Что такое энтропия вселенной. Вездесущая энтропия: от смерти Вселенной до груды грязной посуды

Источник низкой энтропии во Вселенной

Р. Пенроуз

Теперь мы попытаемся понять, отку­да же все-таки берется такая «удивительно» низкая энтропия в том реальном мире, где мы живем. И начнем мы, в первую очередь, с самих себя. Если мы сумеем разобраться с вопросом о природе нашей собственной низкой энтропии, то, наверное, сумеем най­ти ее источник и для газа, удерживаемого перегородкой, и для стакана воды на сто­ле, и для яйца над шкворчашей сковородой, и для кусочка сахара над чашкой кофе. В ка­ждом из перечисленных случаев прямо или косвенно в дело были замешаны или одно лицо, или группа людей (и даже курица!). Создание подобных низкоэнтропийных со­стояний в значительной мере было связано с использованием некоторой небольшой ча­сти нашей собственной низкой энтропии. Но это, возможно, была не единственная причина. Не исключено, что для откачки газа за перегородку в углу ящика использо­вался специальный вакуумный насос.

Если насос был не ручной, то, на­верное, для получения низкоэнтропийной энергии, необходимой для этого процесса, было использовано какое-нибудь «природ­ное топливо» (например, нефть). Возможно также, что насос имел электрический при­вод и, в некоторой степени, использовал низкоэнтропийную энергию, заключенную в урановом топливе атомной энергетичес­кой станции. Я вернусь ко всем этим внеш­ним низкоэнтропийным источникам позже, но сперва давайте разберемся с низкой эн­тропией в нас самих.

Откуда же и в самом деле берется наша собственная столь малая энтропия? Стро­ительный материал для наших тел - это продукты, которые мы едим, и кислород, которым мы дышим. Существует довольно расхожее мнение, что продукты и кисло­род необходимы нам лишь для получения энергии, но, на самом деле, это верно лишь отчасти. Потребляемые нами продукты дей­ствительно окисляются кислородом, кото­рый мы вдыхаем, и это обеспечивает нас энергией. Но большая часть этой энергии снова покидает наши тела, главным обра­зом, в виде тепла. Поскольку энергия сохра­няется, и поскольку реальное энергетичес­кое содержание наших тел остается более или менее неизменным на протяжении всей нашей взрослой жизни, то нет никакой не­обходимости и увеличивать его. Нам вполне достаточно той энергии, которая содержится в наших телах в настоящий момент. Иногда мы, действительно, увеличиваем собствен­ное энергетическое содержание, когда нара­щиваем вес - но это, как правило, совсем нежелательно! Также, начиная с детского возраста, по мере взросления и роста наше­го тела, мы значительно увеличиваем свое энергетическое содержание; но речь сейчас идет совсем не об этом. Вопрос заключается в том, как нам удается поддерживать свою жизнь на всем ее протяжении (в основном во взрослый период). Для этого нам совсем не требуется увеличивать свое энергетичес­кое содержание.

Тем не менее, нам действительно необ­ходимо пополнять энергию, которую мы по­стоянно теряем в виде тепла. Несомненно, что чем более мы «энергичны», тем большее количество энергии мы теряем таким обра­зом. Вся эта энергия должна быть восста­новлена. Тепло - это самая неупорядочен­ная, т. е. самая высокоэнтропийная форма энергии в ряду остальных. Мы потребляем энергию в низкоэнтропийной форме (про­дукты и кислород), а выделяем ее в форме высокоэнтропийной (тепло, углекислый газ, экскременты). Нам не нужно как-то выла­вливать энергию из окружающей среды, так как энергия сохраняется. Но мы непрерывно боремся со вторым началом термодинами­ки. Энтропия не постоянна - она все время растет. Для поддержания нашей жизни нам необходимо сохранять тот низкий уровень энтропии, который имеется внутри нас. Это нам удается благодаря потреблению низко­энтропийной комбинации продуктов и ат­мосферного кислорода, их взаимодействию в наших телах и выделению энергии, кото­рую иначе мы бы усвоили, в высокоэнтропийной форме. Таким образом, мы можем предохранять энтропию наших тел от воз­растания и можем поддерживать (и даже совершенствовать) свою внутреннюю орга­низацию.

А откуда берется этот запас низкой эн­тропии? Если речь идет о мясе (или грибах!), то эти продукты, как и мы сами, долж­ны были использовать внешние низкоэн­тропийные источники следующего уровня, для обеспечения и поддержания своей низ­коэнтропийной структуры. Это только пере­водит вопрос об источнике внешней низкой энтропии на что-то еще. Предположим те­перь, что мы (или животные, или грибы) потребляем растения. Все мы, на самом де­ле, должны быть чрезвычайно благодарны зеленым растениям - прямо или косвен­но - за их замечательную способность по­треблять атмосферный углекислый газ, раз­делять углерод и кислород и использовать углерод в качестве строительного материала для своих организмов.

Этот процесс, называемый фотосинте­зом, приводит к сильному понижению эн­тропии. Мы сами используем это низкоэн­тропийное разделение, в конечном счете, просто соединяя снова кислород и угле­род внутри наших тел. Каким же образом зеленые растения совершают подобное чу­до? Они используют солнечный свет. Этот свет переносит энергию с Солнца на Зем­лю в сравнительно низкоэнтропийной фор­ме-в виде фотонов видимого света. Зем­ля, включая и ее обитателей, не задержива­ет эту энергию надолго, а переизлучает ее целиком обратно в окружающее простран­ство. Однако эта переизлученная энергия находится уже в высокоэнтропийной фор­ме, а именно, в виде так называемого «ра­диационного тепла», т. е. инфракрасных фо­тонов. В противоположность общепринято­му мнению, Земля вместе с ее обитателями не получает энергии от Солнца! Вся роль Земли здесь сводится к тому, чтобы при­нять энергию в низкоэнтропийной форме, а затем рассеять ее обратно в окружающее пространство, но уже как энергию с высокой энтропией (рис. 1). Таким образом, Солн­це служит для нас мощным источником низкой энтропии. Мы (благодаря упомяну­той замечательной способности растений)

Рис. 1. Так мы используем Солнце - раскаленный шар среди темноты космического пространства

это используем, выделяя некоторую неболь­шую ее часть и преобразуя ее в удивитель­ные по своей сложности структуры наших организмов.

