Критика теории тепловой смерти вселенной

Вы можете приложить к своему отзыву картинки.

Источник

Критика теории тепловой смерти вселенной

Примером неправильного применения второго начала термодинамики может служить так называемая «теория тепловой смерти Вселенной», особенно оживленно обсуждавшаяся в конце прошлого столетия.

Неправильно распространяя на Вселенную второе начало термодинамики, сторонники этой теории рассуждали приблизительно так: все виды энергии способны самопроизвольно превращаться в теплоту, а теплота самопроизвольно переходит от тел с большей температурой к телам с меньшей температурой.

В природе непрерывно происходит процесс выравнивания существующих разностей температур. Рано или поздно во всей Вселенной выравняются температура и давление. Вселенная достигнет состояния термодинамического равновесия, при котором исключается возможность каких-либо процессов, — это будет состояние тепловой смерти Вселенной.

Поскольку подобное состояние еще не достигнуто, следовательно, Вселенная не существует вечно, она была создана какое-то количество лет тому назад. Таким образом, делался вывод о возникновении (сотворении) мира.

Дальше ученые-идеалисты делали вывод о том, что для создания Вселенной необходима была деятельность сознательного существа. Необходимость творца Вселенной аргументировалась так: поскольку Вселенная развивается, переходя от состояний с меньшей энтропией к состояниям с большей энтропией, следовательно, она переходит от состояний менее вероятных к состояниям более вероятным. Двигаясь назад в глубь веков, мы встречаемся, согласно этим рассуждениям, с состояниями все менее и менее вероятными и, наконец, в пределе достигаем состояния, вероятность которого исчезающе мала.

Подобное состояние не может возникнуть случайно, но оно может быть создано сознательным существом, так же как практически не может нормальная игральная кость выпасть миллион раз подряд вверх шестеркой, но может быть таким образом сознательно положена человеком.

Подобные ошибочные с точки зрения физики, но имеющие видимость научной теории рассуждения представляли широкое поле деятельности различным представителям идеалистической философии.

Фундаментальная ошибка всех этих рассуждений заключалась в том, что опытный закон, установленный применительно к системе, содержащей конечное число частиц, необоснованно переносился на бесконечно протяженную систему. Подобного рода ошибки относятся к основным логическим ошибкам. Ведь ни у кого не возникает сомнения в невозможности применения второго начала

термодинамики к системам, содержащим небольшое число частиц, а ведь столь же ошибочно применение этого закона и к системам с бесконечно большим числом частиц. Кроме того, второе начало не учитывает целый ряд превращений, которые могут играть большую роль во Вселенной. Мы еще мало знаем о закономерностях взаимодействия элементарных частиц с полем, да и сами элементарные частицы, вероятно, не являются элементарными в обычном смысле этого слова, а имеют структуру, которую в скором времени придется учитывать.

Функция состояния, называемая энтропией, определяющая равновесие изолированных систем с конечным числом частиц, имеет, вероятно, иной смысл, когда говорят о космических системах, понимая под последними даже не всю Вселенную, а отдельные звездные скопления.

Неправильно механически переносить наши обычные представления, возникшие в результате наблюдения поведения макроскопических тел, на явления, разыгрывающиеся как в микромире, так и в космосе.

Жидкость, находящаяся достаточно долго в идеальном термостате, достигает состояния термодинамического равновесия и может рассматриваться как пребывающая в состоянии тепловой смерти. В масштабах же микромира в подобной жидкости непрерывно происходят разнообразные процессы: сложные молекулы диссоциируют; электроны, вращающиеся вокруг атомных ядер в молекулах, изменяют свое первоначальное движение; присутствующие продукты диссоциации вновь соединяются с образованием недиссоциированных продуктов и т. д. С точки зрения атома подобное состояние никак нельзя рассматривать как состояние, неизменное во времени. Столь же неправильно переносить наши представления и на космические системы. Неправильно считать, что Вселенная когда-то возникла и затем развивалась, стремясь к равновесному состоянию.

Вселенная — вечна. Астрономические исследования последних лет дают основания предполагать, что звездные миры продолжают возникать и в наше время. Вселенная, в которой мы живем, непрерывно обновляется.

Есть все основания предполагать, что во Вселенной, наряду с процессами выравнивания температур, имеют место процессы, приводящие к значительной концентрации энергии и к возникновению областей с очень высокой температурой.

