पुस्तक "फॅशन, विश्वास, कल्पनारम्य आणि विश्वाचे नवीन भौतिकशास्त्र"

हॅलो, खबरो रहिवासी! मूलभूत विज्ञानामध्ये फॅशन, विश्वास किंवा कल्पनारम्य याबद्दल बोलणे शक्य आहे का?

विश्वाला मानवी फॅशनमध्ये रस नाही. विज्ञानाचा विश्‍वास म्हणून अर्थ लावला जाऊ शकत नाही, कारण वैज्ञानिक विचारधारा सतत कठोर प्रायोगिक चाचणीच्या अधीन असतात आणि जेव्हा सिद्धांत वस्तुनिष्ठ वास्तवाशी संघर्ष करू लागतात तेव्हा ते टाकून दिले जातात. आणि कल्पनारम्य सामान्यतः तथ्ये आणि तर्कशास्त्र या दोन्हीकडे दुर्लक्ष करते. तथापि, महान रॉजर पेनरोज या घटना पूर्णपणे नाकारू इच्छित नाहीत, कारण वैज्ञानिक फॅशन ही प्रगतीचे इंजिन असू शकते, जेव्हा एखाद्या सिद्धांताची वास्तविक प्रयोगांद्वारे पुष्टी केली जाते तेव्हा विश्वास दिसून येतो आणि कल्पनेच्या उड्डाणाशिवाय आपण आपल्या सर्व विचित्र गोष्टी समजून घेऊ शकत नाही. ब्रह्मांड.

"फॅशन" धड्यात, तुम्ही अलीकडच्या दशकातील सर्वात फॅशनेबल सिद्धांत, स्ट्रिंग थिअरीबद्दल शिकाल. "विश्वास" हा त्या सिद्धांतांना समर्पित आहे ज्यावर क्वांटम मेकॅनिक्स उभे आहे. आणि "फँटसी" आपल्याला ज्ञात असलेल्या विश्वाच्या उत्पत्तीच्या सिद्धांतांपेक्षा कमी नाही.

३.४. बिग बँग विरोधाभास

आपण प्रथम निरीक्षणांचा प्रश्न उपस्थित करूया. संपूर्ण निरीक्षण करण्यायोग्य ब्रह्मांड एकेकाळी अत्यंत संकुचित आणि आश्चर्यकारकपणे उष्ण अवस्थेत होते जे विभाग 3.1 मध्ये सादर केलेल्या बिग बँग चित्राशी सुसंगत असेल याचा कोणता थेट पुरावा आहे? कॉस्मिक मायक्रोवेव्ह बॅकग्राउंड रेडिएशन (सीएमबी) हा सर्वात आकर्षक पुरावा आहे, ज्याला कधीकधी बिग बॅंग म्हणतात. सीएमबी रेडिएशन हलके आहे, परंतु खूप लांब तरंगलांबी आहे, म्हणून ते आपल्या डोळ्यांनी पाहणे पूर्णपणे अशक्य आहे. हा प्रकाश सर्व बाजूंनी अत्यंत समान रीतीने (परंतु बहुतेक विसंगतपणे) आपल्यावर पडतो. हे ~2,725 के तापमानासह थर्मल रेडिएशनचे प्रतिनिधित्व करते, म्हणजेच निरपेक्ष शून्यापेक्षा दोन अंशांपेक्षा जास्त. असे मानले जाते की निरीक्षण केलेले "ग्लिमर" एका अविश्वसनीयपणे उष्ण ब्रह्मांडात (त्या वेळी ~ 3000 K) महास्फोटानंतर सुमारे 379 वर्षांनंतर - शेवटच्या विखुरण्याच्या काळात, जेव्हा विश्व प्रथम इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनसाठी पारदर्शक झाले (जरी. हे बिग बँग दरम्यान अजिबात घडले नाही). स्फोट; ही घटना विश्वाच्या एकूण वयाच्या पहिल्या 000/1 मध्ये घडते - महास्फोटापासून आजपर्यंत). शेवटच्या विखुरलेल्या कालखंडापासून, या प्रकाश लहरींची लांबी अंदाजे वाढली आहे जितकी विश्वाचा विस्तार झाला आहे (सुमारे 40 च्या घटकाने), त्यामुळे ऊर्जा घनता तितकीच कमी झाली आहे. म्हणून, सीएमबीचे निरीक्षण केलेले तापमान केवळ 000 के.

