¿Cuál es la aplicación específica del principio de aumento de entropía en sistemas aislados?
La cosmología actual y los hechos objetivos del desarrollo del universo muestran que la teoría de la "muerte por calor" es errónea, lo que parece indicar que la segunda ley de la termodinámica es incompatible con la cosmología.
Una de las claves de la compatibilidad entre termodinámica y cosmología es que el universo se está expandiendo.
Considere un ejemplo sencillo. Hay dos tipos de materia en un determinado espacio, radiación y partículas. (Hay una frase en la introducción al libro de texto de física de la escuela secundaria: Cuando BIGBANG comenzó, solo había radiación térmica de temperaturas extremadamente altas y partículas de alta energía que se avecinaban...) Si las temperaturas de las dos sustancias son diferentes, eso es , la temperatura de radiación Tr ≠ la temperatura de las partículas Tm. Obviamente, según la termodinámica, después de un período de tiempo, Tr=Tm. Sin embargo, si el espacio anterior continúa ampliándose, la conclusión será completamente diferente. La expansión reduce la temperatura de diversas sustancias. En términos generales, la temperatura de diferentes sustancias disminuye a diferentes velocidades a medida que se expanden. La temperatura de la radiación disminuye lentamente con la expansión, mientras que las partículas disminuyen más rápido. En otras palabras, a medida que el universo se expande, dos sustancias con la misma temperatura se volverán diferentes, es decir, tr > TM, lo que dará como resultado una diferencia de temperatura. Algunos dirían que tales diferencias de temperatura no se pueden mantener y que desaparecerán debido a la radiación y las colisiones de partículas, alcanzando eventualmente el equilibrio térmico.
La segunda clave para la compatibilidad de la termodinámica y la cosmología es la teoría de la gravedad.
Una caja de gas contiene muchas moléculas. Si la distribución de las moléculas de gas es desigual, el resultado de la evolución según la segunda ley de la termodinámica será uniforme. Sin embargo, para la misma caja de gas, si la atracción entre las moléculas de gas no puede ignorarse y juega un papel dominante, los resultados. será completamente diferente. Se supone que la distribución de las moléculas de gas es uniforme al principio y está en equilibrio sin gravedad, pero bajo el efecto dominante de la gravedad, la distribución uniforme es inestable. Porque en un área local, la densidad de un área local aumentará ligeramente debido al movimiento caótico de una molécula, y la gravedad local se volverá más fuerte, lo que absorberá más materia y formará una mayor densidad. Esto es una destrucción desigual.
La gravedad domina el universo, por lo que incluso si el universo es uniforme y desestructurado al principio, producirá un estado estructurado no uniforme. Objetos de todos los tamaños se reúnen a través de este proceso heterogéneo. Así es como evolucionó el universo heterogéneo desde el universo homogéneo temprano hasta el presente.
¿Por qué el universo no cambia de la complejidad a la simplicidad como lo predice la muerte por calor, sino de la simplicidad a la complejidad? Por la gravedad.
¿Por qué el universo no cambió del orden al desorden como lo predijo la muerte por calor, sino del desorden (caos) al orden (estructura)? Por la gravedad.
¿Por qué el universo no cambió de un equilibrio no térmico a un equilibrio térmico como lo predijo la muerte térmica, sino que el equilibrio térmico produjo un equilibrio no térmico? También es por la gravedad.
Debido a la existencia de la gravedad, la teoría de la muerte por calor se ha convertido en una página de la historia. ¿Por qué la gravedad tiene la "técnica de recuperación" para asegurar la evolución del universo? Dado que todavía no existe una teoría completa de la gravedad, todas estas cuestiones quedan por resolver.
Tan pronto como se propuso la teoría de la "muerte por calor", causó un gran revuelo en la comunidad científica.