Давайте теперь в общих чертах рассмо­трим, что происходит с энергией и энтро­пией относительно Солнца и Земли. Солнце излучает энергию в виде фотонов видимого диапазона длин волн. Часть из них поглоща­ется Землей, а затем переизлучается в виде фотонов инфракрасного диапазона. Реша­ющее значение здесь имеет тот факт, что видимые фотоны имеют большую частоту, чем инфракрасные и, следовательно, боль­шую энергию, приходящуюся на одну части­цу. (Вспомните формулу Планка Е = hv ). Она как раз и го­ворит о том, что энергия фотона пропор­циональна его частоте.) Так как одиночный видимый фотон обладает большей энерги­ей, чем одиночный инфракрасный, то види­мых фотонов, падающих на Землю, должно быть меньше, чем инфракрасных, испус­каемых Землей, причем ровно настолько, чтобы соблюдался баланс между падающей и излученной энергиями. А значит, энергия, переизлучаемая Землей в окружающее про­странство, распределяется по гораздо боль­шему числу степеней свободы, чем энергия, получаемая Землей от Солнца. Из-за этого большого числа задействованных степеней свободы соответствующий объем в фазовом пространстве электромагнитного поля также оказывается значительно большим у переиз­лученных фотонов по сравнению с фазовым объемом падающих и, следовательно, энтропия системы фотонов после переизлуче­ния существенно возрастает. Зеленые расте­ния, потребляя энергию в низкоэнтропий­ной форме (сравнительно небольшого числа видимых фотонов) и переизлучая ее в высо­коэнтропийной форме (сравнительно боль­шого числа инфракрасных фотонов), одно­временно обеспечивают себя необходимой низкой энтропией, а нас - жизненно необ­ходимым разделением углерода и кислорода.

И все это возможно благодаря тому, что Солнце - это горячее пятно на небе! Дело в том, что небо находится в термодинами­чески неравновесном состоянии: один его небольшой участок, а именно, тот, кото­рый и занимает Солнце, имеет температуру, намного превышающую температуру остав­шейся его части. Благодаря этому мы и ока­зываемся обеспечены мощным источником низкой энтропии. Земля получает энергию от этого горячего пятна в низкоэнтропийной форме (немного фотонов) и переизлучает ее в холодные области неба в высокоэнтропий­ной форме (много фотонов).

А почему Солнце является этим горя­чим пятном? Каким образом оно приобрело столь высокую температуру и затем смогло поддерживать низкоэнтропийные состояния других систем? Ответ заключается в том, что изначально оно образовалось из однородно­го газового облака (главным образом - во­дорода) посредством гравитационного сжа­тия. В ходе этого процесса, еще на ранних стадиях своего образования, Солнце разо­грелось. Оно продолжало бы и далее сжи­маться и разогреваться, если бы, при некото­рых определенных давлении и температуре, в игру не вступил другой источник энер­гии негравитационной природы, а именно, термоядерные реакции: слияние ядер водо­рода в ядра гелия с выделением энергии. Без термоядерных реакций Солнце было бы намного горячее и меньше, чем сейчас, оста­ваясь таким до самого момента своей звезд­ной смерти. Термоядерные реакции не дали Солнцу стать слишком горячим, приостано­вив его дальнейшее сжатие и стабилизировав температуру Солнца на том уровне, который оказался вполне пригоден для нашей жизни, одновременно продлив при этом период его свечения.

Важно отметить, однако, что хотя тер­моядерные реакции и играют очень важ­ную роль в происхождении и установле­нии количественных характеристик солнеч­ной энергии, именно гравитация является здесь решающим фактором. (На самом де­ле, возможность термоядерных реакций да­ет существенный вклад в низкую энтропию Солнца, но учесть энтропию, обусловлен­ную слиянием ядер весьма непросто, и де­тальное обсуждение этого вопроса только усложнило бы наши рассуждения, не изме­няя окончательного вывода. Без грави­тации Солнце вообще не могло бы суще­ствовать! Оно продолжало бы светить и без термоядерных реакций (хотя в этом случае его излучение было бы губительным для нас), но без гравитации оно не светило бы вообще, поскольку именно гравитационное взаимодействие связывает вещество Солн­ца и обеспечивает необходимые температуру и давление. Без гравитации вместо Солнца мы имели бы холодный и рассеянный газ - такой же «мертвый», как и остальное кос­мическое пространство вокруг нас.

Нам осталось обсудить вопрос об ис­точнике низкой энтропии различных ви­дов «природного топлива» на Земле; но суть и в этом случае остается прежней. В соот­ветствии с общепринятыми взглядами, вся нефть (и природный газ) образовались из до­исторической растительности. И снова ра­стения оказываются источником низкой эн­тропии. Поскольку доисторическая расти­тельность имела благодаря Солнцу низкую энтропию, то мы опять возвращаемся к гра­витации, которая формирует Солнце из рас­сеянного газа. Существует интересная «аль­тернативная» теория происхождения неф­ти на Земле, выдвинутая Томасом Голдом, который оспаривает традиционный подход, утверждая, что доисторическая раститель­ность не могла послужить источником такой гигантской массы гидрокарбонатов на Зем­ле. Голд полагает, что нефть и природный газ были захвачены внутренностью Земли во время ее формирования, и с тех пор они непрерывно просачиваются наружу, на­капливаясь в подземных пустотах и по сей день М. Согласно теории Голда, синтез неф­ти в любом случае должен был происхо­дить под действием солнечного света, хотя на этот раз в космосе, прежде чем сформи­ровалась Земля. Но и здесь за все отвечает Солнце, которое сформировала гравитация.

А что можно сказать по поводу низ­коэнтропийной ядерной энергии изотопа урана-235, который используется в ядерных реакторах? Она имеет своим источником не само Солнце (хотя вполне и могла быть связана с Солнцем на некоторой стадии), а какие-то другие звезды, которые взорва­лись много миллиардов лет назад во вре­мя вспышек сверхновых. В действительно­сти, этот материал образовался в результате большого числа таких вспышек. Он рас­сеялся в пространстве после взрыва, часть его случайно соединилась (под воздействи­ем Солнца) и обеспечила Землю тяжелыми элементами, включая и весь запас урана-235 на ней. Каждое ядро, с его низкоэнтропий­ным запасом энергии, возникло в результа­те грандиозного ядерного процесса, проис­ходившего во время вспышки сверхновой. Этот взрыв, в свою очередь, был следствием гравитационного коллапса звезды, кото­рая была слишком массивна, чтобы сдер­живать этот коллапс одними только силами теплового давления. После такого колла­пса и последующего взрыва обычно оста­ется только небольшое ядро - возможно, в виде так называемой нейтронной звезды. Эта звезда должна была получиться в результате гра­витационного сжатия рассеянного газового облака, и большая часть ее исходного веще­ства - включая и наш уран-235 - должна была быть выброшена обратно в космичес­кое пространство. При этом, однако, благо­даря гравитационному сжатию, в целом про­изошел колоссальный выигрыш в энтропии, заключенной в ядре оставшейся нейтронной звезды. И снова именно гравитация оконча­тельно все расставила по местам, конденси­руя (на последних этапах - стремительно) рассеянный газ в нейтронную звезду.

