Реликтовое излучение кратко



  1. Главная
  2. Астрономия
  3. Реликтовое излучение Вселенной

Одним из интересных открытий, связанных с электромагнитным спектром, является  реликтовое излучение Вселенной. Открыто оно было случайно, хотя возможность его существования была предсказана.

История открытия реликтового излучения

История открытия реликтового излучения началась в 1964 году. Сотрудники американской лаборатории Белл Телефон разрабатывали систему связи с помощью искусственного спутника Земли. Работать эта система должна была на волнах длиной 7,5 сантиметра. Столь короткие волны применительно к спутниковой радиосвязи имеют некоторые преимущества, но до Арно Пензиаса и Роберта Уилсона никто этой проблемы не решал. Они были первооткрывателями в этой сфере и должны были позаботиться о том, чтобы на той же волне не оказалось сильных помех, или  чтобы о таких помехах работники связи знали заранее. В то время считали, что источником радиоволн, идущих из космоса, могут быть лишь точечные объекты вроде радиогалактик или звезд.


Реликтовое излучение Вселенной Источники радиоволн. В распоряжении ученых были исключительно точный приемник и поворотная рупорная антенна. С их помощью ученые могли прослушать весь небесный свод примерно так, как врач прослушивает грудь больного с помощью стетоскопа.

Сигнал природного источника

И вот едва антенну навели на одну из точек небосвода, как на экране осциллографа заплясала кривая линия. Типичный сигнал природного источника. Наверное, специалисты удивились своему везению: в первой же замеренной точке — источник радиоизлучения! Но куда бы они ни направляли свою антенну, эффект оставался тот же. Ученые вновь и вновь проверяли исправность аппаратуры, но она была в полном порядке. И наконец они поняли, что открыли неизвестное ранее явление природы: вся Вселенная оказалась как бы наполнена радиоволнами сантиметровой длины. Если бы мы могли видеть радиоволны, небесный свод представился бы нам светящимся от края до края.Радиоволны Вселенной Радиоволны Вселенной. Открытие Пензиаса и Уилсона было опубликовано. И уже не только они, а и учёные многих других стран начали поиски источников таинственных радиоволн, улавливаемых всеми приспособленными для этой цели антеннами и приемниками, где бы они ни находились и на какую бы точку неба ни нацеливались, причем интенсивность радиоизлучения на волне 7,5 сантиметра в любой точке была абсолютно одинаковой, оно словно бы размазано по всему небу равномерно.


Реликтовое излучение рассчитано учеными

Советские ученые А. Г. Дорошкевич и И. Д. Новиков, предсказавшие реликтовое излучение до его открытия, произвели сложнейшие подсчеты. Они учли все имеющиеся в нашей Вселенной источники излучения, учли и то, как изменилось излучение тех или иных объектов во времени. И оказалось, что в области сантиметровых волн все эти излучения минимальны и, следовательно, за обнаруженное свечение неба никак не ответственны. Между тем дальнейшие расчеты показали, что плотность размазанного излучения очень велика. Вот сравнение фотонного киселя (так назвали ученые загадочное излучение) с массой всей материи по Вселенной. Если все вещество всех видимых Галактик равномерно «размазать» по всему пространству Вселенной, то на три кубических метра пространства придется лишь один атом водорода (для простоты всю материю звезд будем считать водородом). И в то же время в каждом кубическом сантиметре реального пространства содержится около 500 фотонов излучения.
мало, даже если сравнивать не количество единиц вещества и излучения, а прямо их массы. Откуда же взялось столь интенсивное излучение? В свое время советский ученый А. А. Фридман, решая знаменитые уравнения Эйнштейна, открыл, что наша Вселенная находится в постоянном расширении. Вскоре было найдено подтверждение этому. Американец Э. Хаббл обнаружил явление разбегания Галактик. Экстраполируя это явление в прошлое, можно вычислить момент, когда все вещество Вселенной находилось в весьма малом объеме и плотность его была несравненно большей, чем сейчас. В ходе расширения Вселенной происходит и удлинение длины волны каждого кванта пропорционально расширению Вселенной; при этом квант как бы «охлаждается» — ведь чем меньше длина волны кванта, тем он «горячее». Сегодняшнее сантиметровое излучение имеет яркостную температуру около 3 градусов абсолютной шкалы Кельвина. А десять миллиардов лет назад, когда Вселенная была несравненно меньшей, а плотность ее вещества очень большой, эти кванты обладали температурой порядка 10 миллиардов градусов. С тех пор и «засыпана» наша Вселенная квантами непрерывно остывающего излучения. Потому-то «размазанное» по Вселенной сантиметровое радиоизлучение и получило название реликтовое излучение. Реликтами, как известно, называются остатки древнейших животных и растений, сохранившихся до наших дней. Кванты сантиметрового излучения — безусловно, самый древний из всех возможных реликтов. Ведь образование их относится к эпохе, отстоящей от нас примерно на 15 миллиардов лет.


