Tähtitiede

Jos maailmankaikkeus on ääretön, olisiko lämmön kuolema mahdotonta?

Jos maailmankaikkeus on ääretön, olisiko lämmön kuolema mahdotonta?

Jos maailmankaikkeus on ääretön, voisi kuvitella, että jos jatkaisimme liikkumista avaruudessa, löysimme jatkuvasti uudempia ja uudempia galakseja ja esineitä ikuisesti. Tämä tarkoittaisi, että maailmankaikkeudessa on ääretön määrä ainetta.

Lämpökuolemateoria sanoo, että lopulta universumissa ei ole enää vapaata energiaa. Tähtiä ei enää muodostu, mustat aukot lopulta haihtuvat ja maailmankaikkeus olisi käytännössä kuollut. Mutta jos ainetta on ääretön määrä, eikö aina ole enemmän kaasupilviä, jotka eivät ole muodostaneet tähtiä, enemmän tähtiä, joista ei ole vielä tullut mustia aukkoja, jne.? Jos ainetta ja energiaa on ääretön määrä, eikö sen pitäisi olla mahdollista enemmän toimintaa riippumatta siitä, kuinka monta tähteä sammuu tai kuinka monta mustaa aukkoa haihtuu?

Voidaan sanoa, että riittävästi aikaa kaikki ainekset maailmankaikkeudessa loppuvat silti. Mutta jos on ääretön olisi aina oltava alueita, joilla toiminta jatkuu edelleen ... eikö?

Onko se mitä sanon oikein? Onko maailmankaikkeuden lämpökuolema ristiriidassa teorian kanssa, että se on ääretön?


Maailmankaikkeuden lämpökuolema ei tarkoita sitä, ettei siinä ole energiaa, se tarkoittaa, että se on saavuttanut termodynaamisen tasapainon eikä siten mitään hyödyllistä energiaa siinä. Tämä voi teoriassa tapahtua äärettömässä maailmankaikkeudessa.

Termodynamiikka on tietysti luonteeltaan tilastollista, joten voidaan väittää, että jokin maailmanlaajuisen alueen erittäin epätodennäköinen tapahtuma voisi tuhota termisen tasapainon tällä alueella ja että mitä suurempi maailmankaikkeus, sitä todennäköisemmin jokin sellainen alue on olemassa.


Jos maailmankaikkeus on ääretön, miten lämpökuolema voi tapahtua, onko energiaa ja ainetta rajallista?

Maailmankaikkeus voi olla ääretön tai ei. emme tiedä vielä. Mutta havaittavissa oleva maailmankaikkeus on ehdottomasti rajallinen, ja se on osa maailmankaikkeutta, josta puhumme normaalisti, kun keskustelemme lämpökuolemasta. On täysin mahdollista, että on olemassa muita aika-aika-alueita, jotka ovat kausaalisesti irti meistä ja jotka jatkavat hienosti sen jälkeen, kun maailmankaikkeuden laastarimme kuolee lämpökuolemaan.

miten lämpökuolema voi tapahtua, onko energiaa ja ainetta rajallista?

Kyllä, havaittavassa universumissamme on rajallinen määrä energiaa ja ainetta. Lopulta kaikkien tähtien polttoaine loppuu, kaikki aine kvanttitunneloituu raudaksi ja / tai putoaa mustiin reikiin, ja kaikki mustat aukot haihtuvat sitten. Siinä vaiheessa kaikilla jäljellä olevilla hiukkasilla on niin pieni energia ja ne ovat niin kaukana toisistaan, ettei mikään enää voi & quothappen & quot; ja havaittavissa oleva maailmankaikkeus on olennaisesti kuollut.


Voiko lämpökuolema tapahtua, jos maailmankaikkeus on ääretön?

Kun ihmiset sanovat olevan iso bang, monet ihmiset huomauttavat nopeasti, että se ei ollut räjähdys, mutta tapahtui kaikkialla kerralla. Koska he huomauttavat, että maailmankaikkeus on todennäköisesti äärettömän suuri ja niin oli aina myös äärettömän suuri. Ja koko maailmankaikkeuteen sovellettava kosmologinen päämäärä tarkoittaa, että maailmankaikkeudessa on oltava rajattomasti massaa, eikö olekin? Jos tämä on totta, niin universumissa on teoreettisesti ääretön määrä energiaa, joten kuinka voimme koskaan loppua ja aiheuttaa maailmankaikkeuden lämpökuoleman?

On epäselvää, että koko maailmankaikkeuden kaltaisilla ajatuksilla, kuten & # x27kokonaisenergia & # x27 tai # # 2727massa & # x27, on merkitystä fysiikassa. Meille on todennäköisesti parempi keskustella asioista tiheyden suhteen, joka on sekä paikallisesti merkityksellistä että aina rajallista.

Vaikka maailmankaikkeus on ääretön (mikä ei ole annettu, mutta nykyinen paras arvaus), se ääretön energia ei tule olemaan hyödyllinen, jos se on niin laimennettu, että se on niin kylmää kaikkialla ja dynamiikka on loppunut.

Kun puhut loputtomasta maailmankaikkeudesta, sinun pitäisi ajatella tiheyden suhteen. Lämpökuolema tapahtuu, kun hyödyllinen energia millä tahansa pienellä maailmankaikkeuden alueella on vähäpätöinen verrattuna kokonaisenergiaan, joten et voi muuttaa merkittävästi universumin kokoonpanoa siellä. Toki, jos pystyt kuljettamaan kaiken lämpökuoleman universumin hyödyllisen energian yhteen paikkaan, voit tehdä jotain hyödyllistä siinä paikassa. Mutta energian kuljettaminen ympäriinsä maksaa energiaa (jos maailmankaikkeus on yhtenäinen), joten et pystyisi keskittämään energiaa sinne.

Joten muualla maailmankaikkeudessa oleva hyödyllinen energia ei voi auttaa sinua, jos maailmankaikkeus on yhtenäinen ja sinulla ei ole hyödyllistä energiaa paikallisesti. Siksi lämpökuolema on mahdollista.


Kaksi kymmeniä miljardeja kilometrejä maasta, kaksi Voyager-avaruusalusta juovaa tyhjyyteen. Mitä opimme galaksista, maailmankaikkeudesta ja itsestämme Voyagerin eeppisestä matkasta tähtiin?