हे रेडिएशन मूलत: विसंगत आहे (म्हणजे थर्मल) हे अंजीर मध्ये दर्शविलेल्या फ्रिक्वेंसी स्पेक्ट्रमच्या स्वरूपाद्वारे प्रभावीपणे पुष्टी होते. ३.१३. प्रत्येक विशिष्ट फ्रिक्वेन्सीवरील रेडिएशनची तीव्रता आलेखावर अनुलंब प्लॉट केली जाते आणि वारंवारता डावीकडून उजवीकडे वाढते. अखंड वक्र 3.13 के तापमानासाठी विभाग 2.2 मध्ये चर्चा केलेल्या प्लँक ब्लॅकबॉडी स्पेक्ट्रमशी संबंधित आहे. वक्र वरील बिंदू विशिष्ट निरीक्षणातील डेटा आहेत ज्यासाठी त्रुटी पट्ट्या प्रदान केल्या आहेत. त्याच वेळी, त्रुटी पट्ट्या 2,725 पट वाढवल्या जातात, कारण अन्यथा त्यांचा विचार करणे अशक्य होईल, अगदी उजवीकडे, जेथे त्रुटी त्यांच्या कमालपर्यंत पोहोचतात. सैद्धांतिक वक्र आणि निरीक्षण परिणाम यांच्यातील करार केवळ उल्लेखनीय आहे-कदाचित निसर्गात सापडलेल्या थर्मल स्पेक्ट्रमसह सर्वोत्तम करार.

तथापि, हा योगायोग काय दर्शवतो? वस्तुस्थिती ही आहे की आम्ही अशा अवस्थेचा विचार करत आहोत जे वरवर पाहता, थर्मोडायनामिक समतोलाच्या अगदी जवळ होते (म्हणूनच विसंगत हा शब्द पूर्वी वापरला गेला होता). पण नव्याने निर्माण झालेले विश्व थर्मोडायनामिक समतोलाच्या अगदी जवळ होते या वस्तुस्थितीवरून कोणता निष्कर्ष निघतो? चला अंजीर वर परत येऊ. कलम 3.12 मधून 3.3. सर्वात विस्तृत खडबडीत प्रदेश (व्याख्यानुसार) अशा इतर कोणत्याही प्रदेशापेक्षा खूप मोठा असेल आणि सामान्यत: इतरांच्या सापेक्ष इतका मोठा असेल की तो त्या सर्वांना मोठ्या प्रमाणात बटू करेल! थर्मोडायनामिक समतोल मॅक्रोस्कोपिक स्थितीशी संबंधित आहे, ज्यामध्ये संभाव्यतः, कोणतीही प्रणाली लवकर किंवा नंतर येईल. कधीकधी याला विश्वाचा थर्मल डेथ म्हटले जाते, परंतु या प्रकरणात, विचित्रपणे, आपण विश्वाच्या थर्मल जन्माबद्दल बोलले पाहिजे. नवजात ब्रह्मांड झपाट्याने विस्तारत आहे या वस्तुस्थितीमुळे परिस्थिती गुंतागुंतीची आहे, म्हणून आपण ज्या स्थितीचा विचार करत आहोत ते वास्तवात असंतुलन आहे. तरीसुद्धा, या प्रकरणातील विस्तार मूलत: adiabatic मानला जाऊ शकतो - 1934 मध्ये टोलमनने या बिंदूचे पूर्णपणे कौतुक केले होते [Tolman, 1934]. याचा अर्थ विस्तारादरम्यान एन्ट्रॉपी मूल्य बदलले नाही. (यासारखीच परिस्थिती, जेव्हा अॅडियॅबॅटिक विस्तारामुळे थर्मोडायनामिक समतोल राखला जातो, तेव्हा फेज स्पेसमध्ये खडबडीत विभाजनासह समान-आवाज असलेल्या प्रदेशांचा संच म्हणून वर्णन केले जाऊ शकते, जे केवळ विश्वाच्या विशिष्ट खंडांमध्ये एकमेकांपासून भिन्न असतात. आम्ही असे गृहीत धरू शकतो की ही प्राथमिक स्थिती कमाल एन्ट्रॉपीद्वारे दर्शविली गेली होती - विस्तार असूनही!).

वरवर पाहता, आम्हाला अपवादात्मक विरोधाभासाचा सामना करावा लागतो. कलम 3.3 मध्ये सादर केलेल्या युक्तिवादानुसार, दुसऱ्या कायद्यानुसार बिग बँग ही अत्यंत कमी एन्ट्रॉपी असलेली मॅक्रोस्कोपिक अवस्था असणे आवश्यक आहे (आणि तत्त्वतः, स्पष्ट केले आहे). तथापि, सीएमबी निरीक्षणांवरून असे दिसून येते की बिग बॅंगची मॅक्रोस्कोपिक स्थिती प्रचंड एन्ट्रॉपीद्वारे दर्शविली गेली होती, कदाचित जास्तीत जास्त शक्य आहे. आपण इतके गंभीरपणे कुठे चुकतो?

या विरोधाभासासाठी येथे एक सामान्य स्पष्टीकरण आहे: असे गृहित धरले जाते की, नवजात विश्व खूप "लहान" असल्याने, कमाल एन्ट्रॉपीला काही मर्यादा असू शकतात आणि थर्मोडायनामिक समतोल स्थिती, जी त्या वेळी राखली गेली होती, ती होती. त्या वेळी फक्त एक मर्यादा पातळी एन्ट्रॉपी शक्य आहे. तथापि, हे चुकीचे उत्तर आहे. असे चित्र पूर्णपणे भिन्न परिस्थितीशी संबंधित असू शकते, ज्यामध्ये विश्वाचा आकार काही बाह्य मर्यादांवर अवलंबून असेल, उदाहरणार्थ, सीलबंद पिस्टनसह सिलेंडरमध्ये असलेल्या गॅसच्या बाबतीत. या प्रकरणात, पिस्टनचा दाब काही बाह्य यंत्रणेद्वारे प्रदान केला जातो, जो उर्जेच्या बाह्य स्त्रोताने (किंवा आउटलेट) सुसज्ज असतो. परंतु ही परिस्थिती संपूर्ण विश्वाला लागू होत नाही, ज्याची भूमिती आणि ऊर्जा, तसेच त्याचा “एकूण आकार” केवळ अंतर्गत संरचनेद्वारे निर्धारित केला जातो आणि आइनस्टाईनच्या सापेक्षतेच्या सामान्य सिद्धांताच्या गतिशील समीकरणांद्वारे नियंत्रित केला जातो (यासह. पदार्थाच्या स्थितीचे वर्णन करणारी समीकरणे; विभाग 3.1 आणि 3.2 पहा). अशा परिस्थितीत (जेव्हा समीकरणे पूर्णपणे निर्धारवादी असतात आणि वेळेच्या दिशेच्या संदर्भात अपरिवर्तनीय असतात - विभाग 3.3 पहा), फेज स्पेसचे एकूण खंड कालांतराने बदलू शकत नाहीत. असे गृहीत धरले जाते की फेज स्पेस P स्वतः "उत्क्रांत" नसावे! सर्व उत्क्रांतींचे वर्णन फक्त P मधील वक्र C च्या स्थानाद्वारे केले जाते आणि या प्रकरणात विश्वाची संपूर्ण उत्क्रांती दर्शवते (विभाग 3.3 पहा).

