, způsobuje zrychlení expanze vesmíru, což je to, co pozorujeme. Nakonec se rychlosti zvýší natolik, že se hmota začne rozpadat na malé částice. Tato teorie má ale i svou světlou stránku; přinejmenším Big Rip bude muset počkat dalších 16 miliard let.

Vliv metastability vakua.

Tato teorie závisí na myšlence, že existující vesmír je ve vysoce nestabilním stavu. Pokud se podíváte na hodnoty částic kvantové fyziky, můžete předpokládat, že náš vesmír je na pokraji stability.

Někteří vědci předpokládají, že za miliardy let bude vesmír na pokraji zničení. Když k tomu dojde, v určitém bodě vesmíru se objeví bublina. Představte si to jako alternativní vesmír. Tato bublina se bude rozpínat všemi směry rychlostí světla a zničí vše, čeho se dotkne. Nakonec tato bublina zničí vše ve vesmíru.

Dočasná bariéra.

Protože fyzikální zákony nedávají smysl v nekonečném multivesmíru, jediná možnost porozumět tomuto modelu znamená předpokládat, že pokud něco existuje, existuje skutečná hranice, fyzická hranice vesmíru, a nic nemůže překročit meze. A v souladu s fyzikálními zákony v příštích 3,7 miliardách let překročíme časovou bariéru a vesmír pro nás skončí.

To se nestane (protože žijeme v multivesmíru).

Ve scénáři multivesmíru s nekonečnými vesmíry mohou tyto vesmíry vzniknout do nebo z existujících. Mohou vzniknout z Velkého třesku, být zničeny Velkými Crunches nebo Ruptures, ale na tom nezáleží, protože nových vesmírů bude vždy více než zničených.

Věčný vesmír.

Ach, ta odvěká myšlenka, že Vesmír vždy byl a vždy bude. Toto je jeden z prvních konceptů, které lidé vytvořili o povaze vesmíru, ale v této teorii je nový obrat, který zní trochu zajímavěji, no, vážně.

Místo singularity a velkého třesku, který odstartoval samotný čas, mohl čas existovat dříve. V tomto modelu je vesmír cyklický a bude se neustále rozšiřovat a smršťovat.

Za dalších 20 let budeme moci s větší jistotou říci, která z těchto teorií nejvíce odpovídá realitě. A možná najdeme odpověď na otázku, jak náš Vesmír začal a jak skončí.

> Smrt teplem

Prozkoumat hypotéza tepelné smrti vesmíru. Přečtěte si pojem a teorie tepelné smrti, role entropie vesmíru, termodynamická rovnováha, teplota.

Univerzální entropie neustále roste. Jeho cílem je termodynamická rovnováha, která povede k tepelná smrt.

Cíl učení

Zvažte procesy vedoucí k problému tepelné smrti vesmíru.

Hlavní body

V raném vesmíru byly veškerá hmota a energie snadno nahraditelné a identické povahy.
S rostoucí entropií bylo k dispozici pro práci stále méně energie.
Vesmír směřuje k termodynamické rovnováze – maximální entropii. To je tepelná smrt a konec aktivity pro všechno.

Podmínky

Asteroid je přirozené pevné těleso, je menší než planeta a nechová se jako kometa.
Entropie je míra rozložení rovnoměrné energie v systému.
Geotermální – označuje tepelnou energii pocházející z hlubokých zemských nádrží.

V raném vesmíru byly hmota a energie svou povahou totožné a snadno nahraditelné. Rozhodně, hlavní role Gravitace hrála roli v mnoha procesech. Vypadalo to chaoticky, ale veškerá budoucí univerzální energie byla nabídnuta, aby fungovala.

Prostor se vyvíjel a vznikaly teplotní rozdíly, které vytvářely více možností pro práci. Hvězdy jsou teplejší než planety, které jsou teplejší než asteroidy, které jsou teplejší než vakuum. Mnohé se ochlazují v důsledku násilného zásahu (jaderný výbuch u hvězd, sopečná činnost v blízkosti Země atd.). Pokud nedostanou energii navíc, jsou jejich dny sečteny. Níže je mapa vesmíru.

Toto je velmi mladý vesmír s kolísáním teploty (barevně zvýrazněným) odpovídajícím zrnům, která se stala galaxií

Čím vyšší byla entropie, tím méně energie šlo do práce. Země je velká energetické zásoby(fosilní a jaderná paliva), obrovské teplotní rozdíly (větrná energie), geotermální energie v důsledku rozdílů teplotních úrovní zemských vrstev a přílivová energie z vody. Část jejich energie ale nikdy nepůjde do práce. V důsledku toho budou všechny druhy paliva vyčerpány a teploty se vyrovnají.

