Мы живем в странное время, когда писатели и кинематографисты буквально фонтанируют фантазиями на тему конца света. На самом же деле наш финал не будет похож на киносценарий с хэппи-эндом: если Вселенной суждено погибнуть, людей просто сметет, как песчинку с пляжа. У нас не получится остановить этот процесс. И, скорее всего, мы даже не успеем понять, что происходит.

10. Разумное разрушение

До изобретения ядерного оружия никто и подумать не мог, что одна бомба может уничтожить целый город. Однако все изменилось после атаки на Хиросиму 6 августа 1945 года. Люди впервые столкнулись с технологией такой разрушительной силы. Это привело к появлению концепции «разумного разрушения»: однажды человек сделает или изобретет нечто такое, что уничтожит Вселенную. Хорошие новости: всех наших ядерных запасов не хватит даже для того, чтобы разрушить Землю. Но кто сказал, что мы единственные разумные существа во Вселенной? .

9. Конец игры

Одна из самых шокирующих теорий относительно нашей реальности заключается в том, что жизнь — это всего лишь компьютерная симуляция . По словам философа Ника Бострома из Оксфордского университета, поскольку компьютеры постоянно совершенствуются, в какой-то момент у людей разовьются настолько мощные вычислительные способности, что они смогут сами моделировать виртуальные миры. Если до этого кто-то не выключит программу, в которой моделями являемся мы сами. Мы даже не успеем осознать, что Вселенной пришел конец.

8. Разрушение основ

По одной из теорий наша Вселенная возможна благодаря существованию физических постоянных вроде скорости света или массы протона. Если бы хоть одна из этих фундаментальных констант имела другое значение, то нас бы просто не было. Как ни странно, австралийские физики выяснили, что с момента Большого Взрыва постоянная тонкой структуры изменилась в пространстве и времени . Это означает, что и другие константы могли меняться с течением времени. И если так пойдет и дальше, то однажды Вселенная просто рассыплется на мелкие частички. А планеты и звезды взорвутся. Правда, произойдет это не раньше, чем через 3 млрд лет.

7. Столкновение с другой вселенной

Что находится за пределами нашей Вселенной? Вероятно — другие вселенные. И если теория множественных вселенных верна, то однажды может произойти великое столкновение. Не исключено, что нечто подобное уже случалось, поскольку наша Вселенная искривлена. Однако в следующий раз последствия могут быть куда более катастрофическими. Другая вселенная может существовать по физическим законам, которые отличаются от наших. Она может врезаться в нас на скорости, близкой к скорости света. Если бы мы могли наблюдать столкновение в замедленном режиме , это выглядело бы так, словно на нас падает гигантское зеркало.

6. Большое сжатие

С момента Большого Взрыва, который произошел 13,8 млрд лет назад, Вселенная расширяется. Большинство физиков считают, что Вселенная бесконечна, однако есть и противоположное мнение. Если это не так, значит, в какой-то момент она начнет сжиматься — подобно волнам, которые откатываются назад в океан. Вселенная будет уменьшаться и схлопнется в одну точку . Теория Большого сжатия подкреплена теорией относительности Эйнштейна. Однако не стоит волноваться: если нечто подобное и произойдет, то через миллиарды лет.

5. Осциллирующая Вселенная

Согласно современным представлениям, Большой Взрыв произошел из сингулярности, то есть из одной точки. Но откуда взялась эта точка? Свое объяснение предлагает теория осциллирующей Вселенной: Большой Взрыв возник после коллапса другой вселенной. Это значит, что наша Вселенная когда-нибудь вновь сожмется в одну точку и из нее возникнет новый мир. Что интересно: если теория верна, значит, мы понятия не имеем, произошла ли наша Вселенная после первого коллапса или после миллион первого .

4. Барьер смерти

Вселенная будет расширяться, пока не достигнет физического барьера . Как если бы хоккейный каток заливали большим количеством воды — и в конце концов она бы ударилась о бортики и перестала растекаться. Согласно расчетам, барьера Вселенная достигнет примерно через 3,7 млрд лет. А вероятность того, что он вообще существует, составляет 50%.

