ده نظریه در مورد مرگ جهان ما. مرگ گرمایی ایده مدرن "مرگ گرمایی" کیهان

مرگ گرمایی کیهان - فرضی. وضعیت جهان که ظاهراً توسعه آن باید در نتیجه تبدیل انواع انرژی به انرژی حرارتی و توزیع یکنواخت آن در فضا منجر شود. در این حالت، جهان باید به حالت همگن همدما برسد. تعادل که با حداکثر مشخص می شود. آنتروپی فرض T. با. که در. بر اساس مطلق شدن قانون دوم ترمودینامیک، که بر اساس آن آنتروپی در یک سیستم بسته فقط می تواند افزایش یابد، فرموله شده است. در این میان قانون دوم ترمودینامیک با اینکه دامنه بسیار وسیعی دارد اما موجوداتی دارد. محدودیت های.

اینها به ویژه شامل فرآیندهای نوسانی متعدد - حرکت براونی ذرات، ظهور هسته های یک فاز جدید در طول انتقال یک ماده از یک فاز به فاز دیگر، نوسانات خود به خودی دما و فشار در یک سیستم تعادل و غیره است. حتی در آثار L. Boltzmann و J. Gibbs مشخص شد که قانون دوم ترمودینامیک دارای آماری است. طبیعت و جهت فرآیندهای تجویز شده توسط آن در واقع تنها محتمل ترین، اما نه تنها ممکن است. در نظریه نسبیت عام نشان داده شده است که به دلیل وجود گرانش مزارع در فضای غول پیکر ترمودینامیکی سیستم‌ها، آنتروپی آن‌ها می‌تواند دائماً افزایش یابد بدون اینکه به حالت تعادل با حداکثر برسند. مقدار آنتروپی، زیرا چنین حالتی در این مورد اصلا وجود ندارد. عدم امکان وجود c.-l. وضعیت تعادل مطلق کیهان همچنین با این واقعیت مرتبط است که شامل عناصر ساختاری با نظم روزافزون پیچیدگی است. بنابراین، فرض T.s. که در. غیر قابل دفاع .

"مرگ حرارتی" کیهان، این نتیجه اشتباه که همه انواع انرژی در کیهان باید در نهایت به انرژی حرکت حرارتی تبدیل شود، که به طور مساوی بر روی ماده کیهان توزیع می شود، پس از آن تمام فرآیندهای ماکروسکوپی در جهان متوقف می شوند. آی تی.

این نتیجه گیری توسط R. Clausius (1865) بر اساس قانون دوم ترمودینامیک فرموله شد. طبق قانون دوم، هر سیستم فیزیکی که انرژی را با سیستم‌های دیگر مبادله نمی‌کند (بدیهی است که چنین تبادلی برای کیهان به‌عنوان یک کل مستثنی است) به محتمل‌ترین حالت تعادل - به اصطلاح به حالت با حداکثر آنتروپی- تمایل دارد. چنین حالتی با "T. با." س. حتی قبل از ایجاد کیهان شناسی مدرن، تلاش های زیادی برای رد این نتیجه گیری در مورد "T. با." ج- مشهورترین آنها فرضیه نوسانات L. Boltzmann (1872) است که بر اساس آن جهان همیشه در یک حالت تعادلی همدما بوده است، اما طبق قانون شانس، گاهی اوقات در یک مکان، سپس در مکان دیگر، گاهی اوقات انحراف از این حالت رخ می دهد. آنها به دفعات کمتر رخ می دهند، هر چه منطقه گرفته شده بزرگتر باشد و درجه انحراف بیشتر باشد. کیهان شناسی مدرن ثابت کرده است که نه تنها نتیجه گیری در مورد «T. با." V.، اما تلاش های اولیه برای رد آن نیز اشتباه است. این به دلیل این واقعیت است که عوامل فیزیکی قابل توجه و مهمتر از همه، گرانش در نظر گرفته نشده است. با در نظر گرفتن گرانش، توزیع همگن ماده به هیچ وجه محتمل ترین نیست و با حداکثر آنتروپی مطابقت ندارد. مشاهدات نشان می دهد که جهان به شدت غیر ثابت است. منبسط می شود و این ماده که در ابتدای انبساط تقریباً همگن است، بعداً تحت تأثیر نیروهای گرانشی به اجرام جداگانه تجزیه می شود، خوشه های کهکشان ها، کهکشان ها، ستاره ها و سیارات تشکیل می شوند. همه این فرآیندها طبیعی هستند، با رشد آنتروپی پیش می روند و نیازی به نقض قوانین ترمودینامیک ندارند. حتی در آینده، با در نظر گرفتن گرانش، آنها به حالت همگن هم گرمایی جهان - به "T. با." ب- جهان همیشه غیر ایستا و دائماً در حال تکامل است. .

وقت آن رسیده است که به دومین اصل اساسی ترمودینامیک بپردازیم که به آن می گویند قانون دوم ترمودینامیک. قانون دوم در چارچوب ترمودینامیک کلاسیک قابل اثبات نیست. فرمول‌بندی‌های او حاصل تعمیم تجربیات، مشاهدات و آزمایش‌ها است. بیایید سعی کنیم به طور خلاصه و واضح در مورد آن صحبت کنیم.

در آخرین مقاله ترمودینامیک در مورد سیستم های ترمودینامیکی متشکل از تعداد زیادی ذره صحبت کردیم. برای توصیف چنین سیستم هایی، به اصطلاح توابع دولت .

تابع حالت ترمودینامیکی (یا پتانسیل ترمودینامیکی) تابعی است که به چند پارامتر مستقل بستگی دارد که وضعیت سیستم را تعیین می کند. برای روشن تر شدن موضوع، مثالی می زنیم. یکی از عملکردهای حالت یک سیستم، انرژی درونی آن است. این بستگی به این ندارد که سیستم دقیقاً چگونه به این وضعیت رسیده است.

مفهوم دیگری که باید با آن آشنا بود این است آنتروپی . برای درک قانون دوم ترمودینامیک، آنتروپی بسیار مهم است. و همچنین کلمه زیبایی است که بسیاری را در گیجی فرو می برد و می توانید آن را در شرکت فلش کنید.

در کلی ترین حالت، آنتروپی اندازه گیری تصادفی بودن برخی از سیستم ها است

مثال ساده : فرض کنید یک کشو جوراب دارید. اگر همه جوراب های جعبه پراکنده و مخلوط و یکی یکی باشند، آنتروپی چنین سیستمی حداکثر است. و اگر جوراب ها به صورت جفت جمع شوند و مرتب در یک ردیف دراز بکشند - حداقل است.

در ترمودینامیک، آنتروپی تابعی از وضعیت سیستم ترمودینامیکی است که اندازه گیری اتلاف انرژی برگشت ناپذیر را تعیین می کند. چه مفهومی داره؟ این بدان معنی است که بخشی از انرژی داخلی سیستم نمی تواند به کار مکانیکی انجام شده توسط سیستم تبدیل شود. به عنوان مثال، فرآیند تبدیل گرما به کار مکانیکی همیشه با تلفات همراه است که در نتیجه گرما به اشکال دیگر انرژی تبدیل می شود.

با فرآیندهای ترمودینامیکی برگشت ناپذیر افزایش می یابد و با فرآیندهای برگشت پذیر ثابت می ماند. نماد ریاضی برای آنتروپی (S):

در اینجا دلتا Q مقدار گرمای تامین یا خارج شده از سیستم، T دمای سیستم، dS تغییر آنتروپی است.

چندین فرمول مختلف از قانون دوم ترمودینامیک وجود دارد که در اینجا یکی از آنها وجود دارد:

آنتروپی یک سیستم بسته با هر فرآیند غیرقابل برگشتی در این سیستم افزایش می یابد

از آنجایی که ما علاقه مند به درک ماهیت چیزها هستیم، در اینجا یک تعریف بسیار ساده دیگر وجود دارد:

به هر حال، این فرمول قانون دوم ترمودینامیک متعلق به رودولف کلازیوس است که این مفهوم را معرفی کرد. آنتروپی .

