पुस्तक "फेसन, विश्वास, कल्पना र ब्रह्माण्डको नयाँ भौतिकी"

नमस्ते खबरबासीहरु ! के मौलिक विज्ञानमा फेसन, विश्वास वा कल्पनाको बारेमा कुरा गर्न सम्भव छ?

ब्रह्माण्डलाई मानव फेसनमा चासो छैन। विज्ञानलाई विश्वासको रूपमा व्याख्या गर्न सकिँदैन, किनकि वैज्ञानिक पोष्टुलेटहरू निरन्तर कडा प्रयोगात्मक परीक्षणको अधीनमा हुन्छन् र वस्तुनिष्ठ वास्तविकतासँग द्वन्द्व सुरु हुने बित्तिकै खारेज हुन्छन्। र कल्पनाले सामान्यतया तथ्य र तर्क दुवैलाई बेवास्ता गर्छ। जे होस्, महान रोजर पेनरोज यी घटनाहरूलाई पूर्ण रूपमा अस्वीकार गर्न चाहँदैनन्, किनभने वैज्ञानिक फेसन प्रगतिको इन्जिन हुन सक्छ, विश्वास प्रकट हुन्छ जब एक सिद्धान्त वास्तविक प्रयोगहरू द्वारा पुष्टि हुन्छ, र कल्पनाको उडान बिना हाम्रो सबै विचित्रताहरू बुझ्न सक्दैन। ब्रह्माण्ड।

"फेसन" अध्यायमा, तपाईंले स्ट्रिङ सिद्धान्तको बारेमा सिक्नुहुनेछ, हालैका दशकहरूको सबैभन्दा फेसनशील सिद्धान्त। "विश्वास" ती सिद्धान्तहरूमा समर्पित छ जसमा क्वान्टम मेकानिक्स खडा छ। र "काल्पनिक" हामीलाई थाहा छ ब्रह्माण्डको उत्पत्तिको सिद्धान्तहरू भन्दा कम चिन्ता छैन।

३.४। बिग बैंग विरोधाभास

पहिले अवलोकनको प्रश्न उठाऔं। त्यहाँ के प्रत्यक्ष प्रमाण छ कि सम्पूर्ण अवलोकनयोग्य ब्रह्माण्ड एक पटक अत्यन्त संकुचित र अविश्वसनीय रूपमा तातो अवस्थामा थियो जुन खण्ड 3.1 मा प्रस्तुत बिग ब्यांग तस्वीर संग संगत हुनेछ? सबैभन्दा आकर्षक प्रमाण भनेको ब्रह्माण्ड माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण (CMB) हो, कहिलेकाहीँ बिग ब्याङ्ग पनि भनिन्छ। सीएमबी विकिरण प्रकाश हो, तर धेरै लामो तरंगदैर्ध्यको साथ, त्यसैले यसलाई तपाईंको आँखाले हेर्न पूर्ण रूपमा असम्भव छ। यो प्रकाश हामीमा सबै पक्षबाट अत्यन्त समान रूपमा (तर प्रायः असंगत रूपमा) खन्याइन्छ। यसले ~ 2,725 K को तापक्रमको साथ थर्मल विकिरण प्रतिनिधित्व गर्दछ, अर्थात् निरपेक्ष शून्य भन्दा दुई डिग्री भन्दा बढी। अवलोकन गरिएको "ग्लिमर" एक अविश्वसनीय रूपमा तातो ब्रह्माण्ड (त्यस समयमा ~ 3000 K) बिग ब्यांग पछि लगभग 379 वर्ष पछि उत्पन्न भएको मानिन्छ - अन्तिम बिखर्ने युगमा, जब ब्रह्माण्ड पहिलो पटक विद्युत चुम्बकीय विकिरणमा पारदर्शी भयो (यद्यपि यो बिग ब्याङ्गको समयमा भएको थिएन। विस्फोट; यो घटना ब्रह्माण्डको कुल उमेरको पहिलो 000/1 मा हुन्छ - बिग ब्याङ्ग देखि वर्तमान दिन सम्म)। पछिल्लो स्क्याटरिङ युगदेखि, यी प्रकाश तरंगहरूको लम्बाइ लगभग ब्रह्माण्डले विस्तार गरेको जत्तिकै बढेको छ (लगभग 40 को कारकले), जसले गर्दा ऊर्जा घनत्व एकदमै घटेको छ। तसर्थ, CMB को अवलोकन गरिएको तापमान मात्र 000 K हो।