3. Большое поглощение

4 июля 2012 года Большой адронный коллайдер наконец-то подтвердил существование бозона Хиггса. Так называемое «поле Хиггса» пронизывает Вселенную. Интересно, что у этого поля могут быть разные состояния — подобно тому, как вещество может быть жидким, твердым и газообразным. Сейчас поле находится на низком энергетическом уровне, однако оно может перейти как на более высокий, так и на еще более низкий. Последний вариант, по мнению исследователей, более вероятен. Этот энергетический «провал» может быть вызван квантовой флуктуацией. В результате новое маломощное поле Хиггса образует пузырь, который начнет расширяться со скоростью света и поглощать все, что попадется у него на пути. То есть нашу Вселенную . Но у этой пессимистичной теории есть два светлых пятна. Первое — у нас в запасе имеется несколько миллиардов лет. И второе — все случится настолько быстро, что мы не успеем испугаться.

2. Большое замерзание

Сценарий, также известный как Тепловая смерть, основан на втором законе термодинамики — об увеличении энтропии в закрытых системах. Вселенная будет расширяться, а объекты в ней — удаляться друг от друга. Когда энтропия достигнет максимума, энергия будет равномерно распределена, а все процессы остановятся. Звезды остынут, материя распадется… Одним словом, все кругом перестанет работать .

1. Большой разрыв

Вселенная на 68,3% состоит из загадочной темной энергии, о которой физики знают не так уж много. До ее открытия ученые считали, что расширение Вселенной с момента Большого Взрыва либо замедлилось, либо прекратилось. Однако, наблюдая за сверхновыми, астрофизики пришли к выводу, что расширение на самом деле ускоряется, и причина тому — темная энергия. Именно она может привести к тому, что называется Большим разрывом. Этот сценарий гибели Вселенной основан на предположении, что со временем темная энергия набирает силу, все более активно «расталкивая» галактики и космические объекты, разрывая все существующие связи и структуры. Одним словом, Вселенная распадется на мельчайшие частицы . Но нас на финальное шоу не позовут — скорее всего, человечество вымрет гораздо раньше.

«Солнце сделается темным, как власяница, и луна не даст света своего… Силы небесные поколеблются и все стихии угаснут…» Эти слова были произнесены около двух тысяч лет назад, в художественных образах описывая, как будет происходить конец времен или тепловая смерть Вселенной. Но прошло восемнадцать веков, пока исследователи подошли к изучению этой проблемы с научной точки зрения. На самом деле, как только человечество открыло для себя основные этот вопрос рано или поздно должен был возникнуть. Рассуждая логически, если какой-либо природный принцип действует в замкнутой системе, почему бы не предположить, что эта самая тенденция работает применительно ко всему универсуму?

Впервые гипотеза тепловой смерти Вселенной была выдвинута Уильямом Томпсоном в 1852 году, но позже, в 1865 году, ее более подробно сформулировал Р. Клаузиус. Он экстраполировал на космос Согласно этому правилу, всякая замкнутая система стремится к равновесию, когда энергия излучения переходит в тепловую. «Смерть» наступает, когда достигается максимальный уровень энтропии. В этот момент никакого обмена энергией не происходит, поскольку вся она переходит в тепло. А поскольку нет оснований предполагать, что кроме космоса существует еще что-либо, то, делает вывод Клаузиус, нашу Вселенную также можно рассматривать как замкнутую систему, и в ней действует тот же закон.

Естественно, ни Томпсон, ни Клаузиус даже не предполагали, что тепловая смерть Вселенной произойдет в скором времени, однако прогнозы даже очень отдаленного конца света наделали много шума в научном сообществе и породили разнообразные опровержения такой гипотезы. Еще в 1872 году ученый Л. Больцман выдвинул теорию флуктуаций. Согласно ей, наша Вселенная слишком огромна и сложна, чтобы умереть такой простой смертью. Она вечно пребывала и будет пребывать в состоянии изотермического равновесия, однако в разных ее частях постоянно происходят и всегда будут происходить отклонения от этого состояния. То есть такие всплески, выбросы энергии не дадут запуститься механизму перевода всей энергии универсума в тепловую.

