La muerte térmica del Universo , también la Gran Helada [1] es una hipótesis planteada por R. Clausius en 1865 basada en la extrapolación de la segunda ley de la termodinámica a todo el Universo . Según Clausius, el Universo finalmente debe llegar a un estado de equilibrio termodinámico, o "muerte térmica" [2] (un término que describe el estado final de cualquier sistema termodinámico cerrado ) con el tiempo.
Si el Universo es plano o abierto, entonces se expandirá para siempre (ver " Universo de Freedman ") y se espera que como resultado de tal evolución alcance el estado de "muerte térmica" [3] . Si la constante cosmológica es positiva, como indican observaciones recientes, el universo eventualmente se acercará a un estado de máxima entropía [4] .
En 1852, William Thomson (Baron Kelvin) formuló el "principio de disipación de energía", del cual se deduce que después de un período finito de tiempo, la Tierra se encontraría en un estado inadecuado para la habitación humana [5] . Fue la primera formulación de ideas sobre la "muerte térmica", hasta ahora única de la Tierra.
La conclusión sobre la muerte térmica del Universo fue formulada por R. Clausius en 1865 sobre la base de la segunda ley de la termodinámica . De acuerdo con la segunda ley, cualquier sistema físico que no intercambie energía con otros sistemas tiende al estado de equilibrio más probable, al llamado estado de máxima entropía . Tal estado correspondería a la muerte térmica del Universo [6] . Incluso antes de la creación de la cosmología moderna, se hicieron numerosos intentos para refutar la conclusión sobre la muerte térmica del Universo. La más famosa de ellas es la hipótesis de la fluctuación de L. Boltzmann ( 1872 ), según la cual el Universo siempre ha estado en un estado isotérmico de equilibrio, pero según la ley del azar, a veces en un lugar u otro, se producen desviaciones de este estado. a veces ocurren; ocurren con menor frecuencia, cuanto mayor es el área capturada y mayor es el grado de desviación.
Uno de los argumentos en contra de la hipótesis de la “muerte térmica del Universo” [K 1] se basa en el concepto de la infinitud del Universo , por lo que las leyes de la termodinámica, basadas en el estudio de objetos de tamaño finito, no son aplicables a el Universo en principio. M. Planck comentó sobre esto: “Apenas tiene sentido hablar de la energía o la entropía del mundo, porque tales cantidades no son susceptibles de una definición precisa” [8] .
Las objeciones contra la hipótesis de la "muerte térmica del Universo" por parte de la física estadística se reducen al hecho de que los procesos absolutamente prohibidos por la segunda ley son simplemente improbables desde el punto de vista estadístico. Para los macrosistemas ordinarios, tanto las leyes estadísticas como las fenomenológicas conducen a las mismas conclusiones. Sin embargo, para sistemas con un pequeño número de partículas, o para un sistema infinitamente grande, o para un tiempo de observación infinitamente largo, los procesos espontáneos que violan la segunda ley de la termodinámica se vuelven permisibles [9] . Además, en sistemas cerrados y aislados (que contienen subsistemas), unidos por la regla general de entropía no decreciente, todavía son posibles estados estacionarios estables de no equilibrio. Además, tales estados pueden inducirse en un sistema que ya se encuentra en equilibrio termodinámico. Tal sistema tendrá la máxima entropía y la producción de entropía será cero, lo que no contradice la segunda ley. En teoría, tales estados pueden durar indefinidamente [10] [11] .
En la cosmología
moderna , tener en cuenta la gravedad lleva a la conclusión de que una distribución isotérmica uniforme de la materia en el Universo no es la más probable y no corresponde al máximo de entropía.
Las observaciones confirman la teoría de A. A. Fridman , según la cual la Metagalaxia (Universo astronómico) no es estacionaria: actualmente se está expandiendo, y la materia bajo la influencia de la gravedad se condensa en objetos separados , formando cúmulos de galaxias , galaxias , estrellas , planetas . Todos estos procesos son naturales, van con un aumento de entropía y no requieren modificación de las leyes de la termodinámica para su explicación [12] ; incluso la misma formulación de la cuestión de la "muerte térmica del Universo" parece injustificada [13] .
No importa cuán dudosa pueda parecer la conclusión de Clausius sobre la "muerte térmica" del Universo desde un punto de vista moderno, fue esta conclusión la que sirvió de impulso para el desarrollo del pensamiento teórico, que, en los trabajos de A. Einstein, A. A. Friedman y G. A. Gamow, condujeron al modelo de evolución relativista-termodinámico ahora ampliamente aceptado [14][ ambiguo ] .
En la etapa actual de existencia (13.720 millones de años), el Universo irradia como un cuerpo absolutamente negro con una temperatura de 2.725 K. El espectro de emisión alcanza su punto máximo en una frecuencia de 160,4 GHz ( radiación de microondas ), que corresponde a una longitud de onda de 1,9 mm . Es isotrópico con una precisión de 0,001%.
El tema de la muerte térmica del universo es el tema de una serie de historias de ciencia ficción (por ejemplo, la historia " La última pregunta " de Isaac Asimov ). Además, este tema formó la base de la trama del anime " Mahou Shoujo Madoka Magica ".
En el universo de la serie de televisión británica Doctor Who , este estado final particular ocurrió 100 billones de años (que se muestra en el episodio " Utopía ") [15] después del Big Bang , a través del cual se formó el universo.
En el episodio El difunto Philip J. Fry de la serie animada Futurama , los héroes presenciaron la muerte térmica del actual y el posterior nacimiento de un universo nuevo, casi completamente idéntico. El nuevo universo se desplazó 1 metro con respecto al anterior.
La termodinámica no da fundamento a la suposición de que el universo se está muriendo. Ganar entropía siempre significa perder la conciencia y nada más.
— G. N. Lewis . Citado de [7] ![]() |
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