«Նորաձևություն, հավատք, ֆանտազիա և տիեզերքի նոր ֆիզիկա» գիրքը

Ողջույն Խաբրո բնակիչներ։ Հնարավո՞ր է ֆունդամենտալ գիտության մեջ խոսել նորաձևության, հավատքի կամ ֆանտազիայի մասին:

Տիեզերքին չի հետաքրքրում մարդկային նորաձևությունը: Գիտությունը չի կարող մեկնաբանվել որպես հավատք, քանի որ գիտական ​​պոստուլատները մշտապես ենթարկվում են խիստ փորձարարական փորձարկման և անտեսվում են հենց որ դոգման սկսում է հակասել օբյեկտիվ իրականությանը: Իսկ ֆանտազիան ընդհանրապես անտեսում է թե՛ փաստերը, թե՛ տրամաբանությունը։ Այնուամենայնիվ, մեծ Ռոջեր Փենրոուզը չի ցանկանում լիովին մերժել այդ երևույթները, քանի որ գիտական ​​նորաձևությունը կարող է առաջընթացի շարժիչ լինել, հավատն առաջանում է, երբ տեսությունը հաստատվում է իրական փորձերով, և առանց ֆանտազիայի թռիչքի չի կարելի հասկանալ մեր բոլոր տարօրինակությունները: Տիեզերք.

«Նորաձևություն» գլխում դուք կծանոթանաք լարերի տեսությանը` վերջին տասնամյակների ամենանորաձև տեսությանը: «Հավատքը» նվիրված է այն դրույթներին, որոնց վրա հիմնված է քվանտային մեխանիկա: Իսկ «Ֆանտազիան» վերաբերում է ոչ պակաս, քան մեզ հայտնի Տիեզերքի ծագման տեսություններին:

3.4. Մեծ պայթյունի պարադոքս

Եկեք նախ բարձրացնենք դիտարկումների հարցը. Ի՞նչ ուղղակի ապացույց կա, որ ամբողջ դիտելի Տիեզերքը ժամանակին գտնվել է չափազանց սեղմված և աներևակայելի տաք վիճակում, որը համապատասխանում է 3.1 բաժնում ներկայացված Մեծ պայթյունի պատկերին: Ամենահամոզիչ ապացույցը տիեզերական միկրոալիքային ֆոնային ճառագայթումն է (CMB), որը երբեմն կոչվում է մեծ պայթյուն: CMB ճառագայթումը թեթև է, բայց շատ երկար ալիքի երկարությամբ, ուստի այն տեսնելը բոլորովին անհնար է ձեր աչքերով: Այս լույսը մեզ վրա հոսում է բոլոր կողմերից ծայրաստիճան հավասարաչափ (բայց հիմնականում անկապ): Այն ներկայացնում է ջերմային ճառագայթում ~2,725 Կ ջերմաստիճանով, այսինքն՝ բացարձակ զրոյից ավելի քան երկու աստիճան։ Ենթադրվում է, որ դիտարկված «փայլը» առաջացել է աներևակայելի տաք Տիեզերքում (այդ ժամանակ՝ 3000 Կ) Մեծ պայթյունից մոտավորապես 379 տարի անց՝ վերջին ցրման դարաշրջանում, երբ Տիեզերքն առաջին անգամ դարձավ թափանցիկ էլեկտրամագնիսական ճառագայթման համար (չնայած. դա ընդհանրապես տեղի չի ունեցել Մեծ պայթյունի ժամանակ): պայթյուն; այս իրադարձությունը տեղի է ունենում Տիեզերքի ընդհանուր տարիքի առաջին 000/1-ում՝ Մեծ պայթյունից մինչև մեր օրերը): Վերջին ցրման դարաշրջանից ի վեր այս լուսային ալիքների երկարությունն աճել է մոտավորապես այնքան, որքան ինքն է ընդլայնվել Տիեզերքը (մոտ 40 գործակցով), այնպես որ էներգիայի խտությունը նույնքան արմատապես նվազել է։ Հետևաբար, CMB-ի դիտարկվող ջերմաստիճանը կազմում է ընդամենը 000 Կ:

