О "термодинамике Вселенной" - Астрономия и современная картина мира
- - А зачем им вообще эта дурацкая энергия? - Видишь ли, мальчик, эти славные существа вбили себе в голову, что вечного двигателя построить нельзя! - Не может быть, - сказал юноша. ([4], с. 127).
Флуктуации и проблема физических границ 2-го Начала термодинамики. Пожалуй, впервые термодинамический аспект в космологии обозначил еще Ньютон. Именно он подметил эффект "трения" в часовом механизме Вселенной - тенденцию, которую в середине XIX в. назвали ростом энтропии. В духе своего времени Ньютон призвал на помощь Господа Бога. Он и был приставлен сэром Исааком к слежению за подзаводом и ремонтом этих "часов".
В рамках космологии термодинамический парадокс был осознан в середине XIX в. (см. статью В. В. Казютинского [5]). Дискуссия о парадоксе породила ряд блестящих идей широкого научного значения ("шредингерово" объяснение Л. Больцманом "антиэнтропийности" жизни; введение им флуктуаций в термодинамику, фундаментальные следствия чего в физике не исчерпаны до сих пор; его же грандиозная космологическая флуктуационная гипотеза, за концептуальные рамки которой физика в проблеме "тепловой смерти" Вселенной так еще и не вышла; глубокая и новаторская, но тем не менее исторически ограниченная флуктуационная трактовка 2 Начала М. Смолуховским [6] и т. д.).
Мне уже доводилось [7,8] обращать внимание на примечательные следствия введения Больцманом флуктуаций в термодинамику и космологию. Отмечу здесь лишь, что последовательное развитие идей Больцмана ведет нас к весьма неожиданным следствиям. Так, связь между вероятностью состояния W системы и ее энтропией S оказывается, вопреки стандартной трактовке знаменитой формулы Больцмана (S = k. ln W), не функциональной, а статистической; и сама эта формула строго справедлива лишь в полном пренебрежении флуктуациями! Далее, состояния термодинамического и статистического равновесия различаются не пренебрежимо мало (и тем более не тождественны), а макроскопически существенно (эффект равновесных флуктуаций)...
С учетом этого еще более, чем было продемонстрировано М. Смолуховским, расшатывается и статистическая (не только исходная феноменологическая) трактовка 2-го Начала термодинамики. Не исключено, скажем, что 2 Начало ограниченно справедливо даже в форме запрета "вечного двигателя 2-го рода"! Если открывающиеся тут фантастические варианты при последующих теоретических и экспериментальных исследованиях подтвердятся и реализуются, это откроет необозримые перспективы не только в энергетике, но и в фундаментальной физике и, более того, радикально может изменить картину мира. Например, "за рамками" 2-го Начала роль космических цивилизаций (КЦ) могла бы существенно возрасти и стать даже космологической. Картина мира, в этом плане, могла бы определяться не "часовщиком Ньютона", а Разумом КЦ.
Картина мира инфляционной космологии и термодинамика. Но и в случае неограниченной справедливости 2-го Начала (в трактовке Больцмана - Смолуховского) появление инфляционной космологии [9, 10], особенно сценария "хаотического раздувания" [11] радикально меняет ситуацию с термодинамическими свойствами Вселенной и ее "тепловой смертью".
Как справедливо подчеркнуто в [5], во всех космологических построениях, обсуждающих проблему тепловой смерти Вселенной, изучались, открывались и "закрывались" свойства не реальной Вселенной, а ее специфических моделей (что часто игнорируется). Так, тепловая смерть неизбежно наступала в моделях Вселенной типа ньютоновской или даже, с точностью до флуктуаций, в больцмановской (последнее - вопреки популярному одно время мнению И. Р. Плоткина [12]); не достигалась в бесконечно расширяющейся фридмановской модели (знаменитый результат Р. Толмена [13]); реализовывалась в худшем варианте в бесконечной иерархической модели Вселенной [14], в противоположность оптимистическому выводу К. П. Станюковича [15]; не удавалось избежать ее в осциллирующих постфридмановских моделях [16] и т. д.
В [7] (см. также [17]) мною было отмечено, что в актуально бесконечно разнообразной ("максимально неоднородной") модели Вселенной, в отличие от однородной по свойствам и законам, 2 Начало, хотя бы и сохраняло всюду справедливость, оказывалось бы в определенном смысле "неактуальным", то есть не могло бы реализоваться здесь даже за бесконечное время.
