Такое понятие как энтропия впервые появилось в термодинамике – науке занимающейся изучением тепловых динамических процессов, протекающих в самых различных материальных средах. Изначально термодинамическая энтропия использовалась как диссипативная функция, определяющая количество энергии любой формы (кинетической, электрической, химической), переходящей в ходе тех или иных процессов в тепловую энергию или тепло. Как известно тепло рассеянное в окружающем пространстве очень трудно, практически невозможно, собрать и преобразовать в какую-либо другую форму энергии. Поэтому очень быстро термин энтропия стал применяться для характеристики необратимости тех или иных физических процессов. Помните крылатое выражение – «фарш нельзя провернуть обратно», это как раз про энтропию в быту. Благодаря этому сегодня энтропия вышла далеко за рамки термодинамики и в целом определяет меру организованности материи в пространстве. Чем более организована (структурирована) материя тем ниже энтропия. И наоборот, чем более хаотично и беспорядочно рассеяна материя в некотором объёме пространства, тем выше энтропия этого объёма пространства. Более того космологи посчитали уместным применить понятие энтропии ко всей Вселенной. И такой шаг с их стороны выглядит вполне разумным. Так как многочисленные данные о структурах большого космоса свидетельствуют, что с течением времени распределение материи на просторах Вселенной подчиняется общим законам термодинамики и хорошо согласуется с таким понятием как энтропия. Современная астрономия надёжно свидетельствует, что любые формы структурированной материи Вселенной (галактики, газопылевые скопления, звёзды, планеты, астероиды) со временем разрушаются и утрачивают свою первоначальную организованность. Астрофизики уверены, что это происходило и происходит, по крайней мере, последние 13,8 миллиарда лет. Т.е. энтропия Вселенной неуклонно повышается, а неупорядоченность её материи растёт и это хорошо согласуется с теорией и здравым смыслом. Немного перефразируя Гераклита можно подобно этому античному философу охарактеризовать энтропию Вселенной одной фразой – «всё течёт, всё упрощается». В силу этого дальнейшая перспектива нашей Вселенной выглядит довольно мрачной - рано или поздно все материальные структуры Вселенной должны разрушиться и заполнить её объём некой хаотичной и бесструктурной материальной субстанцией. Чем-то вроде тёмной материи – невидимой и всепроникающей. Возможно, что войды таинственные и пугающие являются предтечей такой бесструктурной Вселенной. Дальнейшее повышение энтропии Вселенной, заполненной такой субстанцией, становится невозможным, так как все формы энергии истрачены на разрушение материальных структур и преобразованы к одному виду – тепловой энергии, в результате чего во Вселенной наступит тепловое равновесие. Такое состояние материи современная наука называет термодинамической или тепловой смертью Вселенной. Такие неутешительные выводы впервые сделал немецкий физик и математик Рудольф Клаузиус ещё в конце 19 века, сформулировав два закона термодинамики применительно к стационарной Вселенной:
1. Энергия Вселенной остаётся неизменной.
2. Энтропия Вселенной стремится к максимуму.
С тех пор и до нашего времени серьёзных контраргументов, опровергающих «тепловую смерть» Вселенной, никто так и не сформулировал. Хотя вопросы к описанному выше сценарию зарождения, развития и смерти Вселенной остались. И конечно самый главный из них кто или что спровоцировал(о) Большой взрыв тринадцать миллиардов лет назад, подарив тем самым жизнь нашей Вселенной.
Так вот, уважаемые читатели, у меня имеются более оптимистические соображения по поводу описанной выше безысходности нашей Вселенной и её энтропии. И я готов поделиться этими соображениями с вами. Начну с того, что немного покритикую концепцию расширяющейся Вселенной. Считается, что идею о нестационарной Вселенной впервые строго математически обосновал советский математик Александр Фридман в начале 20 века в своей работе «О кривизне пространства». Там он довольно подробно рассмотрел математические модели стационарных и нестационарных мировых пространств. А также, допустив вслед за Эйнштейном ортогональность времени 3-х мерным координатам пространства показал, что радиус кривизны пространства в этом случае будет периодической функцией от времени. Другими словами наш мир, по Фридману, может находиться в пульсирующем пространстве – периодически расширяющемся и сжимающемся. В качестве примера работы своей математической модели для нестационарного пространства Фридман рассчитал период пульсаций для нашей Вселенной в 10 миллиардов лет, положив её массу порядка 5*1021 масс нашего Солнца. Справедливости ради следует отметить, что в заключительной части своей работы Фридман делает принципиальную оговорку о возможности её практического применения – «Данные, которыми мы располагаем, совершенно не достаточны для каких-либо численных подсчётов и для решения вопроса о том, каким миром является наша вселенная».
