Entropia este amploarea ce caracterizează gradul de dezordine și starea termică a universului. Cuantifice EV totală ca entropia Clausius (cm. Entropia) nu poate fi, pentru că universul nu este un termodinamic. sistem. Într-adevăr, datorită faptului că interacțiunea gravitațională este cu rază lungă și fără șir escape, pietriș-TAC. energia universului (în măsura în care este posibil să se determine, în general, ceea ce) nu este proporțională cu volumul său. Ex. în aproximație gravitație newtoniene. energie sferică. M masa de densitate uniformă p poate fi estimată prin formula: U
-GM 2 V -1/3 = -G r 2 V 5/3. unde G este constanta gravitațională -nyutonovskaya V -, volumul. Energia totală a universului, de asemenea, nu este proporțională cu volumul și, prin urmare, nu a avut o cantitate de aditiv. Mai mult, universul conform legii Hubble extinde, t. E. nonstationary. Ambele aceste fapte înseamnă că universul nu satisface axiomele inițiale de energie aditivitate termodinamic și existența termodinamică. echilibru. Prin urmare, universul ca întreg nu se caracterizează și - l. un roi ritm. Rata EV ca Boltzmann entropie k ln T, unde k - este Boltzmann. D - numărul de posibile microstările ale sistemului, și nu poate fi, deoarece universul nu „alerga prin“ toate stările posibile și evoluează de la o stare la alta. Cu alte cuvinte, pentru întregul univers este imposibil de a introduce ansamblu statistic de Gibbs (a se vedea. Art. Distribuție Gibbs), m. a. Gravitatea nu poate fi neglijată. interacțiunea dintre membrii ansamblului.
Cu toate acestea, în univers poate fi identificat subsistem la ochi termodinamic aplicabile. și statistică. descriere, și se calculează entropia lor. Aceste subsisteme sunt, de exemplu. toate obiectele compacte (stele, planete, etc.). Dar entropia totală a tuturor obiectelor compacte observate este neglijabilă în comparație cu entropia conținută în termic radiația de fond relicvă microunde cu roi ritmul T = 2,73 K (vezi. Cosmology). Densitatea ei este egală cu entropia = 1.49. Martie 10 cm -3 k.
unde s - Stefan-Boltzmann, c - viteza de lumină (în acest f le este ignorat de gravitație fotoni de radiații interacțiune relic între ele și cu restul materiei din univers ..). Densitatea densității foton este legată de entropia prin formula ng = SGK -1 / 3602. Fiecare dintre clase lipsite de masă (sau având o masă m repaus<<1 МэВ) нейтрино вносит в плотность Э. В. дополнит. вклад. т. к. в стандартном космологич. сценарии темп-pa безмассовых нейтрино [Альфер (R. Alpher) и Херман (R. Herman), 1953]. Плотность энтропии можно определить и для гравитонов ; ожидаемый вклад в Э. В. от реликтовых гравитонов. возникших вблизи сингулярности космологической . также не превосходит sg. Полная энтропия в единице сопутствующего веществу объёма Вселенной [к-рый растёт R 3 (t )с расширением Вселенной, R(t) - масштабный фактор Фридмана - Ро-бертсона-Уокера метрики ], связанная с безмассовыми частицами, мало изменяется, начиная с очень ранних стадий эволюции Вселенной-по крайней мере при t> 1 după cosmologic. singularitate. Cu alte cuvinte, expansiunea universului există o practic adiabatic.
După cum sa arătat mai sus, DOS. Din motive care împiedică strict introducerea EV concept este nemărginit în spațiu și nestaționare gravitație pe scară largă. câmp univers. Cu toate acestea, această parte a gravității. domeniu este foarte simplificat - Universul este aproape omogenă și izotropă pe o scară suficient de mare. Prin urmare, este firesc să presupunem că o greutate pe scară largă. câmp nu este legat de orice creatură. entropie, așa cum nu am fi determinat. Apoi, densitatea entropia totală a particulelor în sg lipsite de masă univers (
sg) va fi aproape de densitatea estimării corespunzătoare EV entropia totală a universului, la-paradis disponibil de monitorizare în acest moment, există
MPC-sovr. cosmologică. orizont, o constantă N0- Hubble (km / s. Mpc) [însemna în continuare că R (t) / 2/3. Miercuri densitatea materiei din univers este critică. rc = densitate 3H 2 0 / 8PG. iar curbura spațială este zero]. Compararea acestei valori cu entropia gaură neagră având o g greutate egală cu Sch.d. paradis 2 = prg LPL -2
10 124 k [rg = 2 gm / c 2 - gravitate. raza nonrotating gaura neagra 10 -33 cm lungime Planck; cm. Teoria cuantică a gravitației, găuri negre], arată cât de mult din universul din jurul nostru este departe de starea cea mai dezordonată. Probabil, dacă nu dovedit, că acest lucru este dezechilibrarea universului observabil este cauza justiției a două legi a termodinamicii pentru toate subsistemele închise din cadrul acesteia.