Vesmír je vnímán jako uzavřený systém, takže prostorová entropie vždy roste a množství energie dostupné pro práci klesá. Nakonec, když všechny hvězdy explodují, jsou využity všechny formy potenciální energie a teploty se vyrovnají, práce bude prostě nemožná.

Náš vesmír směřuje k termodynamické rovnováze (maximální entropii). Tento scénář je často označován jako tepelná smrt – zastavení veškeré činnosti. Prostor se ale stále rozšiřuje a konec je ještě příliš daleko. Pomocí výpočtů na černých dírách se ukázalo, že entropie bude pokračovat dalších 10 100 let.

Byl učiněn pokus rozšířit zákony termodynamiky na vesmír jako celek. R. Clausius, který předložil následující postuláty.

- Energie Vesmíru je vždy konstantní, to znamená, že Vesmír je uzavřený systém.

- Entropie vesmíru neustále roste.

Přijmeme-li druhý postulát, pak musíme připustit, že všechny procesy ve Vesmíru směřují k dosažení stavu termodynamické rovnováhy, vyznačující se maximální entropií, což znamená největší míru chaosu, dezorganizace a energetické rovnováhy. V tomto případě zažívá Vesmír tepelná smrt a nebudou v něm prováděny žádné užitečné práce, žádné nové procesy ani útvary (nebudou svítit hvězdy, nevzniknou nové hvězdy a planety, vývoj vesmíru se zastaví).

Mnoho vědců s touto chmurnou vyhlídkou nesouhlasilo a naznačovalo, že spolu s entropickými procesy ve vesmíru by měly nastat i antientropické procesy, které zabrání tepelné smrti vesmíru.

Mezi těmito vědci byl L. Boltzmann, který to navrhl pro malý počet částic by druhý termodynamický zákon neměl platit , protože v tomto případě nelze mluvit o stavu rovnováhy systému. Zároveň je třeba naši část Vesmíru považovat za malou část nekonečného Vesmíru. A pro tak malou oblast jsou přípustné malé fluktuační (náhodné) odchylky od obecné rovnováhy, díky kterým obecně mizí nevratný vývoj naší části Vesmíru směrem k chaosu. Ve vesmíru jsou relativně malé oblasti, řádově jako náš hvězdný systém, které se během relativně krátkých časových úseků výrazně odchylují od tepelné rovnováhy. V těchto oblastech probíhá evoluce, tedy vývoj, zdokonalování, narušování symetrie.

V polovině dvacátého století vznikla nová nerovnovážná termodynamika, popř termodynamika otevřených systémů nebo synergetika kde místo uzavřeného izolovaného systému zaujal základní koncept otevřeného systému. Zakladateli této nové vědy byli I.R.Prigozhin(1917-2004) a G.Haken (1927).

Otevřený systém je systém, který si vyměňuje hmotu, energii nebo informace s okolím.

Otevřený systém také produkuje entropii, stejně jako uzavřený, ale na rozdíl od uzavřeného se tato entropie nehromadí v otevřeném systému, ale uvolňuje se do prostředí. Použitá odpadní energie (energie nejnižší kvality - tepelná energie při nízké teplotě) je rozptýlena v prostředí a na jejím místě je extrahována nová energie (vysoce kvalitní, schopná přecházet z jedné formy do druhé) schopná produkovat užitečnou práci. z prostředí.

Vznikající pro tyto účely materiálové struktury schopné disipovat použitou energii a absorbovat čerstvou energii se nazývají disipativní . V důsledku této interakce systém získává řád z prostředí a současně do tohoto prostředí vnáší nepořádek. S příchodem nové energie, hmoty nebo informací se nerovnováha v systému zvyšuje. Předchozí vztah mezi prvky systému, který určoval jeho strukturu, je zničen. Mezi prvky systému vznikají nová spojení, vedoucí ke kooperativním procesům, tedy ke kolektivnímu chování prvků. Takto můžeme schematicky popsat procesy sebeorganizace v otevřených systémech.

Jako příklad takového systému si můžeme vzít laserová operace , s jehož pomocí se získává silné optické záření. Chaotické oscilační pohyby částic takového záření v důsledku dodávky určité části energie zvenčí vytvářejí koordinované pohyby. Částice záření začnou oscilovat ve stejné fázi, v důsledku čehož se výkon laserového záření mnohonásobně zvýší, neúměrně s množstvím čerpané energie.

Německý fyzik, který studuje procesy probíhající v laseru G.Haken (nar. 1927) pojmenoval nový směr synergetika, což v překladu ze starověké řečtiny znamená „ společná akce“, „interakce“.