विश्वाच्या संकुचिततेच्या नंतरच्या टप्प्यांचा विचार केला तर कदाचित समस्या अधिक स्पष्ट होईल, जेव्हा ते मोठ्या क्रॅशच्या जवळ येत आहे. K > 0, Λ = 0 साठी Friedman मॉडेल आठवा, अंजीर मध्ये दाखवले आहे. कलम 3.2 मध्ये 3.1a. आता आमचा असा विश्वास आहे की या मॉडेलमधील अडथळे पदार्थाच्या अनियमित वितरणामुळे उद्भवतात आणि काही भागांमध्ये कृष्णविवरे त्यांच्या जागी राहून आधीच स्थानिक कोसळले आहेत. मग आपण असे गृहीत धरले पाहिजे की यानंतर काही कृष्णविवरे एकमेकांमध्ये विलीन होतील आणि अंतिम विलक्षणतेमध्ये कोसळणे ही एक अत्यंत गुंतागुंतीची प्रक्रिया असेल, आदर्श गोलाकार सममितीय फ्रिडमनच्या काटेकोरपणे सममितीय बिग क्रॅशशी जवळजवळ काहीही साम्य नसेल. अंजीर मध्ये सादर केलेले मॉडेल. ३.६ अ. उलटपक्षी, गुणात्मक दृष्टीने, कोसळण्याची परिस्थिती अंजीर मध्ये दर्शविलेल्या प्रचंड गोंधळाची आठवण करून देणारी असेल. 3.6 अ; या प्रकरणात उद्भवणारी परिणामी एकलता, काही प्रमाणात, कलम 3.14 च्या शेवटी नमूद केलेल्या BCLM गृहीतकाशी सुसंगत असू शकते. अंतिम कोसळणाऱ्या अवस्थेमध्ये अकल्पनीय एन्ट्रॉपी असेल, जरी विश्व पुन्हा लहान आकारात कमी होईल. जरी हे विशिष्ट (स्थानिकरित्या बंद केलेले) फ्रिडमन मॉडेलचे पुनर्संचयित करणे हे सध्या आपल्या स्वतःच्या विश्वाचे प्रशंसनीय प्रतिनिधित्व मानले जात नसले तरी, हेच विचार इतर फ्रीडमन मॉडेल्सना लागू होतात, कॉस्मॉलॉजिकल स्थिरांकासह किंवा त्याशिवाय. अशा कोणत्याही मॉडेलची कोलमडणारी आवृत्ती, पदार्थाच्या असमान वितरणामुळे समान गडबड अनुभवत, पुन्हा सर्व-उपभोग करणाऱ्या गोंधळात बदलली पाहिजे, एक कृष्णविवर (चित्र 3.2 b). यापैकी प्रत्येक अवस्थेमध्ये वेळ उलटून आपण संभाव्य प्रारंभिक एकलता (संभाव्य बिग बँग) पर्यंत पोहोचू, ज्यात, त्यानुसार, प्रचंड एन्ट्रॉपी आहे, जी एंट्रॉपीच्या "सीलिंग" बद्दल येथे केलेल्या गृहीतकाला विरोध करते (चित्र 3.14 c).

येथे मला पर्यायी शक्यतांकडे जाणे आवश्यक आहे ज्यांचा कधीकधी विचार केला जातो. काही सिद्धांतकारांनी असे सुचवले आहे की दुसऱ्या नियमाने अशा कोसळणाऱ्या मॉडेल्समध्ये स्वतःला कसेतरी उलटे केले पाहिजे, जेणेकरून विश्वाची एकूण एन्ट्रॉपी हळूहळू लहान होईल (जास्तीत जास्त विस्तारानंतर) बिग क्रॅश जवळ येईल. तथापि, कृष्णविवरांच्या उपस्थितीत अशा चित्राची कल्पना करणे विशेषतः कठीण आहे, जे एकदा ते तयार झाल्यानंतर, एंट्रॉपी वाढविण्याचे कार्य करण्यास सुरवात करेल (जे घटना क्षितिजाच्या जवळ शून्य शंकूच्या स्थानावरील वेळेच्या विषमतेशी संबंधित आहे, चित्र पहा. ३.९). हे दूरच्या भविष्यात चालू राहील - किमान हॉकिंग यंत्रणेच्या प्रभावाखाली कृष्णविवरांचे बाष्पीभवन होईपर्यंत (विभाग 3.9 आणि 3.7 पहा). कोणत्याही परिस्थितीत, ही शक्यता येथे सादर केलेले युक्तिवाद अमान्य करत नाही. आणखी एक महत्त्वाची समस्या आहे जी अशा गुंतागुंतीच्या कोलॅप्सिंग मॉडेल्सशी संबंधित आहे आणि ज्याचा वाचकांनी स्वतः विचार केला असेल: कृष्णविवरांची एकलता एकाच वेळी अजिबात उद्भवू शकत नाही, म्हणून जेव्हा आपण वेळ उलटतो तेव्हा आपल्याला महास्फोट होणार नाही, जे "सर्व आणि लगेच" घडते. तथापि, हे तंतोतंत मजबूत वैश्विक सेन्सॉरशिपच्या गृहितकाच्या (अद्याप सिद्ध झालेले नाही, परंतु खात्रीशीर) गुणधर्मांपैकी एक आहे [Penrose, 4.3a; PkR, कलम 1998], त्यानुसार, सामान्य प्रकरणात, अशी एकलता स्पेससारखी असेल (विभाग 28.8), आणि म्हणून ती एक-वेळची घटना मानली जाऊ शकते. शिवाय, सशक्त कॉस्मिक सेन्सॉरशिप गृहीतकाच्या वैधतेचा प्रश्न विचारात न घेता, या स्थितीचे समाधान करणारे अनेक उपाय ज्ञात आहेत आणि अशा सर्व पर्यायांमध्ये (विस्तार केल्यावर) तुलनेने उच्च एंट्रोपी मूल्ये असतील. हे आमच्या निष्कर्षांच्या वैधतेबद्दल चिंता कमी करते.