Kosmiset matkat: Apollon uskomaton matka 12

Se oli matka, joka olisi voinut olla katastrofi. Yli neljäkymmentäviisi vuotta sitten Apollo 12 -operaation miehistö vältteli kapeasti katastrofeja ja laskeutui onnistuneesti Kuuhun kerätäkseen tärkeitä tieteellisiä todisteita Kuun alkuperästä.


K: Onko maailmankaikkeuden lämpökuoleman jälkeen koskaan mitään tapahtumassa?

Fyysikko: Jos odotat ikuisesti, niin sinä voi nähdä jotain tapahtuvan. Mutta käytännöllisempi vastaus on: ei.

Maailmankaikkeus tekee paljon tavaraa (esimerkiksi mitä teit tänään), mutta kirjaimellisesti kaikki mitä ikinä tapahtuu, lisää entropiaa. Jossakin mielessä entropian lisääntyminen vastaa lausetta & # 8220 mitä tahansa eniten ylivoimaisesti Todennäköinen asia on, että tapahtuu, mitä tapahtuu & # 8217. Esimerkiksi, jos painat ilmapalloa siellä & # 8217s a mahdollisuus että kaikki sen sisällä oleva ilma pysyy siellä missä se on, mutta on ylivoimaisesti todennäköisempää, että se leviää ja sekoittuu huoneen toisen ilman kanssa. Vastaavasti (mutta hieman vaikeampi kuvata) myös energia leviää. Erityisesti lämpöenergia virtaa aina kuumemmasta jäähdyttimeen, kunnes kaikki on samassa lämpötilassa (tästä nimi: & # 8220termodynamiikka & # 8221).

Jos pääset tuon virtauksen eteen, voit saada aikaan jonkin verran työtä.

Kaikkien koneiden on oltava & # 8220lähteen & # 8221 ja & # 8220sink & # 8221 välillä. Jos lähde ja pesuallas ovat samassa lämpötilassa, energialle ei ole syytä virrata ja kone ei toimi. Esimerkiksi, jos vesi oli jo höyryä (ei aikaisemmin kylmää), se ei laajene eikä sitä voi käyttää työn tekemiseen.

& # 8220Käytettävä energia & # 8221 on energiaa, jota ei ole vielä levinnyt. Esimerkiksi auringossa on paljon lämpöenergiaa yhdessä (suhteellisen pieni) paikassa. Ironista kyllä, jos olisit keskellä aurinkoa, se energia ei olisi käytettävissä, koska siellä ei ole missään kylmempää, jotta se virtaa (lähellä).

Energian leviäminen voidaan kuvata entropian avulla. Kun energia on jakautunut kokonaan ja tasaisesti ja lämpötilat ovat samat kaikkialla, järjestelmä on & # 8220maximaalisessa entropiatilassa & # 8221 eikä käyttökelpoista energiaa ole jäljellä. Tämä tilanne on vähän kuin vesipyörän rakentaminen keskelle merta: vettä (energiaa) on runsaasti, mutta se ei romahda ylemmältä alemmalle tasolle, joten emme voi & # 8217t Käytä sitä.

Käytettävä energia vaatii epätasapainoa. Jos kaikki vesi olisi samalla tasolla, sitä ei olisi mahdollista käyttää sähköä varten.

Entropian lisääntyminen on pikemminkin & # 8220statistinen laki & # 8221 kuin fyysinen laki. Et koskaan näe elektronin katoavan yhtäkkiä ja et koskaan näe jotain liikkuvan valoa nopeammin, koska nuo tapahtumat rikkovat fyysistä lakia. Toisaalta et koskaan näe rikkoutunutta lasia yhtäkkiä uudelleen, ei siksi, että se on mahdotonta, vaan siksi, että se on # 8217 super epätodennäköistä. Spontaanisti rikkoutumaton lasi ei ole # 8217t fyysisesti mahdotonta, se & # 8217s tilastollisesti mahdotonta.

Kuitenkin, kun tarkastelet todella, todella pieniä järjestelmiä, huomaat, että entropia vähenee joskus. Tämä tehdään selvemmäksi & # 8220vaihtelulauseessa & # 8220, jossa sanotaan, että todennäköisyys sille, että järjestelmässä äkillisesti putoaa entropia, pienenee eksponentiaalisesti pudotuksen koon mukaan.

Esimerkiksi, jos otat nyrkki kolikoita, jotka olivat satunnaisessa järjestyksessä päistä ja hännistä, ja heität ne pöydälle, on mahdollista, että ne kaikki laskeutuvat päähän. Se vähentää heidän kasvojensa entropiaa, eikä ole mitään syytä sille, ettei se tapahtuisi, paitsi että se on epätodennäköistä. Mutta jos teet saman asian kahdella nyrkillä kolikoita, se ei ole kahdesti epätodennäköisempää, se jaetaan # epätodennäköisenä & # 8221 (sen pitäisi olla lause). 10 kolikkoa, jotka kaikki laskeutuvat päihin, on todennäköisyys noin 1/1 000, ja todennäköisyys, että kaikki kolikot laskeutuvat päihin, on noin 1/1 000 000 = (1/1 000) 2. Vaihtelulause on paljon hienovaraisempi, mutta se on sorta-idea.

Maailmankaikkeuden & # 8220lämpökuolema & # 8221 on se, mitä saat, kun alat puhua jatkuvasti lisääntyvän entropian seurauksista etkä koskaan lakkaa kyselemästä & # 8220ja mitä sitten? & # 8221. Lopulta kaikki muodot käyttökelpoinen energia loppuu kaiken tyyppinen energia pääsee enemmän tai vähemmän tasaisesti ja ilman epätasapainoa ei ole mitään syytä sille virrata mihinkään tai tehdä työtä. & # 8220Lämpökuolema & # 8221 ei tarkoita välttämättä sitä, ettei lämpöä ole, ei vain lämpöpitoisuuksia.