Dalším známým příkladem samoorganizace mohou být chemické reakce, které studoval I. Prigogine. Samoorganizace v těchto reakcích je spojena se vstupem látek zvenčí do systému, které tyto reakce zajišťují (činidel), na jedné straně a uvolňováním produktů reakce do okolí na straně druhé. Navenek se taková samoorganizace může projevit ve formě periodicky se objevujících soustředných vln nebo v periodických změnách barvy reagujícího roztoku. Podobnou chemickou reakci získal a studoval slavný belgický chemik ruského původu. I.R.Prigozhin. Prigogine pojmenoval svou chemickou reakci „Brussellator“ na počest města Bruselu, kde Prigogine žil a pracoval a kde byla tato reakce poprvé zinscenována.

Takto o tom napsal sám Prigogine: „Předpokládejme, že máme dva typy molekul: „červenou“ a „modrou“. Kvůli chaotickému pohybu molekul by se dalo očekávat, že v jednu chvíli bude na levé straně nádoby více „červených“ molekul a v příštím okamžiku bude více „modrých“ molekul atd. Barva směsi se těžko popisuje: fialová s náhodnými přechody do modré a červené. Při pohledu na chemické hodiny uvidíme jiný obrázek: bude mít celá reakční směs Modrá barva, pak se jeho barva ostře změní na červenou, pak znovu na modrou atd. Ke změnám barev dochází v pravidelných intervalech. Aby molekuly současně změnily svou barvu, musí mezi sebou nějak udržovat spojení. Systém se musí chovat jako jeden celek“ (I. Prigozhin, I. Stengers. Pořádek z chaosu. M., 1986. S.202-203).

Samozřejmě neexistuje žádná „tajná dohoda“ mezi molekulami v doslovném slova smyslu a ani nemůže být. Faktem je, že v určitém okamžiku všechny molekuly začaly vibrovat v jedné fázi - modré a poté celá směs získala modrou barvu. Po určité době začaly molekuly kmitat v další fázi - červené fázi a poté celá směs získala červenou barvu atd., dokud neskončilo působení činidla.

Uveďme další příklad. Vezmeme-li průhledný cirkusový buben s modrými a červenými kuličkami a začneme jím otáčet s určitou frekvencí – frekvencí červené barvy, pak stejně jako v případě molekul zjistíme, že všechny kuličky zčervenaly. Pokud změníme frekvenci otáčení bubnu na odpovídající modrou vlnovou délku, uvidíme, že kuličky zmodraly atd.

Nejnázornějším příkladem sebeorganizace je Bénardovy buňky . Jedná se o drobné šestihranné útvary, které se mohou za patřičného rozdílu teplot vytvořit například ve vrstvě oleje na pánvi. Jakmile teplotní režim měnící se buňky se rozpadají.

Aby tedy mohla spontánně vzniknout nová stavba, je nutné nastavit vhodné parametry prostředí.

Kontrolní parametry– jedná se o parametry prostředí, které vytvářejí okrajové podmínky, ve kterých daný otevřený systém existuje (může to být teplotní režim, odpovídající koncentrace látek, rychlost rotace atd.).

Možnosti objednávky– je to „reakce“ systému na změny parametrů řízení (restrukturalizace systému).

Je zřejmé, že proces sebeorganizace nemůže začít v žádném systému a ne za žádných podmínek. Uvažujme, za jakých podmínek může proces sebeorganizace začít.

Nezbytné podmínky pro vznik sebeorganizace v různých systémech jsou následující:

1. Systém musí být OTEVŘENO , protože uzavřený systém musí nakonec dojít do stavu maximálního nepořádku, chaosu, dezorganizace v souladu s 2. termodynamickým zákonem;

2. Otevřete systém musí být dostatečně daleko od bodu termodynamické rovnováhy . Pokud je systém již blízko tomuto bodu, pak se k němu nevyhnutelně přiblíží a nakonec upadne do stavu naprostého chaosu a dezorganizace. Neboť bodem termodynamické rovnováhy je silný atraktor;

3. Základním principem sebeorganizace je „ vznik pořádku prostřednictvím fluktuací" (I. Prigožin). Výkyvy nebo náhodné odchylky systému od nějaké průměrné polohy na začátku jsou systémem potlačeny a eliminovány. V otevřených systémech však v důsledku zvýšené nerovnováhy tyto odchylky časem narůstají, zesilují a v konečném důsledku vedou ke „ztrátě“ předchozího řádu, k chaotizaci systému. Ve stavu nestability, nestability, bude systém zvláště citlivý na počáteční podmínky, citlivý na výkyvy. V tuto chvíli se jakási fluktuace prolamuje z makroúrovně systému na jeho mikroúroveň a činí volbu další cesty rozvoje systému, jeho další restrukturalizaci. Předvídat, jak se systém ve stavu nestability zachová, jakou volbu udělá, je v zásadě nemožné. Tento proces je charakterizován jako princip „vzniku řádu prostřednictvím fluktuací“. Výkyvy jsou náhodné. Proto je zřejmé, že vznik něčeho nového ve světě je spojen s působením náhodných faktorů.