Таким образом, напрашивается вывод, что вся та удивительно низкая энтропия, которую мы обнаруживаем вокруг себя - и которая составляет наиболее загадочную сторону второго начала термодинамики - должна быть приписана тому, что огром­ный выигрыш в энтропии может быть по­лучен в процессе гравитационного сжатия рассеянного газа в звезды. А откуда взял­ся весь этот рассеянный газ? Здесь для нас важно, что в самом начале этот газ был рас­сеянным, благодаря чему человечество было обеспечено огромным запасом низкой эн­тропии, которого нам хватало до сих пор и хватит еще на продолжительный период в будущем.

Именно возможность собирания этого газа в гравитационные сгустки и дала нам второе начало термодинамики. Более того, эти сгустки не просто послужили основани­ем второго начала, но дали нечто намного более точное и определенное, чем простое утверждение: «Энтропия мира вначале была очень низкой». Ведь энтропия могла быть дана нам низкой и многими другими спосо­бами, например, в ранней вселенной мог бы иметь место космологический «явный поря­док» совсем другого рода, чем тот, с которым мы сталкиваемся в действительности.

Представьте себе, что ранняя вселен­ная была бы правильным додекаэдром - как это могло видеться Платону - или име­ла бы какую-нибудь другую самую неверо­ятную геометрическую форму. Это был бы, конечно, самый настоящий «явный поря­док», но совсем не тот, который мы ожида­ли бы обнаружить в действительной ранней вселенной!) Мы должны разобраться в том, откуда взялся весь этот рассеянный газ, для чего нам необходимо обратиться к суще­ствующим космологическим теориям.

Космология

и Большой взрыв

Наша Вселенная на всех масштабах, до­ступных для наблюдений с помощью са­мых мощных оптических и радиотелеско­пов, оказывается в целом довольно однород­ной; и, что еще более впечатляет, она расши­ряется. При этом, чем большее расстояние разделяет нас и удаленные объекты - га­лактики (или совсем далекие квазары), тем с большей скоростью эти объекты удаляются от нас. Все выглядит так, как будто сама Все­ленная родилась в результате гигантского взрыва, который принято называть Большим взрывом, имевшим место несколько десятков миллиардов лет назад 4). Убедительным сви­детельством в пользу однородности Вселен­ной и существования Большого взрыва ока­залось открытиечернотельного фонового из­лучения. Это тепловое излучение, состоящее из фотонов, не имеющих явного источника и движущихся совершенно хаотично, име­ет температуру 2,7° по абсолютной шкале (2,7 К), т. е. -270,3° Цельсия или 454,4° ниже нуля по Фаренгейту. И хотя кажет­ся, что эта температура очень низка (а так оно, в действительности, и есть!), это излу­чение представляет собой остаток вспышки самого Большого взрыва! Из-за колоссаль­ного расширения, которое испытала Вселен­ная с момента Большого взрыва, начальный пылающий сгусток вещества распределился впоследствии по гигантскому объему. Тем­пература Большого взрыва намного превы­шала все мыслимые значения, с которыми мы имеем дело, но из-за расширения она понизилась до той совершенно ничтожной величины, которую чернотельное фоновое излучение имеет сегодня.

Впервые существование фонового излу­чения было теоретически предсказано аме­риканским физиком и астрономом русского происхождения Георгием Гамовым в 1948 го­ду, на основе общепринятой ныне теории Большого взрыва. А в 1965 году Пензиас и Вильсон впервые (и совершенно случай­но) обнаружили его.

Я собираюсь задать вопрос, который обычно многих озадачивает. Если все да­лекие галактики во Вселенной удаляются от нас, не означает ли это, что мы сами занимаем какое-то особое центральное по­ложение во Вселенной? Оказывается, нет! Точно такое же разбегание наблюдалось бы и из любого другого места во Вселенной. В больших масштабах расширение Вселен­ной однородно и все положения во Вселен­ной совершенно равноправны.

4 " В настоящее время эта цифра уточняется. Совре­менные оценки возраста Вселенной колеблются меж­ду 6 х ю" и 1,5 х 10 10 лет. В любом случае эти цифры намного превосходят те 10 9 лет, которые полагались в качестве оценки возраста Вселенной сразу после от­крытия ее расширения Эдвином Хабблом приблизи­тельно в 1930 году.

Экология познания. Как вы думаете, для чего мы едим? Стандартный и при этом совсем неточный, и даже, скорее, неправильный ответ: мы получаем энергию. А какой же правильный? Сейчас расскажу. Но начнём с энтропии.

Как вы думаете, для чего мы едим? Стандартный и при этом совсем неточный, и даже, скорее, неправильный ответ: мы получаем энергию. А какой же правильный? Сейчас расскажу. Но начнём с энтропии.

Энтропия - понятие очень сложное и многогранное. Эдакая бяка-закаляка, которая пронизывает всё вокруг и нас самих. И если попытаться определить, что же это такое, то это мера беспорядка, мера хаоса. А рождается энтропия из совершенно, казалось бы, безобидного бытового фактика: ничем холодным нельзя нагреть более тёплое. Наоборот, что-то горячее будет нагревать это холодное, причем до того момента, пока между этими двумя предметами не наступит тепловое равновесие. Только что отваренное горячее яйцо, как известно, довольно быстро остынет, если поместить его в холодную воду, но эту воду оно при этом нагреет. И то и другое станет теплым. Яйцо можно комфортно поедать, а воду можно вылить, если не найдете ей какого-то иного применения: но рано или поздно она всё равно остынет, сравнявшись с температурой воздуха в вашей кухне. Всё вышеописанное в физике называется вторым началом термодинамики. Оно, это второе начало, не следует ни из чего. Оно не является следствием каких-то великих теорий и не вытекает из изощренных теорем. Это просто наблюдаемый факт. Мы постулируем, что это так, потому что никто никогда в нашем мире не видел, чтобы холодное еще больше нагрело горячее.

А энтропия - следствие этого факта. Максимальная энтропия (хаос) в системе (яйцо, холодная вода и воздух на вашей кухне) возникнет, когда система придет в термодинамическое равновесие, то есть температура яйца, воды и окружающего их воздуха сравняется. Если вы не съедите яйцо еще тёплым, конечно. Казалось бы, когда всё уравновешивается, тут-то и наступает полный порядок. Ан нет. Всё наоборот. И связано это с внутренним микросостоянием системы, ее молекулярным уровнем.

