<<
>>

8.4. Необратимость и космология

Если мы рассматриваем некоторую отдельную систему в нашей Вселенной, то, как правило, обнаружим в ней диссипативные процессы, что приводит к уходу тепловой энергии из этой системы. Эта энергия уносится материальными частицами и/или фотонами. Обычно физики не интересуются судьбой этих частиц, пока речь идет лишь об описании данной системы. Но если считать, что количество материи и энергии во Вселеннпостоянно, то мы должны учитывать не только уход частиц, но и их поступление в данную систему из других систем Вселенной. В конечном счете предложенный выше вероятностный механизм перераспределения энергии в замкнутой Вселенной неизбежно должен был бы привести к ее так называемой тепловой смерти. Об этом красноречиво сказано в классическом учебнике [Ландау и Лифшиц, 1976]:

... если мы попытаемся применить статистику к миру как целому, рассматриваемому как единая замкнутая система, то мы сразу же столкнемся с разительным противоречием между теорией и опытом. Согласно результатам статистики Вселенная должна была бы находиться в состоянии полногостатистического равновесия ... Между тем ежедневный опыт убеждает нас в том, что свойства природы природы не имеют ничего общего со свойствами равновесной системы, а астрономические данные показывают, что то же самое относится и ко всей доступной нашему наблюдению колоссальной области Вселенной.

Более того, сегодняшнее состояние Вселенной должно было возникнуть из состояния с более низкой энтропией, и т.д., следовательно, исходное ее состояние должно было иметь крайне низкую энтропию, т.е. иметь крайне малую вероятность реализации, что пока не имеет никакого объяснения, указывается далее.

Выход авторы классического учебника предлагают искать в общей теории относительности, делая замечания весьма общего характера о неприменимости понятия "стационарные внешние условия" к Вселенной в целом из-за наличия у нее гравитационных характеристик. В некотором смысле конкретизацией этой идеи (хотя и весьма радикальной) является центральная идея данной книги о том, что наша Вселенная, будучи черной дырой, необратимо расширяется за счет и по мере поглощения энергии извне.

104

8. О необратимости

Это и порождает глобальный общемировой процесс, связанный с так называемой космологической стрелой времени. В данной книге я попытался показать, что само время как таковое неразрывно связано с реальным направлением изменения радиуса Вселенной. Замечу, что если бы ее радиус уменьшался, время текло бы в обратную сторону, а если этот радиус станет постоянным, время остановится (это решающее для нашей модели утверждение вряд ли может быть проверено экспериментально - впрочем, как говорится в одной финской притче о двух соседях и их несчастьях, кто знает).

Нашей целью здесь является описание модели Вселенной, позволяющей примирить ее наблюдаемую эволюцию с законами термодинамики. Эта модель сходна с концепцией тепловой машины (непрерывного, а не циклического действия), в которой рабочее тело получает энергию от нагревателя при относительно высокой температуре и отдает энергию охладителю при относительно низкой температуре. Однако в нашем случае рабочее тело оказывается открытой системой, в которой выходной поток энтропии оказывается больше, чем входной (выходная температура меньше входной), в результате чего оказывается возможным уменьшение энтропии тела и прогрессивная эволюция.

Процесс оказывается стационарным, что было бы невозможным в отсутствие охладителя.

Такая модель работает на уровне системы "Солнце-Земля-Космос". Действительно, фотоны покидают поверхность Солнца при температуре порядка 6000 К, а затем после ряда трансформаций переизлучаются Землей в космическую среду с температурой, близкой в настоящее время к 3 К. Заметим, что энергия фотонов, поступающих от Солнца, частично потребляется живыми организмами, частично преобразуется в работу природных сил, а частично - в потенциальную энергию органических и неорганических природных ресурсов.

Наша основная задача - показать, что такая модель применима и для Вселенной в целом. На первый взгляд эта задача выглядит неразрешимой, так как трудно себе представить, что является для Вселенной нагревателем, а что - охладителем. Чтобы ответить на эти вопросы, должны выполняться два радикальных предположения.

Первое предположение сводится к ранее высказанному нами тезису о том, что наша Вселенная не является замкнутой системой, а представляет собой гипермассивную растущую черную дыру (ЧД) в некотором "материнском" мире, который принципиально недоступен обычному наблюдателю. Рассмотренная ЧД оказывается именно расширяющейся Вселенной, причем ее расширение обусловлено исключительно ростом массы, поступающей в нее извне. Поглощение внешней материи и энергии связано с ростом "внешней" энтропии ЧД (т.е. поверхности ее горизонта событий). Таким образом, "материнский" мир вполне может играть роль нагревателя для нашей Вселенной.

Второе предположение связано с выбором кандидата на роль охладителя. В этой связи полезно вспомнить, что в центре галактик, как правило, размещаются сверхмассивные черные дыры с массой порядка 10 солнечных масс. Как известно [Bekenstein, 2003], температуру горизонта событий черной дыры можно оценить по формуле Тчд ~ 10 /М, где М - масса ЧД в граммах, а температура выражена в Кельвинах. Поскольку одна солнечная масса составляет 10 г, то температура сверхмассивных ЧД не превышает ничтожных долей Кельвина, т.е. очень близка к абсолютному нулю (заведомо меньше 2.72 К) и обеспечивает весьма высокую эффективность работы такого охладителя для своей галактики.