Například totalitní společnost v Sovětském svazu byla silnou sociální strukturou. Ze zahraničí však přicházejí informace o životě jiných společností, obchodu (směna zboží) atp. začal v totalitní společnosti způsobovat deviace v podobě volnomyšlenkářství, nespokojenosti, disidentství atd. Struktura totalitní společnosti zpočátku dokázala tyto výkyvy potlačovat, ale byly stále početnější a jejich síla narůstala, což vedlo k uvolnění a kolapsu staré totalitní struktury a jejímu nahrazení novou.

A ještě jeden komický příklad: Pohádka o tuřínu. Dědeček zasadil tuřín. Tuřín rostl a rostl. Nastal čas vytáhnout ji ze země. Dědeček táhl a vláčel tuřín, ale nemohl ho vytáhnout. Náš systém vodnice je stále příliš stabilní. Dědeček zavolal na pomoc babičku. Táhli a táhli vodnici k sobě, ale nemohli ji vytáhnout. Výkyvy, které otřásají vodnicí, se zintenzivňují, ale na zničení systému (tuřínu) ještě nestačí. Zavolali vnučku, ale ani tuřín nevytáhli. Pak zavolali psa Bug a nakonec zavolali myš. Zdálo by se, že jaké úsilí mohla myš vynaložit, ale byla to „poslední kapka“, která vedla ke kvalitativně nové změně systému - jeho zhroucení (tuřín byl vytažen ze země). Myš lze nazvat nepředvídatelnou nehodou, která hrála rozhodující roli, nebo „malou příčinou velkých událostí“;

4. Vznik sebeorganizace je založen na Pozitivní zpětná vazba . Podle principu pozitivního zpětná vazba, změny, které se v systému objevují, nejsou eliminovány, ale zesilují, kumulují se, což v konečném důsledku vede k destabilizaci, uvolnění staré struktury a její nahrazení novou;

5. Samoorganizační procesy jsou doprovázeny porušení symetrie . Symetrie znamená stabilitu, neměnnost. Samoorganizace předpokládá asymetrii, tedy vývoj, evoluci;

6. Samoorganizace může začít pouze ve velkých systémech, které mají dostatečný počet prvků vzájemně se ovlivňujících (10 10 -10 14 prvků), to znamená v systémech, které mají nějaké kritické parametry . Pro každý specifický samoorganizující se systém se tyto kritické parametry liší.

Přednáška č. 14. Základní pojmy synergetiky. Možnost řízení synergických systémů.

Výbušné, katastrofické procesy jsou lidstvu známé již dlouhou dobu. Řekněme, že člověk cestující po horách na základě své empirické zkušenosti věděl, že horská lavina se může zhroutit náhle, téměř nárazem větru nebo neúspěšným krokem.

Revoluce a kataklyzmata byly často důsledkem poslední kapky lidové nespokojenosti, poslední náhodné události, která přetekla misky vah. To byly typické malé příčiny velkých událostí.

Každý z nás si pamatuje určité situace, kterým čelil cesta života a v rozhodujících okamžicích života se před námi otevřelo několik příležitostí. Všichni jsme zahrnuti do mechanismů, kde v kritickém okamžiku, zlomovém bodě, je rozhodující volba určena náhodnou událostí. Takže lavinové procesy, sociální kataklyzmata a otřesy, kritické situace volba na životní cestě každého člověka... Je možné shrnout jeden vědecký základ pod všemi těmito zdánlivě odlišnými skutečnostmi? Za posledních 30 let byl položen základ pro takový univerzální vědecký model, který je tzv synergetika.

Jak jsme již viděli, synergie je založena na nápadech systematický, holistický přístup světu nelinearita (to znamená, že existuje mnoho variací), nevratnost , hluboký vztah mezi chaosem a řádem . Synergetika nám dává image složitý svět , což není něco, co se stalo, ale stát se nejen existující, ale neustále vznikající . Tento svět se vyvíjí podle nelineární zákony , je to plné neočekávané , nepředvídatelné zatáčky, související s volbou další cesty rozvoje.

Předmět synergetika jsou samoorganizační mechanismy . Jde o mechanismy vzniku a destrukce struktur, mechanismy zajišťující přechod od chaosu k řádu a zpět. Tyto mechanismy nezávisí na specifické povaze prvků systému. Jsou vlastní neživému světu a přírodě, člověku a společnosti. Synergetika je proto považována za interdisciplinární oblast vědeckého výzkumu.

Synergetika, jako každá jiná věda, má svůj vlastní jazyk, svůj vlastní systém pojmů. Jsou to pojmy jako „atraktor“, „bifurkace“, „fraktální objekt“, „deterministický chaos“ a další. Tyto pojmy by se měly stát přístupnými každému vzdělanému člověku, zejména proto, že mohou nalézt odpovídající analogy ve vědě a kultuře.

Hlavními pojmy synergetiky jsou pojmy „chaos“ a „pořádek“.

Objednat- jedná se o soubor prvků libovolné povahy, mezi nimiž existují stabilní (pravidelné) vztahy, které se opakují v prostoru a čase. Například formace vojáků pochodujících v přehlídce.

Chaos– soubor prvků, mezi nimiž neexistují stabilní opakující se vztahy. Například dav lidí běžících v panice.

Pojem "atraktor" blízko konceptu cíle. Tento koncept lze odhalit jako cílovost, jako směrovost chování systému, jako jeho stabilní, relativně konečný stav. V synergii Atraktorem rozumíme relativně stabilní stav systému, který k sobě jakoby přitahuje různé trajektorie systému. , určené různými počátečními podmínkami. Pokud systém spadne do atraktorového kužele, pak se nevyhnutelně vyvine do tohoto relativně stabilního stavu. Kupříkladu, bez ohledu na počáteční polohu míče, se bude kutálet na dno jamky. Stav zbytku míče na dně jamky je atraktorem pohybu míče.

Přitahovače se dělí na jednoduchý A podivný .

Jednoduchý atraktor(atraktor) je limitním stavem řádu. Systém buduje řád a vylepšuje jej nikoli do nekonečna, ale do úrovně určené jednoduchým atraktorem.

Zvláštní atraktor– to je limitní stav chaotizace systému. Systém se stává chaotickým a rozpadá se nikoli do nekonečna, ale do úrovně určené podivným atraktorem.

Pojem rozdvojení v překladu z angličtiny znamená vidlice se dvěma hroty - befork. Obvykle nemluví o samotném rozdvojení, ale o bifurkační body . Synergický význam bifurkační body tohle je - toto je bod rozvětvení možných cest vývoje systému .Dokonalá volba při průchodu odbočkami uzavírá další cesty a tím činí evoluční proces nevratným .

Nelineární systém lze definovat jako systém plný bifurkací.

Velmi důležité pro synergetiku je nelinearita . Pod nelinearita rozumět:

1. Schopnost zvolit si cestu vývoje systému (předpokládá se, že systém nemá jednu cestu vývoje, ale několik);

2. Nesouměřitelnost našeho vlivu na systém a výsledek v něm dosažený. Podle přísloví „myš rodí horu“.

To, čemu se říká v synergetice „rozdvojení “ má hluboké analogie v kultuře. Když se pohádkový rytíř zamyšleně postaví ke kameni u silnice na rozcestí a volba cesty určí jeho budoucí osud, pak jde v podstatě o vizuálně-figurativní znázornění rozdvojení lidského života. Evoluce biologických druhů, prezentovaná jako evoluční strom , názorně ilustruje rozvětvené cesty evoluce živé přírody.

MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ A VĚDY RUSKÉ FEDERACE

Stát vzdělávací instituce

Vyšší odborné vzdělání

Ruská státní obchodní a ekonomická univerzita

INSTITUT UFA

Právnická fakulta a distanční studium

Kombinované studium (5,5 roku)

Specializace "Analýza a audit účetnictví"