Знание о Вселенной принесло реликтовое излучение

Практически ничего нельзя сказать о том, каким было вещество в нулевой момент, когда его плотность была бесконечно большой. Но явления и процессы, происходившие во Вселенной, всего через секунду после ее рождения и даже раньше, до 10~8 секунды, ученые представляют себе уже довольно хорошо. Сведения об этом принесло именно реликтовое излучение. Итак, прошла секунда с нулевого момента. Материя нашей Вселенной имела температуру 10 миллиардов градусов и состояла из своеобразной «каши» реликтовых квантов, электродов, позитронов, нейтрино и антинейтрино. Плотность «каши» была огромной — более тонны на каждый кубический сантиметр. В такой «тесноте» непрерывно происходили столкновения нейтронов и позитронов с электронами, протоны превращались в нейтроны и наоборот. Но больше всего было тут именно квантов — в 100 миллионов раз больше, чем нейтронов и протонов. Конечно, при подобной плотности и температуре не могли существовать никакие сложные ядра вещества: они тут не распадались. Прошло сто секунд. Расширение Вселенной продолжалось, плотность ее непрерывно уменьшалась, температура падала. Позитроны почти исчезли, нейтроны превратились в протоны. Началось образование атомных ядер водорода и гелия. Расчеты, проведенные учеными, показывают, что 30 процентов нейтронов объединились, образуя ядра гелия, 70 же процентов их остались одинокими, стали ядрами водорода.
ходе этих реакций возникали новые кванты, но их количество не шло уже ни в какое сравнение с первоначальным, так что можно считать, что оно и вовсе не изменялось. Расширение Вселенной продолжалось. Плотность «каши», столь круто заваренной природой вначале, снижалась пропорционально кубу линейного расстояния. Проходили годы, столетия, тысячелетия. Прошло 3 миллиона лет. Температура «каши» к этому моменту упала до 3—4 тысяч градусов, плотность вещества также приблизилась к известной нам сегодня, однако сгустки материи, из которых могли бы сложиться звезды и Галактики, возникнуть еще не могли. Слишком велико было в то время лучевое давление, расталкивавшее любое такое образование. Даже атомы гелия и водорода оставались ионизированными: электроны существовали отдельно, протоны и ядра атомов — также отдельно. Только к концу трехмиллионнолетнего периода в остывающей «каше» начали появляться первые сгущения. Их было поначалу очень немного. Едва одна тысячная часть «каши» сгустилась в своеобразные протозвезды, как эти образования начали «гореть» аналогично современным звездам. И исторгаемые ими фотоны и кванты энергии разогрели начавшую было остывать «кашу» до температур, при которых образование новых сгущений опять оказалось невозможным. Периоды остывания и повторного разогревания «каши» вспышками протозвезд чередовались, сменяя друг друга. А на каком-то этапе расширения Вселенной образование новых сгущений стало практически невозможным уже потому, что некогда столь густая «каша» слишком «разжижилась». Примерно 5 процентов материи успело объединиться, а 95 процентов рассеялось в пространстве расширяющейся Вселенной. Так «рассеялись» и некогда горячие кванты, образовавшие реликтовое излучение. Так рассеялись и ядра атомов водорода и гелия, которые входили в состав «каши».