Недавно появилась работа [Egan and Lineweaver, 2009], в которой приведена подробная оценка вклада в энтропию Вселенной различных компонент. "Внешняя" энтропия, т.е. энтропия космического горизонта событий, составляет порядка 10 к (где к - постоянная Больцмана), тогда как "внутренняя" энтропия не превышает 10 к. Основной вклад во внутреннюю энтропию вносят именно крупнейшие сверхмассивные ЧД в центре галактик, тогда как ЧД со звездной массой обладают энтропией порядка 10 к, фотоны и реликтовые нейтрино - порядка 10 к, и т.д.

Заметим также, что как ЧД, так и сформировавшиеся звезды и галактики, являясь сильно гравитирующими физическими системами, обладают отрицательной теплоемкостью. Иными словами, звезды излучают свою энергию и нагреваются, а ЧД поглощают эту энергию и

8. О необратимости

105

охлаждаются. Таким образом, различие температур и удаленность от равновесного состояния в галактиках в течение миллиардов лет должны не уменьшаться, а нарастать.

<< | >>
Источник: М. X. Шульман. ПАРАДОКСЫ, ЛОГИКА И ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ВРЕМЕНИ Москва 2006-2011. 2011

Скачать готовые ответы к экзамену, шпаргалки и другие учебные материалы в формате Word Вы можете в основной библиотеке Sci.House

Воспользуйтесь формой поиска

8.4. Необратимость и космология

релевантные научные источники:
  • Ответы на вопросы к экзамену - Управление затратами
    | Ответы к зачету/экзамену | 2016 | Россия | docx | 0.05 Мб
    1 сущность системного подхода при принятии управленческих решений 2 сущность системного подхода при принятии управленческих решен 3 сущность системного подхода при принятии управленческих решений:
  • Философия Демокрита и Эпикура
    | Лекция | | docx | 0.03 Мб
    Философия Демокрита Атомистический материализм Принцип изономии Космология Этика Религия Вклад в другие науки Сочинения Философия Эпикура Задача философии Каноника Эпикура Физика Эпикура Этика
  • История философии
    | Лекция | | docx | 0.21 Мб
    ЛЕКЦИЯ IХ ТЕМА 19. ПРЕДФИЛОСОФИЯ ЭЛЛАДЫ. ГОМЕР ТЕМА 20. ГЕСИОД ЛЕКЦИЯ Х ТЕМА 21. ОРФИКИ ТЕМА 22. ФЕРЕКИД ТЕМА 23. "CEMb МУДРЕЦОВ" ЛЕКЦИЯ XI ТЕМА 24. НАЧАЛО ФИЛОСОФИИ В ЭЛЛАДЕ. МИЛЕТСКАЯ ШКОЛА ЛЕКЦИЯ
  • Ответы по предмету История философии
    | Ответы к зачету/экзамену | 2016 | Россия | docx | 0.07 Мб
    1. Понятие философии, ее функции и роль в обществе 2. Предмет философии. Проблема происхождения философии. Основные философские проблемы и направления 3. Специфика философского знания. Основные
  • Античная Философия. Лекции
    | Лекция | | Россия | docx | 1.74 Мб
    ПРЕДИСЛОВИЕ Предмет философии ИСТОРИЯ АНТИЧНОЙ ФИЛОСОФИИ Возникновение философии Религии Древней Греции Религия Зевса Религия Деметры Религия Диониса. Орфики Семь мудрецов МилетскаЯ школа Фалес
  • Философия эпохи Возрождения
    Горфункель А.X. | Учеб. пособие. — М.: Высш. школа,1980. — 368 с. | Учебное пособие | 1980 | docx | 0.52 Мб
    В книге анализируются философские и социологические взгляды Данте, Ф. Петрарки, Николая из Кузы, Леонардо да Винчи, Н Коперника, М. Монтеня, Д. Бруно, Т. Кампанеллы, Г. Галилея и др. Работа основана
  • Философия и культура
    Ильенков Э.В. | М.: Политиздат,1991.— 464 с.— (Мыслители XX века). | Научная книга | 1991 | docx | 0.79 Мб
    Проблемы человеческого мышления, сущности творческой деятельности человека — предмет размышлений известного советского философа Эвальда Васильевича Ильенкова (1924—1979). Его работы отличают
  • Лекции по синтаксису современного русского языка
    | Лекция | | Россия | docx | 1.31 Мб
    Общая характеристика сложного предложения Сложносочиненное предложение Сложноподчиненное предложение Бессоюзное сложное предложение Способы передачи чужой речи Сложные формы организации речи Список
  • Философия науки. Ответы к экзамену
    | Ответы к зачету/экзамену | 2017 | Россия | docx | 0.56 Мб
    Современная философия науки: основные задачи и структура. Бытие науки: наука как познавательная деятельность, как социальный институт, как особая сфера культуры. Специфика научного познания. Наука и
  • Ответы к экзамену по философии
    | Ответы к зачету/экзамену | 2017 | Россия | docx | 0.62 Мб
    №1 социально экономические и духовные предпосылки возникновения философии. №2 Мировоззрение и типы мировоззрения. Философия как мировоззрение. Религиозное и философское мировоззрение. №3 Философия