यो विकिरण अनिवार्य रूपमा असंगत छ भन्ने तथ्य (अर्थात, थर्मल) यसको फ्रिक्वेन्सी स्पेक्ट्रमको प्रकृतिले प्रभावकारी रूपमा पुष्टि गरेको छ, चित्रमा देखाइएको छ। ३.१३। प्रत्येक विशिष्ट फ्रिक्वेन्सीमा विकिरणको तीव्रता ग्राफमा ठाडो रूपमा प्लट गरिएको छ, र फ्रिक्वेन्सी बायाँबाट दायाँ तिर बढ्छ। निरन्तर वक्र 3.13 के तापमानको लागि खण्ड 2.2 मा छलफल गरिएको प्लान्क ब्ल्याकबडी स्पेक्ट्रमसँग मेल खान्छ। वक्रमा बिन्दुहरू विशिष्ट अवलोकनहरूबाट डेटा हुन् जसको लागि त्रुटि बारहरू प्रदान गरिन्छ। एकै समयमा, त्रुटि पट्टीहरू 2,725 पटक बढाइएको छ, किनकि अन्यथा तिनीहरू विचार गर्न असम्भव हुनेछ, दायाँ तिर पनि, जहाँ त्रुटिहरू अधिकतम पुग्छन्। सैद्धान्तिक वक्र र अवलोकन परिणामहरू बीचको सम्झौता मात्र उल्लेखनीय छ - प्रकृतिमा पाइने थर्मल स्पेक्ट्रमसँगको सबैभन्दा राम्रो सम्झौता।

तर, यो संयोगले के संकेत गर्छ? तथ्य यो हो कि हामी एक अवस्थालाई विचार गर्दैछौं जुन, स्पष्ट रूपमा, थर्मोडायनामिक सन्तुलनको धेरै नजिक थियो (यसैले पहिले असंगत शब्द प्रयोग गरिएको थियो)। तर नयाँ बनाइएको ब्रह्माण्ड थर्मोडायनामिक सन्तुलनको धेरै नजिक थियो भन्ने तथ्यबाट के निष्कर्ष निस्कन्छ? चित्रमा फर्कौं। खण्ड ३.३ बाट ३.१२। सबैभन्दा फराकिलो मोटे-दाना भएको क्षेत्र (परिभाषा अनुसार) अन्य कुनै पनि त्यस्तो क्षेत्र भन्दा धेरै ठूलो हुनेछ, र सामान्यतया अन्यको तुलनामा यति ठूलो हुनेछ कि यसले ती सबैलाई ठूलो मात्रामा बौना गर्नेछ! थर्मोडायनामिक सन्तुलन म्याक्रोस्कोपिक अवस्थासँग मेल खान्छ, जसमा, सम्भवतः, कुनै पनि प्रणाली ढिलो वा पछि आउनेछ। कहिलेकाहीँ यसलाई ब्रह्माण्डको थर्मल मृत्यु भनिन्छ, तर यस अवस्थामा, अनौठो रूपमा, हामीले ब्रह्माण्डको थर्मल जन्मको बारेमा कुरा गर्नुपर्छ। नवजात ब्रह्माण्ड द्रुत रूपमा विस्तार भइरहेको तथ्यले परिस्थिति जटिल छ, त्यसैले हामीले विचार गरिरहेको अवस्था वास्तवमा असंतुलन छैन। जे होस्, यस मामला मा विस्तार अनिवार्य रूपमा adiabatic मान्न सकिन्छ - यो बिन्दु 3.12 मा Tolman द्वारा पूर्ण रूपमा सराहना गरिएको थियो [Tolman, 3.3]। यसको मतलब विस्तारको समयमा एन्ट्रोपी मान परिवर्तन भएन। (यस्तै अवस्था, जब एडियाबेटिक विस्तारको कारण थर्मोडायनामिक सन्तुलन कायम राखिएको छ, फेज स्पेसमा मोटे-दाना विभाजनको साथ बराबर-भोल्युम क्षेत्रहरूको सेटको रूपमा वर्णन गर्न सकिन्छ, जुन ब्रह्माण्डको विशिष्ट मात्राहरूमा मात्र एक अर्काबाट भिन्न हुन्छ। हामी मान्न सक्छौं कि यो प्राथमिक अवस्था अधिकतम एन्ट्रोपी द्वारा विशेषता थियो - विस्तारको बावजुद!)।

स्पष्ट रूपमा, हामी एक असाधारण विरोधाभासको सामना गरिरहेका छौं। खण्ड 3.3 मा प्रस्तुत गरिएका तर्कहरू अनुसार, दोस्रो कानूनले बिग ब्याङ्गलाई अत्यन्त कम एन्ट्रोपी भएको म्याक्रोस्कोपिक अवस्था हुन आवश्यक छ (र सैद्धान्तिक रूपमा व्याख्या गरिएको छ)। जे होस्, सीएमबी अवलोकनहरूले बिग ब्याङ्गको म्याक्रोस्कोपिक अवस्थालाई विशाल एन्ट्रोपीद्वारा विशेषता भएको संकेत गरेको देखिन्छ, सायद अधिकतम सम्भव पनि। हामी यति गम्भीर गलत कहाँ जान्छौं?