Այն փաստը, որ այս ճառագայթումն ըստ էության անկապ (այսինքն՝ ջերմային) է, տպավորիչ կերպով հաստատվում է նրա հաճախականության սպեկտրի բուն բնույթով, որը ցույց է տրված Նկ. 3.13. Ճառագայթման ինտենսիվությունը յուրաքանչյուր կոնկրետ հաճախականության վրա գծագրվում է ուղղահայաց գրաֆիկի վրա, և հաճախականությունը մեծանում է ձախից աջ: Շարունակական կորը համապատասխանում է Պլանկի սև մարմնի սպեկտրին, որը քննարկվել է բաժնում 2.2-ում 2,725 Կ ջերմաստիճանի համար: Կորի կետերը տվյալներ են հատուկ դիտարկումներից, որոնց համար տրված են սխալի գծեր: Միևնույն ժամանակ, սխալի գծերը ավելացվում են 500 անգամ, քանի որ հակառակ դեպքում դրանք պարզապես անհնար կլիներ դիտարկել նույնիսկ աջ կողմում, որտեղ սխալները հասնում են առավելագույնին: Տեսական կորի և դիտողական արդյունքների միջև համաձայնությունը պարզապես ուշագրավ է, թերևս լավագույն համաձայնությունը բնության մեջ հայտնաբերված ջերմային սպեկտրի հետ:

Այնուամենայնիվ, ի՞նչ է ցույց տալիս այս զուգադիպությունը։ Այն, որ մենք դիտարկում ենք մի վիճակ, որն, ըստ երևույթին, շատ մոտ էր թերմոդինամիկական հավասարակշռությանը (այդ պատճառով էլ ավելի վաղ օգտագործվում էր անհամապատասխան տերմինը)։ Բայց ի՞նչ եզրակացություն է բխում այն ​​փաստից, որ նորաստեղծ Տիեզերքը շատ մոտ էր թերմոդինամիկական հավասարակշռությանը։ Վերադառնանք Նկ. 3.12 3.3 բաժնից. Ամենատարածված կոպիտ հատվածը (ըստ սահմանման) կլինի շատ ավելի մեծ, քան ցանկացած այլ նման շրջան, և սովորաբար այնքան մեծ կլինի մյուսների համեմատ, որ բոլորին շատ գաճաճ կլինի: Ջերմոդինամիկական հավասարակշռությունը համապատասխանում է մակրոսկոպիկ վիճակի, որին, ենթադրաբար, վաղ թե ուշ կգա ցանկացած համակարգ։ Երբեմն դա կոչվում է Տիեզերքի ջերմային մահ, բայց այս դեպքում, տարօրինակ կերպով, մենք պետք է խոսենք Տիեզերքի ջերմային ծննդյան մասին: Իրավիճակը բարդանում է նրանով, որ նորածին Տիեզերքը արագորեն ընդլայնվում էր, ուստի այն վիճակը, որը մենք դիտարկում ենք, իրականում անհավասարակշռություն է: Այնուամենայնիվ, այս դեպքում ընդլայնումը կարելի է էապես համարել ադիաբատիկ. այս կետը լիովին գնահատվել է Տոլմանի կողմից դեռ 1934 թվականին [Tolman, 1934]: Սա նշանակում է, որ էնտրոպիայի արժեքը չի փոխվել ընդլայնման ընթացքում։ (Սրա նման իրավիճակը, երբ ջերմադինամիկական հավասարակշռությունը պահպանվում է ադիաբատիկ ընդլայնման պատճառով, փուլային տարածության մեջ կարելի է նկարագրել որպես հավասար ծավալային շրջանների մի շարք կոպիտ հատվածով, որոնք միմյանցից տարբերվում են միայն Տիեզերքի որոշակի ծավալներով։ Կարելի է ենթադրել, որ այս առաջնային վիճակը բնութագրվում էր առավելագույն էնտրոպիայով՝ չնայած ընդլայնմանը։