Однако уже в 1929г. американский астроном Эдвин Хаббл экспериментально подтвердил расширение видимой Вселенной, фиксируя разбегание галактик по их красному смещению. Это открытие очень хорошо согласовывалось с расчётами Фридмана и надёжно связывало математическую модель нестационарной Вселенной с практическими наблюдениями. С тех пор в официальной научной среде доминирует космологическая модель расширяющейся Вселенной, рождённой в результате Большого взрыва.
В одной из своих статей на дзене я уже обращал внимание на то, что Эйнштейн в своём математическом обосновании общей теории относительности использовал 4-х мерные тензоры с временной валентностью. Тем самым он совершил грубую подмену, поставив в один размерный ряд разные физические категории - пространство и время. Сейчас я ещё раз хочу обратить ваше внимание, уважаемые читатели, что Фридман совершил ту же самую ошибку – он, используя формализм n-мерной римановой геометрии, полагает ось времени ортогональной осям трёхмерного пространства и далее с помощью тензорного исчисления Риччи-Курбастро фактически складывает метры и секунды. И на этом допущении выстраивает все свои дальнейшие рассуждения. Для тех, кто считает четырёхмерное пространство-время допустимой математической абстракцией, специально процитирую классическое определение многомерного пространства римановой геометрии – «n-мерное пространство представляет собой непрерывную совокупность любого рода однотипных объектов, которые являются точками этого пространства» (Большая российская энциклопедия, 2015). Изначально под однотипными объектами сам Риман понимал такие геометрические примитивы, как точки, прямые и плоскости. Позже аналитический аппарат римановой геометрии стал широко применяться для решения задач в различных областях физики и соответственно точками риманового пространства стали различные физические характеристики, например, такие как давление или температура. Но какие бы единицы измерения не имели точки риманового пространства, они всегда должны быть однотипными и однозначно определяться одноразмерными координатами в n-мерном пространстве. Если же у вас по одной оси координат отложены метры, а по другой секунды, то это не n-мерное пространство, а график зависимости длины от времени. НЕЛЬЗЯ в реальном физическом мире складывать величины разной размерности, соответственно любая математическая модель, допускающая такие манипуляции, по определению является ложной. Предвижу, что «знатоки» ОТО и пространства-времени Минковского не преминут поправить меня. Мол, на самом деле четвёртая координата пространства-времени измеряется не в секундах, а в метрах, так как представляет собой произведение скорости света на время - ct. Да, действительно, это так. И сделано это (время домножено на скорость света) исключительно для того, чтобы привести все четыре координатные оси к одной размерности. Физического смысла в этом нет никакого, здесь на лицо чистейшей воды подгонка под требуемую размерность.
Причём эта подгонка выполнена не аккуратно, что называется на скорую руку. Так как, с точки зрения любой геометрии, хоть Римана, хоть Лобачевского, хоть Эвклида умножение любой координаты пространства возможно только на безразмерный коэффициент. Если же мы умножаем одну координату на коэффициент с размерностью м/с, то на такую же размерность необходимо домножить все остальные координаты пространства, что бы сохранить наш объект внутри этого пространства. В противном случае мы автоматически превращаем n-мерные координаты пространства в график зависимости одной физической величины от другой. Вот такая детская ошибка спрятана в действительно очень сложных математических расчётах ОТО и БВ.
Таким образом, мы имеем полное право утверждать, что строгой математической модели расширяющейся Вселенной на сегодняшний день не существует. Соответственно гипотеза Большого взрыва представляет собой просто красивую фантазию, не подкреплённую какой-либо надёжной аналитикой.
Ну вот после того как с БВ покончено, можно заняться и тепловой смертью Вселенной, но уже в рамках стационарной и бесконечной Вселенной. Итак, вернёмся к первоначальному тезису роста энтропии Вселенной, согласно которому все материальные структуры со временем разрушаются и переходят к более простым формам. В общем и целом все научные данные, которыми человечество располагает на настоящий момент, свидетельствуют о справедливости подобного утверждения. Да и просто здравый смысл и жизненный опыт каждого из нас подтверждают правоту этого тезиса. Поэтому, не будем голословно оспаривать формулировку Рудольфа Клаузиса об энтропии Вселенной, стремящейся к максимуму. Вместо этого, давайте поразмышляем вот над какими вопросами:
- до какой степени материя должна разрушиться, чтобы энтропия Вселенной достигла максимума?