و دوباره یک ماشین حرکت دائمی

پس از ناامید شدن از ایده یک ماشین حرکت دائمی از نوع اول، مردم حتی به تسلیم شدن فکر نکردند. پس از مدتی دستگاه حرکت دائمی از نوع دوم اختراع شد که کار آن بر اساس انتقال گرما بود و با قانون بقای انرژی مغایرتی نداشت. چنین موتوری تمام گرمای دریافتی از اجسام اطراف را به کار تبدیل می کند. به عنوان مثال، در اجرای آن، قرار بود با خنک کردن اقیانوس، مقدار زیادی گرما به دست آورد. اما خوشبختانه همه چیز به خنک شدن اقیانوس و انجماد ماهی ها نرسید، زیرا. این ایده با قانون دوم دینامیک در تضاد است. راندمان هیچ ماشینی نمی تواند برابر با وحدت باشد، همانطور که گرما را نمی توان به طور کامل به کار تبدیل کرد. بنابراین مهم نیست که چقدر تلاش کنید، ایجاد یک ماشین حرکت دائمی از نوع دوم غیرممکن است، درست مانند یک ماشین حرکت دائمی از نوع اول.

مرگ گرمایی کیهان

پس از مطرح شدن مفهوم آنتروپی توسط رودولف کلازیوس در سال 1865، اختلافات، حدس ها و نظریه های زیادی در رابطه با این مفهوم مطرح شد. یکی از آنها فرضیه مرگ گرمایی کیهان، توسط خود کلازیوس بر اساس قانون دوم ترمودینامیک فرموله شده است.

این نظریه که توسط کلازیوس فرموله شده است، می گوید که جهان، مانند هر سیستم بسته، به حالت تعادل ترمودینامیکی تمایل دارد که با حداکثر آنتروپی و غیاب کامل فرآیندهای ماکروسکوپی مشخص می شود، که به نوبه خود مفهوم زمان را برای ما آشنا می کند. . به قول کلازیوس: انرژی جهان ثابت می ماند. آنتروپی جهان به حداکثر میل می کند" . این بدان معنی است که وقتی کیهان به حالت تعادل ترمودینامیکی می رسد، همه فرآیندها متوقف می شوند و جهان در حالت "مرگ حرارتی" فرو می رود. دما در هر نقطه از کیهان یکسان خواهد بود، دیگر هیچ دلیلی وجود نخواهد داشت که بتواند باعث وقوع هیچ فرآیندی شود.

مفهوم مرگ گرمایی کیهان در گذشته نزدیک بسیار رایج بود و موضوع بحث‌های فعال بود. بنابراین، در کتاب جین "جهان اطراف ما" (1932) می توان خطوط زیر را در مورد مرگ گرمایی کیهان یافت: «جهان نمی تواند برای همیشه وجود داشته باشد. دیر یا زود زمانی باید فرا برسد که آخرین انرژی انرژی آن به بالاترین درجه در نردبان نزول مطلوبیت برسد و در آن لحظه حیات فعال کیهان متوقف شود..

کلازیوس هنگام استخراج نظریه خود، در استدلال خود به برون یابی ها (تقریبات) زیر متوسل شد:

1. جهان به عنوان یک سیستم بسته در نظر گرفته می شود.
2. تکامل جهان را می توان به عنوان تغییر در حالات آن توصیف کرد.

حقیقت جالب : استدلال در مورد مرگ گرمایی به کلیسا اجازه داد تا اعلام کند که از نقطه نظر علمی (از جمله به لطف نظریه کلازیوس) می توان مقدماتی را یافت که نشان دهنده وجود خدا باشد. بنابراین، در سال 1952، در نشست آکادمی علوم پاپی، پاپ پیوس دوازدهم در سخنرانی خود گفت: «قانون آنتروپی، که توسط رودولف کلازیوس کشف شد، به ما اطمینان داد که فرآیندهای طبیعی خود به خودی همیشه با برخی از دست دادن ها همراه هستند. انرژی آزاد که می تواند مورد استفاده قرار گیرد، از این رو نتیجه می شود که در یک سیستم مواد بسته، در نهایت، این فرآیندها در مقیاس ماکروسکوپیک روزی متوقف می شوند. این ضرورت غم انگیز... به شیوایی بر وجود یک موجود ضروری گواهی می دهد.

رد نظریه مرگ گرمایی کیهان

همانطور که در بالا توسط کلازیوس ذکر شد، برون یابی های خاصی در اشتقاق نظریه او استفاده شد. امروزه، با وجود برخی مشکلات، به جرات می توان گفت که چنین نتیجه گیری هایی غیرعلمی هستند. نکته این است که وجود دارد محدودیت های کاربرد قانون دوم ترمودینامیک: پایین و بالایی. بنابراین، قانون دوم ترمودینامیک را نمی توان برای توصیف ریزسیستم هایی که ابعاد آنها با ابعاد مولکول ها قابل مقایسه است، و برای کلان سیستم های متشکل از تعداد نامتناهی ذره، یعنی. برای کائنات به عنوان یک کل

در واقع، اولین دانشمندی که ماهیت آماری قانون دوم ترمودینامیک را ایجاد کرد و با فرضیه به اصطلاح نوسانات با نظریه مرگ حرارتی جهان مخالفت کرد، فیزیکدان برجسته ماتریالیست بولتزمن بود. یک فرمول بولتزمن وجود دارد که به ما امکان می دهد تفسیری آماری از قانون دوم ترمودینامیک ارائه دهیم.

در اینجا S آنتروپی سیستم، k ثابت بولتزمن، P احتمال ترمودینامیکی حالت است که تعداد ریز حالت‌های سیستم مربوط به یک کلان حالت داده شده را تعیین می‌کند. طبق فرمول بولتزمن،

یعنی احتمال ترمودینامیکی حالت یک سیستم ایزوله برای همه فرآیندهایی که در آن اتفاق می‌افتد نمی‌تواند کاهش یابد. با این حال، از آنجایی که برای سیستم های متشکل از تعداد نامتناهی ذره، همه حالت ها به یک اندازه محتمل خواهند بود، رابطه فوق برای جهان قابل اجرا نیست. در چنین سیستم هایی قابل توجه است نوسانات(نوسان - انحراف مقدار واقعی یک کمیت خاص از مقدار متوسط ​​آن) که انحراف از قانون دوم ترمودینامیک هستند. طبق نظر بولتزمن، حالت تعادل ترمودینامیکی تنها رایج ترین و محتمل ترین حالت است. همراه با این، نوسانات خودسرانه بزرگ می تواند به طور خود به خود در یک سیستم تعادل ایجاد شود. یعنی در کیهانی که در حالت تعادل ترمودینامیکی قرار دارد، دائماً نوسانات به وجود می آید و یکی از این نوسانات منطقه ای از فضا است که ما در آن قرار داریم.

رویکرد مدرن بی قید و شرط نظریه مرگ گرمایی کیهان را رد می کند. با در نظر گرفتن سن عظیم کیهان و این واقعیت که در حالت مرگ حرارتی قرار ندارد، می‌توان نتیجه گرفت که فرآیندهایی در جهان وجود دارد که از رشد آنتروپی جلوگیری می‌کند. فرآیندهای با آنتروپی منفی با این حال، نتیجه گیری بولتزمن مبنی بر اینکه وضعیت تعادل ترمودینامیکی در کیهان حاکم است به طور فزاینده ای با افزایش مواد آزمایشی نجوم در تناقض است. ماده هرگز توانایی تمرکز انرژی و تبدیل یک حرکت به شکل دیگر را ندارد. برای مثال، فرآیند تشکیل ستارگان از ماده پراکنده از قوانین خاصی تبعیت می کند و نمی توان آن را صرفاً به نوسانات تصادفی در توزیع انرژی در کیهان تقلیل داد.

دوستان عزیز! امروز، در صورت امکان، متوجه شدیم که مفهوم آنتروپی برای قانون دوم ترمودینامیک به چه معناست، فهمیدیم که یک ماشین حرکت دائمی از نوع دوم غیرممکن است، و همچنین خوشحال شدیم که مرگ گرمایی کیهان بالاخره اتفاق نخواهد افتاد. ما مثل همیشه امیدواریم که مقاله ما را دوست داشته باشید که در آن سعی کردیم در مورد ترمودینامیک به روشی ساده، قابل درک و جالب صحبت کنیم. برای شما در تحصیل آرزوی موفقیت داریم و یادآور می شویم که همیشه آماده پیشنهاد، کمک، مشاوره و انجام بخشی از حجم کار هستیم. متخصصان ما. یاد بگیرید و از زندگی خود لذت ببرید!