Ըստ ամենայնի, մենք կանգնած ենք բացառիկ պարադոքսի առաջ. Համաձայն 3.3 բաժնում ներկայացված փաստարկների՝ Երկրորդ օրենքը պահանջում է (և, սկզբունքորեն, բացատրվում է դրանով) Մեծ պայթյունը լինել մակրոսկոպիկ վիճակ՝ ծայրահեղ ցածր էնտրոպիայով: Այնուամենայնիվ, CMB-ի դիտարկումները կարծես ցույց են տալիս, որ Մեծ պայթյունի մակրոսկոպիկ վիճակը բնութագրվում էր հսկայական էնտրոպիայով, գուցե նույնիսկ առավելագույն հնարավորությամբ: Ո՞ւր ենք մենք այդքան լուրջ սխալվում:

Ահա այս պարադոքսի մեկ ընդհանուր բացատրությունը. ենթադրվում է, որ քանի որ նորածին Տիեզերքը շատ «փոքր» էր, առավելագույն էնտրոպիայի սահմանը կարող էր լինել, և թերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակը, որը, ըստ երևույթին, պահպանվում էր այն ժամանակ, պարզապես սահմանային մակարդակի էնտրոպիան հնարավոր է այդ պահին: Այնուամենայնիվ, սա սխալ պատասխան է: Նման պատկերը կարող է համապատասխանել բոլորովին այլ իրավիճակի, երբ Տիեզերքի չափը կախված կլինի ինչ-որ արտաքին սահմանափակումից, օրինակ, ինչպես գազի դեպքում, որը պարունակվում է փակ մխոցով բալոնում: Այս դեպքում մխոցի ճնշումն ապահովվում է ինչ-որ արտաքին մեխանիզմով, որը հագեցած է էներգիայի արտաքին աղբյուրով (կամ ելքով): Բայց այս իրավիճակը չի վերաբերում ամբողջ Տիեզերքին, որի երկրաչափությունն ու էներգիան, ինչպես նաև նրա «ընդհանուր չափերը», որոշվում են բացառապես ներքին կառուցվածքով և կառավարվում են Էյնշտեյնի հարաբերականության ընդհանուր տեսության դինամիկ հավասարումներով (ներառյալ՝ հավասարումներ, որոնք նկարագրում են նյութի վիճակը, տես բաժինները 3.1 և 3.2): Նման պայմաններում (երբ հավասարումները լիովին դետերմինիստական ​​և անփոփոխ են ժամանակի ուղղության նկատմամբ - տես բաժին 3.3), փուլային տարածության ընդհանուր ծավալը չի ​​կարող փոխվել ժամանակի ընթացքում: Ենթադրվում է, որ փուլային տարածքը P ինքնին չպետք է «զարգանա»: Ամբողջ էվոլյուցիան պարզապես նկարագրվում է C կորի դիրքով P տարածության մեջ և այս դեպքում ներկայացնում է Տիեզերքի ամբողջական էվոլյուցիան (տես բաժին 3.3):

