ПРОБЛЕМИ «ТЕПЛОВОЇ СМЕРТІ» ВСЕСВІТУ

Обмеження області знання лише невеликою групою людей послаблює філософський дух народу і веде до духовному зубожіння.

А. Ейнштейн

Класична термодинаміка виявилася нездатною вирішити і космологічні проблеми характеру протікання процесів, що відбуваються у Всесвіті. Вільям Томпсон екстраполював принцип зростання ентропії на великомасштабні процеси, що протікають в природі. На основі цьог Р.Клаузиус поширив цей принцип на Всесвіт в цілому, що призвело його до гіпотези про теплової смерті Всесвіту. Всі фізичні процес відповідно до другого початку термодинаміки протікають в напрямку передачі тепла від більш гарячих тіл до менш гарячим. Це означає, що повільно, але вірно йде процес вирівнювання температури у Всесвіті Отже, майбутнє вимальовується перед нами в досить трагічних тонах: очікується зникнення температурних відмінностей в природ і перетворення всієї світової енергії в теплоту, рівномірно розподілену у Всесвіті. Звідси Клаузиус висунув два постулати:

  • 1. Енергія Всесвіту завжди постійна.
  • 2. Ентропія Всесвіту завжди зростає в бік максимуму.

Якщо прийняти другий постулат, то необхідно визнати, що процеси у Всесвіті спрямовані в бік досягнення стану термодинамічної рівноваги, відповідного максимуму ентропії, а отже, стану, що характеризується найбільшим ступенем хаосу, безладу і дезорганізації. В такому випадку у Всесвіті наступить теплова смерть і ніякої корисної роботи в ній зробити буде не можна.

Що випливає звідси висновок про прийдешню теплової смерті Всесвіту означає припинення будь-яких фізичних процесів вследстви переходу Всесвіту в рівноважний стан з максимальною ентропією Протягом усього подальшого розвитку цей висновок привертає увагу вчених, бо зачіпає не тільки глибинні проблеми чисто наукового характеру, але також філософсько-світоглядні аспекти, що вказують на певну верхню межу можливого існування підпр людства. Такі похмурі прогнози зустріли критику з сторін ряду видатних вчених. Однак в середині XIX в. мало було наукові аргументів для спростування думки Р.Клаузиуса. Тільки одиниці здогадувалися, що поняття закритої, або ізольованої, системи являетс далекосяжної абстракцією, яка не відбиває реального характеру систем які зустрічаються в природі.

З наукової точки зору виникають проблеми правомірності таких екстраполяції, висловлених Клаузиусом:

  • 1. Всесвіт розглядається як замкнута система.
  • 2. Еволюція світу може бути описана як зміна його станів.
  • 3. Для світу як цілого стан з максимальною ентропією имее сенс, як і для будь-якої кінцевої системи.

Проблеми ці представляють безсумнівну труднощі і для сучасної фізичної теорії. Рішення їх слід шукати в загальній теорії відносності і розвивається на її основі сучасної космології Багато теоретики вважають, що в загальній теорії відносності світ ка ціле повинен розглядатися не як замкнута система, а як система знаходиться в змінному гравітаційному полі. У зв'язку з цим застосування закону зростання ентропії не приводить до висновку про необхідність в ньому статистичного рівноваги.

Проблему майбутнього розвитку Всесвіту намагався розв'язати і Больцман, що застосував до замкнутої Всесвіту поняття флуктуації. Під флуктуацией якоїсь фізичної величини розуміється відхилення істинного значення цієї величини від її середнього значення, обумовленого, наприклад, хаотичним тепловим рухом частинок системи Больцман прийняв обмеження Максвелла, згідно з яким для невеликого числа частинок другий початок термодинаміки не повинно застосовуватися бо в разі невеликого числа молекул не можна говорити про стан рівноваги системи. При цьому він використовує це обмеження для Всесвіту розглядаючи видиму частину Всесвіту як невелику область нескінченного Всесвіту. Для такої невеликої області допустимі незначні флуктуаційні відхилення від рівноваги, внаслідок чого в цілому зникає необоротна еволюція Всесвіту в напрямку до хаосу.

На жаль, мрія Больцмана не збулося в повній мірі. Йому не вдалося знайти ключ до об'єднання динаміки і другого закону термодинаміки, а пропонована флуктуаційна модель еволюції Всесвіту мала всього лише характер гіпотези. Скептичне ставлення багатьох вчені до атомістичної теорії Больцмана (сам він був переконаний в тому, що відстоюємо їм вчення про атомах завоює визнання через багато десятків років) труднощі з визначенням ролі другого закону термодинаміки в систем природознавства, а можливо, і ряд інших причин привели цього чудового вченого до трагічного кінця. У 1906 р він покінчив життя самогубством.

XX століття вносить корективи у вивчення проблем еволюції Всесвіту. Формується новий міждисциплінарний напрямок - синергетика і на його основі виникає теорія самоорганізації складних систем.

На відміну від закритих, або ізольованих, реальними системами в природі є відкриті системи. Вони обмінюються з навколишнім середовищем енергією, речовиною та інформацією. Досвід і практична діяльність свідчили, що поняття закритої, або ізольованої системи є далекосяжну абстракцію і тому він занадто спрощує і поглиблює дійсність, оскільки в ній важко або навіть неможливо знайти системи, які не взаємодіяли б із навколишнім середовищем. Тому в новій термодинаміці місце закрито ізольованої системи зайняло принципово інше фундаментально поняття відкритої системи, яка здатна обмінюватися з навколишньо середовищем речовиною, енергією та інформацією.

Відкрита система не може бути рівноважної, тому що її функціонування вимагає безперервного надходження із зовнішнього середовища енергії або речовини, багатого енергією. В результаті такої взаємодії система, як вказував Ервін Шредінгер, витягує порядок з навколишнього середовища і тим самим вносить безлад в цю середу. У відкритих системах також виникає ентропія, оскільки в них відбуваються незворотні процеси, але ентропія в цих системах не накопичується, як в закриті системах, а виводиться в навколишнє середовище. Оскільки ентропія характеризує ступінь безладдя в системі, можна сказати, що відкриті системи живуть за рахунок запозичення енергії або речовини з зовні середовища. Очевидно, що з надходженням нової енергії або речовини нерав-новесность в системі зростає. В кінцевому рахунку колишня взаимосвяз між елементами системи, яка визначає її структуру, руйнується Між елементами системи виникають нові зв'язки, що призводять до кооперативних процесів, тобто до колективного поводження її елементів. Та схематично можуть бути охарактеризовані процеси самоорганізації відкритих систем.

Як зазначає автор теорії самоорганізації І.Р. Запро-жін, перехід від термодинаміки рівноважних станів до термодинаміки нерівноважних процесів, безсумнівно, знаменує прогрес у розвитку ряду галузей науки.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >