Иссякает ли Вселенная энергия? | раскрытый

ГОЛОС ЗА КАДРОМ: Ной Баум СЦЕНАРИЙ: Кейтлин Джонсон
Энергия — это то, что нужно всему во Вселенной, чтобы функционировать. Людям нужно есть и пить, чтобы продолжать движение, в то время как далеким звездам нужно огромное количество топлива, чтобы продолжать гореть. Но ограничен ли этот космический источник энергии? Или мы идем к максимальной энтропии и термодинамическому равновесию?

В этом видео Unveiled задает экстраординарный вопрос; У Вселенной заканчивается энергия?

Стенограмма ∧

Иссякает ли Вселенная энергию?

Энергия — это то, что нужно всему во Вселенной, чтобы функционировать. Людям нужно есть и пить, чтобы продолжать движение, в то время как далеким звездам нужно огромное количество топлива, чтобы продолжать гореть. Но ограничен ли этот космический источник энергии?

Это раскрыто, и сегодня мы отвечаем на экстраординарный вопрос; у Вселенной заканчивается энергия?

Первый закон термодинамики, один из фундаментальных принципов физики, заключается в сохранении энергии: эта энергия не может быть создана или уничтожена. Она может быть преобразована только из одного вида энергии в другой. Например, если вы держите бейсбольный мяч, ваша рука полна потенциальной энергии; если вы напрягаетесь и бросаете мяч, он становится кинетической энергией, заставляя мяч двигаться. Из-за этого фундаментального правила вся энергия, которая когда-либо будет существовать, уже существует, и существовала с момента Большого взрыва 13,8 миллиарда лет назад. Но даже если энергию нельзя уничтожить, это не значит, что ее нельзя изменить настолько радикально, что она станет бесполезной.

Именно здесь вступает в действие второй закон термодинамики: энтропия изолированной системы всегда будет увеличиваться с течением времени, причем «энтропия» означает, сколько «бесполезной» или «недоступной» энергии имеет система. Таким образом, по мере увеличения энтропии увеличивается и количество беспорядка или хаоса в этой системе; она становится все более случайной. В случае с сегодняшним вопросом изолированная система — это вся наша Вселенная, которая, если принять ее за изолированную систему, с течением времени наполняется все большей и большей бесполезной энергией.

Неважно, что энтропия может на самом деле уменьшаться в неизолированной системе (например, внутри человека), потому что это уменьшение всегда компенсируется тем, что происходит в окружении этой системы. Но изолированная система не имеет окружения, которое могло бы каким-либо образом повлиять на энтропию, разбавить ее или обратить вспять.Итак, поскольку мы живем и дышим сегодня, поскольку все существует прямо сейчас, мы могли бы (согласно некоторым из наиболее известных теорий) медленно продвигаться к состоянию, в котором вселенная на 100% состоит из бесполезной энергии: максимальная энтропия.

Однако следует учитывать и относительно новое явление; темная энергия. Темная энергия, безусловно, является самым распространенным веществом во Вселенной, но она также и самая загадочная. Мы на самом деле не знаем, что такое темная энергия, просто то, что она занимает примерно 70% Вселенной и не обладает такими же свойствами, как барионная или обычная материя — вещество, из которого состоят каждая планета, звезда и живое существо. на Земле, но все же всего 5% Вселенной в целом.

Считается, что темная энергия способна противодействовать гравитации и является ключевой частью загадки космического расширения. Когда в начале двадцатого века было обнаружено, что Вселенная расширяется (вопреки тому, что ученые считали правдой ранее), мы сначала думали, что гравитация в конечном итоге заставит расширение замедлиться, сблизив все объекты во Вселенной. Но теперь мы знаем, что это совсем не то, что происходит. Вместо этого такие явления, как красное смещение и наблюдения за тусклостью сверхновых, доказали, что все во Вселенной движется все дальше с ускорением… и считается, что именно темная энергия раздувается, чтобы заполнить пробелы, образовавшиеся в космосе. Важно, однако, то, что мы еще не могли непосредственно наблюдать или обнаруживать темную энергию, проводить какие-либо реальные исследования ее — хотя есть теории, связывающие ее с энтропийной энергией (или силой), «бесполезным» остатком энтропии.