यहाँ यस विरोधाभासको लागि एउटा सामान्य व्याख्या छ: यो अनुमान गरिएको छ कि, नवजात ब्रह्माण्ड धेरै "सानो" भएकोले, त्यहाँ अधिकतम एन्ट्रोपीको केहि सीमा हुन सक्छ, र थर्मोडायनामिक सन्तुलनको अवस्था, जुन स्पष्ट रूपमा त्यस समयमा कायम गरिएको थियो। त्यस समयमा मात्र सीमित स्तरको एन्ट्रोपी सम्भव छ। तर, यो गलत जवाफ हो। यस्तो तस्विरले पूर्णतया फरक परिस्थितिसँग मेल खान्छ, जसमा ब्रह्माण्डको आकार केही बाह्य अवरोधहरूमा निर्भर हुनेछ, उदाहरणका लागि, सील गरिएको पिस्टनको साथ सिलिन्डरमा रहेको ग्यासको मामलामा। यस अवस्थामा, पिस्टन दबाब केहि बाह्य संयन्त्र द्वारा प्रदान गरिएको छ, जो ऊर्जा को बाह्य स्रोत (वा आउटलेट) संग सुसज्जित छ। तर यो अवस्था सम्पूर्ण ब्रह्माण्डमा लागू हुँदैन, जसको ज्यामिति र ऊर्जा, साथै यसको "समग्र आकार" आन्तरिक संरचनाद्वारा मात्र निर्धारण गरिन्छ र आइन्स्टाइनको सापेक्षताको सामान्य सिद्धान्तको गतिशील समीकरणहरूद्वारा नियन्त्रित हुन्छ (जसमा पदार्थको अवस्था वर्णन गर्ने समीकरणहरू; खण्ड ३.१ र ३.२ हेर्नुहोस्)। त्यस्ता अवस्थाहरूमा (जब समीकरणहरू समयको दिशाको सन्दर्भमा पूर्ण रूपमा निर्धारक र अपरिवर्तनीय हुन्छन् - खण्ड 3.1 हेर्नुहोस्), फेज स्पेसको कुल मात्रा समयसँगै परिवर्तन हुन सक्दैन। यो मानिन्छ कि चरण स्पेस P आफैं "विकास" हुनु हुँदैन! सबै विकासलाई स्पेस P मा वक्र C को स्थानद्वारा मात्र वर्णन गरिएको छ र यस अवस्थामा ब्रह्माण्डको पूर्ण विकासलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ (खण्ड 3.2 हेर्नुहोस्)।