त्यानुसार, विश्वाचे छोटे अवकाशीय परिमाण लक्षात घेता, संभाव्य एन्ट्रॉपीची एक विशिष्ट "कमी मर्यादा" असणे आवश्यक असल्याचा पुरावा आम्हाला आढळत नाही. तत्वतः, कृष्णविवरांच्या रूपात पदार्थांचे संचयन आणि "ब्लॅक होल" एकवचनांचे एका एकवचनी गोंधळात विलीन होणे ही एक प्रक्रिया आहे जी दुसर्‍या नियमाशी पूर्णपणे सुसंगत आहे आणि या अंतिम प्रक्रियेमध्ये प्रचंड वाढ होणे आवश्यक आहे. एन्ट्रॉपी मध्ये. विश्वाची अंतिम स्थिती, भौमितिक मानकांनुसार "लहान", अकल्पनीय एन्ट्रॉपी असू शकते, जी अशा कोसळणार्‍या वैश्विक मॉडेलच्या तुलनेने प्रारंभिक अवस्थेपेक्षा खूप जास्त असते आणि अवकाशीय लघुचित्र स्वतः कमाल मूल्यासाठी "सीलिंग" सेट करत नाही. एन्ट्रॉपीची, जरी अशी "सीलिंग" (वेळेचा प्रवाह उलटताना) बिग बँग दरम्यान एन्ट्रॉपी अत्यंत कमी का होती हे स्पष्ट करू शकते. खरेतर, असे चित्र (चित्र 3.14 a, b), जे सर्वसाधारणपणे विश्वाच्या संकुचिततेचे प्रतिनिधित्व करते, ते विरोधाभासावर उपाय सुचवते: बिग बँगच्या काळात जे काही असायचे त्याच्या तुलनेत अपवादात्मकपणे कमी एन्ट्रॉपी का होती. वस्तुस्थिती आहे की स्फोट गरम होता (आणि अशा स्थितीत जास्तीत जास्त एन्ट्रॉपी असावी). उत्तर असे आहे की जर अवकाशीय एकरूपतेतील मोठ्या विचलनांना परवानगी दिली गेली तर एंट्रॉपीमध्ये आमूलाग्र वाढ होऊ शकते आणि या प्रकारची सर्वात मोठी वाढ कृष्णविवरांच्या उदयाशी संबंधित अनियमिततेशी संबंधित आहे. परिणामी, अवकाशीयदृष्ट्या एकसंध बिग बँगमध्ये खरोखरच, तुलनेने, आश्चर्यकारकपणे कमी एन्ट्रॉपी असू शकते, जरी त्यातील सामग्री आश्चर्यकारकपणे गरम होती.

FLRU मॉडेलच्या भूमितीशी सुसंगत (परंतु चित्र 3.14c मध्ये चित्रित केलेल्या अव्यवस्थित एकलतेच्या अधिक सामान्य प्रकरणाशी सुसंगत नसून) बिग बँग खरोखरच अवकाशीयदृष्ट्या एकसंध होता, याचा एक अत्यंत आकर्षक पुरावा पुन्हा समोर आला. RI कडून, परंतु यावेळी त्याच्या थर्मोडायनामिक स्वरूपाऐवजी त्याच्या कोनीय एकरूपतेसह. ही एकजिनसीता या वस्तुस्थितीतून प्रकट होते की आकाशातील कोणत्याही बिंदूवर RI चे तापमान व्यावहारिकदृष्ट्या सारखेच असते आणि एकजिनसीपणातील विचलन 10-5 पेक्षा जास्त नसते (आजूबाजूच्या पदार्थाद्वारे आपल्या हालचालीशी संबंधित लहान डॉपलर प्रभावासाठी समायोजित केले जाते. ). याव्यतिरिक्त, आकाशगंगा आणि इतर पदार्थांच्या वितरणामध्ये जवळजवळ सार्वत्रिक एकसमानता आहे; अशाप्रकारे, बऱ्यापैकी मोठ्या प्रमाणावरील बॅरिऑनचे वितरण (विभाग 1.3 पहा) लक्षणीय एकजिनसीपणाद्वारे दर्शविले जाते, जरी लक्षणीय विसंगती आहेत, विशेषतः तथाकथित व्हॉईड्स, जेथे दृश्यमान पदार्थाची घनता सरासरीपेक्षा कमी आहे. सर्वसाधारणपणे, असा युक्तिवाद केला जाऊ शकतो की आपण पाहत असलेल्या विश्वाच्या भूतकाळात एकजिनसीपणा जास्त आहे आणि RI हा पदार्थाच्या वितरणाचा सर्वात जुना पुरावा आहे ज्याचे आपण थेट निरीक्षण करू शकतो.

