Как образование Солнечной системы не нарушает второй закон термодинамики?

Более подробно этот вопрос рассматривается в статье Джона Баэза .

Хотя статья предполагает только базовое понимание физики, это, вероятно, слишком много для нефизика, поэтому я подытожу. Когда газовое облако схлопывается, частицы внутри него ограничиваются меньшим объемом пространства, поэтому энтропия, связанная с их положением (назовем это$S_P$) снижается - в основном система становится более упорядоченной. Однако, когда облако схлопывается, оно нагревается, и энтропия, связанная с температурой (назовем это$S_T$) Продолжается. Коллапсирующее облако, конечно, в конце концов остынет, но это просто переносит энтропию$S_T$к фотонам, излучаемым в космос. В любом случае, полное изменение энтропии при коллапсе будет:

и мы знаем, что$S_P \lt 0$и$S_T \gt 0$так что эти два термина отменяют друг друга.

Только Джон Баэз показывает, что они не сокращаются полностью, а общая энтропия все равно снижается, а это, как вы говорите, является нарушением второго закона.

Чего не хватает в расчетах, так это энтропии, связанной с гравитационным полем. По этому поводу уже возникали различные вопросы, например, является ли плоскостность пространства мерой энтропии? , но я подозреваю, что они будут в значительной степени непонятны неспециалисту. Достаточно сказать, что падающее вещество увеличивает напряженность связанного с ним гравитационного поля, а это увеличивает энтропию. Включите этот член, и полная энтропия положительна, поэтому второй закон не нарушается.

Конечным пределом этого является образование черной дыры. Несмотря на то, что (классическая) черная дыра полностью характеризуется всего тремя параметрами: массой, спином и зарядом, черная дыра обладает максимально возможной энтропией для занимаемого ею объема пространства.

Насколько я понимаю, Солнечная система развилась из массивного молекулярного облака. Мне кажется, что это нарушает второй закон термодинамики, поскольку я думаю, что это предполагает порядок из беспорядка.

Здесь есть две проблемы. Одним из них является концепция энтропии как беспорядка. В настоящее время в ряде текстов по термодинамике эта старая концепция отброшена. Во-первых, это не помогает понять энтропию. Во-вторых, это не обязательно правильно. Что такое «расстройство»? Если беспорядок — всего лишь синоним увеличения энтропии, объяснение энтропии как меры беспорядка — бессмысленная тавтология. Вы должны быть очень осторожны, если «беспорядок» означает нечто большее.

Вторая проблема, и она гораздо серьезнее, заключается в том, что здесь неприменим второй закон термодинамики. Второй закон термодинамики применим к изолированным системам. Коллапсирующее газовое облако не является изолированной системой. Как только газовое облако достаточно коллапсирует, оно становится непрозрачным. Он излучает энергию термически. Эта излучаемая энергия переносит энтропию из газового облака во Вселенную в целом. Второй закон применим к газовому облаку и остальной системе вселенной. Это не обязательно относится к самому газовому облаку.

Фактически энтропия газового облака уменьшается по мере его коллапса. В этом нет ничего плохого. Подумайте о вашем кондиционере. Включение вашего переменного тока уменьшает энтропию вашего дома. Ваш АС переносит энтропию из вашего дома в окружающий воздух. Коллапсирующее газовое облако аналогичным образом передает энтропию остальной Вселенной.

Хорошее полутехническое обсуждение общей проблемы (как эволюция Вселенной после Большого взрыва, включая формирование галактик, звезд и т. д., может быть согласована со 2-м законом) можно найти здесь: http: //arxiv.org/abs/0907.0659

Важно понимать, что хотя ансамбль атомов в газовом облаке действительно, как подсказывает ваша интуиция, теряет энтропию во время формирования Солнца, общая энтропия Вселенной увеличивается, потому что фотоны, испускаемые при коллапсе газового облака, вносят свой вклад. намного больше энтропии. Это излучение довольно близко к излучению черного тела, которое является формой излучения с максимальной энтропией. (На самом деле это не «перенос» энтропии; вновь созданные фотоны черного тела добавляют во Вселенную значительное количество энтропии, более чем достаточное, чтобы компенсировать потерю энтропии атомами.)

«Энтропия, связанная с гравитационным полем» (как следует из первого ответа) просто не имеет значения.