우주의 열사

Heat death of the universe
이 기사는 우주의 엔트로픽 탈진에 관한 것입니다.기타 용도는 우주의 열사(Heat Death of the Universe)를 참조하십시오.
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과목이력

우주의 열사()[1][2]는 우주의 궁극적인 운명에 대한 가설로, 우주가 열역학적 자유 에너지가 없는 상태로 진화하여 엔트로피를 증가시키는 과정을 지속할 수 없음을 시사합니다.열사는 특정한 절대 온도를 의미하는 것은 아니며, 온도 차이나 다른 공정을 더 이상 활용하여 작업을 수행하지 않아도 됩니다.물리학에서는 우주가 열역학적 평형에 도달할 때를 말합니다.열사병 이론은 예측 불가능한 요소가 가장 적은 현대 시대의 우주 종말의 선도적인 이론이 되었습니다.

우주의 곡률이 쌍곡선이거나 편평하거나 암흑에너지가 양의 우주상수라면 우주는 영원히 팽창을 계속할 것이고 우주는 매우 오랜 시간이 지난 후 매우 낮은 온도에서 평형에 접근하기 위해 냉각되는 [3]열사가 일어날 것으로 예상됩니다.

열 사망 가설은 1850년대에 열 이론을 자연에서의 기계적 에너지 손실로 받아들이고 보편적인 규모의 더 큰 과정으로 추론한 켈빈 경의 이론에서 비롯됩니다.이것은 또한 켈빈이 무한히 오래된 우주를 반증하는 열사 역설을 공식화할 수 있게 했습니다.[4]

아이디어의 기원

열사에 대한 개념은 열역학 제2법칙에서 비롯되는데, 그 중 하나의 버전은 고립된 계에서 엔트로피가 증가하는 경향이 있음을 명시합니다.이로부터 우주가 충분한 시간 동안 지속된다면 모든 에너지가 균등하게 분포된 상태로 점차 접근할 것이라는 가설이 제시되고 있습니다.다시 말해, 이 가설에 따르면, 자연계에는 열에너지로 기계적 에너지(운동)가 소멸(에너지 변환)되는 경향이 있습니다. 따라서 외삽에 의해, 제2법칙 때문에 일이 열로 전환되면서 시간이 지나면 우주의 기계적 운동이 감소할 것이라는 견해가 있습니다.

우주의 모든 물체가 열을 식히고, 결국 생명체를 지탱할 수 없을 정도로 차가워진다는 추측은 1777년 프랑스 천문학자 장 실뱅 베일리가 천문학의 역사에 관한 글과 뒤이은 볼테르와의 서신에서 처음 제시한 것으로 보입니다.베일리의 견해에 따르면, 모든 행성들은 내부의 열을 가지고 있으며, 지금은 특정한 냉각 단계에 있습니다.예를 들어, 목성은 수천 년 동안 생명체가 살기에는 너무 뜨거운 반면, 달은 이미 너무 춥습니다.이 관점에서 최종 상태는 모든 운동이 중단되는 "평형" 중 하나로 설명됩니다.[5]

그러나 열역학 법칙의 결과로서 열 사망에 대한 아이디어는 1851년에 사디 카르노(1824), 제임스 줄(1843), 루돌프 클라우지우스(1850)의 기계적 에너지 손실 관점에 대해 더 이론화한 켈빈 경(윌리엄 톰슨)에 의해 처음으로 느슨한 용어로 제안되었습니다.그 후 톰슨의 견해는 헤르만 폰 헬름홀츠와 윌리엄 랭킨에 의해 다음 10년에 걸쳐 자세히 설명되었습니다.[6]

역사

우주의 열사에 대한 개념은 열역학의 첫 두 법칙을 보편적 과정에 적용하는 논의에서 비롯됩니다.구체적으로 1851년 켈빈 경은 열의 역학 이론에 대한 최근의 실험에 기초한 견해를 개괄했습니다. "열은 물질이 아니라 역학적인 형태의 기계적 효과입니다. 우리는 원인과 결과 사이에 기계적 일과 열 사이에 동등함이 있어야 한다고 인식합니다."[7]

켈빈 경은 1852년에 보편적인 열사병에 대한 생각을 창안했습니다.