सम्भवतः समस्या स्पष्ट हुनेछ यदि हामीले ब्रह्माण्डको पतनको पछिल्ला चरणहरूलाई विचार गर्‍यौं, जब यो ठूलो दुर्घटनामा आउँदैछ। K > 0, Λ = 0 को लागि Friedman मोडेल सम्झनुहोस्, चित्रमा देखाइएको छ। खण्ड 3.2 मा 3.1 a। हामी अब विश्वास गर्छौं कि यस मोडेलमा गडबडी पदार्थको अनियमित वितरणबाट उत्पन्न हुन्छ, र केही भागहरूमा स्थानीय पतनहरू पहिले नै भइसकेका छन्, ब्ल्याक होलहरू तिनीहरूको ठाउँमा छोडेर। त्यसोभए हामीले मान्नु पर्छ कि यस पछि केहि ब्ल्याक होलहरू एकअर्कासँग मर्ज हुनेछन् र अन्तिम एकलतामा पतन एकदमै जटिल प्रक्रियामा परिणत हुनेछ, जुन आदर्श गोलाकार सिमेट्रिक फ्राइडम्यानको कडा रूपमा सममित बिग क्र्याससँग लगभग केहि मिल्दैन। चित्र मा प्रस्तुत मोडेल। ३.६ a यसको विपरित, गुणात्मक सर्तहरूमा, पतन अवस्था चित्रमा देखाइएको विशाल गडबडीको धेरै सम्झना दिलाउनेछ। ३.१४ a; यस मामिलामा उत्पन्न हुने परिणामात्मक एकलता केही हदसम्म खण्ड ३.२ को अन्त्यमा उल्लेख गरिएको BCLM परिकल्पनासँग मिल्दोजुल्दो हुन सक्छ। ब्रह्माण्ड फेरि सानो आकारमा संकुचित हुने भएता पनि अन्तिम पतन हुने अवस्थामा अकल्पनीय एन्ट्रोपी हुनेछ। यद्यपि यो विशेष (स्थानिक रूपमा बन्द) फ्रिडम्यान मोडेललाई हाल हाम्रो आफ्नै ब्रह्माण्डको प्रशंसनीय प्रतिनिधित्व मानिएको छैन, समान विचारहरू अन्य फ्राइडम्यान मोडेलहरूमा लागू हुन्छन्, ब्रह्माण्डीय स्थिरताको साथ वा बिना। पदार्थको असमान वितरणको कारणले समान गडबडीको अनुभव गर्दै, यस्तो कुनै पनि मोडेलको भत्किएको संस्करण, फेरि एक सर्व-उपभोग गर्ने अराजकतामा परिणत हुनुपर्छ, ब्ल्याक होल (चित्र 3.6 ख) जस्तै एकलता। यी प्रत्येक अवस्थाहरूमा समय उल्ट्याएर, हामी सम्भावित प्रारम्भिक एकलता (सम्भावित बिग ब्याङ्ग) मा पुग्नेछौं, जसमा, तदनुसार, विशाल एन्ट्रोपी छ, जसले यहाँ एन्ट्रोपीको "छत" (चित्र 3.14 c) को बारेमा गरिएको धारणालाई विरोध गर्दछ।

यहाँ मैले वैकल्पिक सम्भावनाहरूमा अघि बढ्नु पर्छ जुन कहिलेकाहीं विचार गरिन्छ। केही सिद्धान्तकारहरू सुझाव दिन्छन् कि दोस्रो नियमले कुनै न कुनै रूपमा त्यस्ता पतन मोडेलहरूमा आफैलाई उल्टो गर्नुपर्छ, ताकि ब्रह्माण्डको कुल एन्ट्रोपी क्रमशः सानो हुँदै जान्छ (अधिकतम विस्तार पछि) बिग क्र्यास नजिक आउँदैछ। यद्यपि, यस्तो तस्विर ब्ल्याक होलहरूको उपस्थितिमा कल्पना गर्न विशेष गरी गाह्रो छ, जुन तिनीहरू बनिसकेपछि, एन्ट्रोपी बढाउन काम गर्न थाल्छ (जुन घटना क्षितिजको नजिक शून्य कोनहरूको स्थानमा समय असमानतासँग सम्बन्धित छ, हेर्नुहोस् चित्र ३.९)। यो टाढाको भविष्यमा जारी रहनेछ - कम्तीमा हकिङ मेकानिजमको प्रभावमा ब्ल्याक होलहरू वाष्पीकरण नभएसम्म (खण्ड ३.७ र ४.३ हेर्नुहोस्)। कुनै पनि अवस्थामा, यो सम्भावनाले यहाँ प्रस्तुत गरिएका तर्कहरूलाई अमान्य गर्दैन। त्यहाँ अर्को महत्त्वपूर्ण समस्या छ जुन त्यस्ता जटिल भत्काउने मोडेलहरूसँग सम्बन्धित छ र जसको बारेमा पाठकहरूले आफैंले सोचेका हुन सक्छन्: ब्ल्याक होलहरूको एकलता एकैसाथ उत्पन्न नहुन सक्छ, त्यसैले जब हामीले समयलाई उल्टो पार्छौं, हामीले बिग ब्याङ्ग पाउने छैनौं, जुन "सबै र सीधा" हुन्छ। यद्यपि, यो बलियो ब्रह्माण्डीय सेन्सरशिपको परिकल्पनाको (अहिलेसम्म प्रमाणित नभएको, तर विश्वस्त) गुणहरू मध्ये एक हो [Penrose, 3.9a; PkR, खण्ड 3.7], जस अनुसार, सामान्य अवस्थामा, यस्तो एकलता spacelike हुनेछ (खण्ड 4.3), र त्यसैले एक पटक घटना मान्न सकिन्छ। यसबाहेक, बलियो ब्रह्माण्ड सेन्सरशिप परिकल्पनाको वैधताको प्रश्नलाई ध्यान नदिई, धेरै समाधानहरू ज्ञात छन् जसले यो अवस्थालाई सन्तुष्ट गर्दछ, र त्यस्ता सबै विकल्पहरू (विस्तार गर्दा) अपेक्षाकृत उच्च एन्ट्रोपी मानहरू हुनेछन्। यसले हाम्रा खोजहरूको वैधताको बारेमा चिन्ताहरूलाई धेरै कम गर्छ।