Представьте себе все те мириады молекул, которые образуют воздух на вашей кухне. Они совершенно беспорядочно, хаотично носятся по всему ее объему, сталкиваясь и непрестанно меняя направление. Причем чем выше температура (стоит летний зной, а кондиционер вы так и не поставили), тем быстрее и, следовательно, хаотичней эти молекулы носятся вокруг вас. Отсюда первый вывод: чем выше температура системы, тем выше мера ее хаоса, то есть энтропии. Но взглянем на тот же самый воздух на вашей кухне с другой стороны. Сколь ни покажется странным, но именно благодаря хаотичности и случайности передвижений молекул воздуха они не концентрируются в каком-то одном углу, а достаточно равномерно распределяются по всему ее объёму. Если бы воздух вел себя иначе, нам пришлось бы бегать за ним, пытаясь перед каждым вдохом определить, в какой же угол он на сей раз забился. Но, слава богу, молекулы воздуха в норме ведут себя самым предсказуемым, наиболее вероятным, образом: как и всякий газ, воздух займет весь тот объём, который ему будет предложен. Кухню - так кухню, весь воздушный бассейн Земли - так весь воздушный бассейн (в космос, как вы понимаете, он не улетает из-за гравитации).

Это вам не какой-нибудь высокоэнтропийный воздух вашей кухни. Это низкоэнтропийный воздух, «загнанный» в баночку. А вы-то думали, почему так дорого…

И наоборот. Если нам вздумается загнать-таки воздух в какой-либо один угол нашей кухни, нам потребуется уйма изобретательности, сил и энергии, чтобы это проделать. Очевидно, нам понадобится какая-то герметичная перегородка, достаточно мощный насос, какая-то энергетическая установка для подпитки этого насоса и т. д. Иными словами, чтобы заставить воздух вести себя неким организованным образом, нам потребуется проделать большую работу. Только так мы заставим его нарушить наиболее вероятное своё поведение и собраться в понравившемся нам углу. И при этом мы уменьшим меру его беспорядка: энтропия системы уменьшится. Отсюда следует: чем менее вероятный характер приобретет микросостояние системы, тем ниже энтропия этой системы, то есть мера ее беспорядка. И наоборот. А так как термодинамическое равновесие - это наиболее вероятное состояние любой замкнутой системы, то оно, это состояние, и будет самым высокоэнтропийным.

Кому-то этот мой рассказ может показаться чем-то отвлеченным, не слишком существенным: какое нам дело до микросостояний каких-то там систем, даже если это касается яйца, которое мы собираемся съесть на завтрак. Вряд ли тот факт, что яйцо придет в термодинамическое равновесие с холодной водой, которой мы его залили специально, чтобы немножко охладить, испортит нам аппетит. А воздух, слава богу, ведет себя самым подобающим, наиболее вероятным для себя и ожидаемым нами образом. Но к сожалению, это не отвлеченные разговоры. Энтропия - это то, что всё в этом мире и сам этот мир направляет к смерти.

Существует закон неубывания энтропии. На самом деле, мы можем смело говорить, что это закон постоянного возрастания энтропии.Неубывание касается систем, достигших своего термодинамического равновесия, то есть своего максимума энтропии. Во всех остальных случаях речь идет исключительно о возрастании энтропии. Что случится с нашими яйцом, водой и воздухом на кухне (боюсь, они вам порядочно уже надоели, но вскоре мы их оставим в покое), когда они достигнут своего температурного равновесия? Если мы будем их считать замкнутой системой, то есть изолируем от внешнего мира, то эта система придет, в конце концов, в полный покой, там прекратятся какие бы то ни было процессы. Это будет покой смерти, вечный покой. Исключением, правда, будут различные квантовые эффекты, связанные с принципом неопределенности, но тут мы их оставим за скобками, чтобы не запутаться. Именно из-за энтропии невозможно создание вечного двигателя, потому что эволюция любой замкнутой системы должна закончиться полным покоем.

Наша Вселенная - это, скорее всего, замкнутая система. По крайней мере, так считает большинство ученых: нет никаких научных свидетельств того, чтобы в нее поступало что-либо извне. Всякая замкнутая система стремится к термодинамическому равновесию. То, что энтропия нашей Вселенной непрерывно растет - факт, не вызывающий сомнений. Когда физики оценили энтропию фонового излучения, которое осталось от Большого взрыва и которое пронизывает всю Вселенную, они были, по их собственным словам, просто ошарашены (сн: Роджер Пенроуз. Новый ум короля). И до относительно недавнего времени наиболее вероятным сценарием гибели Вселенной считалась так называемая тепловая смерть, то есть Вселенная должна была, как казалось тогда, завершить свой путь, достигнув термодинамического равновесия при температуре близкой к абсолютному нулю. Попросту говоря - замерзнуть.

Но когда была проведена оценка энтропии черных дыр, стало очевидным, что она, а следовательно, энтропия всей Вселенной, на много порядков больше, чем можно было себе вообразить. Точкой равновесия нашей Вселенной как системы должно быть равновесие сверхмассивной черной дыры. Нет ни одного научно обоснованного оптимистического сценария эволюции нашего мира: гибель его неизбежна.

Мир, который мы видим вокруг себя, обречен, потому что базируется на принципе постоянного стремления к самоуничтожению: максимуму беспорядка и энергетическому минимуму. Всякое поле старается сбросить лишнюю энергию, образовав квант; всякий возбужденный электрон при любом удобном случае отдает лишний фотон, чтобы спуститься на более низкий энергетический уровень; всякий камень при первой возможности готов скатиться с горы, чтобы избавиться от лишней потенциальной энергии.

С точки зрения современного научного знания, совершенно противоестественным для нашего мира выглядит само рождение Вселенной, образование звезд и планет (вообще, вещества), зарождение жизни, формирование сознания. Все эти феномены, совершенно очевидно, противоположны мэйнстриму эволюции мира. Безусловно, локально, в отдельно взятых уголочках Вселенной возможно преобладание негэнтропии (этот термин обозначает отрицательную энтропию, то есть меру противоположного процесса - уменьшение беспорядка; несколько позже мы увидим, что практически всегда негэнтропия тождественна такому понятию, как информация). Но за это приходится расплачиваться ростом энтропии вокруг таких исключительных уголков.