1852년 톰슨은 기계적 운동과 그 운동을 만드는 데 사용된 에너지가 자연적으로 소멸되거나 소멸되는 경향이 있다는 관점에 의해 요약된 열역학 제2법칙의 기초를 설명한 "자연에서의 보편적 경향에 관한 연구"를 출판했습니다.[8]이 논문의 아이디어는 태양의 시대와 보편적인 작동의 역학에 대한 적용과 관련하여 윌리엄 랭킨과 헤르만 폰 헬름홀츠와 같은 사람들을 끌어들였습니다.세 사람은 이 주제에 대해 의견을 교환했다고 합니다.[6]1862년, 톰슨은 에너지의 불멸성(제1법칙)과 에너지의 보편적인 소멸(제2법칙)에 대한 그의 근본적인 믿음을 반복하여 열의 확산, 유용한 운동의 중단, 그리고 잠재적 에너지의 고갈을 "회복할 수 없는" 것으로 이끈 논문인 "태양의 열의 시대"를 출판했습니다.우주 전체에 대한 결과에 대한 그의 견해를 분명히 하면서, 물질적 우주를 통해서.Thomson:

만일 우주가 유한하고 기존의 법칙에 따르도록 내버려진다면, 그 결과는 필연적으로 보편적인 휴식과 죽음의 상태가 될 것입니다.그러나 우주에서 물질의 범위에 대한 한계를 생각하는 것은 불가능합니다. 따라서 과학은 무한한 공간을 통해 위치 에너지를 감지할 수 있는 운동으로 변환시키고 따라서 열로 변환시키는 것을 포함하는 행동의 끝없는 발전을 가리키고 있습니다. 시계처럼 흐르는 하나의 유한한 메커니즘보다,영원히 멈추지 [4]않을 겁니다

이 시계의 예는 켈빈이 우주가 결국 열역학적 평형을 이룰지 확신하지 못했다는 것을 보여줍니다.톰슨은 나중에 "비스 비바"에서 흩어진 에너지를 복원하고 사용 가능한 작업을 수행하여 시계의 방향을 되돌려서 "재생 우주"를 만들어 낼 것이라고 추측했습니다.[9][10]켈빈은 이 책을 시작으로 우주가 열역학적 평형을 이루지 못해 더 많은 작업과 엔트로피 생성이 가능하기 때문에 무한히 오래된 우주라는 고전적 개념을 반증하는 열사 역설(켈빈의 역설)도 소개했습니다.별의 존재와 온도 차이는 우주가 무한히 오래되지 않았다는 경험적 증거로 여겨질 수 있습니다.[11][4]

톰슨의 1852년 논문과 1862년 논문이 발표된 후 몇 년 동안, 헬름홀츠와 랭킨은 톰슨의 역설과 함께 이 아이디어에 공을 돌렸지만, 톰슨이 우주가 "모든 물리적 현상의 끝"이 될 "열사"(헬름홀츠)로 끝날 것이라고 주장하는 견해를 출판함으로써 그의 논문을 더 자세히 읽었습니다.[6][12][unreliable source?]

현황

참고 항목: 엔트로피 § 우주론 및 엔트로피(시간의 화살) § 우주론

우주의 최종 상태에 대한 제안은 우주의 최종 운명에 대한 가정에 달려 있으며, 이러한 가정은 20세기 후반과 21세기 초반에 걸쳐 상당히 다양했습니다.무한히 팽창하는 가설이 있는 "열린" 또는 "평탄한" 우주에서는 결국 열사병이나 빅 립이 발생할 것으로 예상됩니다.[3]만약 우주 상수가 0이라면, 우주는 매우 긴 시간에 걸쳐 절대영도에 접근할 것입니다.그러나 우주 상수가 양수일 경우 온도는 0이 아닌 양의 값으로 점근할 것이고, 우주는 더 이상의 작업이 불가능한 최대 엔트로피 상태에 접근할 것입니다.[13]

