5. Энтропия и ее связь с тепловой энергией

Энтропия замкнутой термодинамической системы, т.е. системы, которая не обменивается с окружением ни энергией, ни веществом, возрастает и достигает максимума в точке термодинамического равновесия.

В обратимых процессах, какими являются механические явления, энтропия считается неизменной, потому что механика отвлекается от реальных изменений, происходящих в движущейся системе. Например, планеты, вращаясь по своим орбитам, с такой точки зрения остаются совершенно неизменными.

Во всех необратимых процессах она возрастает или, по крайней мере, не убывает.

Энтропия характеризует степень вырождения, или обесценения, тепловой энергии или меру необратимости самопроизвольного перехода энергии.

Когда энтропия системы возрастает, то соответственно усиливается беспорядок в системе. А это означает, что такие системы эволюционируют в сторону увеличения в них энтропии, беспорядка, хаоса и дезорганизации, пока не достигнут точки термодинамического равновесия.

Если энтропия Вселенной всегда возрастает (закон сохранения энергии), то необходимо будет признать, что все процессы во Вселенной направлены в сторону достижения состояния термодинамического равновесия, соответствующего максимуму энтропии, а следовательно, состояния, характеризуемого наибольшей степенью хаоса, беспорядка и дезорганизации. В таком случае во Вселенной наступит тепловая смерть.

6. Теория большого взрыва

Модель «горячей» Вселенной впоследствии была названа стандартной.

Эта модель предполагает, что начальная температура внутри сингулярности превышала 10¹³ градусов (10 трлн) по абсолютной шкале Кельвина, в которой начало шкалы соответствует 273 градусам шкалы Цельсия. Плотность материи равнялась бы приблизительно 10⁹³г/см³, огромная величина, которую трудно даже вообразить.

В подобном состоянии неизбежно должен был произойти «большой взрыв», с которым связывают начало эволюции в стандартной модели Вселенной, называемой также моделью «большого взрыва». Предполагают, что такой взрыв произошел примерно 15—20 млрд лет назад и сопровождался сначала быстрым, а потом более медленным расширением и соответственно постепенным охлаждением Вселенной. По степени этого расширения ученые судят о состоянии материи на разных стадиях ее эволюции. Полагают, например, что после 0,01 секунды после взрыва плотность материи с невообразимо большой величины должна была упасть до 10¹⁰ г/см³. В этих условиях в расширяющейся Вселенной, по-видимому, должны были существовать фотоны, электроны, позитроны, нейтрино и антинейтрино, а также небольшое количество нуклонов (протонов и нейтронов). При этом могли происходить непрерывные превращения пары электрон+позитрон в пару фотонов и обратно, пары фотонов в пару электрон+позитрон. Но уже через 3 минуты после взрыва из нуклонов образуется смесь легких ядер: ²/з водорода и ¹/₃ гелия.

7. Электромагнитная картина мира

Уже в XIX в. физики дополнили механистическую картину мира электромагнитной. Электрические и магнитные явления были известны давно, но изучались они обособленно друг от друга. Дальнейшее их исследование показало, что между ними существует глубокая взаимосвязь, что заставило ученых создать единую электромагнитную теорию. Действительно, датский ученый X. Эрстед (1777—1851), поместив над проводником, по которому идет электрический ток, магнитную стрелку, обнаружил, что она отклоняется от первоначального положения. Это привело ученого к мысли, что электрический ток создает магнитное поле. Позднее английский физик М. Фарадей (1791—1867), вращая замкнутый контур в магнитном поле, открыл, что в нем возникает электрический ток. На основе опытов Эрстеда, Фарадея и других ученых английский физик Дж. Максвелл (1831—1879) создал свою электромагнитную теорию, т.е. теорию о существовании единого электромагнитного поля. Таким путем было показано, что в мире существует не только вещество в виде тел, но и физические поля.

После того как объектом изучения физиков наряду с веществом стали разнообразные поля, картина мира приобрела более сложный характер. Тем не менее в первое время ученые пытались объяснить электромагнитные процессы, в том числе и световые явления, с помощью механических моделей, основанных на понятиях и принципах механистической картины мира.

Первым важнейшим результатом электромагнитной концепции стал отказ от гипотезы существования светового эфира, как особой среды для распространения света. Такую роль стало играть само пространство, в котором происходит распространение электромагнитных волн.

Второй результат открытия электромагнетизма заключается в объединении световых явлений с электромагнитными процессами, благодаря чему оптика стала частью теории электромагнетизма.