Mutta jopa tässä homogeenisuuden painajaisessa voimme odottaa satunnaista, paikallista entropian vähenemistä. Aivan kuten siellä & # 8217s a mahdollisuus että rikki lasi rikkoutuu, siellä on # 8217s mahdollisuus että kasa tuhkaa palaa, ja siellä on # 8217s mahdollisuus että nuori (täysin polttoainetta käyttävä) tähti muodostuu vahingossa fantastisen epätodennäköisestä romukokoelmasta. On jopa mahdollisuus täyteen toimivien aivojen muodostumiseen spontaanisti. Mutta vain selvyyden vuoksi nämä kaikki ovat todella epätodennäköisiä. Todella, Todella epätodennäköistä. Kuten loputtomassa maailmankaikkeudessa äärettömän ajan ajan & # 8230 ehkä & # 8220. Näemme entropian käänteisenä, mutta vain pieninä määrinä (kuten nyrkkiä kolikoita tai muutaman yksittäisen molekyylin järjestelyjä). Jotain sellaista kuin huoneen toisella puolella oleva ilma (joka on lämpötasapainossa) yhtäkkiä lämpenee 1 °, kun taas toinen lämpenee 1 °, olisi kirjaimellisesti vähiten todennäköistä mitä koskaan tapahtui. Maailmankaikkeus yhtäkkiä & # 8220lähettäminen & # 8221 lämpökuoleman jälkeen on vähemmän todennäköistä. Multivac-interventiot huolimatta.

Niiden tapahtumien, jotka näyttävät entropian vähenemiseltä, on aina osoitettu olevan joko kysymys siitä, että kaikkea ei oteta huomioon, tai ovat vain väärässä.

Hauska tosiasia: Jatkuvien koneiden patentit ovat ainoat patentit, jotka vaativat toimivan mallin. Vielä yksi esimerkki tieteellisestä salaliitosta työssä!

Pitkä tarina lyhyesti: kyllä, lämpökuoleman jälkeen entropian pitäisi silti satunnaisesti kääntyä, mutta niitä tapahtuu täsmälleen niin usein kuin voit odottaa. Jos rikot lasin, älä pidä hengitystäsi. Hanki uusi lasi.


Sisällys

Lämpökuoleman idea johtuu toisesta termodynamiikan laista, jonka eräässä versiossa todetaan, että entropia pyrkii kasvamaan eristetyssä järjestelmässä. Tästä hypoteesi viittaa siihen, että jos maailmankaikkeus kestää riittävän pitkän ajan, se lähestyy asymptoottisesti tilaa, jossa kaikki energia jakautuu tasaisesti. Toisin sanoen tämän hypoteesin mukaan luonteeltaan on taipumus mekaanisen energian (liike) hajoamiseen (energian muunnokseen) lämpöenergiaan, joten ekstrapoloimalla on olemassa näkemys, että ajan myötä maailmankaikkeus kaatuu, kun työ muuttuu lämpöksi toisen lain takia.

Arvaus siitä, että kaikki maailmankaikkeuden kehot jäähtyvät ja lopulta jäähtyvät liian kylmiksi elämän tukemiseksi, näyttää olleen ensin esittänyt ranskalainen tähtitieteilijä Jean Sylvain Bailly vuonna 1777 tähtitieteen historiaa koskevissa kirjoituksissaan ja sitä seuranneessa kirjeenvaihdossa Voltaire . Baillyn mielestä kaikilla planeetoilla on sisäinen lämpö ja ne ovat nyt jossain tietyssä jäähdytysvaiheessa. Esimerkiksi Jupiter on vielä liian kuuma, jotta elämä voisi syntyä siellä tuhansia vuosia, kun kuu on jo liian kylmä. Lopullista tilaa kuvataan tässä mielessä yhtenä "tasapainosta", jossa kaikki liikkeet loppuvat. [3]

Idean lämpökuolemasta termodynamiikan lakien seurauksena ehdotti kuitenkin ensin löyhästi lordi Kelvin (William Thomson), joka alkoi vuonna 1851, ja teorioi edelleen Sadi Carnotin (1824), Jamesin mekaanisten energian menetysnäkymien perusteella. Joule (1843) ja Rudolf Clausius (1850). Thomsonin näkemykset kehitelivät sitten seuraavan vuosikymmenen aikana Hermann von Helmholtz ja William Rankine. [ viite Tarvitaan ]

Historia Muokkaa

Ajatus maailmankaikkeuden lämpökuolemasta johtuu keskustelusta termodynamiikan kahden ensimmäisen lain soveltamisesta universaaleihin prosesseihin. Erityisesti vuonna 1851 lordi Kelvin hahmotteli näkemystä, joka perustui viimeaikaisiin kokeisiin lämmön dynaamisesta teoriasta: "Lämpö ei ole aine, vaan mekaanisen vaikutuksen dynaaminen muoto. Ymmärrämme, että mekaanisen työn ja lämpöä, syyn ja seurauksen välillä. " [4]

Thomson julkaisi vuonna 1852 Luonnon universaalista taipumuksesta mekaanisen energian häviämiseen, jossa hän hahmotteli termodynamiikan toisen lain alkeellisuudet, yhteenvedon näkemyksestä, että mekaanisella liikkeellä ja liikkeen luomiseen käytetyllä energialla on taipumus hajota tai loppua. [5] Tämän asiakirjan ideat suhteessa niiden soveltamiseen auringon ikään ja yleisen toiminnan dynamiikkaan houkuttelivat William Rankinen ja Hermann von Helmholtzin kaltaisia. Kolmen heistä sanottiin vaihtaneen ajatuksia tästä aiheesta. [6] Vuonna 1862 Thomson julkaisi "Auringon lämmön iästä", artikkelin, jossa hän toisti perustavanlaatuiset vakaumuksensa energian tuhoutumattomuuteen (ensimmäinen laki) ja energian yleiseen hajaantumiseen (toinen laki), mikä johti lämmön diffuusioon, hyödyllisen liikkeen (työn) lopettamiseen ja potentiaalienergian uupumiseen aineellisen maailmankaikkeuden läpi, samalla kun hän selventää näkemystään seurauksista koko maailmankaikkeudelle. Thomson kirjoitti:

Tulos olisi väistämättä universaalin levon ja kuoleman tila, jos maailmankaikkeus olisi rajallinen ja jätettäisiin noudattamaan voimassa olevia lakeja. Mutta on mahdotonta kuvitella rajaa maailmankaikkeuden aineen laajuudelle, ja siksi tiede viittaa pikemminkin loputtomaan edistymiseen loputtoman tilan kautta, joka sisältää toiminnan, jossa potentiaalinen energia muuttuu käsin kosketeltavaksi liikkeeksi ja siten lämmöksi, kuin yksi äärellinen mekanismi, joka kulkee alas kuin kello ja pysähtyy ikuisesti. [7]