온열질환 사망 기간

주요 기사:팽창하는 우주의 미래

그 이론은 빅뱅 때부터 현재까지 우주의 물질과 암흑 물질이 별, 은하, 은하단에 집중되어 있었다고 생각되며, 미래에도 그렇게 잘 될 것으로 추정된다는 것을 암시합니다.따라서 우주는 열역학적 평형에 있지 않고 물체는 물리적인 일을 할 수 있습니다.[14]:§VID호킹 복사에 의한 은하 질량(1011 태양 질량) 정도의 초대질량 블랙홀의 붕괴 시간은 10년100 정도이므로 적어도 [15]그 때까지는 엔트로피를 생성할 수 있습니다.우주의 몇몇 큰 블랙홀들은 아마도 10개까지14 계속 성장할 것으로 예측됩니다. M☉ 초은하단이 붕괴되는 동안이들 조차도 최대 10년의106 기간에 걸쳐 증발하게 됩니다.[16]그 이후 우주는 이른바 암흑시대로 접어들며 주로 광자와 경입자의 희박한 기체로 구성될 것으로 예상됩니다.[14]:§VIA매우 확산성 물질만 남아 있다면, 우주의 활동은 극도로 낮은 에너지 수준과 극도로 긴 시간의 규모로 극적으로 진행될 것입니다.추측으로는, 우주가 제2의 팽창 시대에 접어들거나, 현재의 진공 상태가 거짓 진공이라고 가정하면, 진공은 더 낮은 에너지 상태로 붕괴될 수 있습니다.[14]:§VE엔트로피 생성이 중단되고 우주가 열사에 이를 가능성도 있습니다.[14]:§VID

푸앵카레 재발 정리,[17] 열 변동 [18][19][20]및 변동 정리를 통해 방대한 시간 동안 결국 자발적인 엔트로피 감소가 일어날 것으로 제안됩니다.[21][22]이를 통해 약 년 내에 무작위 양자 변동 또는 양자 터널링에 의해 또 다른 우주가 생성될 수 있습니다.[23]

상반된 견해

맥스 플랑크는 "우주의 엔트로피"라는 말은 정확한 정의가 없다는 것을 인정하기 때문에 의미가 없다고 썼습니다.[24][25]2008년 월터 그랜디는 다음과 같이 썼습니다. "우리가 아직도 거의 이해하지 못하는 우주의 엔트로피에 대해 말하는 것은 다소 주제넘고, 우리는 우주 전체와 그 주요 구성 요소들에 대해 어떻게 열역학적 엔트로피를 정의할 수 있는지 궁금합니다."[26]티자(Tisza)에 따르면, "고립된 계가 평형 상태에 있지 않다면, 우리는 엔트로피를 그것과 연관 지을 수 없습니다."[27]부흐달은 "우주가 닫힌 열역학계로 취급될 수 있다는 완전히 정당화할 수 없는 가정"에 대해 썼습니다.[28]갈라보티에 따르면, "... 평형을 벗어난 계들에 대해서는 일반적으로 받아들여지는 엔트로피 개념이 없다, 심지어 정지 상태에 있을 때도."[29]일반적으로 비평형 상태에 대한 엔트로피 문제를 논의하면서 Lieb과 Yngvason은 다음과 같이 그들의 의견을 표현합니다: "대부분의 물리학자들이 그러한 비평형 엔트로피를 믿고 있음에도 불구하고, 그것을 명확하게 만족스러운 방법으로 정의하는 것은 지금까지 불가능하다고 증명되었습니다."[30]랜즈버그의 의견에 따르면, "세 번째 오해는 열역학, 특히 엔트로피의 개념은 더 이상의 연구 없이도 우주 전체에 적용될 수 있다는 것입니다."이런 질문들은 어떤 흥미를 가지고 있지만, 답은 추측입니다."[31]

