Относительность. Термодинамика и космология - Толмен Р.
Скачать (прямая ссылка):
релятивистскую, а не классическую механику.
§ 132. Заключение
В заключение этой главы представим некоторые оправдания, для, казалось
бы, преждевременного изложения в двух последних параграфах материала о
возможностях протекания обратимых процессов с конечными скоростями и
необратимых процессов, которые не оканчиваются состояниями с максимальной
энтропией. В самом деле, эти новые свойства можно вполне понять лишь на
примере космологических моделей, изучаемых в следующей главе. Поэтому в
третьей части главы X мы вернемся к вопросам, затронутым в § 130 и § 131.
Материал этот был, однако, введен для того, чтобы в единой форме изложить
различия между классической и релятивистской термодинамикой. Как
указывалось в начале этой главы, из дальнейшего станет ясным, что при
включении термодинамики в общую теорию относительности возникают
качественно новые возможности, которые обязаны в основном новому
пониманию природы пространства и времени, а не каким-то фундаментальным
изменениям постулатов термодинамики.
Остается еще указать на ряд возможных модификаций релятивистской
термодинамики, которые следовало бы выполнить.
Желательно дальнейшее изучение законов, управляющих тепловым потоком, и
нахождение явного выражения для тензора энергии - импульса теплопроводной
жидкости. Надо также исследовать термодинамическое поведение неоднородных
космологических моделей, в которых имеются тепловые потоки между
различными частями. Эти результаты могут оказаться важными для
интерпретации поведения реальной Вселенной.
Следует также изучить термодинамические флуктуации, которые могут играть
весьма важную роль на определенных стадиях космологической эволюции.
Наконец, было бы целесообразно рассмотреть с точки зрения общей теории
относительности внутреннюю связь между термодинамикой и статистической
механикой. Последнее, конечно, выходит за рамки макроскопического
подхода, принятого в этой книге.
ГЛАВА X
космология
ЧАСТЬ I
СТАТИЧЕСКИЕ КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ § 133. Введение
В последней главе мы займемся космологией. Основой для наших исследований
послужат релятивистская механика и термодинамика. Здесь мы вступаем на
увлекательный путь, на котором нас ждут опасные, но интересные проблемы.
Главная опасность хотя и не является довлеющей, тем не менее ставит под
сомнение справедливость всех наших выводов; суть ее в том, что
релятивистская теория гравитации может оказаться неприменимой не только
ко Вселенной в целом, но даже и к небольшой ее части, размеры которой
ограничены пределом видимости 100-дюймового телескопа Маунт Вильсон и
составляют несколько сотен миллионов световых лет*). Три так называемых
"решающих эксперимента", конечно, убеждают нас в том, что теория
отосительности имеет реальные преимущества перед ньютоновой теорией
тяготения и что она дает приемлемую основу для изучения полей в "пустом"
пространстве вокруг звезды вплоть до расстояний порядка размеров
Солнечной системы. Однако экстраполяция этой теории на всю Вселенную в
целом, которая отнюдь не является пустой, а заполнена веществом и
излучением, представляет собою рискованный шаг. Оправдание обобщения
теории надо искать, во-первых, в том, что теория относительности обладает
замечательной внутренней логической стройностью и непротиворечивостью и
уже по этой причине должна быть, по всей вероятности, применимой к
широкому кругу явлений. И, во-вторых, в том, что звезды большей частью
скапливаются, образуя туманности, которые в свою очередь имеют тенденцию
к скоплению. Это указывает на то, что гравитационное взаимодействие
распространяется на большие расстояния, что и предска-
*) Сейчас пределы видимой Вселенной доходят до нескольких миллиардов
световых лет. (Прим. ред.)
22 Р. Толмен
338
ГЛ. X. космология
зывается релятивистской теорией. Наконец, теория относительности
практически является единственной теорией гравитации, применимой к
явлениям в больших областях Вселенной. Поэтому, если мы вообще собираемся
заниматься космологией, то мы должны пользоваться этой теорией.
Другая трудность, которая возникает при построении тех или иных
космологических теорий, состоит в том, что мы слишком мало знаем как о
Вселенной в целом, так и о ее частях. По подсчетам Хаббла, внутри области
радиусом 3-108 световых лет содержится около 108 туманностей! Эти
туманности имеют некоторую тенденцию группироваться в пространстве, хотя
в целом распределяются довольно равномерно с плотностью около одной
туманности на 1018 кубических световых лет. Каждая из них устроена
примерно так же, как и наша Галактика. Из анализа красного смещения в
спектрах этих туманностей можно заключить, что они взаимно разбегаются.
Их видимые диаметры, светимости и цвета позволяют оценить количество
пылевидного вещества, мешающего наблюдению. Таким образом, мы имеем
довольно обширный фактический материал, чтобы судить о структуре
Вселенной вплоть до расстояний 3-108 световых лет и о наиболее вероятной