Sekä Thomsonin vuodelta 1852 että vuodelta 1862 seuranneina vuosina Helmholtz ja Rankine hyvittivät molemmat Thomsonille ajatuksen, mutta lukivat edelleen papereihinsa julkaisemalla näkemyksiä, joiden mukaan Thomson väitti, että maailmankaikkeus päättyy "lämpökuolema"(Helmholtz) joka on"kaikkien fyysisten ilmiöiden loppu"(Rankine). [6] [8] [ epäluotettava lähde? ]

Ehdotukset maailmankaikkeuden lopullisesta tilasta riippuvat sen lopullisesta kohtalosta tehdyistä oletuksista, ja nämä oletukset ovat vaihdelleet huomattavasti 1900-luvun lopulla ja 2000-luvun alussa. Oletetussa "avoimessa" tai "tasaisessa" maailmankaikkeudessa, joka laajenee jatkuvasti loputtomasti, odotetaan lopulta tapahtuvan joko lämpökuolema tai iso repeämä. [2] Jos kosmologinen vakio on nolla, maailmankaikkeus lähestyy absoluuttista nollalämpötilaa hyvin pitkällä aikavälillä. Kuitenkin, jos kosmologinen vakio on positiivinen, kuten näyttää tapahtuneen viimeaikaisissa havainnoissa [9] (2011 Nobel-palkinto), lämpötila nousee positiiviseksi nollasta poikkeavaksi arvoksi ja maailmankaikkeus lähestyy suurimman entropian tilaa jota jatkotyö ei ole mahdollista. [10]

Jos iso repeämä ei tapahdu kauan ennen sitä ja atomin ytimeen sitoutuneet protonit, elektronit ja neutronit ovat stabiileja eivätkä koskaan hajoa, täydellinen "lämpökuoleman" tilanne voitaisiin välttää, jos on olemassa menetelmä tai mekanismi vetyatomien regeneroimiseksi säteilystä , pimeä aine, pimeä energia, nollapisteen energia, sphaleronit, virtuaalihiukkaset tai muut lähteet, kuten aineen ja energian noutaminen mustista aukoista tai mustien aukkojen räjähtäminen siten, että niiden sisältämä massa vapautuu, mikä voi johtaa muodostumiseen uusia tähtiä ja planeettoja. Jos näin on, on ainakin mahdollista, että tähtien muodostuminen ja lämmönsiirto voivat jatkua välttäen maailmankaikkeuden asteittaista laskeutumista, mikä johtuu aineen muuttumisesta energiaksi ja raskaammiksi elementeiksi tähtiprosesseissa ja aineen imeytymisestä mustien aukkojen ja niiden myöhempi haihdutus Hawking-säteilynä. [11] [12]

Marraskuussa 2020 julkaistussa uudessa tutkimuksessa todettiin, että maailmankaikkeus on tulossa kuumemmaksi. Tutkimuksessa tutkittiin maailmankaikkeuden lämpöhistoriaa viimeisen 10 miljardin vuoden aikana. Se on havainnut, että "kaasun keskilämpötila koko maailmankaikkeudessa on noussut yli 10 kertaa tuona ajanjaksona ja saavuttanut nykyään noin 2 miljoonaa Kelvin-astetta - noin 4 miljoonaa Fahrenheit-astetta". Yi-Kuan Chiang, tutkimuksen johtava kirjoittaja ja tutkija Ohion osavaltion yliopiston kosmologia- ja astepartikkelifysiikan keskuksessa, totesi, että "Uusi mittauksemme antaa suoran vahvistuksen Jim Peeblesin - vuoden 2019 fysiikan Nobel-palkinnon saaneelle. - joka esitti teorian siitä, kuinka laajamittainen rakenne muodostuu maailmankaikkeudessa. " [13] [14]

Aineen ja pimeän aineen maailmankaikkeudessa uskotaan olevan suuresta paukutuksesta nykypäivään keskittynyt tähtiin, galakseihin ja galaksiryhmiin, ja niiden oletetaan jatkavan niin hyvin tulevaisuudessa. Siksi maailmankaikkeus ei ole termodynaamisessa tasapainossa, ja esineet voivat tehdä fyysistä työtä. [15]: §VID Hawkingin säteilyn aiheuttaman noin 1 galaksimassan (10 11 aurinkomassan) supermassiivisen mustan aukon hajoamisaika on luokkaa 10 100 vuotta, [16] joten entropiaa voidaan tuottaa ainakin siihen saakka, aika. Joitakin suuria mustia aukkoja maailmankaikkeudessa ennustetaan edelleen kasvavan jopa 10 14 M: iin galaksien superjoukkojen romahtamisen aikana. Jopa nämä haihtuisivat jopa 10106 vuoden ajanjaksolla. [17] Tuon ajan jälkeen maailmankaikkeus saapuu ns. Pimeään aikakauteen ja sen odotetaan koostuvan pääasiassa laimeasta fotonien ja leptonien kaasusta. [15]: §VIA Kun vain hajanaista ainetta on jäljellä, toiminta maailmankaikkeudessa on loppunut dramaattisesti erittäin alhaisella energiatasolla ja erittäin pitkillä aikatauluilla. Spekulatiivisesti on mahdollista, että maailmankaikkeus voi päästä toiseen inflaatiokauteen, tai olettaen, että nykyinen tyhjiötila on väärä tyhjiö, tyhjiö voi hajota pienemmän energian tilaan. [15]: §VE On myös mahdollista, että entropian tuotanto loppuu ja maailmankaikkeus saavuttaa lämpökuoleman. [15]: §VID Toinen maailmankaikkeus voidaan mahdollisesti luoda satunnaisilla kvanttivaihteluilla tai kvanttitunnelilla noin 10 10 10 56 < displaystyle 10 ^ <10 ^ <10 ^ <56> >>> vuodessa. [18] Suurina aikoina spontaani entropia lasku lopulta tapahtuisi Poincarén toistumislauseen, [19] lämpövaihtelujen, [20] [21] [22] ja vaihtelulauseen kautta. [23] [24] Tällainen skenaario on kuitenkin kuvattu "erittäin spekulatiiviseksi, todennäköisesti vääräksi [ja] täysin testattavaksi". [25] Sean M.Carroll, alun perin tämän idean puolustaja, ei enää tue sitä. [26] [27]