Однако темная энергия или нет, но что на самом деле произойдет, если вся энергия во Вселенной будет преобразована до такой степени, что вся она будет эффективно «израсходована»?

Тепловая смерть — одна из самых популярных теорий о том, как Вселенная встретит свой окончательный конец.Также называемое «Большой заморозкой», это произойдет, когда Вселенная наконец достигнет термодинамического равновесия — когда нечего будет преобразовывать в энтропийную энергию. В этом состоянии у Вселенной просто закончится тепловая энергия, а это означает, что каждая звезда умрет, а каждая планета перестанет функционировать. Это не единственная теория конца всего сущего, но она соответствует современным моделям космического расширения; звезды действительно постепенно тускнеют не только потому, что удаляются дальше, но и потому, что у Вселенной заканчивается топливо, необходимое для их поддержания. На самом деле, исследование 2010 года, проведенное Австралийским национальным университетом, хотя и уделяло больше внимания черным дырам, даже предположило, что энтропия в тридцать раз выше, чем мы думали ранее. Это в тридцать раз больше бесполезной энергии, чем мы даже предполагали!

Подобные открытия предполагают, что Вселенная уже вышла из расцвета своей жизни — что у нее действительно заканчивается энергия — потому что эти цифры будут только ухудшаться. Но с другой стороны, временные масштабы жизни космоса часто намного больше, чем мы можем себе представить. Подсчитано, например, что для того, чтобы разыграться тепловая смерть, потребуется примерно 10 лет в степени 100, или один гугол; это 1 со 100 нулями после него! Поскольку Солнце должно расшириться и уничтожить Землю всего через несколько миллиардов лет, маловероятно, что люди будут рядом, когда наконец произойдет тепловая смерть.

Чтобы перевернуть эту идею с ног на голову, он подчеркивает, как нам на самом деле невероятно повезло существовать во Вселенной именно в этой точке пространства и времени. Хорошо известно, что мы живем на идеальном для жизни расстоянии от нашего Солнца (даже если оно в конечном итоге убьет нас), но некоторые ученые предполагают, что мы также находимся в «временной зоне Златовласки». У нас есть все важные ингредиенты для жизни, и нам действительно не нужно беспокоиться о том, что однажды мы станем жертвами Большой заморозки.Галактическая химическая эволюция, по сути, удалась прямо здесь и сейчас; Вселенная находится как раз на подходящем этапе своего масштабного процесса преобразования энергии, чтобы сделать возможной жизнь на Земле. Дело не только в том, что звезды сошлись для нас, а в большей степени, в том, что касается физических основ.

Интересно, что энтропия — это не только физическая проблема. Это также было исследовано в связи с человеческой психологией и биологией — некоторые ученые даже предполагают, что энтропия — это то, что питает человеческое сознание… идея состоит в том, что сознание человека — это своего рода энтропийный продукт их собственной системы; непостижимая потенциальная мера того, «как работает их мозг». Некоторые даже предполагали, что энтропия является неотъемлемой частью эволюции самой жизни; что по мере развития жизни она прокладывает свой неизбежный путь к возможному равновесию. Один ученый, Илья Пригожин, получил Нобелевскую премию за свои исследования в этой особенно странной области науки в 1970-х годах. Но это уже для другого видео!

На данный момент, однако, если законы термодинамики не верны, мы знаем, что Вселенная действительно имеет ограниченный запас полезной энергии… Это не совсем «истощение» энергии, но преобразование ее во что-то другое, по-видимому, на одном уровне. путь к равновесию и тепловой смерти. Но, если это то, что в конечном итоге произойдет, то этого не произойдет, по крайней мере, еще в течение нескольких гугол-лет. И это действительно, очень далеко в будущем!