Práce na kurzu

Předmět: Pojmy moderních přírodních věd

Příjmení: Sitdikova

Jméno: Elvira

Patronyma: Zakievna

Test poslán na univerzitu

Příjmení učitele: Khamidullin Yavdat Nakipovich

Úvod

1.1 Vznik myšlenky T.S.V.

2. Zákon rostoucí entropie

2.2 Možnost entropie ve Vesmíru

3. Tepelná smrt vesmíru ve vědeckém obrazu světa

3.1 Termodynamický paradox

3.2 Termodynamický paradox v relativistických kosmologických modelech

3.3 Termodynamický paradox v kosmologii a postneklasický obraz světa

Závěr

Literatura

Úvod

Tepelná smrt Vesmíru (T.S.V.) je závěr, že všechny druhy energie ve Vesmíru se nakonec musí proměnit v energii tepelného pohybu, která bude rovnoměrně rozložena po hmotě Vesmíru, po které všechny makroskopické procesy v něm ustanou. . Tento závěr formuloval R. Clausius (1865) na základě druhého termodynamického zákona. Podle druhého zákona každý fyzikální systém, který si nevyměňuje energii s jinými systémy (pro Vesmír jako celek je taková výměna zjevně vyloučena), směřuje k nejpravděpodobnějšímu rovnovážnému stavu - tzv. stavu s maximální entropií. Takový stav by odpovídal T.S.V. Ještě před vytvořením moderní kosmologie byly učiněny četné pokusy vyvrátit závěr o T.S.V. Nejznámější z nich je hypotéza fluktuace L. Boltzmanna (1872), podle níž se vesmír věčně nacházel v rovnovážném izotermickém stavu, ale podle zákona náhody se někdy na tom či onom místě vyskytují odchylky od tohoto stavu. ; vyskytují se méně často, čím větší je pokrytá plocha a tím větší je míra odchylky. Moderní kosmologie zjistila, že nejen závěr o T.S.V. je chybný, ale chybné jsou i rané pokusy o jeho vyvrácení. Je to dáno tím, že nebyly zohledněny významné fyzikální faktory a především gravitace. S přihlédnutím k gravitaci není rovnoměrné izotermické rozložení hmoty vůbec nejpravděpodobnější a neodpovídá maximální entropii. Pozorování ukazují, že vesmír je ostře nestacionární. Rozpíná se a látka, která byla na začátku rozpínání téměř homogenní, se následně vlivem gravitačních sil rozpadá na jednotlivé objekty a vznikají shluky galaxií, galaxií, hvězd a planet. Všechny tyto procesy jsou přirozené, vyskytují se s nárůstem entropie a nevyžadují porušení zákonů termodynamiky. Ani v budoucnu, s přihlédnutím k gravitaci, nepovedou k homogennímu izotermickému stavu Vesmíru – k T.S.V. Vesmír je vždy nestatický a neustále se vyvíjí. Termodynamický paradox v kosmologii, formulovaný ve druhé polovině 19. století, od té doby neustále vzrušuje vědeckou komunitu. Faktem je, že ovlivnil nejhlubší struktury vědeckého obrazu světa. Přestože četné pokusy o vyřešení tohoto paradoxu vedly vždy jen k dílčím úspěchům, daly vzniknout novým, netriviálním fyzikálním myšlenkám, modelům a teoriím. Termodynamický paradox je nevyčerpatelným zdrojem nových vědeckých poznatků. Zároveň se ukázalo, že jeho vývoj ve vědě byl zapleten do mnoha předsudků a zcela nesprávných interpretací. Je zapotřebí nového pohledu na tento zdánlivě poměrně dobře prostudovaný problém, který v post-neklasické vědě nabývá netradičního významu.

1. Myšlenka tepelné smrti vesmíru

1.1 Vznik myšlenky T.S.V.

Hrozba tepelné smrti vesmíru, jak jsme již řekli, byla vyjádřena v polovině devatenáctého století. Thomson a Clausius, kdy byl formulován zákon rostoucí entropie v nevratných procesech. Tepelná smrt je stav hmoty a energie ve vesmíru, kdy zmizely gradienty parametrů, které je charakterizují. Vývoj principu nevratnosti, principu rostoucí entropie, spočíval v rozšíření tohoto principu na Vesmír jako celek, což provedl Clausius.

Takže podle druhého zákona všechny fyzikální procesy probíhají ve směru přenosu tepla z teplejších těles na méně horká, což znamená, že proces vyrovnávání teplot ve Vesmíru pomalu, ale jistě probíhá. V důsledku toho se očekává, že v budoucnu teplotní rozdíly zmizí a veškerá světová energie se přemění na teplo rovnoměrně rozložené po celém vesmíru. Clausiusův závěr byl následující:

1. Energie světa je konstantní

2. Entropie světa směřuje k maximu.

Tepelná smrt Vesmíru tedy znamená úplné zastavení všech fyzikálních procesů v důsledku přechodu Vesmíru do rovnovážného stavu s maximální entropií.

Boltzmann, který objevil souvislost mezi entropií S a statistickou váhou P, se domníval, že současný nehomogenní stav Vesmíru je ohromným kolísáním*, i když jeho výskyt má zanedbatelně malou pravděpodobnost. Boltzmannovi současníci neuznávali jeho názory, což vedlo k tvrdé kritice jeho práce a zřejmě vedlo k bolestivý stav a Boltzmannova sebevražda v roce 1906.