"خورشید مانند گونی تاریک خواهد شد و ماه نور خود را نخواهد داد ... نیروهای آسمان می لرزند و همه عناصر از بین خواهند رفت ..." این کلمات حدود دو هزار سال پیش گفته شده است و در تصاویر هنری توصیف می کند که چگونه پایان زمان یا مرگ گرمایی کیهان رخ خواهد داد. اما هجده قرن گذشت تا اینکه محققان به بررسی این مشکل از دیدگاه علمی پرداختند. در واقع، به محض اینکه بشریت اصول اولیه را کشف کرد، این سوال دیر یا زود به وجود می آمد. به طور منطقی، اگر هر اصل طبیعی در یک سیستم بسته عمل می کند، چرا فرض نکنیم که همین گرایش در رابطه با کل جهان عمل می کند؟

فرضیه مرگ گرمایی کیهان برای اولین بار توسط ویلیام تامپسون در سال 1852 مطرح شد، اما بعدها، در سال 1865، با جزئیات بیشتری توسط R. Clausius فرموله شد. بر اساس این قاعده، هر سیستم بسته زمانی که انرژی تشعشع به گرما می رود، تمایل به تعادل دارد. "مرگ" زمانی اتفاق می افتد که به حداکثر سطح آنتروپی برسد. در این لحظه، هیچ تبادل انرژی رخ نمی دهد، زیرا همه آن به گرما منتقل می شود. و از آنجایی که دلیلی وجود ندارد که فرض کنیم غیر از کیهان چیز دیگری وجود دارد، بنابراین، کلازیوس نتیجه می گیرد، جهان ما نیز می تواند به عنوان یک سیستم بسته در نظر گرفته شود و همان قانون در آن عمل می کند.

به طور طبیعی، نه تامپسون و نه کلازیوس حتی تصور نمی کردند که مرگ گرمایی کیهان به زودی اتفاق بیفتد، با این حال، پیش بینی های حتی در مورد پایان بسیار دور جهان سر و صدای زیادی در جامعه علمی ایجاد کرد و باعث رد چنین فرضیه ای شد. . در سال 1872، دانشمند L. Boltzmann نظریه نوسانات را مطرح کرد. به گفته او، جهان ما بسیار بزرگ و پیچیده تر از آن است که به این مرگ ساده بمیریم. همیشه در حالت تعادل همدما بوده و خواهد بود، اما در قسمت های مختلف آن انحرافات ثابتی از این حالت وجود دارد و همیشه خواهد بود. یعنی چنین موج هایی، انتشار انرژی اجازه نمی دهد مکانیسم انتقال تمام انرژی جهان به انرژی حرارتی شروع شود.

علم مدرن این فرضیه را که مرگ گرمایی کیهان ناگزیر خواهد بود را تایید و یا رد نکرده است. مفهوم انفجار بزرگ که ظاهراً حدود 14 میلیارد سال پیش اتفاق افتاده و همه چیز را به وجود آورده است، هنوز ثابت نمی کند که فقط عمل یک متغیر در فضا عمل می کند، عمل یک متغیر نیز باید در نظر گرفته شود. نظریه فریدمن سزاوار توجه ویژه است: جهان پر از ماده گرانشی ساکن نیست، یا منبسط می شود منقبض می شود. و اگر چنین است، آنتروپی فزاینده سیستم را به عنوان یک کل به سمت هدایت نمی کند

مرگ حرارتی کیهان را نیز می توان از منظر نظریه نسبیت عام زیر سوال برد. ما هنوز در مورد جهان خود خیلی کم می دانیم که با اطمینان مطلق قضاوت کنیم که آیا جهان ما بسته است و آیا چیز دیگری خارج از آن وجود دارد یا خیر. شاید نیروها و سیستم های خارجی دیگری بر روی آن عمل کنند؟ طرفداران ابدیت تابش در کیهان می گویند که قوانین فیزیک همانطور که ما می شناسیم لازم نیست در مقیاس کیهان بی کران اعمال شوند. ستاره ها روشن می شوند و خاموش می شوند، اما خود سیستم در تعادل است، که، با این حال، منجر به مرگ گرمایی همه چیز نمی شود.

علیرغم این واقعیت که مفهوم نابودی احتمالی جهان توسط علم مدرن نه تایید و نه رد شده است، این موضوع نه تنها "فیزیکدانان"، بلکه "غزلسرایان" را نیز نگران کرد. نویسندگان داستان های علمی تخیلی به ویژه از مرگ احتمالی همه موجودات الهام می گیرند. بنابراین، اسحاق آسیموف به معنای واقعی کلمه پایان هولناک زندگی را در داستان خود "آخرین سوال" پیش بینی کرد. مرگ حرارتی همه مواد ارگانیک اساس طرح های بسیاری از کارتون ها و سریال های انیمه ژاپنی را تشکیل داد.

این نظریه ای است که در سال 1865 توسط R. Clausius ارائه شده است که بر اساس آن جهان به عنوان یک سیستم بسته در نظر گرفته می شود، بنابراین طبق قانون دوم ترمودینامیک، آنتروپی جهان به حداکثر می رسد که در نتیجه آن می شود. تمام فرآیندهای ماکروسکوپی باید در طول زمان در آن متوقف شوند.

کیهان: اختلاف در مورد یک سیستم بسته و باز

برای شروع، اجازه دهید ماهیت قانون دوم ترمودینامیک چیست: هنگامی که فرآیندهای برگشت ناپذیر در یک سیستم بسته رخ می دهد، آنتروپی سیستم افزایش می یابد. برای مقایسه: در سیستم های غیر بسته، آنتروپی می تواند افزایش و کاهش یابد و همچنین بدون تغییر باقی بماند.

بیایید به جهان خودمان برگردیم. به گفته کلازیوس، جهان بدون شک یک سیستم بسته است، زیرا با سیستم های دیگر مبادله انرژی نمی کند (بالاخره، جهان دیگری خارج از جهان ما وجود ندارد؟). به عنوان یک سیستم بسته، جهان به یک حالت تعادل تمایل دارد - حالتی با حداکثر آنتروپی. بنابراین، تمام فرآیندهایی که در کیهان اتفاق می‌افتند، دیر یا زود باید محو شوند، متوقف شوند.

چرا نظریه مرگ گرمایی کیهان را نقد می کنیم؟

انتقاد از نظریه مرگ گرمایی کیهان عمدتاً بر این ادعا استوار است که علیرغم منطق استدلال ها، مرگ گرمایی هنوز رخ نداده است. با این حال، دانشمندان در مورد آینده جهان ما اختلاف نظر دارند.

این فرضیه اشتباه است زیرا:

1 نسخه:

برخی از دانشمندان استدلال می کنند که مرگ گرمایی کیهان غیرممکن است، زیرا قانون دوم ترمودینامیک نادرست یا به سادگی نادرست است، زیرا در کل جهان به عنوان یک کل صدق نمی کند. واقعیت این است که حالتی با حداکثر آنتروپی را فقط می توان به عنوان یک ایده آل تلقی کرد، زیرا قانون افزایش آنتروپی مطلق نیست (بلکه تابع قوانین احتمالی است). به عبارت دیگر، به دلیل نوسانات تصادفی (نوسانات)، آنتروپی در سیستم همیشه زیر حداکثر خواهد بود.

نسخه 2:

استدلال دیگر علیه نظریه کلازیوس، درک جهان به عنوان نامتناهی است، بنابراین نمی توان آن را یک سیستم بسته یا باز نامید (زیرا این معیارها برای اجرام محدود استفاده می شود). بنابراین، کاملاً منطقی است که فرض کنیم در شرایط بی نهایت قانون دوم ترمودینامیک اصولاً قابل اجرا نیست یا باید تکمیل شود.

