წიგნი "მოდა, რწმენა, ფანტაზია და სამყაროს ახალი ფიზიკა"

გამარჯობა ხაბროს მოსახლეობავ! შესაძლებელია თუ არა საუბარი მოდაზე, რწმენაზე ან ფანტაზიაზე ფუნდამენტურ მეცნიერებაში?

სამყარო არ არის დაინტერესებული ადამიანის მოდაში. მეცნიერება არ შეიძლება განიმარტოს, როგორც რწმენა, რადგან მეცნიერული პოსტულატები მუდმივად ექვემდებარება მკაცრ ექსპერიმენტულ გამოცდას და უგულებელყოფილია, როგორც კი დოგმა დაიწყებს კონფლიქტს ობიექტურ რეალობასთან. და ფანტაზია საერთოდ უგულებელყოფს ფაქტებსაც და ლოგიკასაც. მიუხედავად ამისა, დიდ როჯერ პენროზს არ სურს მთლიანად უარყოს ეს ფენომენები, რადგან მეცნიერული მოდა შეიძლება იყოს პროგრესის ძრავა, რწმენა ჩნდება მაშინ, როდესაც თეორია დადასტურებულია რეალური ექსპერიმენტებით და ფანტაზიის ფრენის გარეშე შეუძლებელია ჩვენი ყველა უცნაურობის გაგება. სამყარო.

„მოდის“ თავში გაეცნობით სიმების თეორიას, ბოლო ათწლეულების ყველაზე მოდურ თეორიას. "რწმენა" ეძღვნება დებულებებს, რომლებზეც დგას კვანტური მექანიკა. და "ფანტაზია" ეხება ჩვენთვის ცნობილ სამყაროს წარმოშობის თეორიებს.

3.4. დიდი აფეთქების პარადოქსი

ჯერ დავსვათ დაკვირვების საკითხი. რა პირდაპირი მტკიცებულება არსებობს იმისა, რომ მთელი დაკვირვებადი სამყარო ოდესღაც უკიდურესად შეკუმშულ და წარმოუდგენლად ცხელ მდგომარეობაში იყო, რაც შეესაბამებოდა 3.1 ნაწილში წარმოდგენილ დიდი აფეთქების სურათს? ყველაზე დამაჯერებელი მტკიცებულება არის კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება (CMB), რომელსაც ზოგჯერ დიდ აფეთქებას უწოდებენ. CMB გამოსხივება მსუბუქია, მაგრამ ძალიან გრძელი ტალღის სიგრძით, ამიტომ მისი თვალით დანახვა სრულიად შეუძლებელია. ეს შუქი ყველა მხრიდან ძალიან თანაბრად (მაგრამ უმეტესად არათანმიმდევრულად) იღვრება ჩვენზე. იგი წარმოადგენს თერმულ გამოსხივებას ~2,725 K ტემპერატურით, ანუ ორ გრადუსზე მეტი აბსოლუტური ნულის ზემოთ. მიჩნეულია, რომ დაკვირვებული "ნათება" წარმოიშვა წარმოუდგენლად ცხელ სამყაროში (~ 3000 K იმ დროს) დიდი აფეთქებიდან დაახლოებით 379 000 წლის შემდეგ - ბოლო გაფანტვის ეპოქაში, როდესაც სამყარო პირველად გახდა გამჭვირვალე ელექტრომაგნიტური გამოსხივებისთვის (თუმცა ეს საერთოდ არ მომხდარა დიდი აფეთქების დროს). აფეთქება; ეს მოვლენა ხდება სამყაროს მთლიანი ასაკის პირველ 1/40 000-ში - დიდი აფეთქებიდან დღემდე). გაფანტვის ბოლო ეპოქიდან მოყოლებული, ამ სინათლის ტალღების სიგრძე გაიზარდა დაახლოებით ისე, როგორც თავად სამყარო გაფართოვდა (დაახლოებით 1100-ით), ისე, რომ ენერგიის სიმკვრივე ისევე რადიკალურად შემცირდა. ამიტომ, CMB-ის დაკვირვებული ტემპერატურა მხოლოდ 2,725 კ.

ის ფაქტი, რომ ეს გამოსხივება არსებითად არათანმიმდევრულია (ანუ თერმული) შთამბეჭდავად დასტურდება მისი სიხშირის სპექტრის ბუნებით, რომელიც ნაჩვენებია ნახ. 3.13. რადიაციის ინტენსივობა თითოეულ კონკრეტულ სიხშირეზე ვერტიკალურად არის გამოსახული გრაფიკზე და სიხშირე იზრდება მარცხნიდან მარჯვნივ. უწყვეტი მრუდი შეესაბამება პლანკის შავი სხეულის სპექტრს, რომელიც განხილულია ნაწილში 2.2, 2,725 K ტემპერატურისთვის. მრუდის წერტილები არის სპეციფიკური დაკვირვების მონაცემები, რომლებისთვისაც მოცემულია შეცდომის ზოლები. ამავდროულად, შეცდომის ზოლები გაიზარდა 500-ჯერ, რადგან სხვაგვარად მათი განხილვა უბრალოდ შეუძლებელი იქნებოდა, თუნდაც მარჯვნივ, სადაც შეცდომები მაქსიმუმს აღწევს. თეორიულ მრუდსა და დაკვირვების შედეგებს შორის შეთანხმება უბრალოდ გასაოცარია - ალბათ საუკეთესო შეთანხმება ბუნებაში არსებულ თერმულ სპექტრთან.

თუმცა, რაზე მიუთითებს ეს დამთხვევა? ის ფაქტი, რომ ჩვენ განვიხილავთ მდგომარეობას, რომელიც, როგორც ჩანს, ძალიან ახლოს იყო თერმოდინამიკურ წონასწორობასთან (რის გამოც ადრე გამოიყენებოდა ტერმინი არათანმიმდევრული). მაგრამ რა დასკვნა გამოდის იმ ფაქტიდან, რომ ახლად შექმნილი სამყარო ძალიან ახლოს იყო თერმოდინამიკურ წონასწორობასთან? დავუბრუნდეთ ნახ. 3.12 3.3 განყოფილებიდან. ყველაზე ვრცელი მსხვილმარცვლოვანი რეგიონი (განმარტებით) ბევრად უფრო დიდი იქნება, ვიდრე ნებისმიერი სხვა ასეთი რეგიონი და, როგორც წესი, იმდენად დიდი იქნება დანარჩენებთან შედარებით, რომ ყველა მათგანს ძალიან ჯუჯა! თერმოდინამიკური წონასწორობა შეესაბამება მაკროსკოპულ მდგომარეობას, რომელსაც, სავარაუდოდ, ნებისმიერი სისტემა ადრე თუ გვიან მოვა. ზოგჯერ მას სამყაროს თერმულ სიკვდილს უწოდებენ, მაგრამ ამ შემთხვევაში, უცნაურად საკმარისია, სამყაროს თერმულ დაბადებაზე უნდა ვისაუბროთ. სიტუაციას ართულებს ის ფაქტი, რომ ახალშობილი სამყარო სწრაფად ფართოვდებოდა, ამიტომ მდგომარეობა, რომელსაც ჩვენ განვიხილავთ, რეალურად არათანასწორობაა. მიუხედავად ამისა, გაფართოება ამ შემთხვევაში შეიძლება ჩაითვალოს არსებითად ადიაბატურად - ეს წერტილი სრულად შეაფასა ტოლმანმა ჯერ კიდევ 1934 წელს [Tolman, 1934]. ეს ნიშნავს, რომ ენტროპიის მნიშვნელობა არ შეცვლილა გაფართოების დროს. (მსგავსი ვითარება, როდესაც თერმოდინამიკური წონასწორობა შენარჩუნებულია ადიაბატური გაფართოების გამო, ფაზურ სივრცეში შეიძლება აღწერილი იყოს, როგორც თანაბარი მოცულობის რეგიონების ნაკრები მსხვილმარცვლოვანი დანაყოფით, რომლებიც განსხვავდება ერთმანეთისგან მხოლოდ სამყაროს სპეციფიკურ მოცულობებში. შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ეს პირველადი მდგომარეობა ხასიათდებოდა მაქსიმალური ენტროპიით - მიუხედავად გაფართოებისა!).

როგორც ჩანს, განსაკუთრებული პარადოქსის წინაშე ვდგავართ. 3.3 ნაწილში წარმოდგენილი არგუმენტების მიხედვით, მეორე კანონი მოითხოვს (და, პრინციპში, ახსნილია) დიდი აფეთქება იყოს მაკროსკოპული მდგომარეობა უკიდურესად დაბალი ენტროპიით. თუმცა, CMB დაკვირვებები, როგორც ჩანს, მიუთითებს იმაზე, რომ დიდი აფეთქების მაკროსკოპული მდგომარეობა ხასიათდებოდა კოლოსალური ენტროპიით, შესაძლოა მაქსიმალურიც კი. სად მივდივართ ასე სერიოზულად არასწორად?

აქ არის ამ პარადოქსის ერთი საერთო ახსნა: ვარაუდობენ, რომ, ვინაიდან ახალშობილი სამყარო ძალიან „პატარა“ იყო, შეიძლება არსებობდეს გარკვეული შეზღუდვები მაქსიმალურ ენტროპიაზე და თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობა, რომელიც აშკარად იმ დროს იყო შენარჩუნებული, იყო. უბრალოდ ლიმიტური დონის ენტროპია შესაძლებელია იმ დროს. თუმცა, ეს არასწორი პასუხია. ასეთი სურათი შეიძლება შეესაბამებოდეს სრულიად განსხვავებულ სიტუაციას, რომელშიც სამყაროს ზომა დამოკიდებული იქნება რაიმე გარე შეზღუდვაზე, მაგალითად, როგორც გაზის შემთხვევაში, რომელიც ცილინდრშია დალუქული დგუშით. ამ შემთხვევაში დგუშის წნევა უზრუნველყოფილია რაიმე გარე მექანიზმით, რომელიც აღჭურვილია ენერგიის გარე წყაროთი (ან გამოსასვლელით). მაგრამ ეს სიტუაცია არ ეხება მთელ სამყაროს, რომლის გეომეტრია და ენერგია, ისევე როგორც მისი "ზოგადი ზომა" განისაზღვრება მხოლოდ შინაგანი სტრუქტურით და რეგულირდება აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორიის დინამიური განტოლებებით (მათ შორის, განტოლებები, რომლებიც აღწერს მატერიის მდგომარეობას; იხილეთ განყოფილებები 3.1 და 3.2). ასეთ პირობებში (როდესაც განტოლებები სრულიად დეტერმინისტული და უცვლელია დროის მიმართულების მიმართ - იხილეთ ნაწილი 3.3), ფაზური სივრცის მთლიანი მოცულობა დროთა განმავლობაში ვერ შეიცვლება. ვარაუდობენ, რომ თავად ფაზური სივრცე P არ უნდა „განვითარდეს“! მთელი ევოლუცია უბრალოდ აღწერილია C მრუდის მდებარეობით P სივრცეში და ამ შემთხვევაში წარმოადგენს სამყაროს სრულ ევოლუციას (იხ. ნაწილი 3.3).

შესაძლოა, პრობლემა უფრო ნათელი გახდება, თუ განვიხილავთ სამყაროს დაშლის შემდგომ ეტაპებს, როდესაც ის უახლოვდება დიდ კრახს. გავიხსენოთ ფრიდმენის მოდელი K > 0, Λ = 0, ნაჩვენები ნახ. 3.2 a 3.1 ნაწილში. ახლა ჩვენ გვჯერა, რომ ამ მოდელში დარღვევები წარმოიქმნება მატერიის არარეგულარული განაწილებით და ზოგიერთ ნაწილში უკვე მოხდა ადგილობრივი კოლაფსები, რის გამოც მათ ადგილზე შავი ხვრელები ტოვებენ. მაშინ უნდა ვივარაუდოთ, რომ ამის შემდეგ რამდენიმე შავი ხვრელი შეერწყმება ერთმანეთს და რომ კოლაფსი საბოლოო სინგულარობაში აღმოჩნდება უკიდურესად რთული პროცესი, რომელსაც თითქმის არაფერი აქვს საერთო იდეალურად სფერული სიმეტრიული ფრიდმანის მკაცრად სიმეტრიულ დიდ კრახთან. მოდელი წარმოდგენილია ნახ. 3.6 ა. პირიქით, ხარისხობრივი თვალსაზრისით, კოლაფსის ვითარება ბევრად უფრო მოგვაგონებს ნახ. 3.14 ა; შედეგად წარმოქმნილი სინგულარობა, რომელიც წარმოიქმნება ამ შემთხვევაში, შეიძლება გარკვეულწილად შეესაბამებოდეს 3.2 ნაწილის ბოლოს ნახსენებ BCLM ჰიპოთეზას. საბოლოო კოლაფსირებულ მდგომარეობას ექნება წარმოუდგენელი ენტროპია, მიუხედავად იმისა, რომ სამყარო ისევ მცირე ზომამდე შემცირდება. მიუხედავად იმისა, რომ ფრიდმანის ეს კონკრეტული (სივრცით დახურული) ხელახალი კოლაფსირებული მოდელი ამჟამად არ განიხილება ჩვენი საკუთარი სამყაროს დამაჯერებელ წარმომადგენლობად, იგივე მოსაზრებები ვრცელდება ფრიდმანის სხვა მოდელებზე, კოსმოლოგიური მუდმივით ან მის გარეშე. ნებისმიერი ასეთი მოდელის კოლაფსირებული ვერსია, რომელიც განიცდის მსგავს აშლილობას მატერიის არათანაბარი განაწილების გამო, კვლავ უნდა იქცეს ყოვლისმომცველ ქაოსად, სინგულარულობად, როგორც შავი ხვრელი (ნახ. 3.14 ბ). თითოეულ ამ მდგომარეობში დროის შებრუნებით მივაღწევთ შესაძლო საწყის სინგულარობას (პოტენციური დიდი აფეთქება), რომელსაც აქვს, შესაბამისად, კოლოსალური ენტროპია, რაც ეწინააღმდეგება ენტროპიის „ჭერის“ შესახებ აქ გაკეთებულ ვარაუდს (ნახ. 3.14 c).

