Принцип возрастания энтропии и «тепловая смерь» Вселенной

Как уже упоминалось выше, теория «тепловой смерти» Вселенной связывается с понятием энтропии. Но прежде чем говорить об энтропии, следует дать понятие второго закона термодинамики. Идея второго закона термодинамики связана с именем французского инженера Сади Карпа (1796−1832), который в 1824 году разработал цикл Карт круговой процесс в тепловой машине, в результате которого тело, совершив работу, возвращается затем в исходное состояние, используя часть этой работы. Он впервые показал, что полезную работу можно получить лишь в случае, когда тепло передается от нагретого тела к более холодному Горелов А. А. Концепции современного естествознания: Курс лекций. — М., 1998. — С. 56. .

Существование вечного двигателя второго рода запрещает второе начало термодинамики. Вечный двигатель второго рода это циклически действующая машина, способная совершать работу за счет переноса тепла от холодного тела к горячему. Это не запрещено первым началом термодинамики, но практически невозможно.

Второе начало термодинамики указывает на существование двух различных форм энергии теплоты (связанной с неупорядоченным, хаотическим движением) и работы, связанной с упорядоченным движением. Работу всегда можно превратить в эквивалентное ей тепло вспомните, как наши предки добывали огонь. В то же время тепло в эквивалентную ему работу полностью превратить нельзя. Другими словами, неупорядоченную форму энергии невозможно полностью перевести в упорядоченную. Мерой неупорядоченности, или мерой хаоса, в термодинамике является энтропия. Энтропия не бывает отрицательной, она всегда положительна, за исключением случая, когда идеальный кристалл находится при абсолютном нуле (но на этот счет есть третье начало термодинамики, говорящее о недостижимости абсолютного нуля, равного -273°С), что невозможно. Иногда используется отрицательная величина энтропии негэнтропия, которая является мерилом упорядоченности системы. Эта величина может быть только отрицательным числом. Рост негэнтропии соответствует возрастанию порядка, энтропии росту хаоса См.: Там же. — С. 77−81. .

Таким образом, в соответствии со вторым началом термодинамики, в случае изолированной системы (то есть системы, не обменивающейся энергией с окружающей средой) неупорядоченное состояние не может самостоятельно перейти в упорядоченное. При нагревании тела энтропия увеличивается, растет степень неупорядоченности. В изолированной системе энтропия может только расти.

Так мы сталкиваемся с принципом возрастания энтропии важнейшим принципом термодинамики. Он соответствует стремлению любой системы к состоянию термодинамического равновесия, которое можно отождествить с хаосом.

Из этого принципа и следует идея тепловой смерти Вселенной. Раз все виды энергии деградируют, превращаясь в тепло, то когда-нибудь закончат свое существование звезды, отдав свою энергию в окружающее пространство, и вся Вселенная придет в самое простое состояние хаоса термодинамического равновесия с температурой лишь на несколько градусов выше абсолютного нуля. В этом пространстве будут разбросаны безжизненные, остывшие шары планет и звезд. Не будет источников энергии не будет жизни, не будет ничего См.: Идлис Г. М. Указ. соч. — С. 178−180. .

Но критикуя эту теорию, можно отметить, что гипотеза «тепловой смерти» Вселенной, высказанная век назад, является экстраполяцией второго начала термодинамики на всю Вселенную. Образование звезд и целых звездных ассоциации, продолжающееся и сейчас, говорит о том, что во Вселенной в огромных масштабах идут процессы с уменьшением энтропии.

Работы Нобелевского лауреата Ильи Пригожина, посвященные так называемым диссипативным структурам в химических реакциях, положили издало новому принципу осмысления действительности: «порядок через флуктуации». В свете этого принципа, признающего за Вселенной первичную динамическую неопределенность, оказалось возможным выработать новое понимание эволюции См.: Пригожин И. Феномен нестабильности // Вопросы философии. 1991. № 6. С. 41. Второй закон термодинамики не всесилен, ибо все существующие системы имеют прирожденную способность мутировать в направлении большей сложности. Одна и та же энергия, одни и те же принципы обеспечивают эволюцию на всех уровнях: от физико-химических процессов до человеческого сознания и социокультурной информации. Вселенная оказывается единой во всех своих пластах, живой, развивающейся, восходящей на новые ступени бытия См.: Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. М., 1986. С. 84.

Пока еще не найден ответ на вопрос о первоначальной причине расширения Вселенной. Однако два экспериментально установленных положения расширение Вселенной и реликтовое излучение являются весьма убедительными доводами в пользу теории Большого взрыва, ставшей теперь общепризнанной. Астрономия и космология XX в. утверждают образ меняющейся, поражающей многообразием явлений, богатой «скачками» и «взрывами» эволюционирующей Вселенной.