Материалы » Энтропия и ее связь с тепловой энергией » Энтропия Вселенной, теория тепловой смерти

Энтропия Вселенной, теория тепловой смерти

Наиболее драматическая формулировка второго начала принадлежит Р.Ю.Э. Клаузиусу:

1) энергия Мира постоянна;

2) энтропия Мира стремится к максимуму.

Из этой формулировки следует, что в конце эволюционного процесса Вселенная должна прийти в состояние термодинамического равновесия (в состояние тепловой смерти), которому соответствует полная дезорганизация системы. Представление о тепловой смерти Вселенной, вытекающее из формулировки второго начала, предложенной Клаузиусом, – пример неправомерного перенесения законов термодинамики в область, где она уже не работает[5].

Законы термодинамики применимы, как известно, только к термодинамическим системам. Одним из обязательных признаков термодинамической системы является аддитивность некоторых ее характеристик, например энергии. Это свойство состоит в следующем. Если равновесную систему разбить на отдельные равновесные макроскопические части, то энергия всей системы будет суммой энергий отдельных ее частей.

Таким образом, энергия системы должна быть пропорциональна ее объему. Этим признаком Вселенная не обладает. Причина состоит в том, что гравитационное взаимодействие является дальнодействующим и неэкранируемым, поэтому гравитационная энергия Вселенной непропорциональна ее объему. Полная энергия Вселенной также непропорциональна объему и поэтому не является аддитивной величиной. Кроме того, Вселенная расширяется, то есть она не находится в стационарном состоянии. Таким образом, говорить об энтропии Вселенной в термодинамическом смысле нельзя, поскольку Вселенная не является термодинамической системой.

Однако во Вселенной можно выделить подсистемы, к которым применимо термодинамическое описание. Такими подсистемами являются, например, все компактные объекты (звезды, планеты и др.) или реликтовое излучение (тепловое излучение с температурой 2,73 К). Реликтовое излучение возникло в момент Большого взрыва, приведшего к образованию Вселенной, и имело температуру ~4000 К. В наше время, то есть спустя 10-20 млрд. лет после Большого взрыва, это первичное (реликтовое) излучение, прожившее все эти годы в расширяющейся Вселенной, охладилось до указанной температуры.

Расчеты показывают, что полная энтропия всех наблюдаемых компактных объектов ничтожно мала по сравнению с энтропией реликтового излучения. Причина этого, прежде всего в том, что число реликтовых фотонов очень велико: на каждый атом во Вселенной приходится примерно 109 фотонов. Энтропийное рассмотрение компонент Вселенной позволяет сделать еще один вывод. По современным оценкам, полная энтропия той части Вселенной, которая доступна наблюдению, порядка 1090 kB. Кроме того, энтропия вещества этой же части Вселенной, сконденсированной в черную дыру, составляет порядка 10124 kB[6].

Сравнение этих цифр показывает, насколько далека окружающая нас часть Вселенной от максимально неупорядоченного состояния.


Основные факторы абиотической среды водного населения и их экологическое значение
Особи каждого вида характеризуются определенным типом обмена веществ и энергии, без сохранения которого не могут успешно расти и развиваться. Если состояние среды таково, что организму грозит нарушение баланса обмена веществ и энергии, то он либо находит другое, более благоприятное положение в пространстве, либо изменяет режим обмена ве ...

Динамика накопления биомассы и удельная скорость роста штамма LPM-4
На рис. 3.1.2.1. представлена динамика накопления биомассы и удельная скорость роста штамма LPM-4 при культивировании на среде с ЭДТА. Как видно из рисунка, максимальная удельная скорость достигается на 2 сутки и составляет 0,042 ч-1. В случае, когда добавляли глюкозу в среду до посева (рис. 3.1.2.2), максимальная удельная скорость был ...

Лунные и приливно-отливные ритмы
Рис.13. Миграционные пути восточно- и западноевропейских популяций белых аистов. Интенсивность затенения - обилие птиц. Как видно с земли, луна движется по такому же пути, как и солнце, и с каждым днем восходит на 50 мин позднее, из-за чего иногда видна среди дня, а иногда только ночью. Известно, что лунный цикл, равный 29,5 ...