Тепловая смерть Вселенной – это ошибочная теория Клаузиуса и Томсона, распространивших законы термодинамики на Вселенную, как целое.
Возможность применения начал термодинамики ограничена в первую очередь рамками самой термодинамики, ее предметом и начальными положениями.
Тепловое движение, исследуемое термодинамикой как наукой, правомерно рассматривать в системах, которые состоят из большого количества частиц. Следовательно, законы термодинамики неприменимы к макросистемам, размеры которых можно сравнивать с размерами молекул. Это определяет нижнюю границу применимости законов термодинамики.
Верхняя граница применимости термодинамических законов связана с ограничением применения термодинамики к системам размеров галактик, поскольку определяющими силами в них являются дальнодействующие силы гравитации. Эти силы ведут к тому, что исходные положения классической термодинамики не выполняются. В результате при отсутствии обобщения исходных термодинамических положений для систем космоса второе начало термодинамики использовать нельзя при рассмотрении больших областей Вселенной и тем более Вселенной как единого целого.
М. Планк писал о том, что не имеет смысла говорить об энтропии или энергии мира, поскольку данные параметры в этом случае нельзя даже определить в точности.
Так некритический перенос законов макроскопического опыта на Вселенную привел к антинаучному выводу о «тепловой смерти» Вселенной.
Работы В. Томсона и Р. Клаузиуса о «тепловой смерти Вселенной»
В своей работе «О проявляющейся в природе общей тенденции к рассеянию механической энергии» В. Томсон, принимая за основу второе начало термодинамики, сделал следующие замечания:
- В материальном мире механическая энергия постоянно расходуется.
- Данную механическую энергию невозможно восстановить какими-либо доступными средствами и методами.
- В этой связи Земля находилась некоторое время назад (промежуток времени является конечным) и придет в состояние, при котором она будет непригодна для жизни человека. Если только не будут выполнены меры, которые невозможно реализовать при существующих в настоящее время законах природы.
Из выводов Томсона следует представление о «тепловой смерти» Вселенной. В этом случае должны прекратиться все процессы. Вселенная приходит в состояние термодинамического равновесия. При этом все интенсивные параметры во всех точках Вселенной станут одинаковыми, далее отсутствуют причины, которые могли бы вызывать какие-либо процессы.
В законченном виде гипотеза о «тепловой смерти» Вселенной была сформулирована более ста лет назад в работах Клаузиуса, который распространил законы термодинамики на всю Вселенную.
Р. Клаузиус сформулировал следующее положение:
Энергия мира остается неизменной. Энтропия Вселенной стремится к наибольшей величине.
Следует заметить, что гипотеза Клаузиуса и Томсона противоречит закону сохранения и трансформации энергии. Закон сохранения говорит не только о том, что невозможно количественно уничтожить движение материи, но и материя не может утратить способность к качественному превращению разных форм перехода разных видов движения.
Часть научного сообщества XIX века выступила против гипотезы Томсона – Клаузиуса.
Большое прогрессивное значение в опровержении гипотезы тепловой смерти Вселенной играли работы Л. Больцмана.
Гипотеза Больцмана
В опровержение гипотезы о «тепловой смерти» Вселенной Л. Больцман предложил «флуктуационную» гипотезу. Этот ученый выявил статистическую природу второго начала термодинамики. В соответствии с теорией Больцмана состояние термодинамического равновесия - это только самое встречающееся и самое вероятное состояние термодинамической системы. В равновесной термодинамической системе в любой момент времени, самопроизвольно могут появляться какие угодно большие флуктуации.
Применяя свои выводу к Вселенной, ученый сделал вывод о том, что она пребывает в состоянии термодинамического равновесия, при этом во Вселенной возникают флуктуации.
Огромной флуктуацией является часть Вселенной, в которой находимся мы. Любая флуктуация необходимо исчезнет, но неизбежно появится новая подобная в другом месте Вселенной.
Так, Л. Больцман сделал вывод о том, что одни миры гибнут, другие появляются.
Необратимое увеличение энтропии в замкнутых системах по второму началу термодинамики определяет отличие будущих событий от прошедших. Этот факт натолкнул Больцмана на мысль об использовании второго начала термодинамики для определения роста времени. Ученый полагал, что:
- время растет в направлении увеличения энтропии в нашей области Вселенной;
- в той части Вселенной, где идут флуктуации, время следует в обратную сторону.
Против гипотезы Больцмана тоже имелись возражения. Например:
- бесконечно маленькая вероятность больших флуктуаций;
- отсутствие в теории специфики Вселенной, как гравитирующей системы.
Причины ошибочности гипотез
Гипотезы «тепловой смерти» и флуктуаций не приняли во внимание, что Вселенная – это прежде всего, гравитирующая система. Тогда как для идеального газа самым вероятным является равномерное распределение молекул в пространстве, в системе притягивающихся частиц однородное их распределение не будет отвечать максимальной энтропии.
Возникновение звезд и галактик из равномерного распределения вещества – это не следствие флуктуации, а естественный процесс, который идет при увеличении энтропии, при этом нет никакой потребности в изменении законов термодинамики.
В настоящее время саму постановку вопроса о «тепловой смерти» Вселенной считают неверной, так как Метагалактика является расширяющейся системой, и поэтому она нестационарная.
Некоторые полагают, что ошибочность гипотезы о «тепловой смерти» Вселенной заключена в необоснованном распространении второго начала термодинамики на целую Вселенную, так как на самом деле Вселенная является неизолированной системой. Но это не так, Вселенная – изолированная система.