Физик должен постоянно помнить об относительном характере законов науки, о том, что физическая теория является лишь «приблизительной копией с объективной реальности» (Ленин В. И., «Материализм и эмпириокритицизм»), и не допускать необоснованной экстраполяции физических законов.

Источник

Критике теории тепловой смерти

На критике Энгельсом теории «тепловой смерти» необходимо остановиться еще и потому, что на эту теорию ссылаются и в наше время враги науки; кроме того, положения им высказанные являются блестящим примером роли материалистической философии в защите важнейшего научного принципа о качественном многообразии форм движения материи и его неуничтожимости.

Неотомисты Г. Веттер, И. Фишль и другие с серьезным видом ссылаются на эту «современную» естественнонаучную теорию Р. Клаузиуса, заявляя, что «. современная наука довольно едина в том, что мир имеет начало и стремится к концу; этот факт следует из происходящего во всей вселенной процесса обесценения энергии. Радиоактивные явления, ядерные процессы внутри звезд, расширение вселенной, космическое излучение— все это означает обесценение энергии. Этот процесс обесценения энергии мыслится как вначале проходящий очень бурно, затем замедляющийся и, наконец, стремящийся к конечному состоянию. Современная физика не знает таких процессов, в которых энергия могла бы „восстановить свою ценность» вновь.

«Советская философия с большим упорством защищает учение о вечности и бесконечности мира,— пишет И. Фишль.— Если бы наш мир был конечен, то сразу же пришли бы к заключению о существовании бога, который в начале летоисчисления создал мир. мысль о поступательном и необратимом процессе рассеивания энергии (энтропия) также привела физику к мысли о конечности мира».

Попытки модернизировать с помощью положения об энтропии доказательство о существовании бога не выдерживают серьезной критики.

Против теории «тепловой смерти», выдвинутой Клаузиусом и Томсоном, в свое время сразу выступили их современники, видные естествоиспытатели Бредихин, Аррениус, Больцман, а также философы-материалисты, в том числе Н. Г. Чернышевский.

Теория «тепловой смерти вселенной», как уже говорилось, была подвергнута глубокой критике Ф. Энгельсам, показавшим метафизичность этой «теории» и ее путь к реакционным идеалистическим выводам. Второе начало термодинамики имеет силу лишь в пределах замкнутой системы. Абсолютизирование его и перенос на бесконечную вселенную свидетельствует о метафизическом понимании бесконечности как простой суммы конечных систем.

Согласно Клаузиусу, настанет время, когда все солнца потухнут, мир замрет, живое исчезнет. Но поскольку мир существует бесконечно, то он уже давно был бы мертв, а так как этого не произошло, то или гитопеза «тепловой смерти» .решена неверно, или мир не существовал вечно, а был создан сверхъестественным существом.

Характеризуя взгляды Клаузиуса по данному вопросу, Энгельс писал:

«В каком бы виде ни выступало перед нами второе положение Клаузиуса и т.д., во всяком случае, согласно ему, энергия теряется, если не количественно, то качественно. Мировые часы сначала должны быть заведены, затем они идут, пока не придут в состояние равновесия, и только чудо может вывести их из этого состояния и снова пустить в ход. Потраченная на завод часов энергия исчезла, по крайней мере в качественном отношении, и может быть восстановлена только путем толчка извне. Значит, толчок извне был необходим также и вначале; значит, количество имеющегося во вселенной движения, или энергии, не всегда одинаково; значит, энергия должна была быть сотворена; значит, она сотворима; значит, она уничтожимa. Ad absurdum! [До абсурда!]».

Энгельс показал, что теория «тепловой смерти» противоречит закону сохранения и превращения энергии и основным положениям философского материализма. Одного только естествознания, при всем его громадном значении, все же недостаточно для выработки, обоснования и защиты основных положений материализма, имеющих универсальное значение, таких, как в данном случае,— положение о качественной неуничтожимости движения. Здесь наглядно, зримо выступает величайшая роль материалистической философии как теоретической основы развития естественных наук.

Источник

Второе начало термодинамики: вечный двигатель второго рода и тепловая смерть Вселенной

• 12 Январь 2021
• 14 минут
• 12 813

Пришла пора разобраться со вторым фундаментальным постулатом термодинамики, который именуется второе начало термодинамики. Второе начало не является доказуемым в рамках классической термодинамики. Его формулировки – результат обобщения опытов, наблюдений и экспериментов. Попытаемся рассказать о нем кратко и понятно.