2010년 엔트로피 상태 분석에서는 "일반 중력장의 엔트로피는 여전히 알려져 있지 않다", "중력 엔트로피는 정량화하기 어렵다" 등의 반응을 보였습니다.이 분석은 추정에 필요한 몇 가지 가능한 가정을 고려하며 관측 가능한 우주가 이전에 생각했던 것보다 더 많은 엔트로피를 가지고 있음을 시사합니다.분석 결과 초거대 블랙홀이 가장 큰 기여자라는 결론을 내렸기 때문입니다.[32]리 스몰린(Lee Smolin)은 한 걸음 더 나아가, "중력은 우주가 열평형에서 벗어나도록 하는데 중요하다는 것은 오래 전부터 알려져 왔습니다.중력 결합계는 음의 비열을 가지고 있는데, 즉 에너지가 제거될 때 성분의 속도가 증가한다는 것입니다.이러한 시스템은 균질한 평형 상태로 진화하지 않습니다.대신 서브시스템으로 분할됨에 따라 점점 더 구조화되고 이기종화됩니다."[33]이러한 관점은 비교적 단순한 폐쇄형 시스템에서 안정적인 비평형 정상 상태를 최근 실험적으로[when?] 발견한 사실로도 뒷받침됩니다.서브시스템으로 파편화된 고립된 시스템이 반드시 열역학적 평형에 도달하지 않고 비균형 정상 상태로 유지된다는 것을 예상해야 합니다.엔트로피는 한 서브시스템에서 다른 서브시스템으로 전달되지만, 생성량은 0이 되어 열역학 제2법칙과 모순되지 않습니다.[34][35]

대중문화에서

아이작 아시모프의 1956년 단편 '마지막 질문'에서, 인간은 어떻게 하면 우주의 열사를 피할 수 있는지에 대해 반복적으로 궁금해합니다.

1981년 '닥터 후'의 이야기 "로고폴리스"에서, 닥터는 로고폴리스 사람들이 우주에 열 축적을 다른 우주들로 방출하기 위해, 우주의 종말을 지연시키기 위해, 즉 "충전된 진공 주입구"나 "CVE"로 열 축적을 방출하고 있다는 사실을 깨닫게 됩니다.닥터는 자신도 모르게 "Full Circle"에서 그런 환기구를 통과했습니다.

1995년 컴퓨터 게임 '입이 없어, 비명을 질러야 해'에서는 동명의 할란 엘리슨 단편소설을 원작으로, 악의적인 슈퍼컴퓨터 AM이 우주의 열사병에서 살아남아 불멸의 희생자들을 영원히 고문할 것이라고 쓰여 있습니다.

2011년 애니메이션 시리즈 푸엘라 마지 마도카 마지카에서 적대자 큐비는 엔트로피와 싸우고 우주의 뜨거운 죽음을 막기 위해 그들의 에너지를 얻기 위해 수천 년 동안 마법의 소녀들을 만들어 온 외계 종족의 일원임을 밝혔습니다.

파이널 판타지 XIV: 엔드워커의 마지막 막에서 플레이어는 미래의 모든 희망과 더 멀리 살고자 하는 욕망을 잃은 Ea라고 알려진 외계 종족을 만나게 되는데, 이는 모두 우주의 궁극적인 열 죽음에 대해 알게 되었고, 다른 모든 것들을 피할 수 없는 가능성 때문에 무의미하다고 보기 때문입니다.

셀리 시퀀스의 가장 중요한 줄거리는 별들이 백색 왜성이 되는 속도를 가속화함으로써 우주의 열사를 가속화하려는 포토노 버드의 노력에 관한 것입니다.

2023년, ai_spoke의 Squidward Tentacles 캐릭터가 2036년 8월 12일에 우주의 열사가 일어날 것이라고 계속 반복하면서 우주의 열사는 인터넷 밈이 되었습니다.[clarification needed][citation needed]

참고 항목

참고문헌

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