აქ უნდა გადავიდე ალტერნატიულ შესაძლებლობებზე, რომლებიც ასევე ზოგჯერ განიხილება. ზოგიერთი თეორეტიკოსი ვარაუდობს, რომ მეორე კანონი როგორმე უნდა შეიცვალოს თავის თავს ასეთ კოლაფსირებულ მოდელებში, რათა სამყაროს მთლიანი ენტროპია თანდათან უფრო მცირე გახდეს (მაქსიმალური გაფართოების შემდეგ) დიდი კრახის მოახლოებასთან ერთად. თუმცა, ასეთი სურათი განსაკუთრებით ძნელი წარმოსადგენია შავი ხვრელების არსებობისას, რომლებიც, როგორც კი ჩამოყალიბდებიან, თავად დაიწყებენ მუშაობას ენტროპიის გაზრდის მიზნით (რაც დაკავშირებულია დროის ასიმეტრიასთან ნულოვანი კონუსების მდებარეობაში მოვლენის ჰორიზონტთან, იხილეთ ნახ. 3.9). ეს გაგრძელდება შორეულ მომავალში - მინიმუმ მანამ, სანამ შავი ხვრელები არ აორთქლდებიან ჰოკინგის მექანიზმის გავლენით (იხ. განყოფილებები 3.7 და 4.3). ნებისმიერ შემთხვევაში, ეს შესაძლებლობა არ არღვევს აქ წარმოდგენილ არგუმენტებს. არის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი პრობლემა, რომელიც დაკავშირებულია ასეთ რთულ კოლაფსირებულ მოდელებთან და რაზეც შესაძლოა თავად მკითხველმაც იფიქრა: შავი ხვრელების სინგულარობა შეიძლება საერთოდ არ წარმოიშვას ერთდროულად, ასე რომ, როდესაც დროზე გადავაბრუნებთ, არ მივიღებთ დიდ აფეთქებას. რაც ხდება „ყველა და დაუყოვნებლივ“. თუმცა, ეს არის ზუსტად ერთ-ერთი თვისება ძლიერი კოსმიური ცენზურის (ჯერ არ დადასტურებული, მაგრამ დამაჯერებელი) ჰიპოთეზისა [Penrose, 1998a; PkR, სექცია 28.8], რომლის მიხედვითაც, ზოგად შემთხვევაში, ასეთი სინგულარობა იქნება სივრცის მსგავსი (ნაწილი 1.7) და, შესაბამისად, შეიძლება ჩაითვალოს ერთჯერად მოვლენად. უფრო მეტიც, მიუხედავად თავად ძლიერი კოსმოსური ცენზურის ჰიპოთეზის მართებულობისა, ცნობილია მრავალი გამოსავალი, რომელიც აკმაყოფილებს ამ პირობას და ყველა ასეთ ვარიანტს (როდესაც გაფართოებულია) ექნება შედარებით მაღალი ენტროპიის მნიშვნელობები. ეს მნიშვნელოვნად ამცირებს შეშფოთებას ჩვენი აღმოჩენების მართებულობის შესახებ.