Современная наука ни подтвердила, ни опровергла гипотезу о том, что тепловая смерть Вселенной неминуемо наступит. Концепция Большого Взрыва, якобы произошедшего около 14 миллиардов лет тому назад и породившего всё, не доказывает еще, что в космосе действует лишь Нужно также учитывать действие переменного Особого внимания заслуживает теория А. Фридмана: наполненная тяготеющим веществом Вселенная не стационарна, она или расширяется, или сжимается. А если так, все возрастающая энтропия не приводит систему в целом к

Тепловая смерть Вселенной может быть поставлена под вопрос и с позиций общей теории относительности. Мы до сих пор слишком мало знаем о нашем мире, чтобы судить со стопроцентной достоверностью, замкнут ли наш мир и существует ли за его пределами что-то еще. Возможно, на него действуют иные внешние силы и системы? Законы физики, известные нам, не обязательно должны быть применимы в масштабе безграничного космоса, - говорят защитники вечности излучения во Вселенной. Звезды загораются и гаснут, но сама система находится в равновесии, что, однако, не приводит к тепловой смерти всего.

Несмотря на то, что концепция о возможной кончине Вселенной ни подтверждена, ни опровергнута современной наукой, этот вопрос стал волновать не только «физиков», но и «лириков». Особенно черпают вдохновение в возможной гибели всего живого писатели-фантасты. Так, Айзек Азимов предрек в буквальном смысле леденящий конец всякой жизни в своем рассказе «Последний вопрос». Тепловая смерть всей органики легла в основу сюжетов многих японских мультфильмов и аниме-сериалов.

Материальное единство мира проявляется в абсолютности и вечности материи, ее несотворимости и неуничтожимости. Материальное единство мира выражается в возможности превращения одних форм материи и движения в другие. В середине XIX в. был открыт фундаментальный закон природы - закон сохранения энергии. «Закон сохранения и превращения энергии устанавливает не только то, что при превращениях одних видов энергии в другие остается постоянным ее численное значение, но и то, что каждый вид энергии (электромагнитная, тепловая, механическая) обладает способностью при определенных условиях превращаться в другие ее виды. Он свидетельствует о неуничтожимости движения не только в количественном (непрекращаемость), но и в качественном отношении (безграничная способность каждой формы движения превращаться в другие)» 1 .

Казалось бы, из этого закона неизбежно вытекает следствие о вечном круговороте материи во Вселенной. В самом деле, если в Природе при всех своих изменениях материя, т.е. та реальность, из которой состоит мир, не исчезает и не возникает из ничего, а лишь переходит из одной формы существования в другую, то Вселенная вечна, и материя, ее составляющая, пребывает в вечном круговороте. Вселенная в целом всегда одна и та же - убеждение в этом в XIX в. было почти всеобщим.

Немецкий физик Р. Клаузиус и английский физик В. Томпсон (лорд Кельвин), исходя из второго закона термодинамики, предположили, что «в системе, предоставленной самой себе, рано или поздно происходит выравнивание температур, и тепловая энергия как бы деградирует в качественном отношении. Она теряет способность превращаться в другие формы энергии» . Термодинамика - раздел физики, изучающий природу тепловых процессов и различные превращения тепловой энергии. То, что тепловая энергия, как и другие виды энергии, не исчезает при своих превращениях и не возникает из ничего, есть частное выражение общего закона сохранения энергии. В такой формулировке он называется первым законом термодинамики. Второй же закон термодинамики говорит не о количестве энергии, а о ее качестве или, точнее, об обесценивании энергии.

