పుస్తకం "ఫ్యాషన్, ఫెయిత్, ఫాంటసీ అండ్ ది న్యూ ఫిజిక్స్ ఆఫ్ ది యూనివర్స్"

హలో, ఖబ్రో నివాసులారా! ప్రాథమిక శాస్త్రంలో ఫ్యాషన్, విశ్వాసం లేదా ఫాంటసీ గురించి మాట్లాడటం సాధ్యమేనా?

విశ్వానికి మానవ ఫ్యాషన్ పట్ల ఆసక్తి లేదు. విజ్ఞాన శాస్త్రాన్ని విశ్వాసంగా అన్వయించలేము, ఎందుకంటే శాస్త్రీయ ప్రతిపాదనలు నిరంతరం కఠినమైన ప్రయోగాత్మక పరీక్షలకు లోబడి ఉంటాయి మరియు సిద్ధాంతం ఆబ్జెక్టివ్ రియాలిటీతో విభేదించడం ప్రారంభించిన వెంటనే విస్మరించబడతాయి. మరియు ఫాంటసీ సాధారణంగా వాస్తవాలు మరియు తర్కం రెండింటినీ నిర్లక్ష్యం చేస్తుంది. అయినప్పటికీ, గొప్ప రోజర్ పెన్రోస్ ఈ దృగ్విషయాలను పూర్తిగా తిరస్కరించాలని కోరుకోలేదు, ఎందుకంటే శాస్త్రీయ ఫ్యాషన్ పురోగతి యొక్క ఇంజిన్ కావచ్చు, నిజమైన ప్రయోగాల ద్వారా సిద్ధాంతం ధృవీకరించబడినప్పుడు విశ్వాసం కనిపిస్తుంది మరియు ఫాంటసీ లేకుండా మనలోని అన్ని విచిత్రాలను అర్థం చేసుకోలేరు. విశ్వం.

"ఫ్యాషన్" అధ్యాయంలో, మీరు స్ట్రింగ్ థియరీ గురించి నేర్చుకుంటారు, ఇటీవలి దశాబ్దాలలో అత్యంత నాగరీకమైన సిద్ధాంతం. "విశ్వాసం" అనేది క్వాంటం మెకానిక్స్ ఉన్న సిద్ధాంతాలకు అంకితం చేయబడింది. మరియు "ఫాంటసీ" మనకు తెలిసిన విశ్వం యొక్క మూలం యొక్క సిద్ధాంతాల కంటే తక్కువ ఏమీ లేదు.

3.4 బిగ్ బ్యాంగ్ పారడాక్స్

మొదట పరిశీలనల ప్రశ్నను లేవనెత్తండి. సెక్షన్ 3.1లో ప్రదర్శించబడిన బిగ్ బ్యాంగ్ పిక్చర్‌కు అనుగుణంగా మొత్తం పరిశీలించదగిన విశ్వం ఒకప్పుడు అత్యంత కుదించబడిన మరియు నమ్మశక్యం కాని వేడి స్థితిలో ఉండేదనడానికి ప్రత్యక్ష సాక్ష్యం ఏమిటి? అత్యంత బలవంతపు సాక్ష్యం కాస్మిక్ మైక్రోవేవ్ బ్యాక్‌గ్రౌండ్ రేడియేషన్ (CMB), దీనిని కొన్నిసార్లు బిగ్ బ్యాంగ్ అని పిలుస్తారు. CMB రేడియేషన్ తేలికైనది, కానీ చాలా పొడవైన తరంగదైర్ఘ్యంతో ఉంటుంది, కాబట్టి దానిని మీ కళ్ళతో చూడటం పూర్తిగా అసాధ్యం. ఈ కాంతి మనపై అన్ని వైపుల నుండి చాలా సమానంగా (కానీ చాలా అసంబద్ధంగా) కురిపిస్తుంది. ఇది ~2,725 K ఉష్ణోగ్రతతో థర్మల్ రేడియేషన్‌ను సూచిస్తుంది, అంటే సంపూర్ణ సున్నా కంటే రెండు డిగ్రీల కంటే ఎక్కువ. గమనించిన "గ్లిమ్మెర్" అనేది బిగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత దాదాపు 3000 సంవత్సరాల తర్వాత చాలా వేడిగా ఉండే యూనివర్స్‌లో (ఆ సమయంలో ~379 K) ఉద్భవించిందని నమ్ముతారు - చివరి విక్షేపణ కాలంలో, విశ్వం మొదట విద్యుదయస్కాంత వికిరణానికి పారదర్శకంగా మారినప్పుడు (అయితే ఇది బిగ్ బ్యాంగ్ సమయంలో అస్సలు జరగలేదు) పేలుడు; ఈ సంఘటన విశ్వం యొక్క మొత్తం యుగంలో మొదటి 000/1లో జరుగుతుంది - బిగ్ బ్యాంగ్ నుండి నేటి వరకు). చివరి వికీర్ణ యుగం నుండి, ఈ కాంతి తరంగాల పొడవు విశ్వం కూడా విస్తరించినంతగా పెరిగింది (సుమారు 40 కారకం ద్వారా), తద్వారా శక్తి సాంద్రత కూడా తీవ్రంగా తగ్గింది. కాబట్టి, CMB యొక్క గమనించిన ఉష్ణోగ్రత 000 K మాత్రమే.