Гипотеза образования Вселенной


Вот одна из гипотез образования Вселенной: большая часть материи нашей Вселенной находится, отнюдь, не в составе планет, звезд и Галактик, а образует межгалактический газ — 70 процентов водорода и 30 процентов гелия, один атом водорода на кубический метр пространства. Затем развитие Вселенной миновало стадию протозвезд и вступило в стадию обычного для нас вещества, обычных разворачивающихся спиральных Галактик, обычных звезд, самая знакомая из которых — наше Солнце. Вокруг некоторых из этих звезд образовались системы планет, по крайней мере, на одной из таких планет возникла жизнь, в ходе эволюции породившая разум. Как часто встречаются в просторах космоса звезды, окруженные хороводом планет, ученые пока еще не знают. Ничего не могут они сказать и о том, как часто возникает на планетах жизнь.Хоровод планет Хоровод планет. Да и вопрос о том, как часто растение жизни расцветает пышным цветком разума, остается открытым. Известные нам сегодня гипотезы, трактующие все эти вопросы, больше похожи на малообоснованные догадки.


сегодня наука развивается лавинообразно. Совсем недавно ученые вообще не представляли себе, как начиналась наша Вселенная. Открытое около 70 лет назад реликтовое излучение позволило нарисовать ту картину. Сегодня у человечества не хватает фактов, опираясь на которые, оно сможет ответить на сформулированные выше вопросы. Проникновение в космическое пространство, посещения Луны и других планет, приносят новые факты. А за фактами следуют уже не гипотезы, а строгие выводы.

Реликтовое излучение говорит об однородности Вселенной

О чем еще рассказали ученым реликтовые лучи, эти свидетели рождения нашей Вселенной? А. А. Фридман решил одно из уравнений, данных Эйнштейном, и на основе этого решения открыл расширение Вселенной. Для того чтобы решить уравнения Эйнштейна, надо было задать так называемые начальные  условия. Фридман исходил из предположения, что Вселенная однородна и изотропна, что вещество в ней распределено равномерно. И в течение 5—10 лет, прошедших со дня открытия Фридмана, вопрос о том, правильно ли было это его предположение, оставался открытым. Сейчас он по существу снят. Об изотропности Вселенной свидетельствует удивительная равномерность реликтового радиоизлучения. Второй факт свидетельствует о том же — распределение вещества Вселенной между Галактиками и межгалактическим газом.Межгалактический газ Межгалактический газ.
m>Ведь межгалактический газ, составляющий основную часть вещества Вселенной, распределен по ней столь же равномерно, как и реликтовые кванты. Открытие реликтового излучения дает возможность заглянуть не только в сверхдалекое прошлое — за такие пределы времени, когда не было ни нашей Земли, ни нашего Солнца, ни нашей Галактики, ни даже самой Вселенной. Как удивительный телескоп, который можно направить в любую сторону, открытие реликтового излучения позволяет заглянуть и в сверхдалекое будущее. Такое сверхдалекое, когда уже не будет ни Земли, ни Солнца, ни Галактики. Здесь поможет явление расширения Вселенной, то как разлетаются в пространстве слагающие ее звезды, Галактики, облака пыли и газа. Вечен ли этот процесс? Или же разлет замедлится, остановится, а затем сменится сжатием? И не являются ли сменяющие друг друга сжатия и расширения Вселенной своеобразными пульсациями материи, не уничтожимой и вечной? Ответ на эти вопросы зависит в первую очередь от того, сколько материи содержится во Вселенной. Если ее общего тяготения достаточно, чтобы преодолеть инерцию разлета, то расширение неизбежно сменится сжатием, при котором Галактики постепенно сблизятся. Ну а если сил гравитации для торможения и преодоления инерции разлета недостаточно, наша Вселенная обречена: она рассеется в пространстве! Грядущая судьба всей нашей Вселенной! Существует ли проблема более грандиозная? Изучение реликтового излучения дало науке возможность ее поставить. И не исключено, что дальнейшие исследования позволят ее решить.