در هر صورت، دانش در مورد جهان هنوز ناچیز است، بنابراین هر گونه پیش بینی در مورد آینده جهان فقط حدس و گمان باقی می ماند. به عنوان مثال، امروزه در میان دانشمندان، طرفداران نظریه مرگ گرمایی کیهان نیز وجود دارند، که استدلال می کنند که چنین سناریویی برای توسعه رویدادها باید در موقعیتی برابر با دیگران در نظر گرفته شود، زیرا بشر هنوز نمی تواند با اطمینان بگوید که آیا جهان نامتناهی است یا اینکه آیا هنوز متناهی است، بنابراین می توان آن را به عنوان یک سیستم بسته درک کرد.

(اگر یکی از خوانندگان به این متن علاقه مند است و جداول و فرمول گم می شود - از طریق پست برای من بنویسید - من کار را به طور کامل با بوت بوک، شکل ها و جداول ارسال می کنم)
مقدمه
مرگ حرارتی کیهان (T.S.V.) به این نتیجه می رسد که تمام انواع انرژی در کیهان باید در نهایت به انرژی حرکت حرارتی تبدیل شود که به طور مساوی بر روی ماده کیهان توزیع می شود و پس از آن تمام فرآیندهای ماکروسکوپی در جهان متوقف می شوند. آی تی.
این نتیجه گیری توسط R. Clausius (1865) بر اساس قانون دوم ترمودینامیک فرموله شد. طبق قانون دوم، هر سیستم فیزیکی که انرژی را با سیستم‌های دیگر مبادله نمی‌کند (بدیهی است که چنین تبادلی برای کیهان به‌عنوان یک کل مستثنی است) به محتمل‌ترین حالت تعادل - به اصطلاح به حالت با حداکثر آنتروپی- تمایل دارد.
چنین حالتی با T.S.V مطابقت دارد. حتی قبل از ایجاد کیهان شناسی مدرن، تلاش های زیادی برای رد نتیجه گیری در مورد T.S.W. مشهورترین آنها فرضیه نوسانات L. Boltzmann (1872) است که بر اساس آن جهان برای همیشه در حالت تعادل همدما قرار دارد، اما طبق قانون شانس، گاهی اوقات در یک مکان، سپس در مکان دیگر، انحراف از این است. حالت گاهی اوقات رخ می دهد. آنها به دفعات کمتر رخ می دهند، هر چه منطقه گرفته شده بزرگتر باشد و درجه انحراف بیشتر باشد.
کیهان شناسی مدرن ثابت کرده است که نه تنها نتیجه گیری در مورد T.S.V اشتباه است، بلکه تلاش های اولیه برای رد آن نیز اشتباه است. این به دلیل این واقعیت است که عوامل فیزیکی قابل توجه و مهمتر از همه، گرانش در نظر گرفته نشده است. با در نظر گرفتن گرانش، توزیع همگن ماده به هیچ وجه محتمل ترین نیست و با حداکثر آنتروپی مطابقت ندارد.
مشاهدات نشان می دهد که جهان به شدت غیر ثابت است. منبسط می شود و این ماده که در ابتدای انبساط تقریباً همگن است، بعداً تحت تأثیر نیروهای گرانشی به اجرام جداگانه تجزیه می شود، خوشه های کهکشان ها، کهکشان ها، ستاره ها و سیارات تشکیل می شوند. همه این فرآیندها طبیعی هستند، با رشد آنتروپی پیش می روند و نیازی به نقض قوانین ترمودینامیک ندارند. حتی در آینده، با در نظر گرفتن گرانش، آنها به حالت همگن همدما جهان - به T.S.V منجر نخواهند شد. جهان همیشه غیر ایستا و دائما در حال تکامل است.
پارادوکس ترمودینامیکی در کیهان شناسی، که در نیمه دوم قرن نوزدهم شکل گرفت، از آن زمان تاکنون به طور مداوم جامعه علمی را به هیجان آورده است. واقعیت این است که او عمیق ترین ساختارهای تصویر علمی جهان را لمس کرد. اگرچه تلاش‌های متعدد برای حل این پارادوکس همیشه تنها به موفقیت‌های جزئی منجر شده است، اما ایده‌ها، مدل‌ها و نظریه‌های فیزیکی جدید و غیر پیش پاافتنی را تولید کرده‌اند. پارادوکس ترمودینامیکی منبع پایان ناپذیر دانش علمی جدید است. در عین حال، شکل گیری او در علم با تعصبات فراوان و تعابیر کاملاً اشتباه درگیر شد.
ما به یک نگاه جدید به این مسئله به ظاهر کاملاً مطالعه شده نیاز داریم که در علم کلاسیک متأخر معنایی غیرمتعارف پیدا می کند.
1. ایده مرگ گرمایی کیهان
1.1 ظهور ایده T.S.V.
خطر مرگ حرارتی کیهان، همانطور که قبلاً گفتیم، در اواسط قرن نوزدهم بیان شد. تامسون و کلازیوس، زمانی که قانون افزایش آنتروپی در فرآیندهای برگشت ناپذیر فرموله شد. مرگ حرارتی حالتی از ماده و انرژی در کیهان است که شیب پارامترهای مشخص کننده آنها ناپدید شده باشد.
توسعه اصل برگشت ناپذیری، اصل افزایش آنتروپی، شامل گسترش این اصل به کل جهان بود که توسط کلازیوس انجام شد.
بنابراین، طبق قانون دوم، تمام فرآیندهای فیزیکی در جهت انتقال گرما از اجسام گرمتر به اجسام کمتر گرم پیش می روند، به این معنی که فرآیند یکسان سازی دما در کیهان به آرامی اما مطمئنا در حال انجام است. در نتیجه، در آینده، ناپدید شدن تفاوت های دما و تبدیل تمام انرژی جهان به انرژی گرمایی، به طور مساوی در کیهان، انتظار می رود. نتیجه گیری کلازیوس به شرح زیر بود:
1. انرژی جهان ثابت است
2. آنتروپی جهان به حداکثر میل دارد.
بنابراین، مرگ حرارتی کیهان به معنای توقف کامل همه فرآیندهای فیزیکی به دلیل انتقال کیهان به حالت تعادل با حداکثر آنتروپی است.
بولتزمن که ارتباط بین آنتروپی S و وزن آماری P را کشف کرد، معتقد بود که وضعیت ناهمگن فعلی جهان یک نوسان بزرگ* است، اگرچه وقوع آن احتمال ناچیزی دارد. معاصران بولتزمن نظرات او را به رسمیت نمی شناختند، که منجر به انتقاد شدید از کار او شد و ظاهراً منجر به بیماری و خودکشی بولتزمن در سال 1906 شد.
با عطف به فرمول های اصلی ایده مرگ حرارتی جهان، می توان دریافت که آنها از همه نظر با تفاسیر شناخته شده آنها مطابقت ندارند، که از طریق منشور آنها معمولاً این فرمول ها توسط ما درک می شوند. مرسوم است که در مورد تئوری مرگ گرمایی یا پارادوکس ترمودینامیکی W. Thomson و R. Clausius صحبت کنیم.
اما اولاً، افکار متناظر این نویسندگان در همه چیز منطبق نیست و ثانیاً اظهارات زیر حاوی نظریه و پارادوکس نیستند.
دبلیو تامسون، با تحلیل گرایش عمومی به اتلاف انرژی مکانیکی که در طبیعت خود را نشان می دهد، آن را به کل جهان گسترش نداد. او اصل افزایش آنتروپی را تنها به فرآیندهای مقیاس بزرگی که در طبیعت رخ می دهند تعمیم داد.
برعکس، کلازیوس یک برون یابی از این اصل را دقیقاً به کل جهان پیشنهاد کرد، که برای او به عنوان یک سیستم فیزیکی فراگیر عمل می کرد. به عقیده کلازیوس، "وضعیت کلی جهان باید بیشتر و بیشتر تغییر کند" در جهتی که با اصل افزایش آنتروپی تعیین می شود و بنابراین، این حالت باید پیوسته به نوسانات حالت حدی و مشکل مرزهای فیزیکی قانون دوم نزدیک شود. از ترمودینامیک شاید برای اولین بار، جنبه ترمودینامیکی در کیهان شناسی توسط نیوتن شناسایی شد. این او بود که متوجه تأثیر "اصطکاک" در ساعت کیهان شد - روندی که در اواسط قرن نوزدهم. افزایش آنتروپی نامیده می شود. نیوتن در روح زمان خود از خداوند خداوند کمک خواست. او بود که توسط سر اسحاق منصوب شد تا بر سیم پیچی و تعمیر این «ساعت ها» نظارت کند.
در چارچوب کیهان‌شناسی، پارادوکس ترمودینامیکی در اواسط قرن نوزدهم شناخته شد. بحث در مورد پارادوکس منجر به ایجاد تعدادی ایده درخشان با اهمیت علمی گسترده شد (تبیین شرودینگر توسط ال. بولتزمن در مورد «ضد آنتروپی» حیات؛ معرفی نوسانات در ترمودینامیک، که پیامدهای اساسی آن در فیزیک است. تا به امروز تمام نشده است؛ فرضیه بزرگ نوسانات کیهانی او، فراتر از چارچوب مفهومی که فیزیک در مسئله «مرگ حرارتی» جهان هنوز بیرون نیامده است؛ تفسیری عمیق و بدیع، اما با این وجود از نظر تاریخی محدود از نوسانات شروع دوم.
1.2 نگاهی به T.S.W. از قرن بیستم
وضعیت فعلی علم نیز با فرض مرگ گرمایی کیهان ناسازگار است.
اول از همه، این نتیجه گیری مربوط به یک سیستم منزوی است و مشخص نیست که چرا جهان را می توان به چنین سیستم هایی نسبت داد.