Max Planck kirjoitti, että ilmaisulla "maailmankaikkeuden entropia" ei ole merkitystä, koska se ei myönnä tarkkaa määritelmää. [28] [29] Viime aikoina Walter Grandy kirjoittaa: "On melko ylimielistä puhua maailmankaikkeuden entropiasta, josta me vielä ymmärrämme niin vähän, ja ihmettelemme, miten voitaisiin määritellä termodynaaminen entropia universumille ja sen pääkomponenteille jotka eivät ole koskaan olleet tasapainossa koko olemassaolonsa ajan. " [30] Tisza: "Jos eristetty järjestelmä ei ole tasapainossa, emme voi liittää siihen entropiaa." [31] Buchdahl kirjoittaa "täysin perusteettomasta olettamuksesta, jonka mukaan maailmankaikkeutta voidaan kohdella suljettuna termodynaamisena järjestelmänä". [32] Gallavottin mukaan: ". Tasapainossa oleville järjestelmille ei ole yleisesti hyväksyttyä käsitystä entropiasta, vaikka ne olisivatkin paikallaan." [33] Keskustelemalla entropiasta epätasapainotiloissa yleensä Lieb ja Yngvason ilmaisevat mielipiteensä seuraavasti: "Huolimatta siitä, että useimmat fyysikot uskovat tällaiseen tasapainoton entropiaan, on toistaiseksi osoittautunut mahdottomaksi määritellä sitä selvästi tyydyttävällä tavalla. " [34] Landsbergin mielestä "The kolmas väärinkäsitys on, että termodynamiikkaa ja erityisesti entropian käsitettä voidaan soveltaa ilman lisätutkimuksia koko maailmankaikkeuteen. . Nämä kysymykset kiehtovat jonkin verran, mutta vastaukset ovat spekulaatioita, eivätkä ne kuulu tämän kirjan piiriin. "[35]

Vuonna 2010 tehdyssä entropian analyysissä todetaan, että "yleisen painovoimakentän entropiaa ei edelleenkään tiedetä", ja "painovoiman entropiaa on vaikea kvantifioida". Analyysissä otetaan huomioon useita mahdollisia oletuksia, joita tarvitaan arvioihin, ja ehdotetaan, että havaittavassa maailmankaikkeudessa on enemmän entropiaa kuin aiemmin ajateltiin. Tämä johtuu siitä, että analyysissä päätellään, että supermassiiviset mustat aukot ovat suurin tekijä. [36] Lee Smolin menee pidemmälle: "On jo kauan ollut tiedossa, että painovoima on tärkeä, jotta maailmankaikkeus pysyisi poissa lämpötasapainosta. Gravitaatioon sitoutuneilla järjestelmillä on negatiivinen ominaislämpö - toisin sanoen niiden komponenttien nopeudet kasvavat, kun energia poistetaan. Tällainen järjestelmä ei kehity kohti homogeenista tasapainotilaa, vaan siitä tulee yhä rakenteisempi ja heterogeenisempi, kun se hajoaa osajärjestelmiksi. " [37] Tätä näkökulmaa tukee myös se tosiasia, että hiljattain kokeellisesti havaittiin vakaa epätasapainoinen vakaa tila suhteellisen yksinkertaisessa suljetussa järjestelmässä. On odotettavissa, että eristetty järjestelmä, joka on sirpaloitu osajärjestelmiin, ei välttämättä saavuta termodynaamista tasapainoa ja pysyy epätasapainotilassa. Entropia siirtyy osajärjestelmästä toiseen, mutta sen tuotanto on nolla, mikä ei ole ristiriidassa termodynamiikan toisen lain kanssa. [38] [39]


Mikä on lämpökuolema?

Se on yksi teoria siitä, miten maailmankaikkeus loppuu: 'Heat Death' & # 8211, joka tunnetaan myös nimellä `` Big Freeze '' tai `` Big Chill '' & # 8211, on ehdotettu yhdeksi tavaksi, jolla kosmos voisi tulla loppu, varsinkin kun se kasvaa jatkuvasti.

Ajatus lämpökuolemasta on tosiasiallisesti peräisin termodynamiikan toisesta laista & # 8211, joka on ajatus siitä, että entropia lisääntyy eristetyssä järjestelmässä (tämä järjestelmä on maailmankaikkeus). Entropian, joka on tapa, jolla järjestelmä voidaan järjestää, ei pitäisi koskaan laskea, kehittyä maksimaalisen häiriön (tai termodynaamisen tasapainon) tilaan. Kun näin tapahtuu, kaikki energia jakautuu tasaisesti koko kosmokseen, eikä jätetä tilaa uudelleenkäytettävälle energialle tai lämmölle. Prosessi, joka kuluttaa energiaa, johon kuuluu myös elämä maapallolla, loppuisi.

Saatat ajatella, että Heat Death merkitsee tähtitieteellisesti korkeita lämpötiloja, jotka pilkkaavat kaiken. Kuitenkin brittiläinen fyysikko Lord Kelvin, joka ehdotti ajatusta 1850-luvulla, viittasi mekaanisen energian menetykseen lämpöteoriana. Itse asiassa on ehdotettu, että mitä enemmän maailmankaikkeus laajenee, sitä viileämmäksi se tulee.

Tarkastelemme maailmankaikkeuden jatkuvaa laajenemista kosmisen mikroaaltotaustan lukemien mukaan, mutta laskevalla nopeudella ja näyttää todennäköiseltä, että kosmos loppuu lämpökuolemaan. Ei hätää, vaikka maailmankaikkeumme tuottaa entropiaa vielä jonkin aikaa!

Pysy ajan tasallaViimeisin uutiset Kaikki avaruudesta -saatavilla joka kuukausi vain 4,99 puntaa. Vaihtoehtoisesti voit tilatatässä murto-osalla hinnasta!