Источник: LibTime.ru


Реликт рис.1.jpg

Рис.1. Схемы-пояснения к пунктам 2 и 5.

Примечание:
А) При втором варианте расчета (по плотности материи в пространстве) плотность энергии реликтовых фотонов должна будет составить 0,24937 МэВ/м3 (вместо 0,25 МэВ/ м3). То есть нестыковка также составит мизерную величину: 0,00063 МэВ / метр куб.
Б) Окончательный расчет может быть выполнен после получения более точных значений по плотности энергии реликтовых фотонов, поскольку значение плотности 0,25 МэВ/ м3 является, по-видимому, округленной величиной.

3. Таким образом:
3.1 Фотоны микроволнового фонового излучения образуются непосредственно в процессе появления видимой материи (атомов водорода).
3.2. Рождение каждого атома водорода нашей Вселенной происходило только в присутствии (или с участием) одной «вспомогательной» электрон-позитронной пары (1,022 МэВ), которая в процессе появления атома водорода «аннигилировала» (распалась) на фотоны микроволнового фонового излучения. Других источников появления реликтового излучения в нашей Вселенной не было, нет и быть не может.
3.3. Реликтовое излучение – это просто «производственные отходы», которые образуются непосредственно в процессе появления видимой материи (каждого атома водорода).


3.4.  Примечания:
а) участие вспомогательной электрон-позитронной пары в процессе появления атомов водорода не является чем-то необычным. Например: обычный бета-распад нейтрона также происходит с участием вспомогательной электрон-позитронной пары: «…все реакции взаимодействия, связанные с превращением нейтрона в протон происходят внутри одного из кварков d с образованием вспомогательной электрон-позитронной пары. Образование электрон-позитронной пары обязательно, поскольку ее участие требуется по законам сохранения» [3]. По-видимому в данном случае (при рождении водорода) наличие вспомогательной пары также требуется по законам сохранения.
б) объяснить «распад» вспомогательной электрон-позитронной пары на фотоны микроволнового излучения (вместо обычных двух-трех гамма-квантов) на данный момент затруднительно. Однако поскольку «…непосредственно в момент образования материи (электронов, позитронов, протонов…) потенциальные барьеры между частицами, характерные для сильных взаимодействий, еще не существуют», то это также, по-видимому, накладывает определенные условия (ограничительные или разрешительные) непосредственно и на процесс аннигиляции вспомогательной пары. Однако наиболее вероятно, что на процесс «аннигиляции» вспомогательной пары оказывали сильнейшее влияние расположенные рядом (практически впритык) электроны и позитроны других пар, которые своими кулоновскими полями «раздробили-разорвали-перемололи» образовывающиеся гамма-кванты.

4. Приложения:
1. Плотность энергии и числа фотонов фонового излучения в различных диапазонах (Фоновое космическое излучение. Физическая энциклопедия).
фоновое изл. таблица
2.  «…из результатов Европейского космического агентства Planck  телескопа:….чтобы преобразовать эту плотность в массе мы должны умножить на объем, значение, основанное на радиуса "наблюдаемой Вселенной". Поскольку Вселенная расширяется за 13,7 млрд лет, расстояние сопутствующей (радиус) является в настоящее время около 46600 млн световых лет. Таким образом, объем (4/3 π R3) равна 3,58 × 1080 м3 и масса обычного вещества равна плотности ( 4,08 × 10 -28 кг / м 3 ) раза объем ( 3,58 × 10 80 м3 ) или 1,46 × 10 53 кг . (Это дает 0,244 атома на метр куб.)»