«Распространение действия второго начала термодинамики на всю Вселенную ведет к выводу, что со временем все виды энергии перейдут в тепловую, а последняя в силу выравнивания температур потеряет способность превращаться в другие виды энергии, и Вселенная придет в состояние теплового равновесия, выход из которого естественным путем невозможен. Наступление состояния теплового равновесия будет означать тепловую смерть Вселенной. Теория тепловой смерти Вселенной не отрицает количественного сохранения энергии, но отрицает качественную неуничтожимость энергии и движения» 1 .

В ходе рассуждений о «тепловой смерти» Клаузиус ввел некоторую математическую величину, названную им энтропией. В буквальном переводе с греческого языка «энтропия» означает «обращение внутрь», т.е. замыкание в себе, «неиспользование». По существу же энтропия есть мера беспорядка в какой-либо системе тел. Чем больше беспорядок, тем больше и энтропия.

П.В. Алексеев и А.В. Панин отмечают, что «энтропия является физической величиной, характеризующей процессы превращения энергии. Согласно закону возрастания энтропии, при реальных термодинамических процессах энтропия замкнутой системы возрастает. Закон возрастания энтропии определяет течение энергетических превращений: все они в замкнутых системах происходят в одном направлении. Достижение термодинамической системой состояния с максимальной энтропией соответствует достижению состояния теплового равновесия. Это означает, что в системе, предоставленной самой себе, рано или поздно происходит выравнивание температур, и тепловая энергия как бы деградирует в качественном отношении. Она теряет способность превращаться в другие формы энергии» .

Р. Клаузиус утверждал, что найден закон Природы, дающий нам возможность уверенно заключить, что во Вселенной нет всеобщего круговорота, что она все дальше и дальше меняет свое состояние в определенном направлении и приближается таким образом к известному пределу. Немецкий физик полагал, что энергия мира постоянна, а энтропия мира стремится к максимуму.

Ошеломляющее впечатление, произведенное на естествоиспытателей XIX в. вторым законом термодинамики, было особенно сильно еще и потому, что вокруг себя в окружающей нас природе они не видели фактов, его опровергающих. Наоборот, все, казалось, подтверждало мрачные прогнозы Клаузиуса. Однако были и попытки опровержения данных прогнозов. В 1895 г. немецкий физик Л. Больцман предложил свою флуктуационную гипотезу «второго начала». Эта гипотеза исходила «из допущения, что бесконечная Вселенная уже достигла состояния термодинамического равновесия, то есть тепловой смерти. Но вследствие статистического характера принципа возрастания энтропии возможны макроскопические отклонения от состояния равновесия - флуктуации. Одну из них представляет и наблюдаемая нами область Вселенной» 1 . Однако в целом Вселенная в основном представляет безбрежный мертвый океан с некоторым количеством островков жизни, как полагал Л. Больцман.

Известные физики XX в. Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшиц доказали, что любая замкнутая система может достичь максимальной энтропии лишь при постоянных, неизменных внешних условиях. Между тем гравитация как свойство четырехмерного пространства-времени повсюду во Вселенной весьма непостоянна. Отсюда следует, что Вселенная никогда не придет к состоянию мертвого равновесия. «Второе начало» термодинамики, по существу, утверждает необратимость всех процессов в Природе. Это означает, что Природа развивается, никогда не повторяя предшествующие состояния. Следовательно, Вселенная в том виде, в каком мы ее знаем, вышла из какого-то иного, неизвестного нам состояния материи и перейдет со временем в какие-то другие формы существования. Вполне возможно, что для таких форм нынешние, известные нам законы Природы окажутся неприменимыми. Но это вовсе не означает смерть Вселенной, а лишь завершение одного из этапов развития материи.

С точки зрения синергетики (эта теория возникла сравнительно недавно), изучающей процессы самоорганизации в сложных открытых нелинейных системах, в самой Вселенной могут присутствовать природные явления антиэнтропийного характера.

В последнее время большие дискуссии в науке вызывает антропный принцип. «Основная идея этого принципа состоит в том, что фундаментальные свойства Вселенной, значения основных физических констант и даже форма физических закономерностей тесно связаны с фактом структурности Вселенной во всех масштабах - от элементарных частиц до сверхскоплений галактик - с возможностью существования условий, при которых возникают сложные формы движения материи, жизнь и человек» .