В прошлой статье по термодинамике мы говорили о термодинамических системах, состоящих из большого числа частиц. Для описания подобных систем используются так называемые функции состояния.

Термодинамическая функция состояния (или термодинамический потенциал) – это функция, зависящая от нескольких независимых параметров, определяющих состояние системы. Чтобы было понятнее, приведем пример. Одна из функций состояния системы – это ее внутренняя энергия. Она не зависит от того, как именно система оказалось в данном состоянии

Энтропия

Еще одно понятие, с которым нужно познакомиться – это энтропия. Для понимания второго начала термодинамики энтропия очень важна. А еще это красивое слово, которое многих ставит в ступор и которым можно блеснуть в компании.

В самом общем случае, энтропия – мера хаотичности некоторой системы

Энтропия

Простой пример : представим, что у вас есть ящик с носками. Если все носки в ящике разбросаны и валяются вперемешку и по одному, энтропия такой системы максимальна. А если носки собраны по парам и лежат аккуратненько в рядок — минимальна.

В термодинамике, энтропия – это функция состояния термодинамической системы, которая определяет меру необратимого рассеивания энергии. Что это значит? Это значит, что какая-то часть внутренней энергии системы не может перейти в совершаемую системой механическую работу. Например, процесс преобразования теплоты в механическую работу всегда сопровождается потерями, в результате которых теплота трансформируется в другие виды энергии.

Энтропия при необратимых термодинамических процессах увеличивается, а при обратимых – остается постоянной. Математическая запись энтропии (S):

Здесь дельта Q – количество теплоты, подведенное или отведенное от системы, T – температура системы, dS – изменение энтропии.

Существует несколько различных формулировок второго начала термодинамики, и вот одна из них:

Энтропия замкнутой системы возрастает при любых необратимых процессах в этой системе

Так как нас интересует именно понимание сути вещей, приведем еще одно самое простое определение:

Невозможен процесс, единственным результатом которого является передача энергии в форме теплоты от холодного тела к горячему

К слову, данная формулировка второго начала термодинамики принадлежит Рудольфу Клаузиусу, который и ввел в обиход понятие энтропии.

Невозможен процесс, единственным результатом которого является передача энергии в форме теплоты от холодного тела к горячему

И снова вечный двигатель

После разочарования с идеей вечного двигателя первого рода люди и не думали сдаваться. Через какое-то время был придуман вечный двигатель второго рода, работа которого основывалась на передаче тепла и не перечила закону сохранения энергии. Такой двигатель преобразует все тепло, полученное от окружающих тел, в работу. Например, в качестве его реализации предполагалось путем охлаждения океана получить огромное количество теплоты. Но к счастью до охлаждения океана и заморозки рыб дело не дошло, т.к. данная идея противоречит второму началу динамики. КПД любой машины не может быть равен единице, также как тепло не может быть преобразовано в работу полностью. Так что сколько ни старайтесь, а вечный двигатель второго рода создать невозможно, так же как и вечный двигатель первого рода.

Тепловая смерть Вселенной

После введения Рудольфом Клаузиусом понятия энтропии в 1865 году возникло множество споров, домыслов и теорий, связанных с этим понятием. Одна из них – гипотеза о тепловой смерти Вселенной, сформулированная самим Клаузиусом на основе второго начала термодинамики.

Рудольф Клаузиус (1822-1888)

Данная теория, сформулированная Клаузиусом, гласит, что Вселенная, как любая замкнутая система, стремится к состоянию термодинамического равновесия, характеризующемуся максимальной энтропией и полным отсутствием макроскопических процессов, что в свою очередь обессмысливает привычное нам понятие времени. По Клаузиусу: «Энергия мира остается постоянной. Энтропия мира стремиться к максимуму». Это означает, что когда Вселенная придет в состояние термодинамического равновесия, все процессы прекратятся и мир погрузиться в состояние «тепловой смерти». Температура в любой точке Вселенной будет одной и той же, более не будет каких-либо причин, способных вызвать возникновение каких бы то ни было процессов.

Концепция тепловой смерти вселенной еще в недалеком прошлом была довольно широко распространена и являлась предметом активных дискуссий. Так, в книге Джинса «Universe around us» (1932г.) можно найти следующие строки касательно тепловой смерти Вселенной: «Вселенная не может существовать вечно; рано или поздно должно наступить время, когда ее последний эрг энергии достигнет наивысшей степени на лестнице падающей полезности, и в этот момент активная жизнь Вселенной должна будет прекратиться».