3. «Материя времени. Появление видимой материи, глюон, кварки, масса кварков, бета-распад, нейтрино». Раздел 3. «Бета-распад». http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/11493.html  

4. Вспомогательная (третья) электрон-позитронная пара.
4.1. Водород (и только водород) был единственным химическим элементом, который «родился» в процессе появился видимой (барионной) материи. Часть образовавшегося водорода (~ 10%) было затрачено на формирование звёзд и галактик, а остальная часть водорода (~ 90%) осталась «невостребованной» и до сих пор в основном в атомарном виде находится в космическом пространстве как в рассеянном виде, так и в виде облаков, «тонких листов» и т.д. Водород первичен и именно он является:
— единственным материалом для формирования звезд первого поколения;
— основой для «строительства» нейтрона;
— «кирпичиком» для строительства ядер всех химических элементов таблицы Менделеева.
В процессе появления видимой материи рождался только водород. Другие химические элементы не появлялись.
4.2. Все имеющиеся на сегодняшний день протоны (и весь водород) появились в результате разового процесса образования видимой материи, который произошёл в нашей части Вселенной по единственно возможной в Природе схеме: фотоны → электрон-позитронные пары → дробные частицы → кварки, глюон → протон, водород. В настоящее время образование новых протонов в Природе не происходит.
4.3. С первого взгляда (графически и арифметически) для образования водорода из фотонов электромагнитного излучения по схеме: электромагнитная волна → электрон-позитронные пары → дробные частицы → кварки, глюон → протон-водород вполне достаточно двух электрон-позитронных пар. См. рис.2.
протон рис 3..JPG
Рис.2. Схема образования триады кварков (uud) и далее протона из двух электрон-позитронных пар. В образовании дробных частиц (+2/3) и (-1/3) участвуют три частицы (два позитрона и один электрон), а оставшийся электрон затем объединяется с протоном и образует атом водорода. («Материя времени. Появление видимой материи, глюон, кварки, масса кварков, бета-распад, нейтрино», Части 1.5. и 1.7. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/11493.html)
4.4. Однако, что бы эта схема работала необходимы следующие условия: одна электрон-позитронная пара должна быть с параллельными спинами (ортопозитроний), вторая — с антипараллельными спинами (парапозитроний). И появление в этой схеме третьей (вспомогательной) электрон-позитронной пары, по-видимому, также требуется для выполнения некоторых условий или законов сохранения (например: сохранения лептонного или барионного зарядов и др.)
4.5. При этом участие третьей электрон-позитронной пары в процессе появления (рождения) атома водорода может быть прямым или косвенным:
а) косвенное участие. Третья электрон-позитронная пара экранирует (прикрывает, стимулирует) взаимодействующие две первые пары, а затем «рассыпается» на фотоны микроволнового излучения.
б) прямое участие (наиболее вероятное). Третья электрон-позитронная пара является равноправным участником процесса рождения атома водорода, например:
— электрон-3 становится «собственностью» атома водорода;
— позитрон-3 «аннигилирует» с электроном-2;
— остальные частицы (электрон-1, позитроны-1 и -2) образуют кварки и далее позитрон.
4.6. В любом случае:
— появление третьей пары в процессе формирования атома водорода логически непротиворечиво и никаких технологических запретов на её появление не существует;
— наличие в космическом пространстве микроволнового фонового излучения (реликтового излучения) в количестве 1,022 МэВ на каждый атом водорода указывает на то, что третья пара существовала и реально участвовала в процессе появления водорода.