Když se podíváme na původní formulace myšlenky tepelné smrti vesmíru, je vidět, že zcela neodpovídají jejich dobře známým interpretacím, jejichž prizmatem tyto formulace obvykle vnímáme. Je zvykem mluvit o teorii tepelné smrti nebo termodynamickém paradoxu W. Thomsona a R. Clausiuse.

Ale za prvé, odpovídající myšlenky těchto autorů se ve všem neshodují, a za druhé, níže uvedená tvrzení neobsahují ani teorii, ani paradox.

V. Thomson, analyzující obecnou tendenci k disipaci projevující se v přírodě mechanická energie, nerozšířil do světa jako celku. Princip zvyšování entropie extrapoloval pouze na rozsáhlé procesy probíhající v přírodě. Clausius naopak navrhl extrapolaci tohoto principu konkrétně na vesmír jako celek, který pro něj fungoval jako komplexní fyzikální systém. Podle Clausia se „celkový stav Vesmíru musí stále více měnit“ ve směru určovaném principem rostoucí entropie, a proto se tento stav musí neustále přibližovat k určitému meznímu stavu. 2. zákon termodynamiky. Možná, Newton byl první, kdo identifikoval termodynamický aspekt v kosmologii. Byl to on, kdo si všiml efektu „tření“ v hodinovém strojku vesmíru - trendu, který v polovině 19. nazývá se růst entropie. Newton v duchu své doby volal Pána Boha o pomoc. Byl pověřen sirem Isaacem, aby sledoval natahování a opravy těchto „hodin“.

V rámci kosmologie byl v polovině 19. století rozpoznán termodynamický paradox. Diskuse o paradoxu dala vzniknout řadě skvělých myšlenek širokého vědeckého významu (L. Boltzmannovo „Schrodingerovo“ vysvětlení „antientropie“ života; jeho zavedení fluktuací do termodynamiky, jejichž základní důsledky ve fyzice ještě nevyčerpán; jeho grandiózní hypotéza kosmologické fluktuace přesahující koncepční rámec, na který fyzika v problému „tepelné smrti“ vesmíru dosud nepřišla; hluboká a inovativní, ale přesto historicky omezená fluktuační interpretace 2. Zásada.

1.2 Pohled na T.S.V. z dvacátého století

Současný stav vědy také nesouhlasí s předpokladem tepelné smrti Vesmíru. Zaprvé, tento závěr se vztahuje k izolovanému systému a není jasné, proč lze vesmír klasifikovat jako takový systém.

Ve vesmíru existuje gravitační pole, které Boltzmann nevzal v úvahu a je zodpovědné za vznik hvězd a galaxií: gravitační síly mohou vést ke vzniku struktury z chaosu a mohou zrodit hvězdy z kosmického prachu . Zajímavý je další vývoj termodynamiky a s ní i myšlenka T.S.V. V průběhu 19. století byly formulovány základní principy (principy) termodynamiky izolovaných soustav. V první polovině 20. století se termodynamika rozvíjela především ne do hloubky, ale do šířky, vznikaly její různé úseky: technická, chemická, fyzikální, biologická atd. termodynamika. Teprve ve čtyřicátých letech se objevily práce na termodynamice otevřených systémů v blízkosti bodu rovnováhy a v osmdesátých letech vznikla synergetika. Ten lze interpretovat jako termodynamiku otevřených systémů daleko od bodu rovnováhy. Moderní přírodní věda tedy odmítá koncept „tepelné smrti“ ve vztahu k vesmíru jako celku. Faktem je, že Clausius se ve svých úvahách uchýlil k následujícím extrapolacím:

1. Vesmír je považován za uzavřený systém.

2. Vývoj světa lze popsat jako změnu jeho stavů.

tepelná smrt entropie vesmíru

Pro svět jako celek s maximální entropií to dává smysl, jako pro každý konečný systém. Ale platnost těchto extrapolací je sama o sobě velmi pochybná, ačkoli problémy s nimi spojené představují pro moderní fyzikální vědu potíže.

2. Zákon rostoucí entropie

2.1 Odvození zákona rostoucí entropie

Aplikujme Clausiovu nerovnost k popisu nevratného kruhového termodynamického procesu znázorněného na obr. 1.

"Podívejte - paprsky slunce nemohou prorazit přes šedou oblohu
a všechny vaše myšlenky, modlitby o pomoc...
Cesty prošly, nemáme kam utéct. A opatrně, dotknout se prstem hvězd,
Chápu... ale je nevyhnutelné, že už je pozdě...“

anglický fyzik William Thomson (lord Kelvin), jeden ze zakladatelů termodynamiky v roce 1852 předložil hypotézu o tepelné smrti vesmíru.