हे चित्र या दृश्याशी सुसंगत आहे की त्याच्या विकासाच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात विश्व खरोखरच अत्यंत एकसंध होते, परंतु किंचित अनियमित घनतेसह. कालांतराने (आणि विविध प्रकारच्या "घर्षण" च्या प्रभावाखाली - सापेक्ष हालचाली कमी करणाऱ्या प्रक्रिया), या घनतेच्या अनियमितता गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावाखाली तीव्र झाल्या, जे पदार्थाच्या हळूहळू गुठळ्या होण्याच्या कल्पनेशी सुसंगत आहे. कालांतराने, गुठळ्या वाढतात, परिणामी तारे तयार होतात; ते आकाशगंगांमध्ये समूहित होतात, ज्यापैकी प्रत्येकाच्या मध्यभागी एक भव्य कृष्णविवर विकसित होते. शेवटी, हे गुठळ्या गुरुत्वाकर्षणाच्या अपरिहार्य परिणामामुळे होते. अशा प्रक्रिया खरोखरच एन्ट्रॉपीच्या तीव्र वाढीशी निगडीत आहेत आणि हे दाखवून देतात की, गुरुत्वाकर्षण लक्षात घेऊन, तो आदिम चमकणारा चेंडू, ज्यापैकी आज फक्त RI शिल्लक आहे, जास्तीत जास्त एन्ट्रॉपीपासून दूर असू शकतो. अंजीर मध्ये दर्शविलेल्या प्लँक स्पेक्ट्रमद्वारे पुराव्यांनुसार या चेंडूचे थर्मल स्वरूप. 3.13, फक्त हेच सांगते: जर आपण विश्वाचा (शेवटच्या विखुरण्याच्या युगात) केवळ पदार्थ आणि ऊर्जा यांचा एकमेकांशी संवाद साधणारी एक प्रणाली म्हणून विचार केला, तर आपण असे गृहीत धरू शकतो की ते थर्मोडायनामिक समतोलमध्ये होते. तथापि, जर आपण गुरुत्वाकर्षण प्रभाव देखील विचारात घेतला तर चित्र नाटकीयरित्या बदलते.

जर आपण कल्पना केली, उदाहरणार्थ, सीलबंद कंटेनरमधील वायू, तर जेव्हा ते कंटेनरमध्ये समान रीतीने वितरीत केले जाते तेव्हा ते त्या मॅक्रोस्कोपिक अवस्थेत जास्तीत जास्त एन्ट्रॉपीपर्यंत पोहोचेल असे गृहीत धरणे स्वाभाविक आहे (चित्र 3.15 अ). या संदर्भात, ते RI व्युत्पन्न केलेल्या हॉट बॉलसारखे असेल, जे संपूर्ण आकाशात समान रीतीने वितरीत केले जाते. तथापि, जर तुम्ही गॅस रेणूंना गुरुत्वाकर्षणाने एकमेकांशी जोडलेल्या शरीराच्या विशाल प्रणालीसह बदलल्यास, उदाहरणार्थ, वैयक्तिक तारे, तुम्हाला पूर्णपणे भिन्न चित्र मिळेल (चित्र 3.15 b). गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावामुळे, तारे क्लस्टरच्या स्वरूपात असमानपणे वितरीत केले जातील. शेवटी, जेव्हा असंख्य तारे कोसळतील किंवा कृष्णविवरांमध्ये विलीन होतील तेव्हा सर्वात मोठी एन्ट्रॉपी प्राप्त होईल. जरी या प्रक्रियेस बराच वेळ लागू शकतो (जरी ती आंतरतारकीय वायूच्या उपस्थितीमुळे घर्षणाने सुलभ केली जाईल), तरीही आपण हे पाहू की शेवटी, जेव्हा गुरुत्वाकर्षणाचे वर्चस्व असते, तेव्हा एंट्रॉपी जास्त असते, प्रणालीमध्ये पदार्थ कमी समान प्रमाणात वितरीत केले जातात. .