ఈ రేడియేషన్ తప్పనిసరిగా అసంబద్ధం (అంటే, థర్మల్) అనే వాస్తవం దాని ఫ్రీక్వెన్సీ స్పెక్ట్రమ్ యొక్క స్వభావం ద్వారా ఆకట్టుకునేలా ధృవీకరించబడింది, ఇది అంజీర్ 3.13 లో చూపబడింది. 2.2 ప్రతి నిర్దిష్ట పౌనఃపున్యం వద్ద రేడియేషన్ తీవ్రత గ్రాఫ్‌పై నిలువుగా ప్లాట్ చేయబడింది మరియు ఫ్రీక్వెన్సీ ఎడమ నుండి కుడికి పెరుగుతుంది. నిరంతర వక్రత 2,725 K ఉష్ణోగ్రత కోసం సెక్షన్ 500లో చర్చించబడిన ప్లాంక్ బ్లాక్‌బాడీ స్పెక్ట్రమ్‌కు అనుగుణంగా ఉంటుంది. వక్రరేఖపై ఉన్న పాయింట్లు నిర్దిష్ట పరిశీలనల డేటా, దీని కోసం ఎర్రర్ బార్‌లు అందించబడతాయి. అదే సమయంలో, లోపం పట్టీలు XNUMX రెట్లు పెరిగాయి, లేకుంటే అవి కుడి వైపున కూడా పరిగణించడం అసాధ్యం, ఇక్కడ లోపాలు గరిష్ట స్థాయికి చేరుకుంటాయి. సైద్ధాంతిక వక్రత మరియు పరిశీలనా ఫలితాల మధ్య ఒప్పందం కేవలం విశేషమైనది-బహుశా ప్రకృతిలో కనిపించే థర్మల్ స్పెక్ట్రంతో ఉత్తమ ఒప్పందం.

అయితే, ఈ యాదృచ్చికం ఏమి సూచిస్తుంది? మేము థర్మోడైనమిక్ సమతౌల్యానికి చాలా దగ్గరగా ఉన్న స్థితిని పరిశీలిస్తున్నాము (అందుకే అసంబద్ధం అనే పదాన్ని ముందుగా ఉపయోగించారు). అయితే కొత్తగా సృష్టించబడిన విశ్వం థర్మోడైనమిక్ సమతౌల్యానికి చాలా దగ్గరగా ఉందనే వాస్తవం నుండి ఏ ముగింపు వస్తుంది? అంజీర్‌కి తిరిగి వెళ్దాం. విభాగం 3.12 నుండి 3.3. అత్యంత విస్తృతమైన ముతక-కణిత ప్రాంతం (నిర్వచనం ప్రకారం) అటువంటి ఇతర ప్రాంతాల కంటే చాలా పెద్దదిగా ఉంటుంది మరియు సాధారణంగా ఇతరులతో పోలిస్తే చాలా పెద్దదిగా ఉంటుంది, అది వాటన్నింటినీ చాలా మరుగుజ్జు చేస్తుంది! థర్మోడైనమిక్ సమతౌల్యం స్థూల స్థితికి అనుగుణంగా ఉంటుంది, బహుశా, ఏదైనా వ్యవస్థ త్వరగా లేదా తరువాత వస్తుంది. కొన్నిసార్లు దీనిని విశ్వం యొక్క థర్మల్ డెత్ అని పిలుస్తారు, కానీ ఈ సందర్భంలో, విచిత్రమేమిటంటే, మనం విశ్వం యొక్క ఉష్ణ పుట్టుక గురించి మాట్లాడాలి. నవజాత విశ్వం వేగంగా విస్తరిస్తున్నందున పరిస్థితి క్లిష్టంగా ఉంది, కాబట్టి మనం పరిశీలిస్తున్న స్థితి వాస్తవానికి అసమతుల్యమైనది. ఏదేమైనా, ఈ సందర్భంలో విస్తరణ తప్పనిసరిగా అడియాబాటిక్‌గా పరిగణించబడుతుంది - ఈ విషయాన్ని టోల్మాన్ 1934లో పూర్తిగా ప్రశంసించారు [టోల్మాన్, 1934]. విస్తరణ సమయంలో ఎంట్రోపీ విలువ మారలేదని దీని అర్థం. (దీనికి సమానమైన పరిస్థితి, అడియాబాటిక్ విస్తరణ కారణంగా థర్మోడైనమిక్ సమతౌల్యం నిర్వహించబడినప్పుడు, ఫేజ్ స్పేస్‌లో ముతక-కణిత విభజనతో సమాన-వాల్యూమ్ ప్రాంతాల సమితిగా వర్ణించవచ్చు, ఇది విశ్వంలోని నిర్దిష్ట వాల్యూమ్‌లలో మాత్రమే ఒకదానికొకటి భిన్నంగా ఉంటుంది. . ఈ ప్రాథమిక స్థితి గరిష్టంగా ఎంట్రోపీ ద్వారా వర్గీకరించబడిందని మేము ఊహించవచ్చు - విస్తరణ ఉన్నప్పటికీ!).