Похожая ситуация усматривается в модели инфляционной Вселенной. Действительно, современные оценки размеров инфляционного "пузыря", содержащего нашу Вселенную (Метагалактику), наряду с невообразимо большим (практически бесконечным) числом других "вселенных" (фундаментальные физические законы в которых, и даже число измерений пространства, могут как угодно отличаться от наших), дают величины от 10104 до 101014 см [11]. Такого рода числа не меняются, выражай ли их в ангстремах или в радиусах Метагалактики! Соответственно, "время пересечения" такой системы лучом света (мыслимая нижняя грань "времени релаксации") выразится тем же числом, опять-таки независимо от того, измеряем ли мы время в наименьших физически мыслимых, в рамках нашей физики, единицах ( 10-43 с или в "возрастах Метагалактики", ( 1010 лет. (Эта тема ярко освещена Дж. Литтлвудом в [18]).
Но такая инвариантность - характерное свойство бесконечных величин! Таким образом, размерные параметры "инфляционного пузыря" отличаются от бесконечных значений в определенном смысле пренебрежимо мало (!), во всяком случае, качественно, в пределах той точности, какую мы выражаем символом "(" и какая нас, очевидно, в современной астрономической картине Мира удовлетворяет.
Соответственно, уже в этом варианте модели инфляционной Вселенной постижимые нами промежутки времени (в равной степени 10-43 с или 1010 лет), характеризующие "нашу Вселенную", и даже астрофизически экстремальные, типа 10100 лет (распад сверхмассивных "галактических" черных дыр) обладают всеми традиционными признаками бесконечно малых величин - в сравнении с теми временами, в течение которых (( 101010 "наших времен") в Большой Вселенной (инфляционный пузырь, при раздувании которого родилась и наша Вселенная) заведомо не наступит еще состояние типа термодинамического равновесия, то есть и пресловутая тепловая смерть. Можно ли полагать, что это понятие в инфляционной модели Вселенной вообще сохраняет для нас смысл? Крайне сомнительно, по меньшей мере!..
Наконец, в самом последнем (пока!..) варианте модели инфляционной Вселенной - сценарии "хаотического раздувания" по А. Д. Линде [11] условия для реализации тепловой смерти, мягко говоря, еще менее благоприятны, чем в первоначальном варианте концепции раздувания. Эта последняя модель вообще трактуется ее автором и другими видными космологами (например, И. Д. Новиковым) как модель вечно юной, самообновляющейся Вселенной. Правда, последняя трактовка не базируется на каком-либо последовательном анализе свойств этой Вселенной в плане термодинамики. Так что остается за кадром фактор увеличения энтропии в ходе эволюции каждого отдельного инфляционного пузыря (или вселенных типа нашей - практически Метагалактики). Но, в аспекте "максимальной неоднородности" свойств Вселенной в модели с хаотическим раздуванием, не вызывает сомнения, что условия для реализации в ней состояния тепловой смерти, как отмечено, еще куда менее благоприятны, чем даже в исходной модели раздувающейся Вселенной.
Интересная модель вселенной больцмановского типа, но сплошь заполненной гигантскими флуктуациями (Я. П. Терлецкий [19]), к сожалению, пока остается недоисследованной в этом плане. В то же время термодинамическая финитность осциллирующей фридмановской модели (опустим здесь проблему более строгого математического обоснования ее), и именно по причине накопления энтропии от цикла к циклу, была убедительно продемонстрирована Я. Б. Зельдовичем и И. Д. Новиковым [16, с. 699].
Исходная инфляционная модель Вселенной А. Д. Линде аналогична, пожалуй, единичной гигантской флуктуации во Вселенной Больцмана (хотя вследствие учета существенно квантового характера системы Линде его модель куда более вероятна). Поэтому даже она находится за рамками требований и запретов со стороны 2-го Начала, которые обходятся здесь соображениями "антропного" характера (А. Л. Зельманов [20], Г. М. Идлис [21]). Но в модели хаотического раздувания фигурирует уже ансамбль гигантских флуктуаций физического вакуума. Здесь мыслим и даже, пожалуй, обязателен и статистико-термодинамический подход к системе. Является ли она в термодинамическом отношении аналогом множества (ансамбля) осциллирующих "термодинамически смертных" [16] фридмановских вселенных, или же она ближе к флуктуационной модели Вселенной больцмановского типа в варианте Терлецкого [19] - подлежит выяснению. И, разумеется, мы не должны забывать о варианте, в котором 2 Начало в системах определенной динамической структуры вообще не является универсальным физическим законом. Здесь вопрос о тепловой смерти соответствующих моделей Вселенной вовсе не возникает, при любом их масштабе.