EV, de asemenea, caracterizat printr-o bate adimensionale. entropie - entropia per baryon 1; în special
Nost, în cazul în care Pb - Miercuri
densitatea numărul de barionii din univers, wb - Miercuri densitatea materiei nebarionică din univers în părțile critice. rc densitate. Valoarea, în conformitate cu teoria nucleosinteză cosmologice, Naib. Aceasta corespunde foarte bine de azi. prevalența chimice pulmonare. elemente de H, D, El 3. El 4. Li 7. Faptul că EV specifică totală Syd >> 1 arată că, în trecut, universul era fierbinte, radiație dominat. nb densitate barionice
R -3 (t) datorită conservării baryon (diferența dintre numărul barionii și antibario nou). În prezent, cu toate acestea, în general, acceptată ipoteza că, la energii si o densitate foarte mare barionic materie nu reținut și că universul a conținut materia numărului egal și de antimaterie într-un stadiu suficient de timpuriu de evoluție în apropierea cosmologice. singularitate. Apoi, se poate produce în mod natural materialul în exces peste antimaterie în timpul expansiunii universului termodinamic neechilibru violarea CP datorate (vezi. Nebarionică asimetrie Universul). Dacă aceste ipoteze sunt corecte, EV specifică totală depinde nu numai de numărătorul (e). ca numitor (nn), și aproximativ exprimat prin mikrofiz. interacțiuni constante responsabile pentru generarea asimetria baryon.
Există speculații că EV în ansamblu poate fi estimată folosind conceptul de entropie Kolmogorov-Sinai (K-entropie;. Vezi entropie, teoria ergodică). Prin yavl -entropy. o măsură de dezordine și volatilitatea, aceasta este obligată să Wed divergență viteza de aproape la început. traiectorii punct. Și K entropia, cu atât mai mare va împrăștia cale, și anume, Instabilitatea mai puternică a traiectoriilor și a sistemului haotic. Distribuția omogenă a materiei gravitational instabile; instabilitatea de dezvoltare conduce la formarea de fin. cheaguri. Când gravitația. compresie cheag gravitație. substanțe energetice este transformată în energie termică a mișcării particulelor. Prin urmare, formarea de stele și galaxii de substanță uniform distribuită este însoțită de creșterea K-entropie. Astfel. în ipoteza de universul este doar legea creșterii entropiei, deși nu este termodinamică. de sistem și în cursul evoluției devine structural mai complexă.
Entropia universului și săgeata timpului în univers. Problema EV este strâns legată de problema de a explica săgeata timpului în univers: o evoluție temporală ireversibilă din trecut spre viitor, în aceeași direcție pentru toate subsistemele observabile Univers. Este cunoscut faptul că legile mecanicii, electrodinamicii, mecanica cuantică sunt reversibile în timp. Din ecuația care descrie aceste legi nu se schimbă atunci când t se înlocuiește cu - t. În teorie cuantică deține un total de CPT - tnost invarian (vezi Teorema CRT.) .Acest lucru înseamnă că orice atac fizic. proces cu particulele elementare pot fi efectuate atât înainte și înapoi în timp (cu particule înlocuitoare antiparticula și inversiunea spațială). Prin urmare, acesta nu definește săgeata de timp. Deși este cunoscut pentru unitate. nat. - Legea a 2-a termodinamicii-to-ing conține o declarație cu privire la direcția de procese ireversibile în timp. El stabilește așa-numitul termodinamică. săgeată de timp: entropia creste in viitor. Et al. săgeata de timp, legate de alegerea condițiilor inițiale sau granițe speciale pentru ur-TION descrie Fundam. nat. interacțiune. Ex. electrodinamice. timp săgeată determinat. alegere radiante condiții limită la infinit spațială pentru sursa singuratic (cu alte cuvinte, sunt considerate a avea sens numai nat potențialul retardat E -. mag domeniu.), și cosmologice. săgeata de timp este dat expansiunea universului. Nu toate aceste bum-echivalent dacă termodinamic. și electrodinamice. Săgețile sunt considerate identice (deși o dovadă riguroasă a acestei nu este), cosmologia, săgeata nu este legată de acestea să - l. interacțiunea cauzală locală. În special, nu există nici un motiv să ne așteptăm că, dacă o parte a universului datorită gravitației. instabilitatea încetează să crească și să înceapă să se micșoreze, atunci se va schimba direcția electrodinamice. și termodinamică. săgeata de timp. Cu toate acestea, problema interdependenței săgeții timpului, din cauza psihologice. săgeată de timp (un sentiment al fiecărei persoane trecerea ireversibilă a timpului din trecut prin prezent în viitor) rămâne în mijloacele. măsură deschisă.
Lit:.. Zeldovich Ya B. Novikov I. D., Structura și evoluția Universului, M. 1975; Dolgov AD Zeldovich Ya. B. Sazhin M. V. cosmologie universului timpuriu, M. 1988.
IK Rozgachova AA Starobin.