స్పష్టంగా, మేము అసాధారణమైన పారడాక్స్‌ను ఎదుర్కొంటున్నాము. సెక్షన్ 3.3లో సమర్పించబడిన వాదనల ప్రకారం, రెండవ నియమానికి బిగ్ బ్యాంగ్ చాలా తక్కువ ఎంట్రోపీతో కూడిన స్థూల స్థితిగా ఉండాలి (మరియు సూత్రప్రాయంగా వివరించబడింది). ఏది ఏమైనప్పటికీ, CMB పరిశీలనలు బిగ్ బ్యాంగ్ యొక్క స్థూల స్థితి భారీ ఎంట్రోపీ ద్వారా వర్గీకరించబడిందని సూచిస్తున్నాయి, బహుశా గరిష్టంగా కూడా ఉండవచ్చు. మనం ఎక్కడ చాలా తీవ్రంగా తప్పు చేస్తాము?

ఈ పారడాక్స్ కోసం ఇక్కడ ఒక సాధారణ వివరణ ఉంది: నవజాత విశ్వం చాలా "చిన్నది" కాబట్టి, గరిష్ట ఎంట్రోపీకి కొంత పరిమితి ఉండవచ్చు మరియు ఆ సమయంలో స్పష్టంగా నిర్వహించబడిన థర్మోడైనమిక్ సమతుల్యత స్థితి ఆ సమయంలో పరిమితి స్థాయి ఎంట్రోపీ సాధ్యమవుతుంది. అయితే, ఇది తప్పు సమాధానం. అటువంటి చిత్రం పూర్తిగా భిన్నమైన పరిస్థితికి అనుగుణంగా ఉంటుంది, దీనిలో విశ్వం యొక్క పరిమాణం కొంత బాహ్య పరిమితిపై ఆధారపడి ఉంటుంది, ఉదాహరణకు, సీల్డ్ పిస్టన్‌తో సిలిండర్‌లో ఉండే గ్యాస్ విషయంలో. ఈ సందర్భంలో, పిస్టన్ ఒత్తిడి కొన్ని బాహ్య యంత్రాంగం ద్వారా అందించబడుతుంది, ఇది శక్తి యొక్క బాహ్య మూలం (లేదా అవుట్లెట్) కలిగి ఉంటుంది. కానీ ఈ పరిస్థితి విశ్వం మొత్తానికి వర్తించదు, దీని జ్యామితి మరియు శక్తి, అలాగే దాని "మొత్తం పరిమాణం" పూర్తిగా అంతర్గత నిర్మాణం ద్వారా నిర్ణయించబడతాయి మరియు ఐన్స్టీన్ యొక్క సాధారణ సాపేక్షత సిద్ధాంతం యొక్క డైనమిక్ సమీకరణాలచే నిర్వహించబడతాయి (సహా పదార్థం యొక్క స్థితిని వివరించే సమీకరణాలు; విభాగాలు 3.1 మరియు 3.2 చూడండి). అటువంటి పరిస్థితులలో (సమీకరణలు పూర్తిగా నిర్ణయాత్మకంగా మరియు సమయ దిశకు సంబంధించి మార్పులేనివిగా ఉన్నప్పుడు - విభాగం 3.3 చూడండి), దశ స్థలం యొక్క మొత్తం వాల్యూమ్ కాలక్రమేణా మారదు. దశ స్థలం P కూడా "పరిణామం" కాకూడదని భావించబడుతుంది! అన్ని పరిణామం కేవలం స్పేస్ P లో C వక్రరేఖ యొక్క స్థానం ద్వారా వివరించబడింది మరియు ఈ సందర్భంలో విశ్వం యొక్క పూర్తి పరిణామాన్ని సూచిస్తుంది (విభాగం 3.3 చూడండి).