یک میدان گرانشی در کیهان وجود دارد که توسط بولتزمن در نظر گرفته نشده است و مسئول ظهور ستارگان و کهکشان ها است: نیروهای گرانشی می توانند منجر به تشکیل ساختاری از هرج و مرج شوند، می توانند ستاره هایی را از کیهان ایجاد کنند. گرد و خاک.
توسعه بیشتر ترمودینامیک و همراه با آن ایده T.S.V جالب است.در طول قرن نوزدهم مفاد اصلی (آغاز) ترمودینامیک سیستم های ایزوله فرموله شد. در نیمه اول قرن بیستم، ترمودینامیک عمدتاً نه در عمق، بلکه در وسعت توسعه یافت، بخش های مختلفی از آن پدید آمد: ترمودینامیک فنی، شیمیایی، فیزیکی، بیولوژیکی و غیره. تنها در دهه 1940 آثاری در مورد ترمودینامیک سیستم های باز نزدیک به نقطه تعادل ظاهر شد و در دهه 1980 هم افزایی به وجود آمد. مورد دوم را می توان به عنوان ترمودینامیک سیستم های باز دور از نقطه تعادل تفسیر کرد.
بنابراین، علم طبیعی مدرن مفهوم "مرگ حرارتی" را در رابطه با جهان به عنوان یک کل رد می کند. واقعیت این است که کلازیوس در استدلال خود به برون یابی های زیر متوسل شد:
1. جهان به عنوان یک منظومه بسته در نظر گرفته می شود.
2. تکامل جهان را می توان تغییر در حالات آن توصیف کرد.
برای جهان به عنوان یک حالت کلی با حداکثر آنتروپی، این منطقی است، و همچنین برای هر سیستم محدود.
اما مشروعیت این برون یابی ها به خودی خود بسیار مشکوک است، اگرچه مشکلات مرتبط با آنها برای علم فیزیکی مدرن نیز مشکلاتی را به همراه دارد.
2. قانون افزایش آنتروپی
2.1 استنتاج قانون افزایش آنتروپی
ما نابرابری کلازیوس را برای توصیف فرآیند ترمودینامیکی دایره ای برگشت ناپذیر نشان داده شده در شکل 1 اعمال می کنیم.
برنج. یکی
فرآیند ترمودینامیکی دایره ای برگشت ناپذیر
بگذارید روند برگشت ناپذیر و روند برگشت پذیر باشد. سپس نابرابری Clausius برای این مورد به شکل (1) می شود.
از آنجایی که فرآیند برگشت پذیر است، می توانیم از رابطه ای که می دهد استفاده کنیم
جایگزین کردن این فرمول به نامساوی (1) به ما امکان می دهد عبارت (2) را بدست آوریم.
مقایسه عبارات (1) و (2) به ما امکان می دهد نابرابری زیر (3) را بنویسیم که در آن علامت مساوی در صورت برگشت پذیر بودن فرآیند رخ می دهد و علامت بزرگتر از غیرقابل برگشت بودن فرآیند است.
نابرابری (3) را می توان به شکل دیفرانسیل (4) نیز نوشت.
اگر یک سیستم ترمودینامیکی جدا شده آدیاباتیک را در نظر بگیریم، که برای آن، عبارت (4) شکل یا به صورت انتگرال می گیرد.
نابرابری های حاصل قانون افزایش آنتروپی را بیان می کنند که می تواند به صورت زیر فرموله شود:
2.2 امکان آنتروپی در کیهان
در یک سیستم ترمودینامیکی ایزوله آدیابتیک، آنتروپی نمی تواند کاهش یابد: اگر فقط فرآیندهای برگشت پذیر در سیستم رخ دهد حفظ می شود، یا اگر حداقل یک فرآیند برگشت ناپذیر در سیستم رخ دهد افزایش می یابد.
عبارت نوشته شده فرمول دیگری از قانون دوم ترمودینامیک است.
بنابراین، یک سیستم ترمودینامیکی ایزوله به حداکثر مقدار آنتروپی تمایل دارد که در آن حالت تعادل ترمودینامیکی برقرار می‌شود.
لازم به ذکر است که اگر سیستم ایزوله نباشد، کاهش آنتروپی در آن امکان پذیر است. نمونه ای از چنین سیستمی مثلاً یک یخچال معمولی است که در داخل آن کاهش آنتروپی امکان پذیر است. اما برای چنین سیستم‌های باز، این کاهش موضعی آنتروپی همیشه با افزایش آنتروپی در محیط جبران می‌شود که از کاهش محلی آن بیشتر است.
پارادوکسی که در سال 1852 توسط تامسون (لرد کلوین) فرموله شد و توسط او فرضیه مرگ گرمایی کیهان نامیده شد، مستقیماً با قانون افزایش آنتروپی مرتبط است. تحلیل دقیق این فرضیه توسط کلازیوس انجام شد که گسترش قانون افزایش آنتروپی به کل جهان را مشروع می دانست. در واقع، اگر جهان را به عنوان یک سیستم ترمودینامیکی جدا شده از لحاظ آدیاباتیک در نظر بگیریم، با توجه به سن بی نهایت آن، بر اساس قانون افزایش آنتروپی، می‌توان نتیجه گرفت که به حداکثر آنتروپی خود، یعنی به حالت تعادل ترمودینامیکی رسیده است. اما در کیهانی که واقعاً ما را احاطه کرده است، این مورد مشاهده نمی شود.
3. مرگ حرارتی کیهان در تصویر علمی جهان
3.1 پارادوکس ترمودینامیکی
پارادوکس ترمودینامیکی در کیهان شناسی، که در نیمه دوم قرن نوزدهم شکل گرفت، از آن زمان تاکنون به طور مداوم جامعه علمی را به هیجان آورده است. واقعیت این است که او عمیق ترین ساختارهای تصویر علمی جهان را لمس کرد.
اگرچه تلاش‌های متعدد برای حل این پارادوکس همیشه تنها به موفقیت‌های جزئی منجر شده است، اما ایده‌ها، مدل‌ها و نظریه‌های فیزیکی جدید و غیر پیش پاافتنی را تولید کرده‌اند. پارادوکس ترمودینامیکی منبع پایان ناپذیر دانش علمی جدید است. در عین حال، شکل گیری او در علم با تعصبات فراوان و تعابیر کاملاً اشتباه درگیر شد. ما به یک نگاه جدید به این مسئله به ظاهر خوب مطالعه شده نیاز داریم، که معنایی نامتعارف در علم پسا غیر کلاسیک پیدا می کند.
علم پسا غیر کلاسیک، اول از همه، نظریه خودسازماندهی، مشکل جهت گیری فرآیندهای ترمودینامیکی در طبیعت را به شیوه ای قابل توجهی متفاوت از علم کلاسیک یا غیر کلاسیک حل می کند. این در تصویر علمی مدرن جهان (SCM) بیان می شود.
پارادوکس ترمودینامیکی چگونه در کیهان شناسی ظاهر شد؟ به راحتی می توان دریافت که در واقع توسط مخالفان تامسون و کلازیوس که تناقضی بین ایده مرگ حرارتی کیهان و اصول اساسی ماتریالیسم در مورد بی نهایت بودن جهان در فضا و زمان می دیدند، فرموله شده است. . فرمول‌بندی‌های پارادوکس ترمودینامیکی که با نویسندگان مختلف ملاقات می‌کنیم بسیار مشابه، تقریباً کاملاً یکسان هستند. «اگر آموزه آنتروپی درست بود، «پایان» جهان که توسط آن فرض می‌شود باید با «آغاز» یعنی حداقل آنتروپی مطابقت داشته باشد، زمانی که اختلاف دما بین بخش‌های مجزای کیهان بیشترین مقدار را داشته باشد. .
ماهیت معرفتی پارادوکس مورد بررسی چیست؟ همه نویسندگان ذکر شده در واقع به آن یک شخصیت فلسفی و ایدئولوژیک نسبت می دهند. اما در واقع دو سطح دانش در اینجا با هم مخلوط شده است که از دیدگاه امروزی ما باید از هم تفکیک شود. با این حال، نقطه اولیه ظهور یک پارادوکس ترمودینامیکی در سطح NCM بود، که در آن کلازیوس برون یابی خود را از افزایش اصل آنتروپی به جهان انجام داد. بر اساس کیهان شناسی نیوتن، این پارادوکس به عنوان تناقضی بین نتیجه کلازیوس و اصل بی نهایت جهان در زمان عمل کرد. در همان سطح دانش، پارادوکس های کیهانی دیگری به وجود آمد - فتومتریک و گرانشی، و ماهیت معرفت شناختی آنها بسیار مشابه بود.
"در واقع، مرگ گرمایی کیهان، حتی اگر در آینده‌ای دور، حتی در میلیاردها یا ده‌ها میلیارد سال رخ دهد، هنوز "مقیاس زمانی" پیشرفت بشر را محدود می‌کند.
3.2 پارادوکس ترمودینامیکی در مدل های کیهان شناسی نسبیتی
مرحله جدیدی در تجزیه و تحلیل پارادوکس ترمودینامیکی در کیهان شناسی در حال حاضر با علم غیر کلاسیک همراه است. دهه های 30 تا 60 قرن بیستم را پوشش می دهد. مشخص ترین ویژگی آن انتقال به توسعه ترمودینامیک جهان در چارچوب مفهومی A.A. فریدمن هر دو نسخه مدرن شده اصل کلازیوس و مدل جدید تولمن مورد بحث قرار گرفتند که در آن تکامل غیرقابل برگشت جهان بدون رسیدن به حداکثر آنتروپی امکان پذیر است. الگوی تولمن در نهایت در پذیرش جامعه علمی غالب شد، اگرچه به برخی از سوالات "سخت" پاسخ نمی دهد. اما به موازات آن، یک "رویکرد ضد آنتروپی" نیمه کلاسیک نیز در حال توسعه بود که تنها هدف آن رد اصل کلازیوس به هر قیمتی بود، و انتزاع اولیه تصویری از یک بی نهایت و "جوان ابدی" بود، همانطور که تسیولکوفسکی بیان کرد. آن، کیهان بر اساس این رویکرد، تعدادی از، به اصطلاح، طرح‌ها و مدل‌های "ترکیبی" توسعه یافتند که با ترکیبی نسبتاً مصنوعی از نه تنها ایده‌های قدیمی و جدید در زمینه ترمودینامیک کیهان، مشخص شد. همچنین مبانی علم کلاسیک و غیر کلاسیک.