Похожие статьи
-
Термодинамический парадокс в космологии: новый взгляд - Астрономия и современная картина мира
Термодинамический парадокс в космологии, сформулированный во второй половине ХIХ века, непрерывно будоражит с тех пор научное сообщество. Дело в том, что...
-
Антропный принцип, выдвинутый Картером, несмотря на его формулировку, не является вариантом принципа наблюдаемости. В контексте научной картины мира...
-
Инфляционный этап космологии - Астрономия и современная картина мира
Решение проблемы сингулярности, а также других проблем фридмановской космологии до конца семидесятых годов предпринималось самыми различными...
-
Научная картина мира и космогоническая дилемма - Астрономия и современная картина мира
"...Саску знали о мире многое, чего не знали тану, - о том, как возник мир и каково его будущее" Г. Гаррисон. "Запад Эдема". Две концепции глобальной...
-
Принцип участия ("соучастника") - Астрономия и современная картина мира
Несмотря на попытки отторжения "экстремистских" интерпретаций сильного АП в духе постнеклассической науки, такие интерпретации интенсивно пробивают себе...
-
Фридмановский этап становления научной космологии - Астрономия и современная картина мира
Проблема эмпирической обоснованности теории Фридмана оказалась не менее сложной, чем проблема ее внутритеоретического обоснования. Сразу же после...
-
Проблемы, сфокусированные в АП, были поставлены еще на заре человеческой культуры. Истоки этой проблематики мы находим в самых различных философских...
-
Качественно новые черты начала приобретать разработка проблемы термодинамики Вселенной на протяжении 80-х годов. Наряду с исследованием Вселенной в...
-
"Предыстория Вселенной" и астрономическая картина мира - Астрономия и современная картина мира
Все сущее в мире рождается из бытия. А бытие рождается из небытия. Лао Цзы Первые 10-43 секунды. В истории развития НКМ всегда очень существенным было...
-
Антропный подход и постнеклассическая наука - Астрономия и современная картина мира
Итак, антропный подход к пониманию Вселенной, возникший в недрах ряда философско-мировоззренческих традиций и своеобразно преломившийся в космической...
-
Финалистский АП - Астрономия и современная картина мира
Казалось бы, финалистский АП, выдвинутый Ф. Типлером, стоит особняком среди различных модификаций этого принципа, так как он претендует не на объяснение...
-
Мегамир, или космос, современная наука рассматривает как взаимодействующую и развивающуюся систему всех небесных тел. Мегамир имеет системную организацию...
-
Сильный АП - Астрономия и современная картина мира
Наибольшие споры вызывает, несомненно, сильный АП, некоторые из его интерпретаций могут рассматриваться как антропные в собственном смысле слова и...
-
Вселенная как целое в научной картине мира - Астрономия и современная картина мира
Обращаясь к проблеме методологического обоснования современной космологии, мы не можем не коснуться вопроса о надобности такой процедуры. Действительно,...
-
Осознающая себя Вселенная, Преодоление мешающих предпосылок - Астрономия и современная картина мира
Настало время говорить о вездесущности сознания. Иными словами, нужно готовиться к тому, чтобы подойти к построению сверхъединой теории поля, описывающей...
-
Антропный принцип и мир постнеклассической науки - Астрономия и современная картина мира
Антропный принцип (АП), выступающий как одно из оснований постнеклассической науки [1] вызывает сейчас оживленные дискуссии [2, 3, 4]. АП оказался...
-
Процессы самоорганизации в ранней Вселенной - Астрономия и современная картина мира
Современные представления об эволюции Вселенной основываются на стандартной космологической модели Большого взрыва, которая подтверждается наблюдаемым в...
-
Возникновение и развитие объектов нашей Вселенной связано с ее эволюцией как целого. Когда это было осознано, познание Вселенной пошло в двух...
-
Фрактальная Вселенная - Астрономия и современная картина мира
...Что, не поймешь Природу ты? Лик Космоса - чужд и ужасен? Узри фрактальные черты, и ты увидишь - Мир прекрасен! Необъясним Природы ритм? Мрак черных...