"Tepelná smrt" je termín v termodynamice, který popisuje konečný stav jakéhokoli uzavřeného termodynamického systému, kdy jsou všechny formy energie přeměněny na tepelnou energii. V tomto případě je termodynamická entropie systému maximální.

Pak "tepelná smrt vesmíru" Toto je stav Vesmíru, kdy se všechny druhy energie v něm přemění na energii tepelného pohybu, která bude rovnoměrně rozložena po celém Vesmíru. Poté se všechny termodynamické procesy ve vesmíru musí zastavit.

Thomson věřil, že hmotný Vesmír, tedy hvězdy, planety a další nebeská těla, je jediný, uzavřený, izolovaný systém. Koneckonců, žádný jiný podobný vesmír neexistuje. A pokud ano, pak je druhý termodynamický zákon plně aplikovatelný na celý vesmír, a proto náš rozmanitý a veselý svět nakonec čeká smutná „tepelná smrt“...

V roce 1865 slavný fyzik R. Clausius, na základě druhého termodynamického zákona, učinil teoretický závěr o tepelné smrti vesmíru. Podle druhého termodynamického zákona každý uzavřený fyzikální systém, tedy nevyměňující si energii s jinými systémy, směřuje k nejpravděpodobnějšímu rovnovážnému stavu, tzn. do stavu tepelné rovnováhy, který odpovídá maximální entropii.

Rudolf Clausius tvrdil, že ačkoli energie určitého systému zůstává konstantní (první zákon termodynamiky), postupem času ztrácí schopnost přeměny, a tedy i schopnost konat práci. To znamená, že jakýkoli termodynamický systém se časem „degraduje“ a dochází k „tepelné smrti“.

Souhlasil s Thomsonovým závěrem a napsal: „...entropie vesmíru tíhne k určitému maximu. Čím více se Vesmír tomuto limitnímu stavu přibližuje, ... tím více mizí důvody pro další změny, a pokud by tohoto stavu nakonec bylo dosaženo, pak by již žádné další změny nenastaly a Vesmír by byl v jakémsi mrtvém stavu setrvačnosti. .

Teorie „tepelné smrti“ byla v rozporu s Newtonovým věčným vesmírem. Pokud totiž vesmír považujeme za izolovaný termodynamický systém, pak s přihlédnutím k jeho nekonečnému stáří na základě zákona rostoucí entropie můžeme dojít k závěru, že již dosáhl maxima entropie, tedy stavu termodynamiky. rovnováha. Ale to není pozorováno ve Vesmíru kolem nás.

Byl učiněn pokus vyhnout se naznačenému rozporu hypotézy tepelné smrti vesmíru Boltzmann, který navrhl, že systém i ve stavu termodynamické rovnováhy může docházet k malým změnám - kolísání termodynamických parametrů (teplota, tlak, objem).

Vesmír je již z energetického hlediska mrtvý, ale některé jeho oblasti podléhají výkyvům.

A naše část nekonečného Vesmíru, celý prostor, kam dosáhne lidský pohled, je v režimu obrovského, nyní mizejícího kolísání. A pokud předpokládáme, že pozorovatelný Vesmír je důsledkem takového kolísání, pak mizí rozpory paradoxu o tepelné smrti Vesmíru.

V roce 1909 slavný Švédský vědec Svante August Arrhenius, který studoval vznik a vývoj nebeských těles.

Arrhenius napsal: „Kdyby měl Clausius pravdu, pak by tato „smrt žáru“ byla nekonečná na dlouhou dobu existence světa by už dávno nastala, což se však nestalo. Nebo musíme připustit, že svět neexistuje donekonečna a že měl svůj počátek; to je však v rozporu s první částí Clausiovy pozice, která stanoví, že energie světa je konstantní, protože pak by se muselo předpokládat, že veškerá energie vznikla v okamžiku stvoření.

Ve 20. století Obecná teorie relativity od A. Einsteina vyřešil mnoho rozporů, které existovaly v klasické fyzice.

Avšak ani v naší době ve vědě neexistuje konsensus o struktuře vesmíru a jeho původu. Ačkoli moderní kosmologie jasně stanovilaže Vesmír, jehož stáří je stanoveno na 13,72 miliardy let, není stacionární.

Mezi vědci pokračují spory o budoucnosti vesmíru, o jeho „nekonečné expanzi“, o existenci „skryté hmoty“, jejíž obrovské množství může vyvrátit moderní představy o vlastnostech vesmíru.

A koncept „tepelné smrti vesmíru“ se stal prvním krokem k uvědomění si možné konečnosti existence vesmíru, i když není známo, kdy a za jakého scénáře je jeho smrt možná.