तदनुसार, हामीले ब्रह्माण्डको सानो स्थानिय आयामहरूलाई ध्यानमा राख्दै, सम्भावित एन्ट्रोपीको निश्चित "कम छत" हुनुपर्दछ भन्ने प्रमाण फेला पार्दैन। सिद्धान्तमा, ब्ल्याक होलको रूपमा पदार्थको संचय र एकल एकवचन अराजकतामा "ब्ल्याक होल" एकलताहरूलाई विलय गर्ने प्रक्रिया दोस्रो नियमसँग पूर्ण रूपमा मिल्दोजुल्दो छ, र यो अन्तिम प्रक्रिया ठूलो वृद्धिको साथ हुनुपर्छ। एन्ट्रोपी मा। ब्रह्माण्डको अन्तिम अवस्था, ज्यामितीय मापदण्डहरूद्वारा "सानो" मा, एउटा अकल्पनीय एन्ट्रोपी हुन सक्छ, यस्तो पतन हुने ब्रह्माण्ड सम्बन्धी मोडेलको तुलनात्मक रूपमा प्रारम्भिक चरणहरूमा भन्दा धेरै उच्च, र स्थानिय लघुले अधिकतम मूल्यको लागि "छत" सेट गर्दैन। एन्ट्रोपीको, यद्यपि यस्तो "छत" (समयको प्रवाहलाई उल्टो गर्दा) बिग ब्याङ्गको समयमा किन एन्ट्रोपी अत्यन्त कम थियो भनेर व्याख्या गर्न सक्छ। वास्तवमा, यस्तो तस्विर (चित्र 3.14 a, b), जसले सामान्यतया ब्रह्माण्डको पतनलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ, यसले विरोधाभासको समाधानको सुझाव दिन्छ: किन बिग ब्याङ्गको समयमा के हुन सक्थ्यो त्यसको तुलनामा असाधारण रूपमा कम एन्ट्रोपी थियो। तथ्य कि विस्फोट तातो थियो (र यस्तो राज्य अधिकतम एन्ट्रोपी हुनुपर्छ)। उत्तर यो हो कि यदि स्थानिय एकरूपताबाट ठूलो विचलनलाई अनुमति दिइयो भने एन्ट्रोपी मौलिक रूपमा बढ्न सक्छ, र यस प्रकारको सबैभन्दा ठूलो वृद्धि ब्ल्याक होलहरूको उद्भवको कारणले गर्दा अनियमितताहरूसँग सम्बन्धित छ। फलस्वरूप, यसका सामग्रीहरू अविश्वसनीय रूपमा तातो भए तापनि, स्थानिय रूपमा एकरूपता भएको बिग ब्याङ्गले वास्तवमा, अपेक्षाकृत रूपमा भन्नुपर्दा, अविश्वसनीय रूपमा कम एन्ट्रोपी हुन सक्छ।

बिग ब्याङ्ग वास्तवमा FLRU मोडेलको ज्यामितिसँग सुसंगत (तर चित्र 3.14c मा चित्रण गरिएको अव्यवस्थित एकलताको धेरै सामान्य केससँग सुसंगत छैन) वास्तवमा धेरै स्थानिय रूपमा एकरूप थियो भन्ने प्रमाणको सबैभन्दा आकर्षक टुक्राहरू मध्ये एक फेरि आउँछ। RI बाट, तर यस पटक यसको कोणात्मक एकरूपता संग, र यसको थर्मोडायनामिक प्रकृति संग होइन। यो एकरूपता यस तथ्यमा प्रकट हुन्छ कि RI को तापक्रम आकाशको कुनै पनि बिन्दुमा व्यावहारिक रूपमा समान हुन्छ, र एकरूपताबाट विचलनहरू 10-5 भन्दा बढी हुँदैनन् (वरिपरिको पदार्थ मार्फत हाम्रो आन्दोलनसँग सम्बन्धित सानो डपलर प्रभावको लागि समायोजित। )। थप रूपमा, आकाशगंगाहरू र अन्य पदार्थहरूको वितरणमा लगभग विश्वव्यापी एकरूपता छ; तसर्थ, धेरै ठूला स्केलहरूमा ब्यारियनहरूको वितरण (खण्ड 1.3 हेर्नुहोस्) महत्त्वपूर्ण एकरूपता द्वारा विशेषता हो, यद्यपि त्यहाँ उल्लेखनीय विसंगतिहरू छन्, विशेष गरी तथाकथित शून्यताहरू, जहाँ दृश्य पदार्थको घनत्व औसत भन्दा एकदम कम छ। सामान्यतया, यो तर्क गर्न सकिन्छ कि हामीले हेरेको ब्रह्माण्डको विगतमा एकरूपता उच्च छ, र RI हामीले प्रत्यक्ष रूपमा अवलोकन गर्न सक्ने पदार्थको वितरणको सबैभन्दा पुरानो प्रमाण हो।