در دهه‌های 1930 و 1940، ایده مرگ گرمایی کیهان همچنان بیشترین تأثیر را در میان حامیان کیهان‌شناسی نسبیتی داشت. به عنوان مثال، A. Eddington و J. Jeans از طرفداران پر انرژی اصل کلازیوس بودند که بارها در مورد معنای فیزیکی این مشکل و "بعد انسانی" آن صحبت کردند. نتیجه گیری کلازیوس توسط آنها به تصویری غیر کلاسیک از جهان ترجمه شد و از برخی جهات با آن سازگار شد.
اول از همه، موضوع برون یابی تغییر کرده است - جهان به عنوان یک کل.
طنین بزرگ (و نقل قول های متعدد) در دهه 50 توسط بحث تقریباً فراموش شده در مورد مشکلات ترمودینامیک جهان بین K.P. استانیوکوویچ و I.R. پلاتکین. هر دوی آنها خواص آماری-ترمودینامیکی مدل جهان را شبیه به جهان بولتزمن می دانند، یعنی. منطبق با شی مورد مطالعه علاوه بر این، هر دو معتقد بودند که مسائل مربوط به ترمودینامیک جهان را می توان مستقل از نسبیت عام تحلیل کرد، که محتوای جدیدی را وارد قانون افزایش آنتروپی نکرد.
اما همراه با تلاش های بیان شده برای "غلبه بر" فرضیه بولتزمن، نسخه های مدرن شده خود این فرضیه نیز توسعه یافت. معروف ترین آنها متعلق به Ya.P. ترلتسکی.
طرح‌های ترکیبی» و مدل‌هایی برای حل پارادوکس ترمودینامیکی در کیهان‌شناسی در دهه‌های 1950 و 1960، عمدتاً در کشور ما، توجه قابل توجهی را برانگیخت. آنها در یکی از جلسات مربوط به کیهان شناسی (مسکو، 1957)، در سمپوزیوم هایی در مورد مسائل فلسفی نظریه نسبیت انیشتین و کیهان شناسی نسبیتی (کیف، 1964، 1966) و غیره مورد بحث قرار گرفتند، اما ارجاعات بعدی به آنها بیشتر و نادرتر شد. . این امر تا حد زیادی به دلیل تغییر در حل این طیف از مسائل به دست آمده توسط کیهان شناسی نسبیتی و ترمودینامیک غیرخطی اتفاق افتاد.
3.3 پارادوکس ترمودینامیکی در کیهان شناسی و تصویر پسا غیر کلاسیک جهان
توسعه مسئله ترمودینامیک جهان در طول دهه 1980 شروع به به دست آوردن ویژگی های کیفی جدیدی کرد. همراه با مطالعه کیهان در چارچوب مبانی غیر کلاسیک، اکنون رویکردی در این زمینه توسعه می‌یابد که با نشانه‌های علم «پسا غیر کلاسیک» مطابقت دارد.
به عنوان مثال، هم افزایی، به‌ویژه، نظریه ساختارهای اتلاف‌کننده، به درک عمیق‌تری از ویژگی‌های جهان ما به‌عنوان یک سیستم خودسازمان‌دهنده و خود توسعه‌دهنده اجازه می‌دهد تا آنچه در علم غیر کلاسیک امکان‌پذیر بود.
علم پسا غیر کلاسیک این امکان را فراهم می کند که تعدادی از نکات جدید را در تجزیه و تحلیل مسائل ترمودینامیک جهان به عنوان یک کل معرفی کند. اما این موضوع تا کنون فقط در کلی ترین عبارات مورد بحث قرار گرفته است. علم پسا غیر کلاسیک این امکان را فراهم می کند که تعدادی از نکات جدید را در تجزیه و تحلیل مسائل ترمودینامیک جهان به عنوان یک کل معرفی کند. اما این موضوع تا کنون فقط در کلی ترین عبارات مورد بحث قرار گرفته است.
I. Prigogine هدف اصلی رویکرد مبتنی بر نظریه آماری فرآیندهای غیرتعادلی را چنین بیان کرد: "... ما در حال دور شدن از یک جهان بسته هستیم که در آن همه چیز داده شده است، به یک جهان جدید، باز در برابر نوسانات. ، قادر به تولد چیز جدیدی است." بیایید سعی کنیم این بیانیه را در چارچوب تحلیل آن جایگزین های کیهان شناختی که توسط M.P. برونشتاین
1. نظریه I. Prigogine در ترکیب با توسعه مدرن کیهان شناسی، ظاهراً با درک جهان به عنوان یک سیستم ترمودینامیکی باز غیرتعادلی که در نتیجه نوسانات عظیم خلاء فیزیکی به وجود آمده است سازگارتر است. . بنابراین، در این رابطه، علم پسا غیر کلاسیک از دیدگاه سنتی که توسط M.P. برونشتاین. علاوه بر این، هنگام تجزیه و تحلیل رفتار جهان به عنوان یک کل در علم مدرن، ظاهراً باید آنچه را که پریگوژین "اسطوره راهنمای علم کلاسیک" نامید - اصل "پیش بینی پذیری نامحدود" آینده را کنار گذاشت. برای سازه های اتلاف غیر خطی، این به دلیل نیاز به در نظر گرفتن "محدودیت های" ناشی از عمل ما بر روی طبیعت است.
دانش ما از ترمودینامیک جهان به عنوان یک کل، بر اساس برون یابی نظریه آماری سیستم های غیرتعادلی، نمی تواند در نظر گرفتن مستقیم یا غیرمستقیم نقش ناظر را نادیده بگیرد.
2. نظریه پریگوژین مسئله قوانین و شرایط اولیه در کیهان شناسی را به روشی کاملاً جدید مطرح می کند، تضادهای بین دینامیک و ترمودینامیک را برطرف می کند. از دیدگاه این نظریه، معلوم می شود که جهان به عنوان M.P. برونشتاین، می‌تواند از قوانین نامتقارن نسبت به گذشته و آینده تبعیت کند - که حداقل با اصل بنیادی افزایش آنتروپی، یعنی برون‌یابی کیهانی آن در تضاد نیست.
3. نظریه پریگوژین - در توافق خوبی با کیهان شناسی مدرن - نقش و احتمال نوسانات ماکروسکوپی در جهان را دوباره ارزیابی می کند، اگرچه مکانیسم قبلی این نوسانات از دیدگاه مدرن با مکانیسم بولتزمن متفاوت است. نوسانات دیگر چیزی استثنایی نیستند، آنها به یک تجلی عینی از ظهور خود به خود چیزی جدید در جهان تبدیل می شوند.
بنابراین، نظریه پریگوژین این امکان را فراهم می کند که به راحتی به سؤالی که تقریباً یک قرن و نیم است که جامعه علمی را از هم جدا کرده و K.E را به خود مشغول کرده است، پاسخ دهد. تسیولکوفسکی: چرا - برخلاف اصل کلازیوس - در همه جای جهان ما نه فرآیندهای تخریب یکنواخت، بلکه برعکس، فرآیندهای شکل گیری، ظهور ساختارهای جدید را مشاهده می کنیم. گذار از "فیزیک موجود" به "فیزیک موجودات" عمدتاً به دلیل ترکیب ایده هایی رخ داد که در چارچوب مفهومی قبلی متقابل به نظر می رسید.
ایده‌های پریگوژین که منجر به تجدیدنظر در تعدادی از ایده‌های بنیادی می‌شود، مانند هر چیزی که اساساً جدید در علم است، با نگرش مبهم نسبت به خود، در درجه اول در میان فیزیکدانان، مواجه می‌شود. از یک سو، تعداد حامیان آنها در حال افزایش است، از سوی دیگر، گفته می شود که نتیجه گیری های پریگوژین از نقطه نظر ایده آل یک نظریه فیزیکی توسعه یافته به اندازه کافی صحیح و موجه نیستند. خود این ایده‌ها گاهی اوقات به طور کاملاً واضح تفسیر نمی‌شوند. به طور خاص، برخی از نویسندگان تأکید می کنند که آنتروپی یک سیستم ممکن است در فرآیند خود سازمان دهی کاهش یابد. اگر چنین دیدگاهی درست باشد، به این معناست که بالاخره می‌توان آن شرایط فوق‌العاده خاصی را که ک.ای. Tsiolkovsky، در مورد امکان وجود فرآیندهای ضد آنتروپیک در طبیعت بحث می کند.
اما ایده های کیهان گرایی روسی، از جمله فلسفه فضایی K.E. تسیولکوفسکی که به این مسائل اختصاص داده است، پیشرفت مستقیم تری در علم پسا غیر کلاسیک پیدا می کند.
به عنوان مثال، N.N. مویزف خاطرنشان می کند که در روند تکامل کیهان یک پیچیدگی مداوم در سازماندهی سطوح ساختاری طبیعت وجود دارد و این روند به وضوح هدایت می شود. طبیعت، همانطور که بود، مجموعه خاصی از انواع سازماندهی بالقوه ممکن (یعنی مجاز در چارچوب قوانین خود) را در خود ذخیره می کند، و با گسترش روند جهانی یکپارچه، تعداد فزاینده ای از این ساختارها "درگیر" می شوند. در آن ذهن و فعالیت هوشمند باید در تجزیه و تحلیل ترکیبی کلی فرآیندهای تکاملی کیهان گنجانده شود.