Приведем еще одну формулировку антропного принципа, предложенную Б. Картером: «Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей» . Другими словами, появление человека обусловлено самим устройством Вселенной. Приведенные две формулировки антропного принципа являются слабыми.

Существует также сильная формулировка антропного принципа: «Наблюдатели необходимы для того, чтобы сделать Вселенную существующей» . Автором данной формулировки является Дж. У ил- лер.

«Смотри - лучи солнца, не могут пробиться сквозь серое небо
и все твои мысли, молитвы о помощи...
Пути пройдены, нам некуда бежать. И осторожно, касаясь пальцем звезд,
Я понимаю … но, неизбежно то, что слишком поздно…»

Английский физик Уильям Томсон (лорд Кельвин), один из основателей термодинамики в 1852 году выдвинул гипотезу о тепловой смерти Вселенной.

"Тепловая смерть" - это термин в термодинамике, описывающий конечное состояние любой замкнутой термодинамической системы, когда все виды энергии переходят в тепловую энергию. При этом термодинамическая энтропия системы максимальна.

Тогда «тепловая смерть Вселенной» это состояние Вселенной, когда все виды энергии в ней перейдут в энергию теплового движения, которая равномерно распределится по всей Вселенной. После этого все термодинамические процессы во Вселенной должны прекратиться.

Томсон считал, что материальная Вселенная, то есть звезды, планеты и прочие небесные тела, является единой, замкнутой, изолированной системой. Ведь другой такой же Вселенной нет. А если так, то второе начало термодинамики полностью применимо ко всему космосу и, стало быть, в конце концов наш разнообразный и веселый мир ждет унылая «тепловая смерть»...

В 1865 году известный физик Р. Клаузиус , основываясь на втором законе термодинамики сделал теоретический вывод о тепловой смерти Вселенной. Согласно второму началу термодинамики, любая замкнутая физическая система, т. е. не обменивающаяся энергией с другими системами, стремится к наиболее вероятному равновесному состоянию, т.е. к состоянию теплового равновесия, что соответствует максимуму энтропии.

Рудольф Клаузиус утверждал, что хотя энергия некоторой системы и остается постоянной (первое начало термодинамики), однако с течением времени она лишается способности к превращениям, а значит и способности совершать работу. Это означает, что всякая термодинамическая система со временем "деградирует", наступает "тепловая смерть".

Он согласился с выводом Томсона и написал: «.. энтропия Вселенной стремится к некоторому максимуму. Чем больше Вселенная приближается к этому предельному состоянию, ...тем больше исчезают поводы к дальнейшим изменениям, а если это состояние было бы наконец-то достигнуто, то больше не происходило бы никаких дальнейших изменений, и Вселенная находилась бы в некотором мертвом состоянии инерции».

Теория «тепловой смерти» находилась в противоречии с ньютоновской вечной Вселенной. Действительно, если рассмотреть Вселенную как изолированную термодинамическую систему, то, учитывая ее бесконечный возраст, на основании закона возрастания энтропии можно сделать вывод о достижении ею уже максимума энтропии, то есть состояния термодинамического равновесия. Но в реально окружающей нас Вселенной этого не наблюдается.

Попытка избежать указанного противоречия гипотезы тепловой смерти Вселенной была предпринята Больцманом , который предположил, что у системы и в состоянии термодинамического равновесия могут наблюдаться небольшие изменения - флуктуации термодинамических параметров (температуры, давления, объема).

Вселенная с энергетической точки зрения уже мертва, но отдельные ее области подвержены флуктуациям.

И наша часть бесконечной Вселенной, все пространство, до которого достигает взгляд человека, находится в режиме огромной, ныне затухающей флуктуации. А если считать, что наблюдаемая Вселенная является следствием такой флуктуации, то противоречия парадокса о тепловой смерти Вселенной исчезают.