रोजच्या अनुभवाच्या पातळीवरही असे परिणाम शोधता येतात. कोणी विचारू शकतो: पृथ्वीवरील जीवन टिकवून ठेवण्यासाठी दुसऱ्या कायद्याची भूमिका काय आहे? सूर्यापासून मिळालेल्या ऊर्जेमुळे आपण या ग्रहावर राहतो असे आपण अनेकदा ऐकू शकतो. परंतु जर आपण संपूर्ण पृथ्वीचा विचार केला तर हे पूर्णपणे सत्य विधान नाही, कारण दिवसा पृथ्वीला प्राप्त होणारी जवळजवळ सर्व ऊर्जा लवकरच पुन्हा अंतराळात, गडद रात्रीच्या आकाशात बाष्पीभवन होते. (अर्थात, जागतिक तापमानवाढ आणि किरणोत्सर्गी क्षयमुळे ग्रह गरम होणे यांसारख्या घटकांद्वारे अचूक संतुलन किंचित समायोजित केले जाईल.) अन्यथा, पृथ्वी केवळ वाढत्या प्रमाणात गरम होईल आणि काही दिवसांतच राहण्यास योग्य होईल! तथापि, सूर्यापासून थेट प्राप्त झालेल्या फोटॉनची वारंवारता तुलनेने जास्त असते (ते स्पेक्ट्रमच्या पिवळ्या भागात केंद्रित असतात), आणि पृथ्वी अंतराळात इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रममधील कमी वारंवारतेचे फोटॉन उत्सर्जित करते. प्लँकच्या सूत्रानुसार (E = hν, विभाग 2.2 पहा), सूर्यातून येणार्‍या प्रत्येक फोटॉनमध्ये स्वतंत्रपणे अंतराळात उत्सर्जित होणाऱ्या फोटॉनपेक्षा जास्त ऊर्जा असते, त्यामुळे समतोल साधण्यासाठी, पृथ्वीवर येण्यापेक्षा बरेच फोटॉन सोडले पाहिजेत ( चित्र पहा. ३.१६). जर कमी फोटॉन आले, तर येणार्‍या उर्जेला कमी अंश स्वातंत्र्य असेल आणि आउटगोइंग उर्जा जास्त असेल, आणि म्हणून, बोल्टझमनच्या सूत्रानुसार (S = k लॉग V), येणार्‍या फोटॉनमध्ये आउटगोइंग लोकांपेक्षा खूपच कमी एन्ट्रॉपी असेल. . आमची स्वतःची एन्ट्रॉपी कमी करण्यासाठी आम्ही वनस्पतींमध्ये असलेली कमी-एंट्रोपी ऊर्जा वापरतो: आम्ही वनस्पती किंवा शाकाहारी प्राणी खातो. पृथ्वीवरील जीवसृष्टी अशा प्रकारे टिकते आणि भरभराट होते. (वरवर पाहता, हे विचार प्रथम स्पष्टपणे 3.16 मध्ये एर्विन श्रोडिंगरने तयार केले होते, जेव्हा त्यांनी लाइफ अॅज इट इज [श्रोडिंगर, 1967] हे क्रांतिकारी पुस्तक लिहिले होते).

या कमी-एंट्रोपी शिल्लक बद्दल सर्वात महत्वाचे तथ्य हे आहे: सूर्य पूर्णपणे गडद आकाशात एक गरम ठिकाण आहे. पण अशी परिस्थिती कशी निर्माण झाली? थर्मोन्यूक्लियर अभिक्रिया इत्यादींसह अनेक जटिल प्रक्रियांनी भूमिका बजावली, परंतु सर्वात महत्त्वाची गोष्ट म्हणजे सूर्य अस्तित्वात आहे. आणि हे उद्भवले कारण सौर पदार्थ (जसे इतर तारे बनवतात) गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रक्रियेद्वारे विकसित झाले आणि हे सर्व गॅस आणि गडद पदार्थांच्या तुलनेने समान वितरणाने सुरू झाले.