- какие силы будут действовать в такой Вселенной?
Ответ на первый вопрос достаточно прост – очевидно, что материя будет разрушаться до мельчайших неделимых элементарных частиц. Что это за частицы нам сегодня доподлинно неизвестно, однако из тех, что мы знаем, на эту роль годятся фотоны или нейтрино. Здесь всё зависит от того какая из этих частиц «элементарнее», т.е. меньше. Возможно, что в будущем появятся ещё какие-нибудь претенденты типа неуловимых гравитонов или ВИМПов. На самом деле название частиц не так уж важно, главное чтобы они были действительно элементарными и их нельзя было разделить на что-то ещё. Только такие частицы интересны нам, так как только они действительно обеспечивают максимальный уровень энтропии Вселенной. При этом следует сделать одну принципиальную оговорку – сегодня стандартная модель причисляет к элементарным частицам гораздо больше частиц, чем упомянуто нами выше.
Например, согласно СМ элементарными являются все лептоны и нуклоны, в число которых входят и электроны с позитронами и протоны с антипротонами и нейтроны, хотя и те и другие и третьи достаточно успешно распадаются на более мелкие частицы при физическом взаимодействии друг с другом. Поэтому мы в своём выборе элементарных частиц существенно сужаем круг претендентов на это звание и оставляем только одну – действительно неделимую и поэтому элементарную. И следуя этой логике, будем считать, что в какой-то момент времени нашу Вселенную заполнят только такие элементарные частицы. Как вы думаете, какие силы будут действовать на эти элементарные частицы? По-видимому, это могут быть только фундаментальные силы, которых как вы прекрасно знаете всего четыре. Причём слабые и сильные взаимодействия можно отбросить сразу. Так как они отвечают за стабильность атомных ядер и их составных частей. В нашей высоко энтропийной Вселенной атомных ядер и их составных частей уже нет, они все распались на более мелкие частица. По этой причине во Вселенной с максимальным уровнем энтропии нет места слабым и сильным взаимодействиям. Следующим можно исключить электромагнитное взаимодействие. И причина этого тоже достаточно понятная – любые частицы с массой меньше электрона не обладают электрическим зарядом и не подвержены электромагнитному воздействию. Следовательно, электромагнитное взаимодействие между такими частицами невозможны в принципе. Остаётся одна сила – гравитация, которая теоретически может и должна действовать на элементарные частицы материи. И вот здесь возникают нюансы. Если гравитация это искривление пространства, а не сила, то каждая элементарная частица в полном соответствии с ОТО уютно разместится в своей «лунке» пространства и на этом всякое движение во Вселенной прекратится навсегда.
Такую Вселенную без всяких оговорок можно считать мёртвой. Но мы с вами, уважаемые читатели, уже неоднократно убеждались, что ОТО абсолютно нерабочая теория и доверять ей в таком важном вопросе как природа гравитации не стоит. Если же гравитация всё-таки сила, то она будет действовать в полном соответствии со всемирным законом притяжения.
Т.е. частицы начнут притягивать друг друга и обязательно сформируют какую-то локальную материальную структуру, тем самым понизив энтропию Вселенной в этой области пространства. В рамках бесконечной стационарной Вселенной таких точек роста материальных структур тоже должно появиться бесконечное количество. И это прямо нарушает второй закон термодинамики, сформулированный Клаузиусом для Вселенной. Мы видим, что энтропия Вселенной начнёт понижаться, уступая свои позиции под натиском самой фундаментальной из всех фундаментальных сил – силы гравитации. В рамках современной научной парадигмы дальнейшая судьба материальных структур, сформированных из элементарных частиц, не очень понятна. Однако я на своём канале уже публиковал статьи о круговороте материи в природе. И предлагаю сейчас вернуться к этой теме. По моим представлениям описанные выше структуры элементарной материи представляют собой не что иное, как чёрные дыры, которые достигнув определённой критической массы должны взорваться и рассеять в окружающее пространство атомы вещества, из которых в дальнейшем будут сформированы звёзды, планеты и прочий космический мусор. Так работает круговорот материи в природе и поэтому наша Вселенная бессмертна.
PS В рамках представленных рассуждений фундаментальность слабого, сильного и электромагнитного взаимодействия вызывает большие сомнения. Не может настоящая фундаментальная сила исчезать и появляться в зависимости от наличия определенных структур материи в окружающем пространстве.