В 1909 году против тепловой смерти выступил известный шведский ученый Сванте Август Аррениус , занимавшийся вопросами образования и эволюции небесных тел.

Аррениус писал: «Если бы Клаузиус был прав, то эта «смерть тепла» за бесконечно долгое время существования мира давно бы уже наступила, чего, однако, не случилось. Или нужно допустить, что мир существует не бесконечно долго и что он имел свое начало; это, однако, противоречит первой части положения Клаузиуса, устанавливающей, что энергия мира постоянна, - ибо тогда пришлось бы допустить, что вся энергия возникла в момент творения».

В 20 веке Общая Теория Относительности А. Эйнштейна разрешила многие противоречия, существовавшие в классической физике.

Однако и в наше время в науке нет единого мнения о строении Вселенной и ее возникновении. Хотя современной космологией однозначно установлено , что Вселенная, возраст которой определен в 13,72 млрд лет, не стационарна.

Среди ученых не утихают споры о будущем Вселенной, о ее «бесконечном расширении», о существовании «скрытой материи», огромное количество которой может опровергнуть современные представления о свойствах Вселенной.

А понятие «тепловой смерти Вселенной» стало первым шагом к осознанию возможной конечности существования Вселенной, хотя и неизвестно, когда и по какому сценарию возможна её гибель.

> Тепловая смерть

Изучите гипотезу тепловой смерти Вселенной. Читайте концепцию и теорию тепловой смерти, роль энтропии Вселенной, термодинамическое равновесие, температура.

Вселенская энтропия постоянно растет. Ее цель – термодинамическое равновесие, которое приведет к тепловой смерти .

Задача обучения

• Рассмотреть процессы, ведущие к проблеме тепловой смерти Вселенной.

Основные пункты

• В ранней Вселенной вся материя и энергия легко заменялись и были идентичны по природе.
• С ростом энтропии все меньше энергии открывало доступ работе.
• Вселенная стремится к термодинамическому равновесию – максимальная энтропия. Это тепловая смерть и конец активности всего.

Термины

• Астероид – естественное твердое тело, уступающее по размерам планете, и не выступает кометой.
• Энтропия – мера распределения равномерной энергии в системе.
• Геотермальный – относится к тепловой энергии, поступающей из глубинных земных резервуаров.

В ранней Вселенной материя и энергия были идентичны по природе и легко заменялись. Конечно, главную роль во многих процессах сыграла гравитация. Это казалось беспорядочным, но для работы предлагалась вся будущая вселенская энергия.

Пространство развивалось, и возникли различия в температуре, создавшие для работы больше возможностей. Звезды превосходят по нагреву планеты, которые опережают астероиды, а те теплее вакуума. Многие остывают из-за насильственного вмешательства (ядерный взрыв у звезд, вулканическая активность у Земли и т.д). Если не получить дополнительную энергию, то их дни сочтены. Ниже представлена карта Вселенной.

Это совсем юная Вселенная с колебаниями в температуре (выделены цветами), соответствующие зернышкам, ставшим галактиками

Чем выше становилась энтропия, тем меньше энергии поступало в работу. Земля обладает крупными энергетическими запасами (ископаемые и ядерное топливо), огромными разницами температур (энергия ветра), геотермальная энергия из-за разности в температурных отметках земных слоев и приливная энергия воды. Но некая часть их энергии никогда не пойдет в работу. В итоге, все виды топлива исчерпаются, а температуры выровняются.

Вселенная воспринимается как замкнутая система, поэтому пространственная энтропия всегда увеличивается, а количество доступной для работы энергии уменьшается. В конце концов, когда взорвутся все звезды, используются все формы потенциальной энергии, а температуры выровняются, работа станет просто невозможной.

Наша Вселенная стремится к термодинамическому равновесию (максимальная энтропия). Часто такой сценарий именуют тепловой смертью – остановка всей активности. Но пространство продолжает расширяться и до конца еще слишком далеко. При помощи подсчетов по черным дырам выяснилось, что энтропия продолжится еще 10 100 лет.