Թերևս խնդիրն ավելի պարզ կդառնա, եթե դիտարկենք Տիեզերքի փլուզման հետագա փուլերը, երբ այն մոտենում է Մեծ Վթարին։ Հիշեք Ֆրիդմանի մոդելը K > 0, Λ = 0-ի համար, որը ներկայացված է Նկ. 3.2 ա բաժնում 3.1. Այժմ մենք կարծում ենք, որ այս մոդելի խանգարումները ծագում են նյութի անկանոն բաշխումից, և որոշ հատվածներում արդեն տեղի են ունեցել տեղային փլուզումներ՝ իրենց տեղում թողնելով սև խոռոչներ: Այնուհետև պետք է ենթադրել, որ դրանից հետո որոշ սև խոռոչներ կմիավորվեն միմյանց հետ, և որ փլուզումը վերջնական եզակիության մեջ կստացվի չափազանց բարդ գործընթաց, որը գրեթե ոչ մի ընդհանուր բան չունի իդեալական գնդաձև սիմետրիկ Ֆրիդմանի խիստ սիմետրիկ Մեծ վթարի հետ: մոդելը ներկայացված է Նկ. 3.6 ա. Ընդհակառակը, որակական առումով փլուզման իրավիճակը շատ ավելի կհիշեցնի Նկ. 3.14 ա; արդյունքում առաջացող եզակիությունը, որն առաջանում է այս դեպքում, կարող է որոշ չափով համահունչ լինել 3.2 բաժնի վերջում նշված BCLM վարկածին: Վերջնական փլուզվող վիճակը կունենա աներևակայելի էնտրոպիա, թեև Տիեզերքը կծկվի մինչև փոքր չափս: Թեև այս հատուկ (տարածականորեն փակ) վերաքանդվող Ֆրիդմանի մոդելը ներկայումս չի համարվում մեր սեփական Տիեզերքի հավանական ներկայացումը, նույն նկատառումները վերաբերում են Ֆրիդմանի այլ մոդելներին՝ տիեզերական հաստատունով կամ առանց տիեզերական հաստատունի: Ցանկացած նման մոդելի փլուզվող տարբերակը, որը նմանատիպ խանգարումներ է ունենում նյութի անհավասար բաշխման պատճառով, կրկին պետք է վերածվի համատարած քաոսի, սև խոռոչի նման եզակիության (նկ. 3.14 բ): Այս վիճակներից յուրաքանչյուրում ժամանակը հակադարձելով՝ մենք կհասնենք հնարավոր նախնական եզակիության (պոտենցիալ Մեծ պայթյուն), որն ունի, համապատասխանաբար, հսկայական էնտրոպիա, որը հակասում է էնտրոպիայի «առաստաղի» մասին այստեղ արված ենթադրությանը (նկ. 3.14 գ):

Այստեղ ես պետք է անցնեմ այլընտրանքային հնարավորությունների, որոնք նույնպես երբեմն դիտարկվում են: Որոշ տեսաբաններ ենթադրում են, որ երկրորդ օրենքը պետք է ինչ-որ կերպ շրջվի նման փլուզվող մոդելներում, որպեսզի տիեզերքի ընդհանուր էնտրոպիան աստիճանաբար փոքրանա (առավելագույն ընդլայնումից հետո), երբ մոտենում է Մեծ վթարը: Այնուամենայնիվ, նման պատկերը հատկապես դժվար է պատկերացնել սև խոռոչների առկայության դեպքում, որոնք, երբ ձևավորվեն, իրենք կսկսեն աշխատել էնտրոպիան մեծացնելու համար (որը կապված է իրադարձությունների հորիզոնի մոտ գտնվող զրոյական կոնների տեղակայման ժամանակի անհամաչափության հետ, տես նկ. 3.9): Սա կշարունակվի մինչև հեռավոր ապագա՝ առնվազն մինչև սև խոռոչները գոլորշիանան Հոքինգի մեխանիզմի ազդեցության տակ (տես բաժինները 3.7 և 4.3): Համենայնդեպս, այս հնարավորությունը անվավեր չի դարձնում այստեղ ներկայացված փաստարկները։ Կա ևս մեկ կարևոր խնդիր, որը կապված է նման բարդ փլուզվող մոդելների հետ, և որի մասին կարող են մտածել իրենք՝ ընթերցողները. սև խոռոչների եզակիությունները կարող են ընդհանրապես չառաջանալ միաժամանակ, այնպես որ, երբ մենք շրջենք ժամանակը, մենք չենք ստանա Մեծ պայթյուն, որը տեղի է ունենում «բոլորը և անմիջապես»: Այնուամենայնիվ, սա հենց ուժեղ տիեզերական գրաքննության (դեռևս չապացուցված, բայց համոզիչ) վարկածի հատկություններից մեկն է [Penrose, 1998a; PkR, բաժին 28.8], ըստ որի, ընդհանուր դեպքում, նման եզակիությունը կլինի տարածության նման (բաժին 1.7), և, հետևաբար, կարելի է համարել մեկանգամյա իրադարձություն: Ավելին, անկախ տիեզերական ուժեղ գրաքննության վարկածի վավերականության հարցից, հայտնի են բազմաթիվ լուծումներ, որոնք բավարարում են այս պայմանը, և բոլոր նման տարբերակները (երբ ընդլայնվեն) կունենան համեմատաբար բարձր էնտրոպիայի արժեքներ։ Սա զգալիորեն նվազեցնում է մեր բացահայտումների վավերականության վերաբերյալ մտահոգությունները:

Համապատասխանաբար, մենք չենք գտնում ապացույցներ, որ, հաշվի առնելով Տիեզերքի փոքր տարածական չափերը, անպայմանորեն հնարավոր էնտրոպիայի որոշակի «ցածր առաստաղ» լինի: Սկզբունքորեն, նյութի կուտակումը սև խոռոչների տեսքով և «սև խոռոչի» եզակիությունների միաձուլումը մեկ եզակի քաոսի մեջ մի գործընթաց է, որը լիովին համապատասխանում է երկրորդ օրենքին, և այս վերջնական գործընթացը պետք է ուղեկցվի հսկայական աճով: էնտրոպիայի մեջ։ Տիեզերքի վերջնական վիճակը, երկրաչափական չափանիշներով «փոքր», կարող է ունենալ աներևակայելի էնտրոպիա, շատ ավելի բարձր, քան նման փլուզվող տիեզերական մոդելի համեմատաբար վաղ փուլերում, իսկ տարածական մանրանկարչությունը ինքնին «առաստաղ» չի սահմանում առավելագույն արժեքի համար։ էնտրոպիայի, թեև նման «առաստաղը» (ժամանակի հոսքը հակադարձելիս) կարող էր պարզապես բացատրել, թե ինչու էնտրոպիան չափազանց ցածր էր Մեծ պայթյունի ժամանակ: Փաստորեն, նման պատկերը (նկ. 3.14 ա, բ), որն ընդհանուր առմամբ ներկայացնում է Տիեզերքի փլուզումը, առաջարկում է պարադոքսի լուծում. այն փաստը, որ պայթյունը եղել է տաք (և նման վիճակը պետք է ունենա առավելագույն էնտրոպիա)։ Պատասխանն այն է, որ էնտրոպիան կարող է արմատապես աճել, եթե թույլատրվեն տարածական միատեսակությունից մեծ շեղումներ, և այս տեսակի ամենամեծ աճը կապված է անկանոնությունների հետ՝ հենց սև խոռոչների առաջացման պատճառով: Հետևաբար, տարածականորեն միատարր Մեծ պայթյունը կարող էր իսկապես ունենալ, համեմատաբար ասած, աներևակայելի ցածր էնտրոպիա, չնայած այն հանգամանքին, որ դրա պարունակությունը աներևակայելի տաք էր:

Ամենահամոզիչ ապացույցներից մեկն այն մասին, որ Մեծ պայթյունը իսկապես բավականին տարածականորեն միատարր է եղել, որը համապատասխանում է FLRU մոդելի երկրաչափությանը (բայց ոչ համահունչ անկարգությունների եզակիության շատ ավելի ընդհանուր դեպքին, որը պատկերված է Նկար 3.14c-ում), կրկին գալիս է: RI-ից, բայց այս անգամ իր անկյունային միատարրությամբ, այլ ոչ թե իր թերմոդինամիկական բնույթով: Այս միատարրությունը դրսևորվում է նրանով, որ RI-ի ջերմաստիճանը գործնականում նույնն է երկնքի ցանկացած կետում, և միատարրությունից շեղումները 10-5-ից ոչ ավելի են (ճշգրտված փոքր Դոպլերի էֆեկտի համար, որը կապված է շրջակա նյութի միջով մեր շարժման հետ: ) Բացի այդ, գրեթե համընդհանուր միատեսակություն կա գալակտիկաների և այլ նյութերի բաշխման մեջ. Այսպիսով, բարիոնների բաշխումը (տես Բաժին 1.3) բավականին մեծ մասշտաբներով բնութագրվում է զգալի միատարրությամբ, թեև կան նկատելի անոմալիաներ, մասնավորապես, այսպես կոչված, դատարկություններ, որտեղ տեսանելի նյութի խտությունը արմատապես ցածր է միջինից: Ընդհանուր առմամբ, կարելի է պնդել, որ միատարրությունն ավելի բարձր է, որքան ավելի հեռուն ենք նայում Տիեզերքի անցյալին, և RI-ն նյութի բաշխվածության ամենահին վկայությունն է, որը մենք կարող ենք ուղղակիորեն դիտարկել:

Այս պատկերը համահունչ է այն տեսակետին, որ իր զարգացման վաղ փուլերում Տիեզերքն իսկապես չափազանց միատարր էր, բայց մի փոքր անկանոն խտություններով: Ժամանակի ընթացքում (և տարբեր տեսակի «շփման»՝ հարաբերական շարժումները դանդաղեցնող գործընթացների ազդեցության տակ), խտության այս անկանոնությունները ուժեղացան ձգողականության ազդեցության տակ, ինչը համահունչ է նյութի աստիճանական կուտակման գաղափարին: Ժամանակի ընթացքում կուտակումը մեծանում է, ինչի արդյունքում առաջանում են աստղեր. նրանք խմբավորվում են գալակտիկաների, որոնցից յուրաքանչյուրը կենտրոնում զարգացնում է զանգվածային սև խոռոչ: Ի վերջո, այս կուտակումը պայմանավորված է ձգողականության անխուսափելի ազդեցությամբ: Նման գործընթացներն իսկապես կապված են էնտրոպիայի ուժեղ աճի հետ և ցույց են տալիս, որ, հաշվի առնելով գրավիտացիան, այդ նախնադարյան փայլուն գնդակը, որից այսօր մնացել է միայն RI-ն, կարող էր ունենալ առավելագույն էնտրոպիայից հեռու: Այս գնդակի ջերմային բնույթը, ինչպես վկայում է Պլանկի սպեկտրը, որը ցույց է տրված Նկ. 3.13-ը միայն սա է ասում. եթե Տիեզերքը (վերջին ցրման դարաշրջանում) դիտարկենք պարզապես որպես միմյանց հետ փոխազդող նյութից և էներգիայից բաղկացած համակարգ, ապա կարող ենք ենթադրել, որ այն իրականում գտնվում էր թերմոդինամիկական հավասարակշռության մեջ: Սակայն, եթե հաշվի առնենք նաև գրավիտացիոն ազդեցությունները, պատկերը կտրուկ փոխվում է։

Եթե ​​պատկերացնենք, օրինակ, գազ փակ տարայի մեջ, ապա բնական է ենթադրել, որ այն կհասնի իր առավելագույն էնտրոպիային այդ մակրոսկոպիկ վիճակում, երբ այն հավասարաչափ բաշխվի տարայի մեջ (նկ. 3.15 ա): Այս առումով այն կնմանվի տաք գնդակի, որն առաջացրել է RI, որը հավասարաչափ բաշխված է երկնքում: Այնուամենայնիվ, եթե գազի մոլեկուլները փոխարինեք գրավիտացիոն ուժով միմյանց հետ կապված մարմինների հսկայական համակարգով, օրինակ՝ առանձին աստղեր, ապա կստանաք բոլորովին այլ պատկեր (նկ. 3.15 բ): Գրավիտացիոն ազդեցությունների պատճառով աստղերը կբաշխվեն անհավասարաչափ՝ կլաստերների տեսքով։ Ի վերջո, ամենամեծ էնտրոպիան ձեռք կբերվի, երբ բազմաթիվ աստղեր փլուզվեն կամ միաձուլվեն սև խոռոչների մեջ: Թեև այս գործընթացը կարող է երկար տևել (չնայած դրան կնպաստի շփումը միջաստղային գազի առկայության պատճառով), մենք կտեսնենք, որ ի վերջո, երբ գերիշխում է գրավիտացիան, էնտրոպիան ավելի բարձր է, այնքան քիչ միատեսակ է բաշխված նյութը համակարգում։ .