येथे आपल्याला गडद पदार्थ नावाच्या एका रहस्यमय पदार्थाचा उल्लेख करणे आवश्यक आहे, जे वरवर पाहता विश्वातील 85% सामग्री (Λ नसलेले) बनवते, परंतु ते केवळ गुरुत्वाकर्षणाच्या परस्परसंवादाद्वारे शोधले जाते आणि त्याची रचना अज्ञात आहे. आज आपण एकूण वस्तुमानाचा अंदाज लावताना ही बाब लक्षात घेतो, जे काही संख्यात्मक परिमाणांची गणना करताना आवश्यक असते (विभाग 3.6, 3.7, 3.9 पहा आणि अधिक महत्त्वाची सैद्धांतिक भूमिका काय गडद पदार्थ निभावू शकतात, विभाग 4.3 पहा). डार्क मॅटरच्या समस्येकडे दुर्लक्ष करून, आपण पाहतो की पदार्थाच्या मूळ एकसमान वितरणाचे निम्न-एंट्रोपी स्वरूप आपल्या जीवनासाठी किती महत्त्वाचे आहे. आपले अस्तित्व, जसे आपण समजतो, कमी-एंट्रोपी गुरुत्वाकर्षण राखीवर अवलंबून आहे जे पदार्थाच्या प्रारंभिक समान वितरणाचे वैशिष्ट्य आहे.

येथे आपण बिग बँगच्या एका उल्लेखनीय-खरेतर, विलक्षण पैलूकडे आलो आहोत. हे गूढ केवळ ते कसे घडले यातच नाही तर ती अत्यंत कमी एन्ट्रॉपी घटना होती यातही आहे. शिवाय, या परिस्थितीत जे काही उल्लेखनीय आहे ते इतके नाही कारण की एंट्रॉपी केवळ एका विशिष्ट बाबतीत कमी होती, म्हणजे: स्वातंत्र्याच्या गुरुत्वाकर्षण अंश, काही कारणास्तव, पूर्णपणे दडपले गेले होते. हे पदार्थ आणि (विद्युतचुंबकीय) किरणोत्सर्गाच्या स्वातंत्र्याच्या अंशांच्या तीव्र विरोधाभास आहे, कारण ते जास्तीत जास्त एंट्रॉपीसह गरम स्थितीत जास्तीत जास्त उत्तेजित असल्याचे दिसून आले. माझ्या मते, हे कदाचित सर्वात खोल वैश्विक रहस्य आहे आणि काही कारणास्तव ते अजूनही कमी लेखलेले आहे!

बिग बँगची स्थिती किती विशेष होती आणि गुरुत्वाकर्षणाच्या गुठळ्यांच्या प्रक्रियेत कोणती एन्ट्रॉपी उद्भवू शकते याबद्दल अधिक तपशीलवार विचार करणे आवश्यक आहे. त्यानुसार, ब्लॅक होलमध्ये खरोखर कोणती अविश्वसनीय एन्ट्रॉपी अंतर्भूत आहे हे आपण प्रथम लक्षात घेतले पाहिजे (चित्र 3.15 b पहा). आम्ही या विषयावर विभाग 3.6 मध्ये चर्चा करू. परंतु आत्तासाठी, पुढील समस्यांशी संबंधित, अगदी संभाव्य संभाव्यतेकडे वळूया: सर्व केल्यानंतर, विश्व खरोखरच अवकाशीय असीम असू शकते (के सह FLRU मॉडेलच्या बाबतीत. 0, विभाग 3.1 पहा) किंवा कमीत कमी बहुतेक विश्वाचे प्रत्यक्ष निरीक्षण करता येणार नाही. त्यानुसार, आम्ही वैश्विक क्षितिजाच्या समस्येकडे जातो, ज्याची आपण पुढील भागात चर्चा करू.

» पुस्तकाबद्दल अधिक तपशील येथे आढळू शकतात प्रकाशकाची वेबसाइट
» सामग्री सारणी
» उतारा

Khabrozhiteley साठी कूपन वापरून 25% सूट - नवीन विज्ञान

पुस्तकाची कागदी आवृत्ती भरल्यानंतर, इलेक्ट्रॉनिक पुस्तक ई-मेलद्वारे पाठवले जाईल.

स्त्रोत: www.habr.com