విశ్వం యొక్క పతనం యొక్క తరువాతి దశలను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, అది బిగ్ క్రాష్‌కు చేరుకున్నప్పుడు సమస్య మరింత స్పష్టంగా కనిపిస్తుంది. అంజీర్‌లో చూపిన K > 0, Λ = 0 కోసం ఫ్రైడ్‌మాన్ మోడల్‌ని గుర్తుకు తెచ్చుకోండి. విభాగం 3.2లో 3.1a. ఈ నమూనాలో ఆటంకాలు పదార్థం యొక్క క్రమరహిత పంపిణీ నుండి ఉత్పన్నమవుతాయని మేము ఇప్పుడు నమ్ముతున్నాము మరియు కొన్ని భాగాలలో స్థానిక పతనాలు ఇప్పటికే సంభవించాయి, వాటి స్థానంలో కాల రంధ్రాలు మిగిలి ఉన్నాయి. దీని తర్వాత కొన్ని కాల రంధ్రాలు ఒకదానితో ఒకటి కలిసిపోతాయని మరియు అంతిమ ఏకత్వంగా కుప్పకూలడం చాలా సంక్లిష్టమైన ప్రక్రియగా మారుతుందని మనం భావించాలి, ఆదర్శవంతమైన గోళాకార సౌష్టవమైన ఫ్రైడ్‌మాన్ యొక్క ఖచ్చితమైన సౌష్టవమైన బిగ్ క్రాష్‌తో దాదాపు ఏదీ ఉమ్మడిగా ఉండదు. నమూనా అంజీర్లో ప్రదర్శించబడింది. 3.6 ఎ. దీనికి విరుద్ధంగా, గుణాత్మక పరంగా, పతనం పరిస్థితి అంజీర్‌లో చూపిన భారీ గజిబిజిని మరింత గుర్తుకు తెస్తుంది. 3.14 ఎ; ఈ సందర్భంలో ఉత్పన్నమయ్యే ఫలిత ఏకత్వం కొంత వరకు, విభాగం 3.2 చివరిలో పేర్కొన్న BCLM పరికల్పనకు అనుగుణంగా ఉండవచ్చు. అంతిమ కూలిపోయే స్థితి ఊహించలేని ఎంట్రోపీని కలిగి ఉంటుంది, అయినప్పటికీ విశ్వం ఒక చిన్న పరిమాణానికి తిరిగి తగ్గిపోతుంది. ఈ ప్రత్యేకమైన (ప్రాదేశికంగా మూసివేయబడిన) రీకోలాప్సింగ్ ఫ్రైడ్‌మాన్ మోడల్ ప్రస్తుతం మన స్వంత విశ్వానికి ఆమోదయోగ్యమైన ప్రాతినిధ్యంగా పరిగణించబడనప్పటికీ, కాస్మోలాజికల్ స్థిరాంకంతో లేదా లేకుండా ఇతర ఫ్రైడ్‌మాన్ మోడల్‌లకు కూడా ఇదే పరిగణనలు వర్తిస్తాయి. అటువంటి మోడల్ యొక్క కుప్పకూలుతున్న సంస్కరణ, పదార్థం యొక్క అసమాన పంపిణీ కారణంగా ఇలాంటి అవాంతరాలను ఎదుర్కొంటుంది, మళ్లీ మొత్తం-వినియోగించే గందరగోళంగా మారుతుంది, ఇది కాల రంధ్రం వంటి ఏకత్వం (Fig. 3.14 b). ఈ రాష్ట్రాల్లో ప్రతిదానిలో సమయాన్ని తిప్పికొట్టడం ద్వారా, మేము సాధ్యమయ్యే ప్రారంభ ఏకత్వాన్ని (సంభావ్య బిగ్ బ్యాంగ్) చేరుకుంటాము, దీని ప్రకారం, భారీ ఎంట్రోపీని కలిగి ఉంటుంది, ఇది ఎంట్రోపీ యొక్క "సీలింగ్" గురించి ఇక్కడ చేసిన ఊహకు విరుద్ధంగా ఉంటుంది (Fig. 3.14 c).

ఇక్కడ నేను ప్రత్యామ్నాయ అవకాశాలకు వెళ్లాలి, అవి కూడా కొన్నిసార్లు పరిగణించబడతాయి. కొంతమంది సిద్ధాంతకర్తలు అటువంటి కూలిపోయే నమూనాలలో రెండవ సూత్రం ఏదో ఒకవిధంగా దానినే రివర్స్ చేయాలి, తద్వారా బిగ్ క్రాష్ సమీపిస్తున్న కొద్దీ విశ్వం యొక్క మొత్తం ఎంట్రోపీ క్రమంగా చిన్నదిగా మారుతుంది (గరిష్ట విస్తరణ తర్వాత). అయితే, బ్లాక్ హోల్స్ సమక్షంలో అటువంటి చిత్రాన్ని ఊహించడం చాలా కష్టం, అవి ఏర్పడిన తర్వాత, ఎంట్రోపీని పెంచడానికి పని చేయడం ప్రారంభిస్తుంది (ఇది ఈవెంట్ హోరిజోన్ సమీపంలో సున్నా శంకువుల ప్రదేశంలో సమయ అసమానతతో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది, అంజీర్ 3.9 చూడండి). ఇది సుదూర భవిష్యత్తులో కూడా కొనసాగుతుంది - కనీసం హాకింగ్ మెకానిజం ప్రభావంతో కాల రంధ్రాలు ఆవిరైపోయే వరకు (విభాగాలు 3.7 మరియు 4.3 చూడండి). ఏదైనా సందర్భంలో, ఈ అవకాశం ఇక్కడ అందించిన వాదనలను చెల్లుబాటు చేయదు. అటువంటి సంక్లిష్టమైన కూలిపోయే నమూనాలతో అనుబంధించబడిన మరొక ముఖ్యమైన సమస్య ఉంది మరియు పాఠకులు స్వయంగా ఆలోచించి ఉండవచ్చు: బ్లాక్ హోల్స్ యొక్క ఏకవచనాలు ఏకకాలంలో తలెత్తకపోవచ్చు, కాబట్టి మనం సమయాన్ని రివర్స్ చేసినప్పుడు, మనకు బిగ్ బ్యాంగ్ రాదు, ఇది "అన్ని మరియు నేరుగా" జరుగుతుంది. ఏది ఏమైనప్పటికీ, బలమైన కాస్మిక్ సెన్సార్‌షిప్ [పెన్రోస్, 1998a; PkR, సెక్షన్ 28.8], దీని ప్రకారం, సాధారణ సందర్భంలో, అటువంటి ఏకత్వం స్పేస్‌లాగా ఉంటుంది (విభాగం 1.7), కాబట్టి దీనిని ఒక-పర్యాయ ఈవెంట్‌గా పరిగణించవచ్చు. అంతేకాకుండా, బలమైన కాస్మిక్ సెన్సార్‌షిప్ పరికల్పన యొక్క ప్రామాణికత యొక్క ప్రశ్నతో సంబంధం లేకుండా, ఈ పరిస్థితిని సంతృప్తిపరిచే అనేక పరిష్కారాలు తెలుసు, మరియు అటువంటి అన్ని ఎంపికలు (విస్తరించినప్పుడు) సాపేక్షంగా అధిక ఎంట్రోపీ విలువలను కలిగి ఉంటాయి. ఇది మా పరిశోధనల ప్రామాణికత గురించిన ఆందోళనలను బాగా తగ్గిస్తుంది.