Так зачем же мы едим? Для того чтобы получать необходимую человеку энергию, достаточно летнего солнышка или печки-буржуйки в холод. А для многих из нас и этого не надо: вспомним, масса пропорциональна энергии. Вы давно взвешивались? Всякий человек отдает в окружающее пространство примерно столько же тепловой энергии, сколько получает извне. А если бы получал больше, чем отдавал, он постоянно бы увеличивался в размерах (что со многими из нас и происходит). Но вспомните, сколько энергии(!) наш организм тратит на то, чтобы избавиться от лишней тепловой (высокоэнтропийной) энергии в зной: усиленная работа потовых желез, расширенные сосуды, учащенные дыхание и сердцебиение…

На самом деле с едой в первую очередь мы получаем негэнтропию. Человек - существо очень высокоорганизованное, то есть, извините за выражение, существо низкоэнтропийное. Чтобы поддерживать это своё состояние, ему необходим источник этой самой низкой энтропии. Таким источником для нас служат растения, научившиеся фотосинтезу и способные создавать органические (сложные и маловероятные, а следовательно, низкоэнтропийные) вещества под воздействием солнечного света. Видимый спектр света - относительно низкоэнтропийная форма излучения. Именно его используют растения (и некоторые микроорганизмы), чтобы разделять атмосферный углекислый газ на кислород и углерод и затем формировать свою сложную органическую структуру. При этом в окружающее пространство они излучают тепло, оно же высокоэнтропийное, инфракрасное излучение.

Мы едим растения напрямую, а также косвенно, употребляя в пищу мясо, рыбу и другие продукты животного происхождения (понятно, что те, кого едим мы, поедали до недавнего времени растения или тех, кто поедал растения). И тем самым получаем сложные органические соединения, из которых уже дальше строим самих себя и в том числе свою сложную (низкоэнтропийную) энергетическую систему. А во вне выделяем опять-таки тепло и относительно высокоэнтропийный углекислый газ при дыхании. Если бы животные, включая человека, сами были бы способны к фотосинтезу, то пища им при комфортной температуре внешней среды, пожалуй, не требовалась вовсе. Разве что минеральные удобрения. Ну и вода, конечно. Не знаю, как вас, меня такая гипотетическая возможность почему-то не очень радует: то ли слишком люблю поесть, то ли высокомерно отношусь к растениям и не хочу на них походить. И то и другое, наверное, не очень хорошо. Но очевидно одно: разделение труда целесообразно не только в человеческом обществе, но и в живой природе в целом.

Вот и пообедали…

Благодаря такой локальной неоднородности в нашем уголке Вселенной, каким является лучащееся Солнце, на нашем небосводе мы имеем бесплатный источник низкоэнтропийного, упорядоченного излучения. А потому возможно существование жизни на нашей планете. Но, получая солнечный свет, мы, Земля и все ее обитатели вместе взятые, в качестве «благодарности» переадресуем в холодный космос, прежде всего, высокоэнтропийное, хаотическое тепловое излучение. Таким образом, энтропия всей системы, нашей Вселенной, растет. Да что там космос. Я даже боюсь заикаться о том невероятном количестве энтропии, которую люди, существа, как считается, разумные, производят вокруг себя: в среде собственного обитания. Платой за продукты всех наших высоких (и не слишком высоких) технологий, а эти продукты также очень высокоорганизованная (организованная нами) форма материи, является то самое загрязнение окружающей среды, которое уже стало прямой угрозой существования самому человечеству.

Энтропия подчинила себе не только вещество и энергию. Она подчинила себе и само время. Все фундаментальные уравнения физики, которыми описывается наш мир, симметричны во времени. То есть будущее и прошлое, с точки зрения физики, абсолютно равноправны. И в классической механике, и в квантовой, и в волновых уравнениях Максвелла, и в теории относительности, везде (есть одно исключение, которое относится к ядерной физике, так называемому слабому взаимодействию, но что следует из этого исключения, сами ядерщики пока не понимают). Уравнения - они потому и уравнения, что левая часть равна правой. Иными словами, время не должно было бы иметь никакого направления: что из прошлого в будущее, что из будущего в прошлое - всё равно. Если бы не энтропия!

Классический пример, который используют физики, чтобы показать непосвященным, как же у времени появляется направление или, как его еще называют, стрела времени. Чашка чая на столе. Вот она стоит. Её случайно задели, она падает, вокруг осколки, чай растекается по полу. Картинка всеми нами виденная и не раз. Но никто никогда не видел обратного, если не считать перемотки видео или киноплёнки назад: чтобы осколки собрались снова в целую чашку, в неё забрался чай, и чашка легко запрыгнула на стол. Но с точки зрения физики, энергия, полученная чашкой при падении и столкновении с полом, будет в точности равна энергии необходимой для того, чтобы всем осколкам и чаю собраться вместе и запрыгнуть назад на стол. Закон сохранения энергии и здесь срабатывает в полном объёме. Так что же мешает это сделать? Другой закон, вытекающий из второго начала термодинамики: закон неубывания энтропии.

Дело тут в том, что энергия, полученная чашкой при падении, в основном перешла в тепло. Атомы осколков и чая после удара о пол (который тоже немножко нагрелся) стали двигаться чуточку быстрее, хаотичней. То есть энтропия системы повысилась. И чтобы вернуть их в прежнее, более организованное состояние, потребуется невероятно точная обратная настройка этих атомов, которая, скорее всего, просто невозможна. Не говоря уже о том, что часть образовавшегося тепла тут же рассеется в окружающем пространстве. Конечно, если помнить законы квантовой механики, можно всё же надеяться, что из всех миллиардов, миллиардов, миллиардов чашек, стаканов, бокалов, рюмок, тарелок, плошек, пиал и т. д., упавших со столов за всю историю человечества, хотя бы одна (или один) собралась сама собой и всё же запрыгнула на прежнее место. Но скажите честно, вы поверите свидетелям такого происшествия? В лучшем случае решите, что эти свидетели предварительно выпили слишком много содержимого своих чашек, стаканов, бокалов и рюмок, и что в них был вовсе не чай. Хотя законы физики не запрещают подобных событий. Но они, эти события, очень редки, а потому мы относим их в лучшем случае к чудесам, а в худшем - к галлюцинациям.

Мы не видим пожаренных яичниц, собирающихся назад в свежие яйца, каминной золы, снова превращающейся в поленья, кусочков сахара, выпрыгивающих из горячего кофе прямо в руку тому, кто их туда положил. Время для нас течет только в одну сторону. А направление ему задает энтропия, и только она. И направление это, как мы выяснили выше, довольно мрачное: к разрушению и смерти. Обычно, чуточку повзрослев, мы начинаем это замечать и по себе, и оглядываясь вокруг. Но напрасно мы говорим, что время неумолимо. Неумолима, на самом деле, энтропия.