Sovitut ehdot auttavat järkevää keskustelua: Big Bang

Kosmologia erittäin lyhyt esittely Peter Coles OUP 2001
. . . . . . . . . Ensinnäkin Einsteinin teoria hajoaa aivan maailmankaikkeuden alussa. Suuri räjähdys on esimerkki siitä, mitä suhteellisuusteoreetikot kutsuvat singulariteetiksi, pisteeksi, jossa matematiikka hajoaa paloiksi ja mitattavissa olevista määristä tulee ääretön. Vaikka tiedämme, kuinka maailmankaikkeuden odotetaan kehittyvän tietystä vaiheesta, singulariteetti tekee mahdottomaksi tietää ensimmäisten periaatteiden perusteella, miltä maailmankaikkeuden pitäisi näyttää alussa. . . . . . . . . . Suurin osa kosmologeista tulkitsee Big Bang -singulariteettia samalla tavalla kuin Black Hole -singulariteettia. . . Toisin sanoen Einsteinin yhtälöt hajoavat jossain vaiheessa varhaisessa maailmankaikkeudessa siellä esiintyvien äärimmäisten fyysisten olosuhteiden vuoksi. . . . . . . . . . Tämä puute on syy, miksi sanamalli' on luultavasti sopivampi kuin 'teoria' Big Bangille. & quot

Aloitan vain tästä viitteestä, koska oletin hyvin pitkään, että termit, kuten Big Bang ja singulariteetti ja maailmankaikkeus, edustavat & quot; absoluuttista totuutta & quot; Ne voivat aiheesta riippuen hyvinkin edustaa parasta ideaa, jonka tiede on keksinyt ja jota tulisi kohdella sellaisena, mutta kaikki, mitä ei voida tarkkailla, mitata ja kokeilla, ei ole tiedettä, vaan filosofiaa. Uskon, että tiedämme kaikki, että tiede etenee ja hienosäätää terminologiansa ja ideoitaan tietämysvoitonsa mukaisesti. Tämä puolestaan ​​pitää filosofian valvonnassa.

Oxfordin astronomian sanakirja Ian Ridpath OUP 2011.
& quotAlkuräjähdys Teoria (BBT) Yleisimmin hyväksytty teoria maailmankaikkeuden alkuperästä ja evoluutiosta. Mukaan Alkuräjähdys Teorian mukaan maailmankaikkeus on alkanut korkean lämpötilan ja tiheyden alkutilasta ja on laajentunut siitä lähtien. Paras virtamittaus sijoittaa Alkuräjähdys 13,73 miljardia vuotta sitten +/- 0,1 miljardia vuotta. Toisin sanoen, tämä on maailmankaikkeuden ikä. & Quot
"Yleisen suhteellisuusteorian teoria ennustaa" singulariteetin "olemassaolon aivan alussa, jolloin lämpötila ja tiheys olivat rajattomat. Suurin osa kosmologeista tulkitsee tämän singulariteetin tarkoittavan sitä, että yleinen suhteellisuusteoria hajoaa Planckin aikakaudella hyvin varhaisen maailmankaikkeuden äärimmäisissä fyysisissä olosuhteissa ja että alkuun on puututtava käyttämällä kvantt kosmologian teoriaa. Nykyisen tietämyksemme mukaan korkean energian hiukkasfysiikasta voimme kuljettaa kelloa takaisin leptonikauden ja hadronikauden läpi miljoonasosaan sekuntiin. Alkuräjähdys, kun lämpötila oli 10 ^ 13 K. Spekulatiivisempaa teoriaa käyttäen kosmologit ovat yrittäneet työntää mallin 10 ^ -35 sekunnin sisällä singulariteetista, kun lämpötila oli 10 ^ 28 K. "

Geofysiikan, astrofysiikan ja tähtitieteen sanakirja Ed RA Matzner CRC Press 2001
Alkuräjähdys Alkuperäinen räjähdys, joka synnytti maailmankaikkeuden, ja maailmankaikkeuden vakiomalli, jossa kaikki ainetila ja -aika laajenevat valtavan tiheyden ja paineen alkutilasta. Kaikkien klassisessa suhteellisuusteoriassa (yleinen suhteellisuusteoria) rakennettujen maailmankaikkeuden mallien on otettava huomioon, että tällä hetkellä maailmankaikkeus laajenee. . . . . . . . . . Tätä äärettömän puristuksen hetkeä kutsutaan Alkuräjähdys. Se on muodollinen matemaattinen johtopäätös, joka viittaa vain siihen, että maailmankaikkeuden jokaisen alueen on täytynyt olla aikaisemmin paljon tiheämpi ja kuumempi kuin nyt. . . . . . . . . . Robertson Walker -mallit tarkoittavat, että Alkuräjähdys tapahtui samanaikaisesti kaiken maailmankaikkeuden aineen suhteen, mutta on olemassa yleisempiä malleja, joissa ei ole samanaikaista Alkuräjähdys.

Uuden kosmologian kuvakriittinen sanakirja Ed Peter Coles -kuvakirjat 1998.
Alkuräjähdys Teoria & quot; Tavallinen teoreettinen kehys, jossa useimmat kosmologit tulkitsevat havaintoja ja rakentavat uusia teoreettisia ideoita. . . . . . . Kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn olemassaolo on erittäin vahva todiste siitä, että maailmankaikkeus on täytynyt olla kuuma aiemmin. Ei ole myöskään täysin oikein kutsua sitä a teoria ja monet haluavat käyttää sanaa malli-. Teorian ja mallin välinen ero on hienovarainen, mutta hyödyllinen määritelmä on, että teorian odotetaan yleensä olevan täysin itsenäinen (sillä ei voi olla säädettäviä parametreja, ja kaikki matemaattiset suuruudet on määritelty a priori), kun taas malli ei ole täydellinen samalla tavalla. Johtuen epävarmoista näkökohdista Alkuräjähdys mallista, siitä on melko vaikeaa tehdä valurautaisia ​​ennusteita, joten sitä ei ole helppo väärentää (väärentämistä pidetään monilla tahoilla tieteellisen teorian välttämättömänä ominaisuutena).
& quot Alkuräjähdys Mallin mukaan maailmankaikkeus on alkanut korkean lämpötilan ja tiheyden alkutilasta ( alkupalojen tulipallo) ja on laajentunut siitä lähtien. .Dynamiikka Alkuräjähdys on kuvattu kosmologisilla malleilla, jotka saadaan ratkaisemalla Einstein-yhtälöt yleisen suhteellisuusteorian teoriassa. Erityiset mallit, jotka muodostavat standardin perustan Alkuräjähdys Teoria on Friedmann-mallit, jotka kuvaavat universumia, joka on sekä homogeeninen että isotrooppinen. Nämä mallit ennustavat kaikki singulariteetin olemassaolon aivan alussa, jolloin lämpötila ja tiheys ovat rajattomat. . . . . . . . . . Useimmat kosmologit tulkitsevat singulariteetin tarkoittavan sitä, että Einstein-yhtälöt hajoavat Planckin aikana hyvin varhaisen maailmankaikkeuden äärimmäisissä fysikaalisissa olosuhteissa ja että alkuun on puututtava kvantt kosmologian teorian avulla. Tämä epätäydellisyys on syy, miksi sana malli- on todennäköisesti sopivampi. & quot
. . . . . . . . . . . . . . .
& quotSiellä on toinen tärkeä aukko Big Bang tlukuun ottamatta alkutilojen ongelmaa ja tunnettujen fysiikan lakien hajoamista alkuperäisessä singulariteetissa. Alkuräjähdys malli kuvaa maailmankaikkeuden ominaisuuksia vain keskimääräisessä mielessä, koska se on sisällytetty teoriaan, jonka mukaan maailmankaikkeus on sama kaikissa paikoissa ja näyttää samalta joka suuntaan.