توسعه ایده های خودسازماندهی، به ویژه، نظریه پریگوژین در مورد ساختارهای پراکنده، همراه با تجدید نظر در مبانی مفهومی ترمودینامیک، تحقیقات بیشتری را در این سطح از دانش تحریک کرد. ترمودینامیک آماری، که در فیزیک کلاسیک توسعه یافته است، حاوی تعدادی ناقصی و ابهام، عجیب و غریب و پارادوکس های فردی است - علیرغم این واقعیت که به نظر می رسد "همه چیز مرتب است" با واقعیت ها. اما طبق تحقیقات F.A. تسیسین، حتی در چنین حوزه تحقیقات علمی تثبیت شده و به وضوح "آزموده شده توسط زمان"، شگفتی های بسیاری وجود دارد.
مقایسه پارامترهای مشخصه نوسانات، معرفی شده توسط L. Boltzmann و M. Smoluchowski، ناقص بودن اساسی تفسیر آماری "به طور کلی پذیرفته شده" ترمودینامیک را اثبات می کند. به اندازه کافی عجیب، این نظریه در غفلت از نوسانات ساخته شده است! از این نتیجه می شود که لازم است آن را اصلاح کرد، یعنی. ساخت نظریه «تقریب بعدی».
یک گزارش منسجم تر از اثرات نوسانات، ما را مجبور می کند که مفاهیم تعادل "آماری" و "ترمودینامیکی" را از نظر فیزیکی غیریکسان تشخیص دهیم. علاوه بر این، معلوم می شود که نتیجه گیری منصفانه است، که در تضاد کامل با نتیجه "به طور کلی پذیرفته شده" است: هیچ ارتباط عملکردی بین رشد آنتروپی و تمایل سیستم به حالت محتمل تر وجود ندارد. همچنین فرآیندهایی وجود دارد که در آن انتقال سیستم ها به حالت محتمل تر می تواند با کاهش آنتروپی همراه باشد! بنابراین محاسبه نوسانات در مسائل ترمودینامیک جهان می تواند منجر به کشف حدود فیزیکی اصل افزایش آنتروپی شود. اما F.A. تسیسین در نتیجه گیری های خود به مبانی علم کلاسیک و غیر کلاسیک محدود نمی شود. او پیشنهاد می کند که اصل افزایش آنتروپی برای انواع خاصی از سیستم های اساسا غیر خطی اعمال نمی شود. "تمرکز نوسانات" قابل توجه در ساختارهای زیستی منتفی نیست. حتی ممکن است که چنین اثراتی برای مدت طولانی در بیوفیزیک ثبت شده باشد، اما آنها به درستی شناسایی یا تفسیر نشده اند، دقیقاً به این دلیل که "اساساً غیرممکن" در نظر گرفته می شوند. پدیده‌های مشابهی را می‌توان برای سایر تمدن‌های فضایی شناخت و به طور مؤثر توسط آنها به‌ویژه در فرآیندهای گسترش فضا مورد استفاده قرار داد.
نتیجه
بنابراین، می توانیم توجه داشته باشیم که رویکردهای اساساً جدیدی برای تجزیه و تحلیل اصل کلازیوس و حذف پارادوکس ترمودینامیکی در کیهان شناسی در علم پسا غیر کلاسیک فرموله شده است. مهم‌ترین چشم‌اندازی که می‌توان از برون‌یابی کیهانی نظریه خود سازمان‌دهی انتظار داشت، بر اساس ایده‌های کیهان‌گرایی روسی توسعه یافت.
فرآیندهای برگشت ناپذیر در سیستم‌های غیرخطی و غیرتعادلی، ظاهراً جلوگیری از مرگ حرارتی کیهان را ممکن می‌سازد، زیرا به نظر می‌رسد که یک سیستم باز است. جستجوی طرح‌های نظری فرآیندهای «ضد آنتروپیک» که مستقیماً توسط تصویر علمی جهان پیش‌بینی می‌شود، بر اساس فلسفه کیهانی K.E. تسیولکوفسکی؛ با این حال، این رویکرد تنها توسط چند دانشمند طبیعی مشترک است. با وجود تمام رویکردهای جدید پسا غیر کلاسیک به تحلیل مسائل ترمودینامیک جهان، همان «مضامین» که در نیمه دوم قرن نوزدهم شکل گرفت و توسط کلازیوس ایجاد شد، «درخشید» پارادوکس و بحث پیرامون آن
بنابراین، می بینیم که اصل کلازیوس هنوز منبعی تقریباً پایان ناپذیر از ایده های جدید در مجموعه علوم فیزیکی است. با این وجود، علیرغم ظهور مدل‌ها و طرح‌های همیشه جدید که در آن مرگ گرمایی وجود ندارد، هنوز هیچ وضوح "نهایی" پارادوکس ترمودینامیکی به دست نیامده است. همه تلاش‌ها برای بریدن «گره گوردی» از مشکلات مرتبط با اصل کلازیوس، همیشه به نتایج جزئی، به هیچ وجه دقیق و نهایی منجر شد، معمولاً به نتایجی نسبتاً انتزاعی. ابهامات موجود در آنها باعث بروز مشکلات جدیدی شد و تاکنون امید چندانی به دستیابی به موفقیت در آینده قابل پیش بینی وجود ندارد.
به طور کلی، این یک مکانیسم کاملاً معمول برای توسعه دانش علمی است، به خصوص که ما در مورد یکی از اساسی ترین مشکلات صحبت می کنیم. اما به دور از هر اصل علمی، و همچنین به طور کلی هیچ بخشی از NCM، به اندازه اصل کلازیوس اکتشافی است. دلایل متعددی وجود دارد که از یک سو ماهیت اکتشافی این اصل را توضیح می دهد، که هنوز چیزی جز تحریک جزم اندیشان - مهم نیست، دانشمندان علوم طبیعی یا فیلسوفان، از سوی دیگر - باعث شکست منتقدان آن نمی شود.
اولین مورد، پیچیدگی هر «بازی با بی نهایت» است که با این اصل مخالفت می کند، هر چه مبانی مفهومی آنها باشد.
دلیل دوم استفاده از مفهوم ناکافی اصطلاح "جهان به عنوان یک کل" است - که هنوز هم معمولاً به معنای "هر چیزی که وجود دارد" یا "کلیت همه چیز" درک می شود. مبهم بودن این اصطلاح، که کاملاً با ابهام استفاده از معانی غیرقابل توضیح بی‌نهایت مطابقت دارد، به شدت با وضوح صورت‌بندی خود اصل کلازیوس مخالفت می‌کند. مفهوم "جهان" در این اصل مشخص نشده است، اما به همین دلیل است که می توان مشکل کاربرد آن را در جهان های مختلف که با استفاده از فیزیک نظری ساخته شده اند و به "هر چیزی که وجود دارد" تعبیر می شود، تنها از دیدگاه مورد بررسی قرار داد. این نظریه (مدل).
و سرانجام، دلیل سوم: هم خود اصل کلازیوس و هم تلاش برای حل پارادوکس ترمودینامیکی که بر اساس آن مطرح شده است، یکی از ویژگی های علم پسا غیر کلاسیک را پیش بینی می کند - گنجاندن عوامل انسانی در آرمان ها و هنجارهای تبیین. و همچنین دانش مبتنی بر شواهد. احساساتی که بیش از صد سال است که اصل کلازیوس مورد انتقاد قرار گرفته است، جایگزین های مختلف آن ارائه شده است، و طرح های احتمالی فرآیندهای ضد آنتروپی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است، شاید در تاریخ علوم طبیعی سابقه کمی داشته باشد. چه کلاسیک و چه غیر کلاسیک. اصل کلازیوس به صراحت به علم پسا غیر کلاسیک متوسل می شود که شامل «بعد انسانی» می شود. طبیعتاً در گذشته، این ویژگی دانش مورد بررسی هنوز نمی توانست به طور واقعی تحقق یابد. اما اکنون، با نگاهی به گذشته، در این بحث های قدیمی، «جنین هایی» از آرمان ها و هنجارهای علم پسا غیر کلاسیک را می یابیم.
ادبیات
1. مفاهیم علوم طبیعی مدرن./ ویرایش. پروفسور S.A. سامیگین، ویرایش دوم. - روستوف n / a: "ققنوس"، 1999. - 580 p.
2. Danilets A.V. علوم طبیعی امروز و فردا - سنت پترزبورگ: کتابخانه مردمی 1993
3.Dubnishcheva T.Ya. مفاهیم علوم طبیعی مدرن. نووسیبیرسک: انتشارات یوکیا، 1997. - 340 ص.
4.Prigozhin I. از موجود تا در حال ظهور. M.: Nauka، 1985. - 420 p.
5. Remizov A.N. فیزیک پزشکی و بیولوژیکی. - م.: دبیرستان، 1999. - 280 ص.
6. استانیوکوویچ K.P. به سؤال ترمودینامیک جهان // همان. ص 219-225.
7. Swartz Kl.E. فیزیک فوق العاده پدیده های معمولی. T.1. - م.: ناوکا، 1986. - 520 ص.
8. درباره زمان انسان. - دانش قدرت است، شماره 1379، ص10-16
9. Tsitsin F.A. مفهوم احتمال و ترمودینامیک جهان // مسائل فلسفی نجوم قرن بیستم. M., 1976. S. 456-478.
10. Tsitsin F.A. ترمودینامیک، جهان و نوسانات // جهان، نجوم، فلسفه. M., 1988. S. 142-156
11. Tsitsin F.A. [به ترمودینامیک جهان سلسله مراتبی]// مجموعه مقالات ششمین نشست در مورد کیهان شناسی (5-7 ژوئن 1957). M., 1959. S. 225-227.