దీని ప్రకారం, విశ్వం యొక్క చిన్న ప్రాదేశిక కొలతలు ఇచ్చినప్పుడు, సాధ్యమయ్యే ఎంట్రోపీ యొక్క నిర్దిష్ట "తక్కువ సీలింగ్" తప్పనిసరిగా ఉంటుందని మేము ఆధారాలు కనుగొనలేదు. సూత్రప్రాయంగా, కాల రంధ్రాల రూపంలో పదార్థాన్ని చేరడం మరియు "బ్లాక్ హోల్" ఏకవచనాలను ఒకే ఏకవచన గందరగోళంలో విలీనం చేయడం అనేది రెండవ నియమానికి ఖచ్చితంగా అనుగుణంగా ఉండే ప్రక్రియ, మరియు ఈ చివరి ప్రక్రియలో భారీ పెరుగుదల ఉండాలి. ఎంట్రోపీలో. విశ్వం యొక్క ఆఖరి స్థితి, జ్యామితీయ ప్రమాణాల ప్రకారం "చిన్న", అనూహ్యమైన ఎంట్రోపీని కలిగి ఉండవచ్చు, అటువంటి కుప్పకూలుతున్న కాస్మోలాజికల్ మోడల్ యొక్క సాపేక్షంగా ప్రారంభ దశల కంటే చాలా ఎక్కువ, మరియు ప్రాదేశిక సూక్ష్మచిత్రం కూడా గరిష్ట విలువకు "సీలింగ్"ని సెట్ చేయదు. ఎంట్రోపీ, అయితే అటువంటి "పైకప్పు" (సమయ ప్రవాహాన్ని తిప్పికొట్టేటప్పుడు) బిగ్ బ్యాంగ్ సమయంలో ఎంట్రోపీ ఎందుకు చాలా తక్కువగా ఉందో వివరించగలదు. వాస్తవానికి, విశ్వం యొక్క పతనాన్ని సాధారణంగా సూచించే అటువంటి చిత్రం (Fig. 3.14 a, b), వైరుధ్యానికి ఒక పరిష్కారాన్ని సూచిస్తుంది: బిగ్ బ్యాంగ్ సమయంలో ఎందుకు అనూహ్యంగా తక్కువ ఎంట్రోపీ ఉంది, అయినప్పటికీ పేలుడు వేడిగా ఉంది (మరియు అటువంటి స్థితి గరిష్ట ఎంట్రోపీని కలిగి ఉండాలి). ప్రాదేశిక ఏకరూపత నుండి పెద్ద వ్యత్యాసాలను అనుమతించినట్లయితే ఎంట్రోపీ తీవ్రంగా పెరుగుతుంది మరియు ఈ రకమైన గొప్ప పెరుగుదల ఖచ్చితంగా కాల రంధ్రాల ఆవిర్భావం కారణంగా అసమానతలతో ముడిపడి ఉంటుంది. పర్యవసానంగా, ఒక ప్రాదేశిక సజాతీయ బిగ్ బ్యాంగ్ నిజానికి దాని కంటెంట్‌లు చాలా వేడిగా ఉన్నప్పటికీ, సాపేక్షంగా చెప్పాలంటే, చాలా తక్కువ ఎంట్రోపీని కలిగి ఉండవచ్చు.

బిగ్ బ్యాంగ్ నిజానికి చాలా ప్రాదేశికంగా సజాతీయంగా ఉందని, FLRU మోడల్ యొక్క జ్యామితికి అనుగుణంగా ఉందని చెప్పడానికి అత్యంత బలవంతపు సాక్ష్యాలలో ఒకటి (కానీ Fig. 3.14cలో వివరించబడిన క్రమరహిత ఏకత్వం యొక్క సాధారణ సందర్భానికి అనుగుణంగా లేదు), మళ్లీ వస్తుంది. RI నుండి, కానీ ఈసారి దాని థర్మోడైనమిక్ స్వభావం కంటే కోణీయ సజాతీయతతో. ఆకాశంలో ఏ సమయంలోనైనా RI యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఆచరణాత్మకంగా ఒకే విధంగా ఉంటుంది మరియు సజాతీయత నుండి విచలనాలు 10-5 కంటే ఎక్కువ ఉండవు (పరిసర పదార్థం ద్వారా మన కదలికతో సంబంధం ఉన్న చిన్న డాప్లర్ ప్రభావం కోసం సర్దుబాటు చేయబడింది) ఈ సజాతీయత వ్యక్తమవుతుంది. ) అదనంగా, గెలాక్సీలు మరియు ఇతర పదార్థాల పంపిణీలో దాదాపు సార్వత్రిక ఏకరూపత ఉంది; అందువల్ల, చాలా పెద్ద ప్రమాణాలపై బార్యాన్‌ల పంపిణీ (విభాగం 1.3 చూడండి) గణనీయమైన సజాతీయతతో వర్గీకరించబడుతుంది, అయినప్పటికీ గుర్తించదగిన క్రమరాహిత్యాలు ఉన్నాయి, ప్రత్యేకించి శూన్యాలు అని పిలవబడేవి, ఇక్కడ కనిపించే పదార్థం యొక్క సాంద్రత సగటు కంటే తీవ్రంగా తక్కువగా ఉంటుంది. సాధారణంగా, మనం చూసే విశ్వం యొక్క గతానికి సజాతీయత ఎక్కువ అని వాదించవచ్చు మరియు RI అనేది మనం ప్రత్యక్షంగా గమనించగల పదార్థం యొక్క పంపిణీకి పురాతన సాక్ష్యం.