-
Черные дыры и современная научная картина мира - Астрономия и современная картина мира
...А вдали наблюдается мир полосатых и пестреньких дыр. С бесконечным (по модулю) z, произвольно меняющих цвет... (Из старого астрофольклора) Стандартная...
-
Общие принципы астрономии - Прошлое и будущее Вселенной
Звезды изучает астрономия (от греч. "астрон" - звезда и "номос" - закон) - наука о строении и развитии космических тел и систем. Эта классическая наука в...
-
Идея развития (эволюции) и причинность - Астрономия и современная картина мира
Идея развития и идея причинности относятся к числу наиболее фундаментальных представлений человеческого интеллекта. Видимо, нельзя считать полностью...
-
Две эволюции - Астрономия и современная картина мира
Эволюция, нелинейность, самоорганизация - слова, пожалуй, чаще других встречающиеся сегодня в многочисленных дискуссиях, ведущихся по самым...
-
Рассмотрим процесс самоорганизации пространства-времени в связи с самоорганизацией Вселенной, ведущей к эволюции физических объектов, на которых можно...
-
Слабый антропный принцип - Астрономия и современная картина мира
Слабый АП не вызывал особых дискуссий, вокруг него - в отличие, например, от сильного АП - научные страсти не кипели. Это понятно: ключевая для слабого...
-
Релятивистская космология: Эйнштейн - Астрономия и современная картина мира
Создавая свою космологическую теорию, Эйнштейн находился, несомненно, под влиянием картины мира Ньютона не только в вопросах детерминизма, что...
-
Случайность в научной картине Вселенной - Астрономия и современная картина мира
Научная мысль в процессе познания Вселенной всегда включала в себя идею случая. При этом исторически произошли весьма интересные изменения в самой...
-
Согласно теоретическим расчетам Ж. Леметра, радиус Вселенной в первоначальном состоянии был равен 10-12 см, что близко по размерам к радиусу электрона, а...
-
ВСЕЛЕННАЯ. ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ - Астрономическая картина мира
Современная космология - это сложная, комплексная и быстро развивающаяся система естественно-научных (астрономия, физика, химия и др.) и философских...
-
Наброски контуров осознающей себя Вселенной - Астрономия и современная картина мира
Мы отдаем себе отчет в том, что у нас еще нет до конца разработанного языка для выполнения поставленной задачи. Нет и достаточного опыта - здесь нужно...
-
Современная модель Вселенной - Основные характеристики Вселенной
Современная наука, рассматривая дальнейшую судьбу Вселенной, останавливается на двух вариантах - открытой и замкнутой Вселенной. Если предположить, что...
-
Теория элементарных частиц и принцип целесообразности - Астрономия и современная картина мира
1. Наша Вселенная - лучший из миров Панглос: Все события неразрывно связаны в лучшем из возможных миров. Кандид: Если это лучший из возможных миров, то...
-
Введение - Астрономия и современная картина мира
Научная картина мира и ее развитие(( Научная картина мира (НКМ) - творение тысяч авторов, от живших в эпоху предыстории науки до наших современников. Уже...
-
Теория Большого взрыва "Вначале был взрыв. Не такой взрыв, который знаком нам на Земле и который начинается из определенного центра и затем...
-
Схема рождения Вселенной., Возникновение и эволюция звезд - Астрономическая картина мира
Возбужденный вакуум, сжатый до состояния точки. Быстрое расширение - инфляция. Через 10-32 с. Холодная и пустая Вселенная размером в несколько...
-
Модель расширяющейся Вселенной - Эволюция Вселенной
Наиболее общепринятой в космологии является модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной, построенная на основе общей...
-
Современная структура Вселенной является результатом космической эволюции, в ходе которой из протога-лактик образовались галактики, из протозвезд --...
-
Современная наука о происхождении Вселенной - Гипотеза происхождения Вселенной
На нынешней стадии развития физической космологии на передний план выдвинулась задача создания тепловой истории Вселенной, в особенности сценария...
-
Термодинамика черных дыр - Современные представления астрофизики. Физика черных дыр
Заметим, что неприводимая масса черной дыры связана с площадью горизонта черной дыры как . Соответственно, площадь горизонта событий не может уменьшаться...
-
Космологические модели Вселенной - Космологические модели Вселенной
Метагалактика космология параллактический вселенная Современная космология - это астрофизическая теория структуры и динамики изменения Метагалактики,...
О "термодинамике Вселенной" - Астрономия и современная картина мира