Նման ազդեցությունները կարելի է նկատել նույնիսկ ամենօրյա փորձի մակարդակում: Կարելի է հարցնել. ո՞րն է Երկրորդ օրենքի դերը Երկրի վրա կյանքի պահպանման գործում: Հաճախ կարելի է լսել, որ մենք ապրում ենք այս մոլորակի վրա Արեգակից ստացած էներգիայի շնորհիվ։ Բայց սա լիովին ճշմարիտ հայտարարություն չէ, եթե Երկիրը դիտարկենք որպես ամբողջություն, քանի որ ցերեկային ժամերին Երկրի ստացած գրեթե ողջ էներգիան շուտով նորից գոլորշիանում է տիեզերք՝ մութ գիշերային երկնքում: (Իհարկե, ճշգրիտ հավասարակշռությունը փոքր-ինչ կկարգավորվի այնպիսի գործոններով, ինչպիսիք են գլոբալ տաքացումը և ռադիոակտիվ քայքայման հետևանքով մոլորակի տաքացումը:) Հակառակ դեպքում, մի քանի օրվա ընթացքում Երկիրը պարզապես կդառնա ավելի տաք և անբնակելի: Սակայն անմիջապես Արեգակից ստացված ֆոտոններն ունեն համեմատաբար բարձր հաճախականություն (դրանք կենտրոնացած են սպեկտրի դեղին հատվածում), և Երկիրը տիեզերք է արտանետում ինֆրակարմիր սպեկտրի շատ ավելի ցածր հաճախականության ֆոտոններ։ Պլանկի բանաձևի համաձայն (E = hν, տես բաժին 2.2), Արեգակից եկող ֆոտոններից յուրաքանչյուրն առանձին-առանձին ունի շատ ավելի մեծ էներգիա, քան տիեզերք արձակված ֆոտոնները, հետևաբար հավասարակշռության հասնելու համար շատ ավելի շատ ֆոտոններ պետք է լքեն Երկիրը, քան ժամանեն ( տես Նկար 3.16): Եթե ​​ավելի քիչ ֆոտոններ գան, ապա մուտքային էներգիան կունենա ավելի քիչ ազատության աստիճան, իսկ ելքային էներգիան՝ ավելի շատ, և, հետևաբար, ըստ Բոլցմանի բանաձևի (S = k log V), մուտքային ֆոտոնները կունենան շատ ավելի քիչ էնտրոպիա, քան ելքայինները։ . Մենք օգտագործում ենք բույսերի մեջ պարունակվող ցածր էնտրոպիայի էներգիան մեր սեփական էնտրոպիան նվազեցնելու համար. մենք ուտում ենք բույսեր կամ բուսակերներ: Ահա թե ինչպես է կյանքը Երկրի վրա գոյատևում և ծաղկում: (Ակնհայտ է, որ այս մտքերն առաջին անգամ հստակ ձևակերպվել են Էրվին Շրյոդինգերի կողմից 1967 թվականին, երբ նա գրել է իր հեղափոխական «Կյանքն այնպես, ինչպես կա» գիրքը [Schrödinger, 2012]):

Այս ցածր էնտրոպիայի հավասարակշռության ամենակարևոր փաստը հետևյալն է. Արևը տաք կետ է ամբողջովին մութ երկնքում: Բայց ինչպե՞ս ստեղծվեցին նման պայմաններ։ Բազմաթիվ բարդ գործընթացներ իրենց դերն են ունեցել, այդ թվում՝ ջերմամիջուկային ռեակցիաների հետ կապված և այլն, բայց ամենակարևորն այն է, որ Արևն ընդհանրապես գոյություն ունի։ Եվ այն առաջացավ, քանի որ արևային նյութը (ինչպես այն նյութը, որը ձևավորում է այլ աստղեր) զարգացավ գրավիտացիոն կուտակման գործընթացի միջոցով, և ամեն ինչ սկսվեց գազի և մութ նյութի համեմատաբար միատեսակ բաշխմամբ:

Այստեղ հարկ է նշել մի խորհրդավոր նյութ, որը կոչվում է մութ նյութ, որն, ըստ երևույթին, կազմում է Տիեզերքի նյութական (ոչ Λ) պարունակության 85%-ը, բայց այն հայտնաբերվում է միայն գրավիտացիոն փոխազդեցությամբ, և դրա բաղադրությունն անհայտ է։ Այսօր մենք պարզապես հաշվի ենք առնում այս հարցը, երբ գնահատում ենք ընդհանուր զանգվածը, որն անհրաժեշտ է որոշ թվային մեծություններ հաշվարկելիս (տե՛ս բաժինները 3.6, 3.7, 3.9, և թե ինչ ավելի կարևոր տեսական դեր կարող է խաղալ մութ նյութը, տես բաժին 4.3): Անկախ մութ նյութի խնդրից, մենք տեսնում ենք, թե որքան կարևոր է նյութի սկզբնական միասնական բաշխման ցածր էնտրոպիայի բնույթը մեր կյանքի համար: Մեր գոյությունը, ինչպես մենք հասկանում ենք, կախված է ցածր էնտրոպիայի գրավիտացիոն պահուստից, որը բնորոշ է նյութի սկզբնական միասնական բաշխմանը։

Այստեղ մենք հասնում ենք Մեծ պայթյունի ուշագրավ, իրականում ֆանտաստիկ ասպեկտին: Առեղծվածը ոչ միայն նրանում է, թե ինչպես է դա տեղի ունեցել, այլեւ այն, որ դա չափազանց ցածր էնտրոպիայի իրադարձություն էր: Ընդ որում, ուշագրավը ոչ այնքան այս հանգամանքն է, որքան այն, որ էնտրոպիան ցածր է եղել միայն մեկ կոնկրետ առումով, այն է՝ ազատության գրավիտացիոն աստիճանները, չգիտես ինչու, ամբողջությամբ ճնշվել են։ Սա կտրուկ հակադրվում է նյութի ազատության և (էլեկտրամագնիսական) ճառագայթման աստիճաններին, քանի որ դրանք առավելագույնս գրգռված են տաք վիճակում՝ առավելագույն էնտրոպիայով։ Իմ կարծիքով, սա թերևս ամենախոր տիեզերագիտական ​​առեղծվածն է, և ինչ-ինչ պատճառներով այն դեռևս թերագնահատված է մնում։

Հարկավոր է ավելի մանրամասն անդրադառնալ, թե որքան առանձնահատուկ է եղել Մեծ պայթյունի վիճակը և ինչպիսի էնտրոպիա կարող է առաջանալ գրավիտացիոն կուտակման գործընթացում։ Համապատասխանաբար, նախ պետք է գիտակցել, թե իրականում ինչ անհավատալի էնտրոպիա է բնորոշ սև խոռոչին (տես նկ. 3.15 բ): Այս հարցը մենք կքննարկենք 3.6 բաժնում: Բայց առայժմ անդրադառնանք մեկ այլ խնդրի՝ կապված հետևյալ, միանգամայն հավանական հնարավորության հետ. ի վերջո, Տիեզերքը կարող է իրականում պարզվել, որ տարածականորեն անսահման է (ինչպես K-ով FLRU մոդելների դեպքում. 0, տես բաժին 3.1) կամ գոնե Տիեզերքի մեծ մասը կարող է ուղղակիորեն դիտարկելի չլինել: Ըստ այդմ, մենք մոտենում ենք տիեզերական հորիզոնների խնդրին, որը կքննարկենք հաջորդ բաժնում։

» Գրքի մասին ավելի մանրամասն կարող եք գտնել այստեղ հրատարակչի կայքը
» Պահեստավորված նյութեր
» Հատված

Khabrozhiteley-ի համար 25% զեղչ՝ օգտագործելով կտրոնը - Նոր գիտություն

Գրքի թղթային տարբերակի վճարումից հետո էլեկտրոնային գիրք կուղարկվի էլեկտրոնային փոստով:

Source: www.habr.com