ఈ చిత్రం దాని అభివృద్ధి యొక్క ప్రారంభ దశలలో విశ్వం నిజానికి చాలా సజాతీయంగా ఉండేదనే అభిప్రాయానికి అనుగుణంగా ఉంటుంది, కానీ కొద్దిగా క్రమరహిత సాంద్రతలతో ఉంటుంది. కాలక్రమేణా (మరియు వివిధ రకాలైన "ఘర్షణ" ప్రభావంతో - సాపేక్ష కదలికలను మందగించే ప్రక్రియలు), ఈ సాంద్రత అసమానతలు గురుత్వాకర్షణ ప్రభావంతో తీవ్రమయ్యాయి, ఇది పదార్థం యొక్క క్రమంగా అతుక్కొనిపోవాలనే ఆలోచనకు అనుగుణంగా ఉంటుంది. కాలక్రమేణా, క్లంపింగ్ పెరుగుతుంది, ఫలితంగా నక్షత్రాలు ఏర్పడతాయి; అవి గెలాక్సీలుగా సమూహం చేయబడతాయి, వీటిలో ప్రతి ఒక్కటి మధ్యలో ఒక భారీ కాల రంధ్రం అభివృద్ధి చెందుతాయి. అంతిమంగా, గురుత్వాకర్షణ యొక్క అనివార్య ప్రభావం వల్ల ఈ గడ్డకట్టడం జరుగుతుంది. ఇటువంటి ప్రక్రియలు నిజానికి ఎంట్రోపీలో బలమైన పెరుగుదలతో ముడిపడి ఉంటాయి మరియు గురుత్వాకర్షణను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, ఈ రోజు RI మాత్రమే మిగిలి ఉన్న ఆదిమ ప్రకాశించే బంతి గరిష్ట ఎంట్రోపీకి దూరంగా ఉండవచ్చని నిరూపిస్తుంది. ఈ బంతి యొక్క ఉష్ణ స్వభావం, అంజీర్‌లో చూపిన ప్లాంక్ స్పెక్ట్రం ద్వారా రుజువు చేయబడింది. 3.13, ఇది మాత్రమే చెబుతుంది: మనం విశ్వాన్ని (చివరి వికీర్ణ యుగంలో) కేవలం ఒకదానితో ఒకటి పరస్పర చర్య చేసే పదార్థం మరియు శక్తితో కూడిన వ్యవస్థగా పరిగణించినట్లయితే, అది వాస్తవానికి థర్మోడైనమిక్ సమతుల్యతలో ఉందని మనం భావించవచ్చు. అయితే, మేము గురుత్వాకర్షణ ప్రభావాలను కూడా పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, చిత్రం నాటకీయంగా మారుతుంది.

ఉదాహరణకు, మూసివున్న కంటైనర్‌లోని వాయువును మనం ఊహించినట్లయితే, అది కంటైనర్ అంతటా సమానంగా పంపిణీ చేయబడినప్పుడు ఆ స్థూల స్థితిలో గరిష్ట ఎంట్రోపీని చేరుతుందని భావించడం సహజం (Fig. 3.15 a). ఈ విషయంలో, ఇది RIని ఉత్పత్తి చేసే వేడి బంతిని పోలి ఉంటుంది, ఇది ఆకాశం అంతటా సమానంగా పంపిణీ చేయబడుతుంది. అయితే, మీరు గ్యాస్ అణువులను గురుత్వాకర్షణ ద్వారా ఒకదానికొకటి అనుసంధానించబడిన విస్తారమైన వ్యవస్థతో భర్తీ చేస్తే, ఉదాహరణకు, వ్యక్తిగత నక్షత్రాలు, మీరు పూర్తిగా భిన్నమైన చిత్రాన్ని పొందుతారు (Fig. 3.15 b). గురుత్వాకర్షణ ప్రభావాల కారణంగా, నక్షత్రాలు సమూహాల రూపంలో అసమానంగా పంపిణీ చేయబడతాయి. అంతిమంగా, అనేక నక్షత్రాలు కూలిపోయినప్పుడు లేదా కాల రంధ్రాలలో కలిసిపోయినప్పుడు గొప్ప ఎంట్రోపీ సాధించబడుతుంది. ఈ ప్రక్రియకు చాలా సమయం పట్టవచ్చు (అయితే ఇంటర్స్టెల్లార్ గ్యాస్ ఉనికి కారణంగా ఇది రాపిడి ద్వారా సులభతరం చేయబడుతుంది), అంతిమంగా, గురుత్వాకర్షణ ఆధిపత్యం చెలాయించినప్పుడు, ఎంట్రోపీ ఎక్కువగా ఉంటుంది, వ్యవస్థలో పదార్థం తక్కువ ఏకరీతిలో పంపిణీ చేయబడుతుంది. .