И тут я хотел бы вернуться к понятию сингулярности, о чем мы говорили в предыдущей статье. Мы относительно подробно рассмотрели, какими будут конечные сингулярности (или конечная сингулярность) этого мира. Эта сингулярность черной дыры - самой высокоэнтропийной системы, которая человечеству известна. Но эта же картина говорит о том, что наш мир в самом начале должен был быть очень упорядоченным. Начальная сингулярность, породившая Большой взрыв, должна была быть необычайно низкоэнтропийной, потому что в наблюдаемом нами мире энтропия непрерывно растет, значит, когда-то она была низкой или равной нулю. Космология сегодняшнего дня - это пространство нераскрытых тайн и неразгаданных загадок. Но тайна начального состояния мира, пожалуй, самая большая.

Роджер Пенроуз оценочно посчитал величину энтропии для конечного коллапса нашей Вселенной: 1010123! Отсюда через представление о фазовом объёме (фазовое пространство – это множество всех состояний системы в конкретный момент времени. В фазовом пространстве состояние системы описывается координатами одной точки, а вся эволюция системы - перемещением этой точки) Пенроуз делает вывод о вероятности возникновения мира, в котором бы соблюдалось второе начало термодинамики в том виде, который мы знаем.

Эта величина свидетельствует о том, насколько точным должен был быть замысел Творца: точность составляла примерно одну 1010123–ую! Это поразительная точность. Подобную цифру нельзя даже полностью выписать в обычной десятичной системе исчисления: она представляла бы собой 1 с последующими 10¹²³ нулями! Даже если бы мы были в состоянии записать «0» на каждом протоне и каждом нейтроне во вселенной, а также использовали для этой цели все остальные частицы, наше число, тем не менее, осталось бы недописанным. (Р. Пенроуз. Новый ум короля)

Замечу, что вероятности ниже 1/1050 математики считают нулевыми и не учитывают при расчетах, а это число, записанное в десятичной системе, легко вмещается в одну строку стандартного листа писчей бумаги.

Приведённое Пенроузом немыслимое число (так и хочется сделать его именем собственным и писать с большой буквы - Число), по его словам, очень приблизительная, наименьшая точность, которая потребовалась для организации Большого взрыва, породившего наблюдаемый нами мир. В то же время конечная сингулярность Вселенной, примером которой для нас служит сингулярность черных дыр, как мы говорили выше, должна быть совершенно хаотична. Материальный мир идёт к смерти. Но создан он был для жизни! И об этом я надеюсь рассказать в дальнейшем. опубликовано

ЭНТРОПИЯ ВСЕЛЕННОЙ

ЭНТРОПИЯ ВСЕЛЕННОЙ

Величина, характеризующая степень неупорядоченности и тепловое состояние Вселенной. Количественно оценить полную Э. В. как энтропию Клаузиуса (см. Энтропия )нельзя, поскольку Вселенная не является термодинамич. системой. Действительно, из-за того, что гравитационное взаимодействие является дальнодействующим и неэкранируемым, грави-тац. Вселенной (в той степени, в какой её вообще можно определить) не пропорциональна её объёму. Напр., в ньютоновском приближении гравитац. энергию сферич. массы М с однородной плотностью р можно оценить по ф-ле: U ~-GM 2 V -1/3 = -G r 2 V 5/3 , где G -ньютоновская гравитационная постоянная, V- объём. Полная энергия Вселенной тоже не пропорциональна объёму и потому не есть аддитивная величина. Кроме того, Вселенная, согласно Хаббла закону, расширяется, т. е. нестационарна. Оба эти факта означают, что Вселенная не удовлетворяет исходным аксиомам термодинамики об аддитивности энергии и существовании термодинамич. равновесия. Поэтому Вселенная как целое не характеризуется и к.-л. одной темп-рой. Оценить Э. В. как энтропию Больцмана k ln Г, где k - Больцмана постоянная, Г - число возможных микросостояний системы, также нельзя, поскольку Вселенная не "пробегает" все возможные , а эволюционирует от одного состояния к другому. Иными словами, для всей Вселенной нельзя ввести Гиббса (см. в ст. Гиббса распределения), т. к. нельзя пренебречь гравитац. взаимодействием членов такого ансамбля.

Однако во Вселенной можно выделить подсистемы, к к-рым применимо термодинамич. и статистич. описание, и вычислить их энтропию. Такими подсистемами являются, напр., все компактные объекты ( , планеты и др.). Но полная всех наблюдаемых компактных объектов ничтожна по сравнению с энтропией, содержащейся в тепловом реликтовом микроволновом фоновом излучении с темп-рой T =2,73 К (см. Космология). Плотность его энтропии равна =1,49 . 10 3 см -3 k,

где s - Стефана-Больцмана постоянная, с - скорость света (в этой ф-ле не учитывается гравитац. фотонов реликт. излучения друг с другом и с остальной материей во Вселенной). Плотность числа фотонов связана с плотностью энтропии ф-лой n g = s g k -1 / 3,602. Каждый из сортов безмассовых (или имеющих массу покоя т<< 1 МэВ) вносит в Э. В. дополнит. вклад , т. к. в стандартном космологич. сценарии темп-pa безмассовых нейтрино [Альфер (R. Alpher) и Херман (R. Herman), 1953]. Плотность энтропии можно определить и для гравитонов; ожидаемый вклад в Э. В. от реликтовых гравитонов, возникших вблизи сингулярности космологической, также не превосходит s g . Полная энтропия в единице сопутствующего веществу объёма Вселенной [к-рый растёт R 3 (t )с расширением Вселенной, R(t) - масштабный фактор Фридмана - Ро-бертсона-Уокера метрики ], связанная с безмассовыми частицами, мало изменяется, начиная с очень ранних стадий эволюции Вселенной-по крайней мере при t> 1 с после космологич. сингулярности. Иначе говоря, расширение Вселенной идёт практически адиабатически.