Universumin luonnontieteellinen historia Colin A Ronan Marshall Edition 1991
& quotMatematiikka ja todellisuus. Teoria Alkuräjähdys sillä on paljon havainnointitodistuksia sen tueksi. Silti on olemassa toinen puoli maailmankaikkeuden tutkimiseen. Matematiikan avulla kosmologit, kuten muutkin tiedemiehet, voivat usein selvittää teoriassa, millainen luonnon pitäisi olla ennen kokeilijat ja tarkkailijat ovat vahvistaneet, että näin on. "
Matemaattinen päättely on ainoa tapa tarttua havaitsemiemme taustojen taustaan. Tämä johtuu siitä, että matematiikka on kieli, jolla ideat voidaan muotoilla tarkalla tavalla ja jonka avulla mieli voi suunnitella loogisia sekvenssejä syvällä syvyydellä, jossa pelkät sanat tuovat melko ylitsepääsemättömiä esteitä. Kerta toisensa jälkeen matemaattinen päättely on tuottanut oivalluksia muulla tavoin. & Quot

Kosmiset lähetykset - Raportit tähtitieteestä ja kosmologiasta Ed John N Wilford Norton 2002
Astronomit havaitsevat räjähdyksen toisena Alkuräjähdys. Tähtitieteilijät ovat havainneet titaanisen räjähdyksen kosmoksen ulkorajoilla - joka on niin väkivaltainen ja kirkas, että noin 40 sekunnin ajan se ilmeisesti ylittää koko maailmankaikkeuden. Paitsi Alkuräjähdys jonka uskotaan yleisesti luovan maailmankaikkeuden, mitään muuta vastaavanlaista kosmista räjähdystä ei ole koskaan löydetty.
Tohtori Stephen Hawking ja tohtori James Hartle kuvasivat äärellisen, suljetun maailmankaikkeuden pallon muodossa, vain neljässä ulottuvuudessa. Se alkaa a Alkuräjähdys, expands to a maximum point like the spherical Earth's equator, and then contracts toward an eventual collapse in what is sometimes called the Big Crunch. Like Earth's surface, this has no edges and would seem to require a closed universe."

Universe The Definitive Visual Guide. Gen Ed Martin Rees DK 2012.
"The Big Bang and Particle Physics:
For some decades, physicists have directed their search towards a better understanding of matter and the four fundamental forces. Part of the purpose has been to clarify what happened in the early Universe, shortly after the Alkuräjähdys.
Evidence for the Alkuräjähdys: [Note: from a 2012 perspective, but see later].
The strongest evidence for the Alkuräjähdys is the radiation it left, called the cosmic microwave background radiation (CMBR). George Gamow predicted its existence in 1948. It's detection in the 1960s was confirmation, for most cosmologists, of the Alkuräjähdys Theory. Other observations help support this theory.
Background radiation: The spectrum of the CMBR, discovered by Arno Penzias and Robert Wilson indicates a uniformly hot early Universe.
Expansion: If the Universe is expanding and cooling, it must once have been smaller and hotter.
Balance of elements: Alkuräjähdys theory exactly predicts the proportion of light elements, hydrogen, helium and lithium, seen in the Universe today.
General Relativity: Einstein's theory predicts that the Universe must either be expanding or contracting - it cannot stay the same size,"

The Grand Design. Stephen Hawking and Leonard Mlodinow, Bantam Press 2010.
"It is not yet clear whether a model in which time continued back beyond the big bang would be better at explaining present observations because it seems the laws of the evolution of the universe may break down at the alkuräjähdys. If they do, it would make no sense to create a model which encompasses time before the alkuräjähdys, because what existed then would have no observable consequences for the present, and so we might as well stick with the idea that the alkuräjähdys was the creation of the world."

All About Space 2016 At that time there was no Issue Number or date. 2016 came from Copyright at back.
What happened before the Alkuräjähdys?
"Some cosmologists are wondering if the Alkuräjähdys was merely an intermediate phase and not the true start of the Universe at all. Theories such as the ekpyrotic universe, 'big bounce' models, and cyclic cosmology have all been round for a while, but new data from sensitive space-probes could put some of these on a firmer footing." Quote from article.
by Kulvinder Singh Chadha

The Theory of (nearly) Everything Ed Daniel Bennett BBC ScienceFocus.com 2016
A lengthy section entitled The Story of the Universe.by Stuart Clark and Elizabeth Pearson.
Chapter headings are:
1. The Alkuräjähdys
2. Inflation 19-35 seconds post-Alkuräjähdys
3. Particle Creation 1 minute post-Alkuräjähdys
4. The Decoupling of Matter and Energy 380,000 years post-Alkuräjähdys
5. The Cosmic Dark Ages 1 million years post-Alkuräjähdys
6. The Formation of the Solar System 8.8 billion years post-Alkuräjähdys.
As such reference is made to the Big Bang, that Section of Agreed Terms is suggested.