यो तस्बिर यसको विकासको प्रारम्भिक चरणहरूमा ब्रह्माण्ड वास्तवमा अत्यन्त एकसमान थियो, तर थोरै अनियमित घनत्वहरू भएको दृष्टिकोणसँग मेल खान्छ। समय बित्दै जाँदा (र विभिन्न प्रकारका "घर्षण" - प्रक्रियाहरू जसले सापेक्षिक आन्दोलनहरूलाई कम गर्छ) को प्रभावमा, यी घनत्व अनियमितताहरू गुरुत्वाकर्षणको प्रभावमा तीव्र हुँदै गए, जुन पदार्थको क्रमिक क्लम्पिङको विचारसँग मेल खान्छ। समय बित्दै जाँदा, क्लम्पिङ बढ्दै जान्छ, फलस्वरूप ताराहरूको गठन हुन्छ; तिनीहरू आकाशगंगाहरूमा समूहबद्ध हुन्छन्, जसमध्ये प्रत्येकले केन्द्रमा ठूलो ब्ल्याक होल विकास गर्दछ। अन्ततः, यो क्लम्पिंग गुरुत्वाकर्षणको अपरिहार्य प्रभावको कारण हो। त्यस्ता प्रक्रियाहरू वास्तवमा एन्ट्रोपीमा भएको बलियो वृद्धिसँग सम्बन्धित छन् र यसले गुरुत्वाकर्षणलाई ध्यानमा राखेर, त्यो आदिम चम्किलो बल, जसमध्ये आज मात्र RI बाँकी छ, अधिकतम एन्ट्रोपीबाट धेरै टाढा हुन सक्छ भन्ने देखाउँछ। यस बलको थर्मल प्रकृति, चित्रमा देखाइएको प्लान्क स्पेक्ट्रमले प्रमाणित गरेको छ। 3.13, केवल यो भन्छ: यदि हामीले ब्रह्माण्डलाई (अन्तिम स्क्याटरिङको युगमा) लाई एक अर्कासँग अन्तरक्रिया गर्ने पदार्थ र ऊर्जा मिलेर बनेको प्रणालीको रूपमा विचार गर्छौं भने, हामी यो वास्तवमा थर्मोडाइनामिक सन्तुलनमा थियो भनेर मान्न सक्छौं। यद्यपि, यदि हामीले गुरुत्वाकर्षण प्रभावहरूलाई पनि ध्यानमा राख्यौं भने, चित्र नाटकीय रूपमा परिवर्तन हुन्छ।

यदि हामीले कल्पना गर्छौं, उदाहरणका लागि, सिल गरिएको कन्टेनरमा ग्यास छ भने, यो कन्टेनरमा समान रूपमा वितरित हुँदा त्यो म्याक्रोस्कोपिक अवस्थामा यसको अधिकतम एन्ट्रोपी पुग्छ भन्ने अनुमान गर्नु स्वाभाविक छ (चित्र 3.15 a)। यस सन्दर्भमा, यो एक तातो बल जस्तै हुनेछ जसले RI उत्पन्न गर्यो, जुन आकाशमा समान रूपमा वितरित हुन्छ। यद्यपि, यदि तपाईंले ग्यास अणुहरूलाई गुरुत्वाकर्षणद्वारा एकअर्कासँग जोडिएको शरीरहरूको विशाल प्रणालीसँग बदल्नुहुन्छ, उदाहरणका लागि, व्यक्तिगत ताराहरू, तपाईंले पूर्ण रूपमा फरक तस्वीर पाउनुहुनेछ (चित्र 3.15 ख)। गुरुत्वाकर्षण प्रभावको कारण, ताराहरू असमान रूपमा क्लस्टरको रूपमा वितरित हुनेछन्। अन्ततः, धेरै ताराहरू पतन वा ब्ल्याक होलहरूमा मर्ज हुँदा सबैभन्दा ठूलो एन्ट्रोपी प्राप्त हुनेछ। यद्यपि यो प्रक्रियामा लामो समय लाग्न सक्छ (यद्यपि यो अन्तरतारकीय ग्यासको उपस्थितिको कारणले घर्षणबाट सहज हुनेछ), हामी देख्नेछौं कि अन्ततः, जब गुरुत्वाकर्षण हावी हुन्छ, एन्ट्रोपी उच्च हुन्छ, कम समान रूपमा प्रणालीमा पदार्थ वितरित हुन्छ। ।

