3. Проблема тепловой смерти Вселенной и флуктуационная гипотеза Больцмана.

Дальнейшее развитие принципа необратимости, принципа возрастания энтропии состояло в распространении этого принципа на Вселенную в целом, что и было сделано Клаузиусом. Итак, согласно второму началу все физические процессы протекают в направлении передачи тепла от более горячих тел к менее горячим, а это означает, что медленно, но верно идет процесс выравнивания температуры во Вселенной. Следовательно, в будущем ожидается исчезновение температурных различий и превращение всей мировой энергии в тепловую, равномерно распределенную во Вселенной. Вывод Клаузиуса был следующим:

1. Энергия мира постоянна.

2. Энтропия мира стремится к максимуму.

Таким образом, тепловая смерть Вселенной означает полное прекращение всех физических процессов вследствие перехода Вселенной в равновесное состояние с максимальной энтропией.

Современное естествознание отвергает концепцию “тепловой смерти” применительно к Вселенной в целом. Дело в том, что Клаузиус прибегнул в своих рассуждениях к следующим экстраполяциям:

1. Вселенная рассматривается как замкнутая система.

2. Эволюция мира может быть описана как смена его состояний.

Для мира как целого состояния с максимальной энтропией имеет смысл, как и для любой конечной системы.

Правомочность этих экстраполяций весьма сомнительна, хотя связанные с ними проблемы представляют трудность и для современной физической теории.

Флуктуации. Проблему будущего развития Вселенной пытался разрешить Л. Больцман. Он так же считал Вселенную замкнутой изолированной системой, однако применил к ней понятия флуктуации.

Под флуктуацией физической величины понимается отклонение истинного значения величины от ее среднего значения, обусловленное хаотическим тепловым движением частиц системы.

Больцман рассматривал видимую часть Вселенной как небольшую область бесконечной Вселенной. Для такой области допустимы флуктуационные отклонения от равновесия, благодаря чему в целом исчезает необратимая эволюция Вселенной к хаосу и тепловой смерти.

Следует сказать, что Больцман находился под сильным влиянием теории Ч. Дарвина, называя XIX век веком Дарвина. В эволюционной теории роль флуктуаций так же велика. Ведь эволюция – это путь от случайных флуктуаций видов в сторону возрастания сложности, порядка. В то же время в физике, согласно второму началу – все наоборот, т.е. необратимость ведет к разрушению порядка. Больцман, таким образом, попытался снять это противоречие, создать теорию эволюции системы к равновесию.

Теория флуктуаций развивалась и после трагической смерти Л. Больцмана в 1906 г., в частности, в трудах Эйнштейна и Смолуховского.

В настоящее время проблема самоорганизации сложных систем рассматриваются в рамках нового междисциплинарного направления – синергетики.

Контрольные вопросы

1. Что такое большие системы в термодинамике?

2. Можно ли точно определить координаты и скорости всех молекул макроскопического тела одновременно в данный момент времени?

3. Поясните статистический закон распределения молекул по скоростям.

4. Поясните утверждение о том, что законы ньютоновской классической механики являются обратимыми.

5. Что говорят о возможности полного управления системами классическая механика и термодинамика?

6. Что, по словам И. Пригожина и И. Стенгерс описывает необратимое увеличение энтропии?

7. Для каких систем - больших или малых имеют смысл статистические законы?

8. Назовите главное свойство времени?

9. Поясните понятие «стрела времени»?

10. Что такое космологическая стрела времени?

11. Что такое термодинамическая стрела времени?

12. Что такое психологическая стрела времени?

13. Объясните понятие тепловой смерти Вселенной.

14. Что такое флуктуация?

15. В чем заключается флуктуационная гипотеза Больцмана?

Литература

1. Концепции современного естествознания./ под ред. проф. С.А. Самыгина, 2-е изд. – Ростов н/Д: «Феникс», 1999.

2. Дубнищева Т.Я.. Концепции современного естествознания. Новосибирск: Изд-во ЮКЭА, 1997.

3. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1999.

4. Суорц Кл.Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений. Т.1. - М.: Наука, 1986.

4. О человеческом времени. - «Знание-Сила», № , 2000 г.