חשוב שאדם יבין לא רק באיזה עולם הוא נמצא, אלא גם איך העולם הזה צמח. האם היה משהו לפני הזמן והמרחב שקיימים עכשיו. איך החיים נוצרו בכוכב הבית שלו, והכוכב עצמו לא הופיע משום מקום.
בעולם המודרני הועלו תיאוריות רבות לגבי הופעת כדור הארץ ומקור החיים בו. מחוסר סיכוי לבחון את התיאוריות של מדענים שונים או תפיסות עולם דתיות, עלו עוד ועוד השערות שונות. אחת מהן, שתידון, היא ההשערה התומכת במצבים נייחים. הוא פותח בסוף המאה ה-19 וקיים עד היום.
הגדרה
The Steady State Hypothesis תומכת בדעה שכדור הארץ לא נוצר עם הזמן, אבל תמיד היה קיים ותמך כל הזמן בחיים. אם הפלנטה אכן השתנתה, אז זה היה די חסר חשיבות: מינים של בעלי חיים וצמחים לא התעוררו, ובדיוק כמוכוכב הלכת, תמיד היו, או שמתו או שינו את מספרם. השערה זו הונחה על ידי הרופא הגרמני תיירי וויליאם פרייר בשנת 1880.
מאיפה באה התיאוריה?
כרגע זה בלתי אפשרי לקבוע את גילו של כדור הארץ בדיוק מוחלט. על פי מחקר המבוסס על דעיכה רדיואקטיבית של אטומים, גיל כדור הארץ הוא כ-4.6 מיליארד שנים. אבל שיטה זו אינה מושלמת, מה שמאפשר למומחים לתמוך בראיות שמספקת תיאוריית המצב היציב.
הגיוני לקרוא לחסידי השערה זו מיומנים, לא מדענים. על פי נתונים מודרניים, נצחיות (כך נקראת התיאוריה של מצב נייח) היא יותר דוקטרינה פילוסופית, שכן ההנחות של החסידים דומות לאמונות של דתות המזרח: יהדות, בודהיזם - על קיומו של נצח. יקום לא נוצר.
צפיות של עוקבים
בניגוד לתורות דתיות, לחסידים התומכים בתיאוריית המצבים הנייחים של כל האובייקטים של היקום יש רעיונות מדויקים למדי לגבי השקפותיהם שלהם:
- כדור הארץ תמיד היה קיים, כמו גם החיים עליו. גם לא הייתה התחלה של היקום (הכחשת המפץ הגדול והשערות דומות), הוא תמיד היה.
- השינוי מתרחש במידה מועטה ואינו משפיע מהותית על חיי האורגניזמים.
- לכל מין יש רק שתי דרכים להתפתחות: שינוי במספר או הכחדה - מינים לא עוברים לצורות חדשות, לא מתפתחים ואפילו לא משתנים באופן משמעותי.
אחד המדענים המפורסמים ביותר שתומכים בהשערה של נייחמדינה, היה ולדימיר איבנוביץ' ורנדסקי. הוא אהב לחזור על המשפט: "… לא הייתה התחלה של חיים בקוסמוס שאנו רואים, שכן לא הייתה התחלה של הקוסמוס הזה. היקום הוא נצחי, כמו החיים בו."
התיאוריה של המצב הנייח של היקום מסבירה שאלות בלתי פתורות כמו:
- גיל של אשכולות וכוכבים,
- הומוגניות ואיזוטרופיה,
- קרינת שרידים,
- פרדוקסים להסטה לאדום עבור עצמים רחוקים, שסביבם המחלוקות המדעיות עדיין לא שוככות.
Evidence
הראיה הכללית למצב יציב מבוססת על הרעיון שניתן להסביר את היעלמותם של משקעים (עצמות ומוצרי פסולת) בסלעים על ידי גידול בגודל של מין או אוכלוסייה, או נדידת נציגים לסביבה עם אקלים נוח יותר. עד לנקודה זו לא השתמרו המשקעים בשכבות בשל פירוקם המוחלט. אין להכחיש שבחלק מסוגי קרקעות השרידים נשמרים למעשה טוב יותר, ובחלק גרוע יותר או בכלל לא.