შესაბამისად, ჩვენ ვერ ვპოულობთ მტკიცებულებას, რომ სამყაროს მცირე სივრცითი განზომილებების გათვალისწინებით, აუცილებლად არსებობდა შესაძლო ენტროპიის გარკვეული „დაბალი ჭერი“. პრინციპში, მატერიის დაგროვება შავი ხვრელების სახით და "შავი ხვრელის" სინგულარობების შერწყმა ერთ სინგულარულ ქაოსში არის პროცესი, რომელიც სრულყოფილად შეესაბამება მეორე კანონს და ამ საბოლოო პროცესს უნდა ახლდეს კოლოსალური ზრდა. ენტროპიაში. სამყაროს საბოლოო მდგომარეობას, "პატარა" გეომეტრიული სტანდარტებით, შეიძლება ჰქონდეს წარმოუდგენელი ენტროპია, ბევრად უფრო მაღალი, ვიდრე ასეთი კოლაფსირებული კოსმოლოგიური მოდელის შედარებით ადრეულ ეტაპებზე და თავად სივრცითი მინიატურა არ ადგენს "ჭერის" მაქსიმალურ მნიშვნელობას. ენტროპიის, თუმცა ასეთმა „ჭერმა“ (დროის დინების შებრუნებისას) შეიძლება უბრალოდ ახსნას, თუ რატომ იყო ენტროპია უკიდურესად დაბალი დიდი აფეთქების დროს. სინამდვილეში, ასეთი სურათი (ნახ. 3.14 a, b), რომელიც ზოგადად სამყაროს კოლაფსს წარმოადგენს, გვთავაზობს გამოსავალს პარადოქსიდან: რატომ იყო დიდი აფეთქების დროს განსაკუთრებით დაბალი ენტროპია იმაზე, რაც შეიძლებოდა ყოფილიყო, მიუხედავად იმისა. ფაქტი, რომ აფეთქება იყო ცხელი (და ასეთ მდგომარეობას უნდა ჰქონდეს მაქსიმალური ენტროპია). პასუხი არის ის, რომ ენტროპია შეიძლება რადიკალურად გაიზარდოს, თუ ნებადართულია დიდი გადახრები სივრცის ერთგვაროვნებიდან და ამ ტიპის ყველაზე დიდი ზრდა დაკავშირებულია დარღვევებთან, სწორედ შავი ხვრელების გაჩენის გამო. შესაბამისად, სივრცით ჰომოგენურ დიდ აფეთქებას შეიძლება მართლაც ჰქონდეს, შედარებით რომ ვთქვათ, წარმოუდგენლად დაბალი ენტროპია, მიუხედავად იმისა, რომ მისი შინაარსი წარმოუდგენლად ცხელი იყო.

ერთ-ერთი ყველაზე დამაჯერებელი მტკიცებულება იმისა, რომ დიდი აფეთქება მართლაც საკმაოდ სივრცით ჰომოგენური იყო, შეესაბამება FLRU მოდელის გეომეტრიას (მაგრამ არ შეესაბამება ნახ. 3.14c ილუსტრირებული უწესრიგო სინგულარობის ბევრად უფრო ზოგად შემთხვევას), კვლავ მოდის. RI-დან, მაგრამ ამჯერად მისი კუთხური ჰომოგენურობით და არა თერმოდინამიკური ბუნებით. ეს ერთგვაროვნება გამოიხატება იმაში, რომ RI-ის ტემპერატურა პრაქტიკულად ერთნაირია ცის ნებისმიერ წერტილში, ხოლო ჰომოგენურობის გადახრები არ არის 10-5-ზე მეტი (მორგებული მცირე დოპლერის ეფექტისთვის, რომელიც დაკავშირებულია ჩვენს მოძრაობასთან მიმდებარე მატერიაში. ). გარდა ამისა, თითქმის უნივერსალური ერთგვაროვნებაა გალაქტიკებისა და სხვა მატერიის განაწილებაში; ამრიგად, ბარიონების განაწილება (იხ. განყოფილება 1.3) საკმაოდ დიდ მასშტაბებზე ხასიათდება მნიშვნელოვანი ჰომოგენურობით, თუმცა არის შესამჩნევი ანომალიები, კერძოდ, ე.წ. სიცარიელეები, სადაც ხილული მატერიის სიმკვრივე საშუალოზე რადიკალურად დაბალია. ზოგადად, შეიძლება ითქვას, რომ ჰომოგენურობა უფრო მაღალია, რაც უფრო შორს ვიყურებით სამყაროს წარსულში, და RI არის მატერიის განაწილების უძველესი მტკიცებულება, რომელსაც ჩვენ პირდაპირ შეგვიძლია დავაკვირდეთ.