5. «Общекосмическая» константа плотности материи.
Анализируя данные по плотности энергии фонового излучения в различных диапазонах из таблицы [1] и данные по плотности видимой материи (0,24462) можно получить вполне достоверные данные по суммарной плотности всех видов Материи в космическом пространстве.
5.1. В настоящее время в «нашей» части вселенной Материя присутствует в двух видах: в виде видимой материи и в виде фотонов всех диапазонов (фотонного газа). Других «материй» не было, нет и быть не может.
5.2. Плотность этих видов Материи составляет:
— видимая («твёрдая») материя — 0,24462 атома водорода /метр куб. или 938,783 * 0,24462 = 229,645 МэВ / метр куб.
— фотоны реликтового излучения – 0,25 МэВ / метр куб. 
— фотоны остальных диапазонов – 0,0132 МэВ / метр куб.
— также в пространстве присутствуют электронные нейтрино, которые выделились при образовании видимой материи (водорода) в количестве одно нейтрино (0,68МэВ) на каждый атом водорода. Следовательно, плотность энергии «водородных» нейтрино в пространстве составляет 0,166 МэВ/м куб. (плотность «звездных» нейтрино — незначительная).
5.3. Таким образом: суммарная плотность всех видов Материи в нашей части Вселенной составляет около 230,1 МэВ на кубический метр пространства. И вполне достоверно можно утверждать, что эта величина справедлива и для всего бесконечного Пространства и является фундаментальной «общекосмической» константой (230,1 МэВ/метр куб. пространства = const).

4. Возраст Вселенной.

Для определения реального возраста Вселенной достаточно двух величин (значений): плотность энергии «звездных» электромагнитных излучений во всех диапазонах и данные о поступлениях в пространство «звездных» излучений от всех источников Вселенной в единицу времени.
4.1. Первая величина. После появления видимой материи (водорода) в космическом пространстве присутствовало лишь реликтовое излучение. Однако сразу же после появления водорода начинаются процессы формирования звезд и от них в космическое пространство начинают поступать «звездные» электромагнитные излучения всех диапазонов, см. таблицы [1]. В настоящее время плотность энергии этих «звездных» электромагнитных излучений (кроме реликтового излучения) составляет 0,0132 эВ/см куб.
4.2. Вторая величина. В настоящее время уже имеются данные по светимостям не только для звезд всех спектральный классов, но и для отдельных галактик. Осталось «немногое» — определить поток излучения (эВ/сек) от всех объектов Вселенной. Безусловно, эта сложная работа (для получения точной цифры) будет базироваться на ряде допущений. Однако весьма успешная работа агентства Планк по определению плотности материи в пространстве является доказательством реальности решения данной проблемы.
4.3. Поэтому, располагая этими двумя величинами, можно сравнительно достоверно определить максимальный возраст нашей Вселенной.
4.4. Однако уже сейчас можно сделать однозначный вывод о том, что наша Вселенная еще «очень молодая». На сегодняшний день, с начала образования нашей Вселенной, в электромагнитное излучение превратилось ориентировочно около 0,053% «звездного вещества» или 0,0053% всей видимой материи нашей Вселенной.

Источник: petrovvf.livejournal.com

В древние времена самым простым, а иногда и единственным способом для достижения чего-либо невозможного человек считал обращение к помощи потусторонних сил.

Позже, вместе с бурным развитием наук появилась надежда, что технологический прогресс поможет устранить необходимость привлечения сверхъестественного для решения насущных проблем.

Но ведь потребности человека фактически не удовлетворимы, а границы желаемого расширяются намного быстрее, пределов достижимого.

Поэтому даже ученые иногда прибегают к помощи демонов, особенно когда им необходимо бросить вызов какому-нибудь фундаментальному научному закону. Например, второму началу термодинамики, неумолимая суровость которого, теоретически когда-нибудь приведет к концу своего существования всю нашу Вселенную.

И вот, примерно полтора века назад, чтобы обойти этот закон Джеймс Клерк Максвелл призвал демона, которого теперь все так и называют — «демон Максвелла».

Правда «демоном» его назвал другой знаменитый ученый — Уильям Томсон, которого в свою очередь королева Виктория в благодарность за заслуги перед короной нарекла «бароном Кельвином», именем, под которым он с тех пор и известен всему миру.

Кстати, Томсон в 1851 году и сформулировал одно из определений второго закона термодинамики, который в его интерпретации звучит следующим образом: невозможен процесс, единственным результатом которого является получение системой теплоты от одного источника (теплового резервуара) и выполнение ею эквивалентного количества работы.