Tähtitiede Special Issue The Beginning and End of the Universe January 2021
Relevant contents:
THE BEGINNINGS
It began with a Bang by Dan Hooper

From Wiki Alkuräjähdys
Lainata
Before observations of dark energy, cosmologists considered two scenarios for the future of the universe. If the mass density of the universe were greater than the critical density, then the universe would reach a maximum size and then begin to collapse. It would become denser and hotter again, ending with a state similar to that in which it started—a Big Crunch.[18]

. . . . . . . . . . . . . . .
Modern observations of accelerating expansion imply that more and more of the currently visible universe will pass beyond our event horizon and out of contact with us. The eventual result is not known. The ΛCDM model of the universe contains dark energy in the form of a cosmological constant. This theory suggests that only gravitationally bound systems, such as galaxies, will remain together, and they too will be subject to heat death as the universe expands and cools. Other explanations of dark energy, called phantom energy theories, suggest that ultimately galaxy clusters, stars, planets, atoms, nuclei, and matter itself will be torn apart by the ever-increasing expansion in a so-called Big Rip.[128]
Lainata

Models not involving the Alkuräjähdys really constitute their own thread, but these are included for those interested.

Non-standard cosmology - Wikipedia
https://en.wikipedia.org › wiki › Non-standard_cosmol.
A non-standard cosmology is any physical cosmological model of the universe that was, or still . Nevertheless, there remained vocal detractors of the Alkuräjähdys theory . Alternativetheories do not have a means to explain these abundances.
‎History · ‎Alternatives to Big Bang. · ‎Alternatives and. · ‎Alternatives to General.

Cyclic model - Wikipedia
https://en.wikipedia.org › wiki › Cyclic_model
It was proposed in 2001 by Paul Steinhardt of Princeton University and Neil Turok of Cambridge University. theory describes a maailmankaikkeus exploding into .
‎Overview · ‎The Steinhardt–Turok model · ‎The Baum–Frampton model


Please note: this is work in progress. Additions may be made in the middle


Is the universe finite or infinite?

Illustration of the ESA Planck Telescope in Earth orbit. Luotto: ESA

Two possiblities exist: either the Universe is finite and has a size, or it's infinite and goes on forever. Both possibilities have mind-bending implications.

In another episode of Guide to Space, we talked: "how big is our Universe". Then I said it all depends on whether the Universe is finite or infinite. I mumbled, did some hand waving, glossed over the mind-bending implications of both possibilities and moved on to whatever snarky sci-cult reference was next because I'm a bad host. I acted like nothing happened and immediately got off the elevator.

So, in the spirit of he who smelled it, dealt it. I'm back to shed my cone of shame and talk big universe. And if the Universe is finite, well, it's finite. You could measure its size with a really long ruler. You could also follow up statements like that with all kinds of crass shenanigans. Sure, it might wrap back on itself in a mindbending shape, like a of monster donut or nerdecahedron, but if our Universe is infinite, all bets are off. It just goes on forever and ever and ever in all directions. And my brain has already begun to melt in anticipation of discussing the implications of an infinite Universe.

Haven't astronomers tried to figure this out? Of course they have, you fragile mortal meat man/woman! They've obsessed over it, and ordered up some of the most powerful sensitive space satellites ever built to answer this question.Astronomers have looked deep at the Cosmic Microwave Background Radiation, the afterglow of the Big Bang. So, how would you test this idea just by watching the sky?

Here's how smart they are. They've searched for evidence that features on one side of the sky are connected to features on the other side of the sky, sort of like how the sides of a Risk map connect to each other, or there's wraparound on the PacMan board. And so far, there's no evidence they're connected.

In our hu-man words, this means 13.8 billion light-years in all directions, the Universe doesn't repeat. Light has been travelling towards us for 13.8 billion years this way, and 13.8 billion years that way, and 13.8 billion years that way and that's just when the light left those regions. The expansion of the Universe has carried them from 47.5 billion light years away. Based on this, our Universe is 93 billion light-years across. That's an "at least" figure. It could be 100 billion light-years, or it could be a trillion light-years. Emme tiedä. Possibly, we can't know. And it just might be infinite.

If the Universe is truly infinite, well then we get a very interesting outcome something that I guarantee will break your brain for the entire day. After moments like this, I prefer to douse it in some XKCD, Oatmeal and maybe some Candy Crush.

Consider this. In a cubic meter (or yard) of space. Alright, in a box of space about yay big (show with hands), there's a finite number of particles that can possibly exist in that region, and those particles can have a finite number of configurations considering their spin, charge, position, velocity and so on.

Tony Padilla from Numberphile has estimated that number to be 10 to the power of 10 to the power of 70. That's a number so big that you can't actually write it out with all the pencils in the Universe. Assuming of course, that other lifeforms haven't discovered infinite pencil technology, or there's a pocket dimension containing only pencils. Actually, it's probably still not enough pencils.

There are only 10 80 particles in the observable Universe, so that's much less than the possible configurations of matter in a cubic meter. If the Universe is truly infinite, if you travel outwards from Earth, eventually you will reach a place where there's a duplicate cubic meter of space. The further you go, the more duplicates you'll find.

Artist’s conception of Planck, a space observatory operated by the European Space Agency, and the cosmic microwave background. Credit: ESA and the Planck Collaboration – D. Ducros

Ooh, big deal, you think. One hydrogen pile looks the same as the next to me. Except, you hydromattecist, you'll pass through places where the configuration of particles will begin to appear familiar, and if you proceed long enough you'll find larger and larger identical regions of space, and eventually you'll find an identical you. And finding a copy of yourself is just the start of the bananas crazy things you can do in an infinite Universe.

In fact, hopefully you'll absorb the powers of an immortal version of you, because if you keep going you'll find an infinite number of yous. You'll eventually find entire duplicate observable universes with more yous also collecting other yous. And at least one of them is going to have a beard.

The Hubble Ultra Deep Field seen in ultraviolet, visible, and infrared light. Credit: NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), and Z. Levay (STScI)

So, what's out there? Possibly an infinite number of duplicate observable universes. We don't even need multiverses to find them. These are duplicate universes inside of our own infinite universe. That's what you can get when you can travel in one direction and never, ever stop.

Whether the Universe is finite or infinite is an important question, and either outcome is mindblenderingly fun. So far, astronomers have no idea what the answer is, but they're working towards it and maybe someday they'll be able to tell us.


Katso video: 50 IHMEELLISTÄ FAKTAA AVARUUDESTA #10 (Tammikuu 2022).