ეს სურათი შეესაბამება მოსაზრებას, რომ მისი განვითარების ადრეულ ეტაპებზე სამყარო მართლაც იყო უკიდურესად ერთგვაროვანი, მაგრამ ოდნავ არარეგულარული სიმკვრივით. დროთა განმავლობაში (და სხვადასხვა სახის „ხახუნის“ გავლენის ქვეშ - პროცესები, რომლებიც ანელებენ შედარებით მოძრაობებს), სიმკვრივის ეს დარღვევები გაძლიერდა გრავიტაციის გავლენის ქვეშ, რაც შეესაბამება მატერიის თანდათანობითი დაგროვების იდეას. დროთა განმავლობაში გროვდება მატულობს, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ვარსკვლავები; ისინი ჯგუფდებიან გალაქტიკებად, რომელთაგან თითოეული ავითარებს მასიურ შავ ხვრელს ცენტრში. საბოლოო ჯამში, ეს შეკუმშვა გამოწვეულია გრავიტაციის გარდაუვალი ეფექტით. ასეთი პროცესები მართლაც ასოცირდება ენტროპიის ძლიერ მატებასთან და ცხადყოფს, რომ გრავიტაციის გათვალისწინებით, იმ პირველყოფილ მბზინავ ბურთს, რომლისგანაც დღეს მხოლოდ RI დარჩა, შეიძლება ჰქონდეს მაქსიმალური ენტროპიისგან შორს. ამ ბურთის თერმული ბუნება, რასაც მოწმობს პლანკის სპექტრი, რომელიც ნაჩვენებია ნახ. 3.13, მხოლოდ ამას ამბობს: თუ სამყაროს განვიხილავთ (ბოლო გაფანტვის ეპოქაში) უბრალოდ სისტემად, რომელიც შედგება ერთმანეთთან ურთიერთქმედების მატერიისა და ენერგიისგან, მაშინ შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ ის რეალურად თერმოდინამიკურ წონასწორობაში იყო. თუმცა, თუ გრავიტაციულ გავლენასაც გავითვალისწინებთ, სურათი მკვეთრად იცვლება.

თუ წარმოვიდგენთ, მაგალითად, გაზს დალუქულ ჭურჭელში, მაშინ ბუნებრივია ვივარაუდოთ, რომ ის მაქსიმალურ ენტროპიას მიაღწევს იმ მაკროსკოპულ მდგომარეობაში, როცა თანაბრად გადანაწილდება მთელ კონტეინერში (ნახ. 3.15 ა). ამ მხრივ, ის წააგავს ცხელ ბურთს, რომელმაც წარმოქმნა RI, რომელიც თანაბრად ნაწილდება ცაზე. თუმცა, თუ აირის მოლეკულებს ჩაანაცვლებთ გრავიტაციით ერთმანეთთან დაკავშირებული სხეულების უზარმაზარი სისტემით, მაგალითად, ცალკეული ვარსკვლავებით, თქვენ მიიღებთ სრულიად განსხვავებულ სურათს (ნახ. 3.15 ბ). გრავიტაციული ეფექტების გამო, ვარსკვლავები გადანაწილდებიან არათანაბრად, გროვების სახით. საბოლოო ჯამში, ყველაზე დიდი ენტროპია მიიღწევა, როდესაც მრავალი ვარსკვლავი იშლება ან შავ ხვრელებში გაერთიანდება. მიუხედავად იმისა, რომ ამ პროცესს შეიძლება დიდი დრო დასჭირდეს (თუმცა მას ვარსკვლავთშორისი გაზის არსებობის გამო ხახუნი გაუადვილებს), ჩვენ დავინახავთ, რომ საბოლოო ჯამში, როდესაც გრავიტაცია დომინირებს, ენტროპია უფრო მაღალია, რაც ნაკლებად ერთნაირად ნაწილდება მატერია სისტემაში. .

