Проблема тепловой смерти к селенной

У. Томсон экстраполировал принцип возрастания энтропии на круп­номасштабные процессы, протекающие в природе. Р. Клаузиус рас­пространил этот принцип на Вселенную в целом, что привело его к

 

гипотезе о тепловой смерти Вселенной. Все физические процессы про. текают в направлении передачи тепла от более горячих тел к менее горячим, это означает, что медленно, но верно идет процесс выравнива­ния температуры во Вселенной. Отсюда Клаузиус делает вывод о том, что «1. Энергия мира постоянна. 2. Энтропия мира стремится к макси­муму». Экстраполяционный вывод о грядущей тепловой смерти Все-1 ленной имеет философско-мировоззренческое значение, поскольку ука­зывает определенную верхнюю границу возможности существования человечества. С научной точки зрения возникают проблемы правомер­ности следующих экстраполяции, высказанных Клаузиусом: 1. Вселен­ная рассматривается как замкнутая система. 2. Эволюция мира может быть описана как смена его состояний. 3. Для мира как целого состо­яние с максимальной энтропией имеет смысл, как и для любой конеч­ной системы.

Проблемы эти представляют несомненную трудность и для совре­менной физической теории. Многие теоретики считают, что в общей теории относительности мир как целое должен рассматриваться «не как замкнутая система, а как система, находящаяся в переменном гра­витационном поле; в связи с этим применение закона возрастания энтропии не приводит к выводу о необходимости статистического равновесия» (Ландау Л.Д., Лифшиц ЕМ. Статистическая физика. М,, 1964. С. 46).

Смысл флуктуационной гипотезы, высказанной Л. Вольцманом

Проблему будущего развития Вселенной пытался разрешить Л. -Больцман, применивший к замкнутой Вселенной понятие «флуктуа­ции». Под флуктуацией физической величины понимается отклоне­ние истинного значения величины от ее среднего значения, обуслов­ленное хаотическим тепловым движением частиц системы. При фор­мулировании флуктуационной гипотезы Больцман исходил из допу­щения, что бесконечная Вселенная уже достигла состояния термоди­намического равновесия. Но вследствие статистического характера принципа возрастания энтропии для небольших областей этой беско­нечной Вселенной возможны макроскопические отклонения от состо­яния равновесия — флуктуации.

Однако Больцману не удалось найти ключ к объединению дина­мики и второго начала термодинамики, а предлагаемая флуктуацион-

ная модель эволюции Вселенной имела всего лишь характер гипоте­зы ad hok и при этом очень большое число оппонентов. Тем не менее временные космологические модели эволюции Вселенной, включа­ющие в себя инфляционный сценарий, по существу являются развити­ем этой гипотезы. XX в. внес свои коррективы в проблемы самоорга­низации сложных систем и формирует новое междисциплинарное на­правление — синергетику, в рамках которого эволюция Вселенной рассматривается как возникновение и функционирование различных физических структур из суперсимметричного состояния. Иными сло­вами, развитие Вселенной есть процесс возникновения порядка из хаоса.

Развитие взглядов на природу света. Формула Планка

Как известно, классическая физика исходит из коренного различия между понятиями частицы и волны. Считается, что частица обладает конечным числом степеней свободы, строгой траекторией движения, от­сутствием интерференции и дифракции. Волна же обладает бесконеч­ным числом степеней свободы, бестраекторностью, ибо каждая точка пространства, куда приходит возбуждение, сама становится источником вторичных волн. Явление интерференции и дифракции — не что иное, как наложение друг на друга когерентных волн; то есть эти явления отражают волновую природу конкретных материальных объектов.

Вся классическая физика строится исходя из представления о непрерывной природе пространства, времени, движения, непрерывно­го характера изменения всех физических величин. Гениальная гипо­теза, высказанная М. Планком в связи с разрешением кризисной си­туации, которая сложилась в физике в конце XIX в. при исследовании законов излучения абсолютно черного тела, постулирует, что веще­ство не может излучать или поглощать энергию иначе, как конечными порциями (квантами), пропорциональными излучаемой (или поглоща­емой) частоте. Энергия одной порции (кванта)

Е = Ьч,

где у — частота излучения, а Л — универсальная константа, получившая название постоянной Планка, или элементарного кванта действия.

Постоянная Планка — универсальная константа, что означает: че­рез нее могут быть выражены любые физические характеристики, ко­торыми обмениваются два объекта, один из которых является микро­объектом. Открытие Планка не перечеркивало ряд эффектов, в кото­рых свет проявляет свои волновые свойства. Но при этом были от­крыты явления, свидетельствующие о корпускулярной природе света. Таким образом, заговорили о корпускулярно-волновом дуализме све­та: в одних ситуациях свет ведет себя как волна; а в других ситуациях свет ведет себя как поток частиц (фотонов).

Фотон и его характеристики

Фотон обладает энергией Е = пу. Согласно теории относительно­сти, частица с энергией Е обладает массой т = Е/С². Фотон — части­ца, движущаяся со скоростью света С. Подстановка в формулы спе­циальной теории относительности значения скорости движущегося объекта У=С приведет к равенству нулю массы покоя фотона. То есть фотон существенно отличается от обычных известных к тому времени в физике частиц, так как не имеет массы покоя и может существовать только в движении. Из равенства вышеприведенных формул получим

пу = тС². Импульс фотона Р = тС и, следовательно, равен

Р = Ну/С = п/1, где I — длина волны.