Концепция «тепловой смерти» Вселенной и ее критика
Практически все реальные процессы в природы являются необратимыми: это и затухание маятника, и эволюция звезды, и человеческая жизнь. Необратимость процессов в природе как бы задает направление на оси времени от «прошлого» к «будущему». Это свойство времени английский физик и астроном А. Эддингтон образно назвал «стрелой времени».
Наш мир, нынешнее состояние Вселенной можно рассматривать как гигантскую термодинамическую систему, находящуюся в неравновесном состоянии (энергия сконцентрирована главным образом в горячих звездах и постепенно мигрирует в гораздо более холодное межзвездное пространство). Все имеющиеся двигатели (к которым вполне могут быть отнесены и биологические объекты) оказываются работоспособными в конечном итоге за счет существования указанной глобальной неравновесности. Естественными являются вопросы о причинах ее возникновения и перспективах, связанных со стремлением глобальной системы к термодинамическому равновесию.
Возникновение глобальной неравновесности связывают со случайной флуктуацией из равновесного состояния, имеющей гигантские масштабы и, поэтому, крайне маловероятной. Проблема малой вероятности частично снимается антропогенным принципом (до тех пор, пока флуктуация не возникла, некому было ее ожидать и задумываться над тем, насколько это будет маловероятным событием). После возникновения неравновесности стали возможными необратимые процессы в природе обусловленные стремлением термодинамических систем к равновесию, сопровождающемуся разрушением порядка и переходом к более вероятному неупорядоченному состоянию, и таким образом возникло понятие «времени». Роль такого “начала отсчета мирового времени” обычно приписывается большому взрыву исчерпывающее описании которого лежит далеко за рамками классического описания природы.
В соответствии со статистической формулировкой второго начала термодинамики - «стрела времени» направлена в сторону увеличения энтропии системы
Это фундаментальное положение равновесной термодинамики составило основу для одной достаточно популярной в свое время космологической гипотезы, которую в 1852 г. выдвинул английский физик У. Томсон. Он применил второе начало термодинамики ко всей Вселенной как к целому и пришел к выводу, что конечным состоянием Вселенной должно стать состояние теплового равновесия, когда материя окажется равномерно распределенной по всему пространству. Эта концепция получила название «тепловой смерти» Вселенной.
Согласно этой концепции нынешнее состояние Вселенной - это гигантская флуктуация из равновесного состояния, которая в настоящее время «рассасывается», экспоненциально приближаясь к равновесному состоянию. При достижении равновесия она должна представлять собой однородную материю с постоянной температурой, плотностью вещества и излучения, в котором не будет возможным никакое направленное преобразование энергии.
В дальнейшем возможно повторение флуктуационного всплеска, сопровождающегося самопроизвольным упорядочением материи, после чего опять начнется релаксационный процесс, и так будет повторяться до бесконечности.
Поиск ошибок в рассуждениях Томпсона, а также поддержавшего его Клаузиуса долго не давал результатов. И первым, кто решил вопрос о «тепловой смерти», стал Л. Больцман.
По мнению Больцмана предположение о замкнутости (изолированности) Вселенной не считается убедительно доказанным фактом и статистическая интерпретация второго начала термодинамики была разработана для молекул (для материальных точек), Вселенная же представляет собой другие объекты - планеты, звезды, галактики, и перенос закономерностей с одного «мира» на другой совершенно не обоснован. Сделанные Томсоном и Клаузиусом выводы, собственно противоречат и первому началу термодинамики, утверждающему неуничтожимость движения, причем не только количественно, но и качественно.
Таким образом, концепция «тепловой смерти» Вселенной была похоронена. Тем не менее, на этом месте оказалась «зияющая пропасть», отделяющая физические процессы, подчиняющиеся динамическим и статистическим закономерностям, от процессов в живой природе и космосе, которые в эти законы «не вписывались».