Как указано выше, осн. причиной, мешающей строго ввести понятие Э. В., является неограниченность по пространству и нестационарность крупномасштабного гравитац. поля Вселенной. Однако эта часть гравитац. поля весьма упорядочена - Вселенная почти однородна и изотропна в достаточно больших масштабах. Поэтому естественно предположить, что с крупномасштабным гравитац. полем не связано никакой существ. энтропии, как бы мы её ни определяли. Тогда полная плотность энтропии безмассовых частиц во Вселенной s g (~s g) будет близка к плотности Э. В. Соответствующая оценка полной энтропии той части Вселенной, к-рая доступна наблюдению в настоящий момент, есть ~10 90 k, где

Мпк-совр. космологич. горизонт, Н 0 - Хаббла постоянная в км/(с. Мпк) [здесь подразумевается, что R(t )/ 2/3 , ср. плотность вещества во Вселенной равна критич. плотности r с = 3H 2 0 /8pG , а пространственная равна нулю]. Сравнение этой величины с энтропией чёрной дыры, обладающей такой же массой г, к-рая равна S ч. r g 2 l Pl -2 ~ 10 124 k [r g = 2GM/c 2 - гравитац. радиус невращающейся чёрной дыры, 10 -33 см-планковская длина; см. Квантовая теория гравитации, Чёрные дыры ], показывает, насколько окружающая нас часть Вселенной далека от максимально неупорядоченного состояния. Вероятно, хотя и не доказано, что именно эта неравновесность наблюдаемой Вселенной является причиной справедливости 2-го начала термодинамики для всех замкнутых подсистем в ней.

Э. В. характеризуют также с помощью безразмерной уд. энтропии - энтропии, приходящейся на 1 барион; в част-

ности, , где п b - ср.

плотность числа барионов во Вселенной, W b - ср. плотность барионного вещества во Вселенной в долях критич. плотности r c . Величина , согласно теории космологического нуклеосинтеза, наиб. хорошо соответствует совр. распространённости лёгких хим. элементов Н, D, He 3 , He 4 , Li 7 . Тот факт, что полная удельная Э. В. S yд . >>1, свидетельствует о том, что в прошлом Вселенная была горячей, радиационно-доминированной. Плотность барионов n b ~R -3 (t )вследствие сохранения барионного заряда (разности между числом барионов и антибарио-нов). Однако в настоящее общеприняты гипотезы, что при очень больших энергиях и плотностях материи не сохраняется и что Вселенная содержала равные кол-ва вещества и антивещества на достаточно ранней стадии своей эволюции, вблизи космологич. сингулярности. Тогда избыток вещества над антивеществом может естественно возникнуть в ходе термодинамически неравновесного расширения Вселенной из-за нарушения СР-инвариантности (см. Барионная асимметрия Вселенной). Если эти гипотезы верны, то полная удельная Э. В. зависит не столько от числителя (s), сколько от знаменателя (n b ), и приближённо выражается через микрофиз. константы взаимодействий, ответственных за генерацию барионной асимметрии.

Существует предположение, что Э. В. как целого можно оценить, используя понятие энтропии Колмогорова-Синая (K -энтропии; см. Энтропия, Эргодическая теория). К- энтропия явл. мерой хаотичности и неустойчивости, она связана со ср. скоростью разбегания близких в нач. момент траекторий. Причём K -энтропия тем больше, чем быстрее разбегаются траектории, т. распределение вещества гравитационно неустойчиво; развитие неустойчивости приводит к образованию отд. сгустков. При гравитац. сжатии сгустка гравитац. энергия вещества переходит в тепловую энергию движения частиц. Поэтому образование звёзд и галактик из равномерно распределённого вещества сопровождается ростом K -энтропии. Т. о., в рамках этого предположения для Вселенной справедлив закон роста энтропии, хотя она и не является термодинамич. системой и в ходе эволюции становится структурно более сложной.

Энтропия Вселенной и стрела времени во Вселенной. Вопрос об Э. В. тесно связан с проблемой объяснения стрелы времени во Вселенной: необратимой временной эволюции от прошлого к будущему, направленной в одну сторону для всех наблюдаемых подсистем Вселенной. Известно, что законы механики, электродинамики, квантовой механики обратимы во времени. Ур-ния, описывающие эти законы, не изменяются при замене t на -t. В квантовой теории поля имеет место более общая СРT -инвариан-тность (см. Теорема СРТ). Это означает, что любой физ. процесс с элементарными частицами может быть осуществлён как в прямом, так и в обратном направлении времени (с заменой частиц на и с пространственной инверсией). Поэтому с его помощью нельзя определить стрелу времени. Пока известен единств. физ. закон - 2-е начало термодинамики-к-рый содержит утверждение о необратимой направленности процессов во времени. Он задаёт т. запаздывающие потенциалы эл.-магн. поля), а космологич. стрела времени задана расширением Вселенной. Не все эти стрелы времени эквивалентны: если термодинамич. и электродинамич. стрелы считаются совпадающими (хотя строгого доказательства этого нет), то , стрела не связана с ними к.-л. локальным причинным взаимодействием. В частности, нет оснований ожидать, что если какая-то часть Вселенной из-за гравитац. неустойчивости перестанет расширяться и начнёт сжиматься, то в ней изменят своё направление электродинамич. и термодинамич. стрелы времени. Однако вопрос о взаимообусловленности этих стрел времени и их связи с психологич. стрелой времени (ощущением каждым человеком необратимого течения времени от прошлого через настоящее в будущее) остаётся в значит. степени открытым.

Лит.: Зельдович Я. Б., Новиков И. Д., Строение и эволюция Вселенной, М., 1975; Долгов А. Д., Зельдович Я. Б., Сажин М. В., Космология ранней Вселенной, М., 1988.

И. К. Розгачёва, А. А. Старобинский.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Смотреть что такое "ЭНТРОПИЯ ВСЕЛЕННОЙ" в других словарях:

- (от греч. entropia – поворот, превращение) часть внутренней энергии замкнутой системы или энергетической совокупности Вселенной, которая не может быть использована, в частности не может перейти или быть преобразована в механическую работу. Точное … Философская энциклопедия

ЭНТРОПИЯ - ЭНТРОПИЯ, понятие, вводимое в термодинамике и являющееся как бы мерой необратимости процесса, мерой перехода энергии в такую форму, из к рой она не может самопроизвольно перейти в другие формы. Все мыслимые процессы, протекающие в любой системе,… … Большая медицинская энциклопедия

ЭНТРОПИЯ, показатель случайности или неупорядоченности строения физической системы. В ТЕРМОДИНАМИКЕ энтропия выражает количество тепловой энергии, пригодной для совершения работы: чем энергии меньше, тем выше энтропия. В масштабах Вселенной… … Научно-технический энциклопедический словарь

- [англ. entropy Словарь иностранных слов русского языка

Энтропия - Энтропия ♦ Entropie Свойство состояния изолированной (или принимаемой за таковую) физической системы, характеризуемое количеством самопроизвольного изменения, на которое она способна. Энтропия системы достигает максимума, когда она полностью … Философский словарь Спонвиля

- (греч en в, tropia поворот, превращение) понятие классической физики (введено в науку Р. Клаузиусом в 19 в.), посредством которого, в частности, описывалось действие второго начала термодинамики: в замкнутой системе, находящейся в стационарных… … Новейший философский словарь