При этом Томсон опирался на исследования Сади Карно, который в 1824 году в своей работе «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу», посвящённой паровым машинам, первым сформулировал идею, заложившую основу для понимания второго начала термодинамики:

при отсутствии разности температур теплота не может быть преобразована в работу; для постоянного производства работы тепловой машине необходимо иметь по крайней мере два тепловых резервуара с различными температурами — нагреватель и холодильник.

Но и здесь, если говорить о названиях, не все просто и однозначно. На самом деле, исторически первая формулировка закона и его определение «вторым началом термодинамики» принадлежат Рудольфу Клаузиусу.

Более того, понятие энтропии, её обозначение и название тоже были введены Клаузиусом в 1865 году.

Хотя, когда речь заходит об энтропии, большинство в первую очередь вспоминает Людвига Больцмана.

Энтропия — степень упорядоченности системы.

И раз речь, наконец, дошла до энтропии, то самое время вернуться к нашему демону.

Итак, «демон» впервые появился в письме, которое Максвелл написал Питеру Гатри Тейту 11 декабря 1867 года в виде описания мысленного эксперимента, гипотетически позволяющего нарушать второй закон термодинамики. Позже он снова появился в письме Джону Уильяму Стратту в 1871 году, и только потом он был окончательно представлен публике в книге Максвелла 1872 года по термодинамике под названием «Теория тепла».

В своих письмах и книгах Максвелл описывал агента, открывающего дверь между комнатами, как «определенное существо» («finite being»). Как уже упоминалось, Уильям Томсон, он же лорд Кельвин, первым использовавший слово «демон» для концепции Максвелла в журнале Nature в 1874 году, на самом деле имел в виду посредническую, а не злобную коннотацию этого слова.

Согласно описанию Максвелла суть его мысленного эксперимента состоит в следующем:

представим себе герметичный контейнер, разделенный на две одинаковые части A и B газонепроницаемой перегородкой, в которой имеется единственная дверца. В начале опыта обе половины заполнены газом определенной температуры. Как известно температура вещества зависит от средней скорости движения молекул в нем, но при этом отдельные молекулы двигаются с разной скоростью — есть быстрые и медленные молекулы. Задача «демона» состоит в том, чтобы распознавать и отслеживать быстрые и медленные молекулы, и открывать дверцу в нужный момент, чтобы молекулы с высокой кинетической энергией переходили из секции от A в секцию B, а молекулы с низкой кинетической энергией из B в A. Таким образом, он без затрат работы поднимет температуру секции B и понизит температуру секции A, что противоречит второму закону термодинамики.
При этом тепловая машина, работающая между секциями A и B, могла бы извлечь полезную работу из этой разницы температур.

Но это было бы слишком здорово, практически прямой путь к созданию вечного двигателя.

Все надежды на привлечение «демона Максвелла» к такому нужному делу были развеяны в 1929 году Лео Сцилардом. Сцилард обратил внимание на то, что реальный демон Максвелла должен иметь какие-то средства измерения молекулярной скорости и что получение информации тоже потребует затрат энергии. Поскольку демон и газ взаимодействуют, следует учитывать общую энтропию газа и демона вместе взятых. Расход энергии демоном вызовет увеличение энтропии демона, которое будет больше, чем понижение энтропии газа.

Звучит исчерпывающе! Казалось бы, вопрос закрыт? Снова «невозможное изобретение»!

И да, и нет.

Да – такое изобретение воплотить невозможно. Но, нет — вопрос не закрыт до сих пор.

Поскольку нарушение законов физики, в отличие от прочих законов, не грозит перспективой наказания, а вот на премию типа Нобелевской нарушитель вполне может рассчитывать, то желающих представить миру свою версию демона Максвелла превеликое множество.

Только за последнее десятилетие было предпринято несколько эффектных попыток.

В 2010 году мысленный эксперимент в реальности удалось воплотить физикам из университетов Тюо и Токийского университета.

Источник: pikabu.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.