Где-то во Вселенной

При выводе своей теории Клаузиус прибегал в своих рассуждениях к следующим экстраполяциям (приближениям):

1. Вселенная рассматривается как замкнутая система.
2. Эволюция мира может быть описана как смена его состояний.

Интересный факт : рассуждения о тепловой смерти позволили церкви заявить, что с научной точки зрения (в том числе и благодаря теории Клаузиуса) можно найти предпосылки, указывающие на существование бога. Так, в 1952 году на заседании «папской академии наук» папа Пий 12-й в своей речи сказал: «Закон энтропии, открытый Рудольфом Клаузиусом, дал нам уверенность, что спонтанные природные процессы всегда связаны с некоторой потерей свободной, могущей быть использованной энергии, откуда следует, что в замкнутой материальной системе в конце концов эти процессы в макроскопическом масштабе когда-то прекратятся. Эта печальная необходимость. красноречиво свидетельствует о существовании Необходимого Существа».

Опровержение теории тепловой смерти Вселенной

Как уже отмечалось выше Клаузиусом, при выводе его теории применялись определенные экстраполяции. Сегодня несмотря на некоторые сложности можно с уверенностью сказать, что подобные выводы являются антинаучными. Дело в том, что существуют определенные границы применимости второго начала термодинамики: нижняя и верхняя. Так, второе начало термодинамики не может быть применено для описания микросистем, размеры которых сравнимы с размерами молекул, и для макросистем, состоящих из бесконечного числа частиц, т.е. для Вселенной в целом.

Второе начало термодинамики не применимо ко Вселенной как замкнутой системе

Собственно первым ученым, установившим статистическую природу второго начала термодинамики и противопоставившим теории тепловой смерти Вселенной так называемую флуктуационную гипотезу, был выдающийся физик-материалист Больцман. Имеет место формула Больцмана, позволяющая дать статистическое истолкование второму началу термодинамики

Здесь S – энтропия системы, k – постоянная Больцмана, P – термодинамическая вероятность состояния, определяющая число микросостояний системы, соответствующих данному макросостоянию. Согласно формуле Больцмана,

То есть термодинамическая вероятность состояния изолированной системы при всех происходящих в ней процессах не может убывать. Однако т.к. для систем, состоящих из бесконечного числа частиц, все состояния будут равновероятными , вышеописанное соотношение неприменимо ко Вселенной. В подобных системах имеют место значительные флуктуации (флуктуация – отклонение истинного значения некоторой величины от ее среднего значения), представляющие собой отклонения от второго начала термодинамики. Согласно Больцману, состояние термодинамического равновесия представляет собой лишь наиболее часто встречающееся и наиболее вероятное; наряду с этим в равновесной системе могут самопроизвольно возникнуть сколь угодно большие флуктуации. То есть во Вселенной, находящейся в состоянии термодинамического равновесия, постоянно возникают флуктуации, причем одной такой флуктуацией является та область пространства, в которой находимся мы.

Людвиг Больцман (1844-1906)

Современный подход безусловно отвергает теорию тепловой смерти Вселенной. Учитывая огромный возраст Вселенной и тот факт, что она не находится в состояние тепловой смерти, можно сделать вывод о том, что во Вселенной протекают процессы, препятствующие росту энтропии, т.е. процессы с отрицательной энтропией. Однако выводам Больцмана о том, что во Вселенной преобладает состояние термодинамического равновесия, все более противоречит растущий экспериментальный материал астрономии. Материя обладает никогда не утрачиваемой способностью к концентрации энергии и превращения одних форм движения в другие. Так, например, процесс образования из рассеянной материи звезд подчиняется определенным закономерностям и не может быть сведен исключительно к случайным флуктуациям распределения энергии во Вселенной.

Дорогие друзья! Сегодня мы по возможности выяснили, какой смысл имеет понятие энтропии для второго начала термодинамики, узнали, что вечный двигатель второго рода невозможен, а также порадовались, что тепловой смерти Вселенной все-таки не случится. Мы как всегда надеемся на то, что вам понравилась наша статья, в которой мы старались рассказать о термодинамике просто, понятно и интересно. Желаем успехов в учебе и напоминаем – подсказать, помочь, проконсультировать и взять часть нагрузки на себя всегда готовы наши специалисты. Учитесь и живите в свое удовольствие!

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Источник