त्यस्ता प्रभावहरू दैनिक अनुभवको स्तरमा पनि पत्ता लगाउन सकिन्छ। कसैले सोध्न सक्छ: पृथ्वीमा जीवन कायम राख्न दोस्रो नियमको भूमिका के हो? तपाईं प्रायः सुन्न सक्नुहुन्छ कि हामी यस ग्रहमा सूर्यबाट प्राप्त ऊर्जालाई धन्यवाद दिन्छौं। तर यो पूर्णतया साँचो कथन होइन यदि हामी पृथ्वीलाई समग्र रूपमा विचार गर्छौं, किनकि दिनको समयमा पृथ्वीले प्राप्त गरेको लगभग सबै ऊर्जा चाँडै नै अन्तरिक्षमा, अँध्यारो रातको आकाशमा वाष्पीकरण हुन्छ। (निस्सन्देह, सटीक सन्तुलन ग्लोबल वार्मिंग र रेडियोएक्टिभ क्षयको कारण ग्रहको ताप जस्ता कारकहरू द्वारा अलिकति समायोजन हुनेछ।) अन्यथा, पृथ्वी केवल बढ्दो तातो हुनेछ र केहि दिन भित्र बस्न योग्य हुनेछ! यद्यपि, सूर्यबाट सिधै प्राप्त हुने फोटनको तुलनात्मक रूपमा उच्च आवृत्ति हुन्छ (तिनीहरू स्पेक्ट्रमको पहेंलो भागमा केन्द्रित हुन्छन्), र पृथ्वीले अन्तरिक्षमा इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रममा धेरै कम फ्रिक्वेन्सी फोटोनहरू उत्सर्जन गर्दछ। प्लान्कको सूत्र (E = hν, हेर्नुहोस् खण्ड २.२) अनुसार, सूर्यबाट आउने प्रत्येक फोटनको व्यक्तिगत रूपमा अन्तरिक्षमा उत्सर्जित फोटोनहरू भन्दा धेरै उच्च ऊर्जा हुन्छ, त्यसैले सन्तुलन प्राप्त गर्न, धेरै फोटनहरूले पृथ्वीबाट बाहिर निस्कनुपर्छ। हेर्नुहोस् चित्र ३.१६)। यदि थोरै फोटनहरू आइपुग्छन् भने, आगमन ऊर्जामा स्वतन्त्रताको कम डिग्री हुनेछ र बाहिर जाने ऊर्जा बढी हुनेछ, र यसैले, बोल्ट्जम्यानको सूत्र (S = k log V) अनुसार, आगमन फोटोनहरू बाहिर जानेहरू भन्दा धेरै कम एन्ट्रोपी हुनेछन्। । हामी हाम्रो आफ्नै एन्ट्रोपी कम गर्न बिरुवाहरूमा रहेको कम-इन्ट्रोपी ऊर्जा प्रयोग गर्छौं: हामी बिरुवा वा शाकाहारीहरू खान्छौं। यसरी पृथ्वीमा जीवन जीवित र फस्टाउँछ। (स्पष्ट रूपमा, यी विचारहरू पहिलो पटक 2.2 मा Erwin Schrödinger द्वारा स्पष्ट रूपमा तयार गरिएको थियो, जब उनले आफ्नो क्रान्तिकारी पुस्तक Life as It Is [Schrödinger, 3.16] लेखे।

यो कम-एन्ट्रोपी सन्तुलनको बारेमा सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण तथ्य यो हो: सूर्य पूर्णतया अँध्यारो आकाशमा तातो ठाउँ हो। तर यस्तो अवस्था कसरी आयो ? थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाहरू आदिसँग सम्बन्धित धेरै जटिल प्रक्रियाहरूले भूमिका खेलेको छ, तर सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण कुरा यो हो कि सूर्य सबैमा अवस्थित छ। र यो उत्पन्न भयो किनभने सौर्य पदार्थ (अन्य ताराहरू बन्ने पदार्थ जस्तै) गुरुत्वाकर्षण क्लम्पिंगको प्रक्रियाबाट विकसित भयो, र यो सबै ग्यास र कालो पदार्थको अपेक्षाकृत समान वितरणबाट सुरु भयो।