ასეთი ეფექტები შეიძლება ნახოთ თუნდაც ყოველდღიური გამოცდილების დონეზე. შეიძლება ვიკითხოთ: რა როლი აქვს მეორე კანონს დედამიწაზე სიცოცხლის შენარჩუნებაში? ხშირად გესმით, რომ ამ პლანეტაზე მზისგან მიღებული ენერგიის წყალობით ვცხოვრობთ. მაგრამ ეს არ არის სრულიად ჭეშმარიტი განცხადება, თუ დედამიწას მთლიანობაში განვიხილავთ, რადგან დედამიწის მიერ დღის განმავლობაში მიღებული თითქმის მთელი ენერგია მალე ისევ აორთქლდება კოსმოსში, ბნელ ღამის ცაში. (რა თქმა უნდა, ზუსტი ბალანსი ოდნავ დარეგულირდება ისეთი ფაქტორებით, როგორიცაა გლობალური დათბობა და პლანეტის გათბობა რადიოაქტიური დაშლის გამო.) წინააღმდეგ შემთხვევაში, დედამიწა სულ უფრო ცხელდება და რამდენიმე დღეში საცხოვრებლად უვარგისი გახდება! თუმცა უშუალოდ მზიდან მიღებულ ფოტონებს შედარებით მაღალი სიხშირე აქვთ (ისინი კონცენტრირებულია სპექტრის ყვითელ ნაწილში), ხოლო დედამიწა კოსმოსში ასხივებს ინფრაწითელ სპექტრში გაცილებით დაბალი სიხშირის ფოტონებს. პლანკის ფორმულის მიხედვით (E = hν, იხილეთ ნაწილი 2.2), მზიდან ჩამოსულ თითოეულ ფოტონს ინდივიდუალურად აქვს გაცილებით მეტი ენერგია, ვიდრე კოსმოსში გამოსხივებულ ფოტონებს, ამიტომ წონასწორობის მისაღწევად, დედამიწაზე გაცილებით მეტი ფოტონი უნდა დატოვოს, ვიდრე ჩამოსვლა ( იხილეთ ნახ. 3.16). თუ ნაკლები ფოტონი ჩამოვა, მაშინ შემომავალ ენერგიას ექნება თავისუფლების ნაკლები ხარისხი, ხოლო გამავალ ენერგიას ექნება მეტი და, შესაბამისად, ბოლცმანის ფორმულის მიხედვით (S = k log V), შემომავალ ფოტონებს ექნებათ გაცილებით ნაკლები ენტროპია, ვიდრე გამავალს. . ჩვენ ვიყენებთ მცენარეებში არსებულ დაბალი ენტროპიის ენერგიას საკუთარი ენტროპიის შესამცირებლად: ჩვენ ვჭამთ მცენარეებს ან ბალახისმჭამელებს. ასე ცოცხლობს და ვითარდება სიცოცხლე დედამიწაზე. (როგორც ჩანს, ეს აზრები პირველად ნათლად ჩამოაყალიბა ერვინ შროდინგერმა 1967 წელს, როდესაც მან დაწერა თავისი რევოლუციური წიგნი ცხოვრება როგორც ეს არის [შროდინგერი, 2012]).

ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტი ამ დაბალი ენტროპიის ბალანსის შესახებ არის ეს: მზე არის ცხელი წერტილი სრულიად ბნელ ცაში. მაგრამ როგორ გაჩნდა ასეთი პირობები? ბევრმა რთულმა პროცესმა ითამაშა როლი, მათ შორის თერმობირთვულ რეაქციებთან და ა.შ., მაგრამ ყველაზე მნიშვნელოვანი ის არის, რომ მზე საერთოდ არსებობს. და ის წარმოიშვა იმის გამო, რომ მზის მატერია (ისევე როგორც მატერია, რომელიც ქმნის სხვა ვარსკვლავებს) განვითარდა გრავიტაციული შეკრების პროცესში და ეს ყველაფერი გაზისა და ბნელი მატერიის შედარებით ერთგვაროვანი განაწილებით დაიწყო.

