Андрей Гонжаленко - Ответы. Эволюция неоднородности

Чем дольше существует Вселенная, тем меньше суммарная температура всех её энергоматериальных объектов. Вчера во Вселенной было жарче, чем сегодня.

Чем дальше от срединных сфер Вселенной, чем ближе к её внутреннему или внешнему рубежам, тем меньше суммарная температура всех её энергоматериальных объектов. На рубежах Вселенной, как мы помним, материя и её движение постепенно исчезают, так как энергоматериальные объекты распадаются на проточастицы. Если достаточно долго двигаться по прямой в любом направлении, то неизбежно начнёшь приближаться к одному из рубежей Вселенной, то есть неизбежно наступит момент, после которого температура начнёт постоянно и неотвратимо снижаться.

Необходимо отдельно сказать о потенциальной температуре. Температура зависит от скорости перемещения частиц в пространстве. Но мы должны рассматривать не только скорость перемещения частиц внутри системы, внутри тела, но и скорость перемещения в пространстве самого тела. Перемещение тела в пространстве придаёт его атомам скорость второго порядка. Эта вторичная скорость как раз и обуславливает наличие у движущегося тела наличие потенциальной температуры. Она проявляется при взаимодействии такого движущегося тела с другим телом. Только при таком взаимодействии потенциальная температура переходит в обычную, разогревая как само тело, так и взаимодействующие с ним системы. Вот как-то так.

– Извините, Гость, но я попробую в качестве вывода резюмировать следующее: составные частицы Вселенной в каждом цикле её существования эволюционируют от сверхгорячей взаимосвязи движения к сверххолодной взаимосвязи покоя.

– Да! Однако, я добавлю вот что. Эти составные частицы Вселенной имеют неизбежное свойство локально самоорганизовываться во всё более сложные энергоматериальные структуры. А эти разбросанные по космосу структуры неизбежно повышают свою температуру и тем самым делают энтропию Вселенной нелинейной, обеспечивая локальные долговременные всплески повышения энтропии. Хоть энтропия и остаётся в целом однонаправленной – от абсолютного пика при Большом Разрыве до абсолютного нуля при схлопывании.

– А как связан хаос с энтропией? На каком этапе он максимальный?

– Хаос ни как не связан с энтропией. Что вы понимаете под термином «хаос»? «Беспорядок», «несвязанность», «непредсказуемость», да? Да. Но тогда я вот что скажу. Хаос – это мера сложности системы, обусловленной степенью свободы её элементов. Хаос – это степень сложности предсказаний, экстраполяций. «Хаотичный» – значит, «не рассчитанный». Пока не понятый. Величина хаоса, таким образом, зависит от трёх параметров. Первый – степень свободы элементов системы. Второй – размер системы. Например, движение атомов газа в одном изолированном кубическом нанометре вам не покажется хаотичным. Оно будет выглядеть волне причинно-следственным и упорядоченным. Третий параметр – это уровень интеллекта замерщика хаоса.

– Шутка такая?

– Почти.

– Ага, понял. А можно кое-что уточнить? Мы говорили про агрегатные состояния материи и я сразу вспомнил один свой давний детский вопрос, как раз в тему, но на который я так нигде и никогда не нашёл вразумительного ответа: почему атмосфера земли и не улетает, и не падает на землю?

– Это не детский вопрос. И на него действительно никто пока не ответил. Но сегодня я вам отвечу. Без ложной скромности.

С одной стороны, препятствием для массового разлетания молекул и атомов атмосферы в космическое пространство является постепенное снижение интенсивности их внешней энергетической подпитки по мере удаления от поверхности Земли. Теряя энергию на большой высоте, молекулы и атомы атмосферы не могут окончательно покинуть землю, им просто не хватает скорости для окончательного преодоления гравитации. И даже чрезвычайная разрежённость атмосферы, то есть фактическое отсутствие помех полёту в виде встречных молекул, не помогает. И прямое облучение солнцем и космическими излучениями не может компенсировать этим забравшимся на крайние высоты молекулам и атомам энергетические потери, вызванные отсутствием теплового излучения Земли и ослаблением магнитного поля планеты. Поэтому забудьте вбитую вам с детства формулировку, что газ всегда заполняет весь предоставленный ему объём: в условиях гравитации это не так.

С другой стороны, препятствием для массового падения на поверхность Земли молекул и атомов атмосферы является постепенное повышение интенсивности их внешней энергетической подпитки с уменьшением расстояния до этой самой поверхности. Не смотря на повышение давления, плотности и массы атмосферы в приземных слоях, не смотря на то, что вся эта плотная смесь газов и пара начинает обладать существенной силой гравитации и более интенсивно притягивается к Земле, не смотря на это воздух не падает, не «сливается» на Землю. Это потому, что он буквально кипит, воздух приобретает явные признаки тела, которое буквально распирается снизу и изнутри набравшими энергию и «бешено скачущими» молекулами и атомами. Как вода в кастрюле на огне, так и воздух в атмосфере: подогревается снизу и всплывает вверх. Энергия его расширения сильнее гравитации.

Кстати, в приземных слоях атмосферы у многих атомов и молекул хватает энергии и скорости, чтобы покинуть Землю и улететь в космос. Не происходит этого только по двум причинам, каждой из которых хватило бы и по отдельности. Во-первых, частицы в атмосфере из-за своей скученности постоянно натыкаются друг на друга и двигаются настолько сложно (хаотично), что суммарный вектор каждой из них ни коим образом не ведёт к космосу. Во-вторых, даже если случайно какая-либо высокоскоростная частица продвинется в попутных вертикальных потоках воздуха вверх на заметное расстояние, то она начинает испытывать вполне ощутимое снижение внешней подпитки и всё равно теряет энергию и шансы на вылет в космос.

Вот ещё такая мысль: атмосферу можно считать за тело, покрывающее Землю, и толщина этого тела зависит от его температуры. Если на планете станет жарче, то атомы этого тела приобретут большую амплитуду движения, а значит плотность этого тела уменьшится, а объём – толщина атмосферы – увеличится. К тому же в атмосферу вольются дополнительные атомы, которые станут в результате повышения температуры более энергичными и оторвутся от различных веществ с поверхности земли, превратятся в газ и вольются в атмосферу, дополнительно увеличив её объём. И наоборот – с понижением температуры планеты её атмосфера станет более тонкой и более плотной. Для сведения: в среднем, в приземных слоях атмосферы, молекулы летают друг от друга на расстоянии, превышающем их собственный размер в 100 раз. Казалось бы – не густо. Однако, скорость этих молекул в обычных условиях – от 0,5 до 1,5 километров в секунду! В среднем, каждая молекула газа в воздухе сталкивается с другими молекулами несколько миллиардов раз в секунду! При этом длина её свободного пробега составляет около одной миллионной доли миллиметра. Учитывая всё сказанное, нам надо осознать, что воздух – это настоящее тело, с серьёзным внутренним сопротивлением сжатию, и поэтому сила тяжести не может его просто так взять и «сплющить».