- [εν (эн) в; τροπή (ςропэ) превращение] одно из наиболее абстрактных научных понятий, имеющее фундаментальное значение. 1. В классической термодинамике Э это понятие, введенное Клаузисом в середине XIX в. и… … Геологическая энциклопедия

энтропия - и, ж. entropie f., нем. Entropie <гр. en в, внутрь + trope поворот, превращение. 1. Физическая величина, характеризующая тепловое состояние тела или системы тел и возможные изменения этих состояний. Вычисление энтропии. БАС 1. ||… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

энтропия - ЭНТРОПИЯ (от греч. in в и trope поворот, превращение) понятие классической термодинамики, введенное Р. Клаузиусом. С его помощью формулируется один из ее основных законов, утверждающий, что Э. в замкнутой системе не может убывать. Когда Э … Энциклопедия эпистемологии и философии науки

Вселенная - наш большой необозримый дом. И очень хочется, чтобы процессы в ней были стабильны, поскольку все мы зависим от их результатов. Изучение и прогнозирование их представляет безусловный интерес.

Что такое Вселенная

Под Вселенной в самом распространенном, астрономическом смысле обычно понимают всю совокупность объектов, которые видны на небе. Это не только все доступные звезды и планеты, но и пространство между ними, а также второстепенные тела, такие как астероиды, кометы и так далее. Граница Вселенной теоретически существует. Но определить ее, а тем более достичь пока, к сожалению, невозможно. Да и при наших возможностях можно только наблюдать.

Энергия Вселенной

Принято считать, что пространство, которое заполняет пустоты во Вселенной, обладает энергией. Ее называют «темной», причем название это вполне научное. Оказывается, бесконечная Вселенная состоит из вещества, структурированную часть которого определяют как материю, а все остальное - энергия. Например, энергией являются поля. В отличие от излучения и веществ различных видов, она крепко и неразрывно связана с самим пространством. Она пронизывает каждый его сантиметр. С некоторыми допущениями можно также сказать, что само пространство, которое является безвоздушным, обладает некоторой условной массой и участвует в обычных процессах гравитационного взаимодействия. Именно с этих позиций объясняется также такое понятие, как энтропия Вселенной.

Что такое энтропия

Понятие энтропии может применяться в термодинамике для обозначения объемов энергии, которая необратимо теряется при рассеянии. Затем оно стало использоваться также в других научных отраслях как мера статистической вероятности, с которой может наступить некое макроскопическое событие. Каждому определенному состоянию соответствует конкретное значение энтропии.

Понятие энтропии Вселенной

Энтропия Вселенной - это, попросту говоря, мера хаоса. По мнению ученых, самым крупным источником беспорядка в нашем мире являются такие образования, как массивные и сверхмассивные Появляются работы, в рамках которых специалисты пытаются рассчитать точное значение этой меры. Однако оценки такой величины, как энтропия Вселенной, значительно отличаются - на 1-3 порядка. Это связано с тем, что при расчетах необходимо учитывать влияние на нее не только небесных объектов, но и темной энергии, особенности которой пока изучаются.

Связана также энтропия Вселенной с теорией большого взрыва и грядущей тепловой смертью. Наступить такое состояние должно в тот момент, когда значение этой величины достигнет максимума. Тогда в создавшейся замкнутой системе перестанут происходить какие-либо процессы, невозможной станет также жизнь. Любое изменение значения этого параметра связано с процессами переноса тепла от одного физического тела к другому.

Энтропия Вселенной постоянно меняется. Ученые проводят целый ряд исследований, чтобы определить общие закономерности и иметь возможность сделать верные прогнозы развития

Изменение энтропии Вселенной, связанное с этим самопроизвольным процессом переноса теплоты от более нагретого тела к менее нагретому, как нетрудно видеть, является положительной величиной, что находится в согласии со вторым законом термодинамики в том виде, как он сформулирован в разд.  

Если бы энтропия вселенной стала равной нулю, это означало бы, что достигнуто окончательное состояние, в котором уже невозможна никакая эволюция, Вселенная была бы, следовательно, однородной массой материи одинаковой температуры. Существование бесчисленных звезд, то есть огромных концентраций весьма горячей материи, показывает нам, что мы весьма далеки от этого состояния нулевой энтропии. Время же, необходимое, чтобы его достичь, по сравнению со сроками существования жизни на нашей планете - то же самое, что миллиарды веков по сравнению с одной секундой.  

Вычислите изменение энтропии Вселенной, вызванное этим процессом.  

При расчете изменения энтропии вселенной между спонтанным (необратимым) и равновесным (обратимым) путями наблюдается различие. В этих двух случаях изменение окружающей срет. Мы сейчас рассмотрим этот вопрос.  

В случае обратимого процесса энтропия вселенной постоянна, а в случае необратимого процесса возрастает.  

С установлением закола возрастания энтропии Вселенной воспряла духом церковь: раз будет энтропийный конец света, значит, было и его начало, следовательно, был, есть и будет творец - бог.  

Антинаучность утверждения Клаузиуса, что энтропия вселенной стремится к максимуму, заключается прежде всего в том, что он бездоказательно перенес выводы о возрастании энтропии в изолированной системе на безграничную систему, какой - является вселенная.  

Процесс, при протекании которого энтропия Вселенной возрастает.  

Это соотношение связывает полное изменение энтропии вселенной с изменениями в замкнутой системе и температурой окружающей среды.  

Поэтому постоянно остается термодинамический фактор - изменение энтропии вселенной. Энтропия вселенной возрастает; это возрастание энтропии обусловлено рассеянием энергии и вещества из более концентрированного в менее концентрированное состояние. Наиболее эффективным с точки зрения термодинамики всегда является синтез, наиболее близкий к термодинамически обратимому процессу. Однако по мере приближения к обратимости скорость уменьшается до нуля, и поэтому все реальные синтезы являются компромиссом между требованиями термодинамической обратимости и кинетическими требованиями значительного выхода. Если стоимость энергии достаточно высока, больший вес приобретают требования термодинамики; если же имеются богатые источники дешевой энергии, на первый план выступают кинетические требования.  

Можно ли объяснить тот интригующий факт, что начальная энтропия вселенной была чрезвычайно мала - а именно он и дает нам второе начало - тем обстоятельством, что вселенная началась с Большого взрыва. После некоторых размышлений мы обнаружим, что такое объяснение содержит в себе парадокс. И потому оно никак не может быть окончательным ответом. Вспомним, что первичный протошар представлял собой некоторое тепловое состояние, а именно, горячий расширяющийся газ в тепловом равновесии. Вспомним также, что термин тепловое равновесие относится к состоянию с максимальной энтропией.