ఇటువంటి ప్రభావాలను రోజువారీ అనుభవం స్థాయిలో కూడా గుర్తించవచ్చు. ఎవరైనా అడగవచ్చు: భూమిపై జీవితాన్ని కొనసాగించడంలో రెండవ చట్టం యొక్క పాత్ర ఏమిటి? సూర్యుడి నుండి పొందిన శక్తికి కృతజ్ఞతలు తెలుపుతూ మనం ఈ గ్రహం మీద జీవిస్తున్నామని మీరు తరచుగా వినవచ్చు. భూమిని మొత్తంగా పరిగణించినట్లయితే ఇది పూర్తిగా నిజమైన ప్రకటన కాదు, ఎందుకంటే పగటిపూట భూమి అందుకున్న దాదాపు మొత్తం శక్తి త్వరలో మళ్లీ అంతరిక్షంలోకి, చీకటి రాత్రి ఆకాశంలోకి ఆవిరైపోతుంది. (వాస్తవానికి, గ్లోబల్ వార్మింగ్ మరియు రేడియోధార్మిక క్షయం కారణంగా గ్రహం యొక్క వేడెక్కడం వంటి కారకాల ద్వారా ఖచ్చితమైన బ్యాలెన్స్ కొద్దిగా సర్దుబాటు చేయబడుతుంది.) లేకపోతే, భూమి చాలా వేడిగా మారుతుంది మరియు కొన్ని రోజుల్లో నివాసయోగ్యంగా మారుతుంది! అయినప్పటికీ, సూర్యుడి నుండి నేరుగా స్వీకరించబడిన ఫోటాన్‌లు సాపేక్షంగా అధిక పౌనఃపున్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి (అవి స్పెక్ట్రం యొక్క పసుపు భాగంలో కేంద్రీకృతమై ఉంటాయి), మరియు భూమి ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రంలో చాలా తక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ ఫోటాన్‌లను అంతరిక్షంలోకి విడుదల చేస్తుంది. ప్లాంక్ సూత్రం ప్రకారం (E = hν, సెక్షన్ 2.2 చూడండి), సూర్యుని నుండి వ్యక్తిగతంగా వచ్చే ప్రతి ఫోటాన్‌లు అంతరిక్షంలోకి విడుదలయ్యే ఫోటాన్‌ల కంటే చాలా ఎక్కువ శక్తిని కలిగి ఉంటాయి, కాబట్టి, సమతుల్యతను సాధించడానికి, చాలా ఎక్కువ ఫోటాన్‌లు భూమిని చేరుకోవాలి ( అంజీర్ 3.16 చూడండి). తక్కువ ఫోటాన్‌లు వస్తే, ఇన్‌కమింగ్ ఎనర్జీ తక్కువ డిగ్రీల స్వేచ్ఛను కలిగి ఉంటుంది మరియు అవుట్‌గోయింగ్ ఎనర్జీ ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు బోల్ట్జ్‌మాన్ సూత్రం (S = k log V) ప్రకారం, ఇన్‌కమింగ్ ఫోటాన్‌లు అవుట్‌గోయింగ్ వాటి కంటే చాలా తక్కువ ఎంట్రోపీని కలిగి ఉంటాయి. . మేము మా స్వంత ఎంట్రోపీని తగ్గించడానికి మొక్కలలో ఉన్న తక్కువ-ఎంట్రోపీ శక్తిని ఉపయోగిస్తాము: మేము మొక్కలు లేదా శాకాహారులను తింటాము. ఈ విధంగా భూమిపై జీవం మనుగడ సాగిస్తుంది మరియు అభివృద్ధి చెందుతుంది. (స్పష్టంగా, ఈ ఆలోచనలను ఎర్విన్ ష్రోడింగర్ 1967లో తన విప్లవాత్మక పుస్తకం లైఫ్ యాజ్ ఇట్ ఈజ్ [ష్రోడింగర్, 2012] వ్రాసినప్పుడు స్పష్టంగా రూపొందించారు).

ఈ తక్కువ-ఎంట్రోపీ బ్యాలెన్స్ గురించి అత్యంత ముఖ్యమైన వాస్తవం ఇది: సూర్యుడు పూర్తిగా చీకటి ఆకాశంలో హాట్ స్పాట్. అయితే అలాంటి పరిస్థితులు ఎలా వచ్చాయి? థర్మోన్యూక్లియర్ ప్రతిచర్యలు మొదలైన వాటితో సహా అనేక సంక్లిష్ట ప్రక్రియలు పాత్రను పోషించాయి, అయితే చాలా ముఖ్యమైన విషయం ఏమిటంటే సూర్యుడు ఉనికిలో ఉన్నాడు. మరియు అది ఉద్భవించింది ఎందుకంటే సౌర పదార్థం (ఇతర నక్షత్రాలను ఏర్పరిచే పదార్థం వంటివి) గురుత్వాకర్షణ అతుక్కొని ప్రక్రియ ద్వారా అభివృద్ధి చెందాయి మరియు ఇవన్నీ గ్యాస్ మరియు కృష్ణ పదార్థం యొక్క సాపేక్షంగా ఏకరీతి పంపిణీతో ప్రారంభమయ్యాయి.

