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.


Цикл Кребса. Механизмы регуляции цикла. Энергетическая эффективность процесса, значение
В анаэробных условиях пировиноградная кислота (пируват) подвергается дальнейшим превращениям в ходе спиртового, молочнокислого и других видов брожений, при этом НАДH используется для восстановления конечных продуктов брожения, регенерируя в окисленную форму. Последнее обстоятельство поддерживает процесс гликолиза, для которого необходим ...

Клеточная инженерия. Получение моноклональных антител
Под клеточной инженерией понимают метод конструирования клеток нового типа на основе их культивирования гибридизации и реконструкции. Культура клеток — метод сохранения жизнеспособности клеток вне организма в искусственно созданных условиях жидкой или плотной питательных сред. Для культивирования могут быть использованы клетки различных ...

Определение сапробности исследуемого участка реки Обь в 2008 году
В ходе исследований в 2008 году нами было выявлено 29 видов-индикаторов сапробности. Из них 16 видов зеленых, 7 видов диатомовых, 5 - эвгленовые и 2 вида сине-зеленые. Чаще всего встречались виды, характерные для β-мезосапробной (13 видов) и олигосапробной (9 видов) зон. Обнаружено также 4 вида, характерных для 0-β-сапрбной зо ...