აქვე უნდა აღვნიშნოთ იდუმალი ნივთიერება ბნელი მატერია, რომელიც, როგორც ჩანს, სამყაროს მატერიალური (არა-Λ) შემცველობის 85%-ს შეადგენს, მაგრამ მისი აღმოჩენა მხოლოდ გრავიტაციული ურთიერთქმედებით ხდება და მისი შემადგენლობა უცნობია. დღეს ჩვენ უბრალოდ ვითვალისწინებთ ამ საკითხს მთლიანი მასის შეფასებისას, რომელიც საჭიროა ზოგიერთი რიცხვითი სიდიდეების გამოთვლისას (იხ. განყოფილებები 3.6, 3.7, 3.9 და რა უფრო მნიშვნელოვანი თეორიული როლის შესრულება შეუძლია ბნელ მატერიას, იხ. ნაწილი 4.3). ბნელი მატერიის საკითხის მიუხედავად, ჩვენ ვხედავთ, რამდენად მნიშვნელოვანია მატერიის თავდაპირველი ერთგვაროვანი განაწილების დაბალი ენტროპიული ბუნება ჩვენი ცხოვრებისთვის. ჩვენი არსებობა, როგორც ჩვენ გვესმის, დამოკიდებულია დაბალი ენტროპიის გრავიტაციულ რეზერვზე, რომელიც დამახასიათებელია მატერიის საწყისი ერთგვაროვანი განაწილებისთვის.

აქ მივედით დიდი აფეთქების შესანიშნავ, ფაქტობრივად, ფანტასტიკურ ასპექტამდე. საიდუმლო მდგომარეობს არა მხოლოდ იმაში, თუ როგორ მოხდა ეს, არამედ იმაშიც, რომ ეს იყო უკიდურესად დაბალი ენტროპიის მოვლენა. უფრო მეტიც, საყურადღებოა არა იმდენად ეს გარემოება, რამდენადაც ის, რომ ენტროპია დაბალი იყო მხოლოდ ერთი კონკრეტული კუთხით, კერძოდ: თავისუფლების გრავიტაციული ხარისხები, რატომღაც, სრულიად დათრგუნული იყო. ეს მკვეთრად ეწინააღმდეგება მატერიის თავისუფლების ხარისხს და (ელექტრომაგნიტურ) გამოსხივებას, რადგან ისინი, როგორც ჩანს, მაქსიმალურად აღგზნებულნი იყვნენ ცხელ მდგომარეობაში მაქსიმალური ენტროპიით. ჩემი აზრით, ეს ალბათ ყველაზე ღრმა კოსმოლოგიური საიდუმლოა და რატომღაც ჯერ კიდევ დაუფასებელი რჩება!

საჭიროა უფრო დეტალურად ვისაუბროთ იმაზე, თუ რამდენად განსაკუთრებული იყო დიდი აფეთქების მდგომარეობა და რა ენტროპია შეიძლება წარმოიშვას გრავიტაციული შეკუმშვის პროცესში. შესაბამისად, ჯერ უნდა გააცნობიეროთ, რა წარმოუდგენელი ენტროპია არის რეალურად თანდაყოლილი შავ ხვრელში (იხ. სურ. 3.15 ბ). ამ საკითხს განვიხილავთ განყოფილებაში 3.6. მაგრამ ახლა მოდით მივმართოთ სხვა პრობლემას, რომელიც დაკავშირებულია შემდეგ, საკმაოდ სავარაუდო შესაძლებლობასთან: ყოველივე ამის შემდეგ, სამყარო შეიძლება რეალურად აღმოჩნდეს სივრცით უსასრულო (როგორც FLRU მოდელების შემთხვევაში K-ით. 0, იხილეთ განყოფილება 3.1) ან, სულ მცირე, სამყაროს უმეტესი ნაწილი შეიძლება პირდაპირ არ იყოს დაკვირვებადი. შესაბამისად, მივუდგებით კოსმოლოგიური ჰორიზონტების პრობლემას, რომელსაც შემდეგ ნაწილში განვიხილავთ.

» მეტი ინფორმაცია წიგნის შესახებ შეგიძლიათ იხილოთ აქ გამომცემლის ვებსაიტზე
» სარჩევი
» ნაწყვეტი

Khabrozhiteley-ზე 25% ფასდაკლება კუპონის გამოყენებით - ახალი მეცნიერება

წიგნის ქაღალდის ვერსიის გადახდის შემდეგ ელექტრონული წიგნი გაიგზავნება ელექტრონული ფოსტით.

წყარო: www.habr.com