ఇక్కడ మనం డార్క్ మ్యాటర్ అని పిలువబడే ఒక రహస్య పదార్థాన్ని పేర్కొనాలి, ఇది విశ్వంలోని మెటీరియల్ (నాన్-Λ) కంటెంట్‌లో స్పష్టంగా 85% ఉంటుంది, అయితే ఇది గురుత్వాకర్షణ పరస్పర చర్య ద్వారా మాత్రమే కనుగొనబడుతుంది మరియు దాని కూర్పు తెలియదు. ఈ రోజు మనం మొత్తం ద్రవ్యరాశిని అంచనా వేసేటప్పుడు ఈ విషయాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుంటాము, ఇది కొన్ని సంఖ్యా పరిమాణాలను లెక్కించేటప్పుడు అవసరం (విభాగాలు 3.6, 3.7, 3.9 చూడండి మరియు డార్క్ మ్యాటర్ ఎంత ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుందో చూడండి, విభాగం 4.3 చూడండి). డార్క్ మ్యాటర్ సమస్యతో సంబంధం లేకుండా, పదార్థం యొక్క అసలైన ఏకరీతి పంపిణీ యొక్క తక్కువ-ఎంట్రోపీ స్వభావం మన జీవితాలకు ఎంత ముఖ్యమైనదిగా నిరూపించబడిందో మనం చూస్తాము. మన ఉనికి, మనం అర్థం చేసుకున్నట్లుగా, పదార్థం యొక్క ప్రారంభ ఏకరీతి పంపిణీ యొక్క లక్షణం అయిన తక్కువ-ఎంట్రోపీ గురుత్వాకర్షణ నిల్వపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

ఇక్కడ మనం బిగ్ బ్యాంగ్ యొక్క విశేషమైన-వాస్తవానికి, అద్భుతమైన-కోణానికి వచ్చాము. రహస్యం అది ఎలా జరిగిందనే దానిపై మాత్రమే కాకుండా, ఇది చాలా తక్కువ ఎంట్రోపీ సంఘటన అనే వాస్తవంలో కూడా ఉంది. అంతేకాకుండా, విశేషమైన విషయం ఏమిటంటే, ఎంట్రోపీ అనేది ఒక నిర్దిష్ట విషయంలో మాత్రమే తక్కువగా ఉంది, అవి: స్వేచ్ఛ యొక్క గురుత్వాకర్షణ డిగ్రీలు కొన్ని కారణాల వల్ల పూర్తిగా అణచివేయబడ్డాయి. ఇది పదార్థం యొక్క స్వేచ్ఛ మరియు (విద్యుదయస్కాంత) రేడియేషన్ స్థాయిలకు పూర్తి విరుద్ధంగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే అవి గరిష్ట ఎంట్రోపీతో వేడి స్థితిలో గరిష్టంగా ఉత్తేజితమవుతున్నట్లు కనిపించాయి. నా అభిప్రాయం ప్రకారం, ఇది బహుశా లోతైన విశ్వోద్భవ రహస్యం, మరియు కొన్ని కారణాల వల్ల ఇది ఇప్పటికీ తక్కువగా అంచనా వేయబడింది!

బిగ్ బ్యాంగ్ యొక్క స్థితి ఎంత ప్రత్యేకమైనది మరియు గురుత్వాకర్షణ క్లంపింగ్ ప్రక్రియలో ఏ ఎంట్రోపీ ఉత్పన్నమవుతుంది అనే దానిపై మరింత వివరంగా నివసించడం అవసరం. దీని ప్రకారం, బ్లాక్ హోల్‌లో నిజానికి అంతర్లీనంగా ఉండే అద్భుతమైన ఎంట్రోపీ ఏమిటో మీరు ముందుగా గ్రహించాలి (Fig. 3.15 b చూడండి). మేము ఈ సమస్యను విభాగం 3.6లో చర్చిస్తాము. కానీ ప్రస్తుతానికి, కింది వాటికి సంబంధించిన మరొక సమస్యకు వెళ్దాం, చాలా సంభావ్య అవకాశం: అన్నింటికంటే, విశ్వం వాస్తవానికి ప్రాదేశికంగా అనంతంగా మారవచ్చు (K తో FLRU నమూనాల విషయంలో వలె 0, విభాగం 3.1 చూడండి) లేదా కనీసం విశ్వంలో ఎక్కువ భాగం ప్రత్యక్షంగా పరిశీలించబడకపోవచ్చు. దీని ప్రకారం, మేము కాస్మోలాజికల్ క్షితిజాల సమస్యను చేరుకుంటాము, మేము తదుపరి విభాగంలో చర్చిస్తాము.

» పుస్తకం గురించి మరిన్ని వివరాలను ఇక్కడ చూడవచ్చు ప్రచురణకర్త యొక్క వెబ్‌సైట్
» విషయాల పట్టిక
» సారాంశం

Khabrozhiteley కోసం కూపన్ ఉపయోగించి 25% తగ్గింపు - కొత్త సైన్స్

పుస్తకం యొక్క పేపర్ వెర్షన్ చెల్లించిన తర్వాత, ఎలక్ట్రానిక్ పుస్తకం ఇ-మెయిల్ ద్వారా పంపబడుతుంది.

మూలం: www.habr.com