यहाँ हामीले अँध्यारो पदार्थ भनिने रहस्यमय पदार्थलाई उल्लेख गर्न आवश्यक छ, जसले ब्रह्माण्डको 85% सामग्री (गैर-Λ) बनाउँछ, तर यो केवल गुरुत्वाकर्षण अन्तरक्रियाद्वारा पत्ता लगाइएको छ, र यसको संरचना अज्ञात छ। आज हामीले कुल द्रव्यमान अनुमान गर्दा यो कुरालाई ध्यानमा राख्छौं, जुन केही संख्यात्मक परिमाणहरू गणना गर्दा आवश्यक हुन्छ (खण्ड 3.6, 3.7, 3.9, र थप महत्त्वपूर्ण सैद्धान्तिक भूमिकाका लागि कालो पदार्थले खेल्न सक्छ, खण्ड 4.3 हेर्नुहोस्)। अँध्यारो पदार्थको मुद्दाको बाबजुद पनि, हामी देख्छौं कि पदार्थको मौलिक समान वितरणको कम-एन्ट्रोपी प्रकृति हाम्रो जीवनको लागि कत्तिको महत्त्वपूर्ण साबित भएको छ। हाम्रो अस्तित्व, जसरी हामीले बुझेका छौं, कम-एन्ट्रोपी गुरुत्वाकर्षण रिजर्भमा निर्भर गर्दछ जुन पदार्थको प्रारम्भिक समान वितरणको विशेषता हो।

यहाँ हामी बिग ब्याङ्गको एउटा उल्लेखनीय-वास्तवमा, शानदार-पहलूमा आउँछौं। यो कसरी भयो भन्ने कुरामा मात्रै रहस्य छैन, तर यो अत्यन्त न्यून एन्ट्रोपी घटना भएको तथ्यमा पनि छ। यसबाहेक, के उल्लेखनीय छ यो परिस्थिति यति धेरै होइन कि एन्ट्रोपी केवल एक विशेष सन्दर्भमा कम थियो, अर्थात्: स्वतन्त्रताको गुरुत्वाकर्षण डिग्री, कुनै कारणले, पूर्ण रूपमा दबाइयो। यो पदार्थको स्वतन्त्रता र (विद्युत चुम्बकीय) विकिरणको डिग्रीसँग एकदमै विपरीत हो, किनकि तिनीहरू अधिकतम एन्ट्रोपीको साथ तातो अवस्थामा अधिकतम रूपमा उत्साहित देखिन्छन्। मेरो विचारमा, यो सायद सबैभन्दा गहिरो ब्रह्माण्ड सम्बन्धी रहस्य हो, र केहि कारणले यो अझै पनि कम अनुमान गरिएको छ!

बिग ब्याङ्गको अवस्था कत्तिको विशेष थियो र गुरुत्वाकर्षण क्लम्पिङको प्रक्रियामा के एन्ट्रोपी उत्पन्न हुन सक्छ भन्ने बारे थप विस्तारमा विचार गर्न आवश्यक छ। तदनुसार, तपाईंले सबैभन्दा पहिले ब्ल्याक होलमा के अविश्वसनीय एन्ट्रोपी अन्तर्निहित छ भनेर महसुस गर्न आवश्यक छ (चित्र 3.15 ख हेर्नुहोस्)। हामी यस मुद्दालाई खण्ड 3.6 मा छलफल गर्नेछौं। तर अहिलेको लागि, निम्नसँग सम्बन्धित अर्को समस्यामा फर्कौं, एकदमै सम्भावित सम्भावना: आखिर, ब्रह्माण्ड वास्तवमा स्थानिय रूपमा अनन्त हुन सक्छ (जस्तै K सँग FLRU मोडेलहरूको मामलामा। ०, खण्ड ३.१ हेर्नुहोस्) वा कम्तिमा धेरैजसो ब्रह्माण्ड प्रत्यक्ष रूपमा अवलोकनयोग्य नहुन सक्छ। तदनुसार, हामी ब्रह्माण्डीय क्षितिजको समस्यामा पुग्छौं, जसलाई हामी अर्को खण्डमा छलफल गर्नेछौं।

» पुस्तकको बारेमा थप विवरणहरू यहाँ पाउन सकिन्छ प्रकाशकको ​​वेबसाइट
» सामग्रीको तालिका
» अंश

Khabrozhiteley को लागि कुपन प्रयोग गरेर 25% छुट - नयाँ विज्ञान

पुस्तकको पेपर संस्करणको भुक्तानी गरेपछि, एक इलेक्ट्रोनिक पुस्तक इ-मेल मार्फत पठाइनेछ।

स्रोत: www.habr.com