1. La primera persona en cuestionar la teoría de la muerte por calor fue J. Maxwell. En 1871, diseñó una existencia imaginaria: el "demonio de Maxwell" en el capítulo final de "Teoría de la termodinámica", las limitaciones de la segunda ley de la termodinámica. El demonio de Maxwell es extremadamente inteligente. Puede rastrear la ubicación de cada molécula y distinguir sus velocidades individuales. El diseño es el siguiente: "Sabemos que en un recipiente lleno de aire de temperatura uniforme, la velocidad de las moléculas nunca es uniforme, pero la velocidad promedio de un gran número de moléculas seleccionadas arbitrariamente es casi completamente uniforme. Ahora supongamos que dicho contenedor se divide en Para las partes A y B, hay un pequeño agujero en el límite. Imagine que puede ver una sola molécula. Abra o cierre el agujero de modo que sólo las moléculas rápidas vayan de A a B, y las moléculas lentas. de B a A. De esta manera, no se consume trabajo En el caso de , la temperatura de B aumenta y la temperatura de A disminuye, lo que contradice la segunda ley de la termodinámica /ρ es la densidad de corriente del universo. ρ < ρ [, c], es decir, ω < 1, significa que el universo se está expandiendo, y ha estado expandiéndose si ρ > ρ [, c], es decir, ω > 1, significa que el universo. se está expandiendo al principio y se transformará en contracción en algún momento. Si ρ = ρ [, c], el universo está en dos estados [23] Debido a que la mayoría de la gente está de acuerdo en que el resultado de la observación es ω < 1, el universo tiene. Si este es el caso, las reacciones termonucleares en todas las estrellas se detendrán gradualmente en el futuro, dejando bajo varios "escoria" cósmica: enanas negras, estrellas de neutrones y agujeros negros, la radiación de fondo. La temperatura del universo seguirá bajando, acercándose infinitamente al cero absoluto, [24] y eventualmente alcanzando otra sensación de "silencio frío" en el universo. Un estado posible es que cuando la expansión alcance su punto más alto, la temperatura de la radiación de fondo. cae a un mínimo, momento en el que el universo comienza a contraerse y la temperatura vuelve a aumentar. Cuando el universo se contrae hasta su etapa final, las condiciones ambientales se vuelven cada vez más similares a las de poco después del Big Bang. En estas condiciones, el universo vuelve al estado de "sopa" de partículas elementales en un estado de "silencio térmico". En realidad, se trata de un proceso de inversión.
En el momento final del colapso del universo, la gravedad se convierte en la fuerza dominante, toda la materia dejará de existir debido a la compresión, y todas las cosas tangibles, incluido el tiempo y el espacio mismo, serán eliminadas, dejando solo una singularidad espacio-temporal. . [25] No importa en qué estado aparezca finalmente el universo, el resultado será un desastre para la humanidad.
Este es el futuro del universo y el fin del mundo predicho por la Teoría del Big Bang para la humanidad. Debido a que esta teoría no cumple con las expectativas de la gente, también ha encontrado oposición en todos los aspectos desde que fue propuesta. Se considera una "teoría de la muerte por calor" "invertida" del universo. [26] Sin embargo, después de todo, las leyes de la naturaleza no están sujetas a la voluntad humana, y los humanos deben tratarlas correctamente. La mejor mentalidad es: "No debemos ignorar el hecho de que las cosas mueren cuando viven, y la muerte puede ser el precio que pagamos por la creación ([25], Prefacio, página 3)
Por supuesto". , existen otros modelos de universos que no carecen de base científica y que pueden aportar nueva luz y esperanza a la humanidad. La humanidad no debe desanimarse. "Nuestros descendientes pueden tener miles de millones o incluso billones de años para procesar esta carnicería final. Durante este tiempo, la vida puede extenderse por todo el universo... y controlarla para que puedan ajustar su posición, controlar todos los recursos posibles para luchar contra esta enorme crisis" ([25], págs. 93~94)
En cualquier caso, los seres humanos nunca estarán dispuestos a quedarse quietos y esperar la muerte, y la ciencia seguirá su propio camino. día dar a la humanidad una respuesta clara.