هر بخش از چرخه کارنو و کل چرخه به طور کلی را می توان در هر دو جهت عبور داد. دور زدن چرخه در جهت عقربه های ساعت مربوط به یک موتور حرارتی است، زمانی که گرمای دریافتی توسط سیال کار تا حدی به کار مفید تبدیل می شود. دور زدن خلاف جهت عقربه های ساعت مطابقت دارد دستگاه تبریدزمانی که مقداری گرما از مخزن سرد گرفته شده و به مخزن گرم منتقل می شود با انجام کارهای خارجی. بنابراین، یک دستگاه ایده آل که مطابق با چرخه کارنو عمل می کند نامیده می شود موتور حرارتی برگشت پذیرماشین های تبرید واقعی از فرآیندهای چرخه ای مختلفی استفاده می کنند. تمام چرخه های تبرید در نمودار (p, V) در خلاف جهت عقربه های ساعت دور زده می شوند. طرح انرژی دستگاه تبرید در شکل نشان داده شده است. 3.11.5.

یک دستگاه چرخه تبرید می تواند دو هدف را انجام دهد. اگر اثر مفید آن استخراج مقداری گرما باشد |Q2| از بدنه های خنک شده (به عنوان مثال، از محصولات موجود در محفظه یخچال)، پس چنین دستگاهی یک یخچال معمولی است. کارایی یخچال را می توان با نسبت مشخص کرد

اگر اثر مفید انتقال مقداری گرما باشد |Q1| بدنه های گرم شده (به عنوان مثال، هوای داخل خانه)، سپس چنین دستگاهی نامیده می شود پمپ حرارتی. بازده βT یک پمپ حرارتی را می توان به عنوان نسبت تعریف کرد

بنابراین، βT همیشه بزرگتر از یک است. برای چرخه معکوس کارنو