לפי העוקבים, רק מחקר של מינים חיים יעזור להסיק מסקנות לגבי הכחדה.
הראיה הנפוצה ביותר לקיומם של מצבים נייחים היא קואלקנתים. בקהילה המדעית הם הובאו כדוגמה למין מעבר בין דגים ודו-חיים. עד לאחרונה הם נחשבו נכחדים בסביבות סוף תקופת הקרטיקון - לפני 60-70 מיליון שנה. אבל ב-1939, מול החוף של בערך.מדגסקר נתפסה חיה נציגה של coelacanths. לפיכך, כעת הקואלקנת כבר לא נחשב לצורת מעבר.
ההוכחה השנייה היא Archeopteryx. בספרי לימוד ביולוגיה, יצור זה מוצג כצורת מעבר בין זוחלים לציפורים. היו לו נוצות והוא יכול היה לקפוץ מענף לענף למרחקים ארוכים. אבל התיאוריה הזו קרסה כאשר, בשנת 1977, נמצאו בקולורדו שרידים של ציפורים ללא ספק עתיקות מעצמות הארכיאופטריקס. מכאן שההנחה נכונה שארכיאופטריקס לא היה צורת מעבר ולא ציפור ראשונה. בשלב זה, השערת המצב היציב הפכה לתיאוריה.
בנוסף לדוגמאות בולטות כאלה, יש עוד דוגמאות. לדוגמה, התיאוריה של מצב יציב מאושרת על ידי ה"נכחד" ונמצאת ב-lingulas של חיות בר (ברכיופודים ימיים), tuatara, או tuatara (לטאה גדולה), סולנדונים (שרצים). במשך מיליוני שנים, המינים הללו לא השתנו מאבותיהם המאובנים.
די ב"טעויות" פליאונטולוגיות כאלה. אפילו עכשיו, מדענים לא יכולים לומר בדיוק איזה מין נכחד יכול להיות קודמו של המין החי. הפערים הללו בהוראה הפליאונטולוגית הם שהובילו את החסידים לרעיון קיומו של מצב נייח.
סטטוס בקהילה המדעית
אבל תיאוריות המבוססות על טעויות של אנשים אחרים אינן מקובלות בחוגים מדעיים. מצבים נייחים סותרים את המחקר האסטרונומי המודרני. סטיבן הוקינג בספרו A Brief Historytime" מציין שאם היקום באמת התפתח ב"זמן דמיוני", אז לא יהיו יחודיות.
ייחודיות במובן האסטרונומי היא נקודה שאי אפשר לצייר דרכה קו ישר. דוגמה בולטת היא חור שחור - אזור שאפילו אור שנע במהירות המרבית הידועה לא יכול לצאת ממנו. מרכזו של חור שחור נחשב לסינגולריות - אטומים דחוסים עד אינסוף.
לכן, בקהילה המדעית, השערה כזו היא פילוסופית, אך תרומתה לפיתוח תיאוריות אחרות חשובה. לפיכך, השאלות שהוצגו לארכיאולוגים ופליאונטולוגים על ידי חסידי הנצחיות מאלצות את המדענים לסקור בזהירות רבה יותר את מחקריהם ולבדוק מחדש נתונים מדעיים.
בהתחשב במצבים נייחים כתיאוריה של מקור החיים בכדור הארץ, אסור לנו לשכוח את המשמעות הקוונטית של הביטוי הזה, כדי לא להתבלבל במושגים.
מהי תרמודינמיקה קוונטית?
פריצת הדרך המשמעותית הראשונה בתרמודינמיקה קוונטית נעשתה על ידי נילס בוהר, שפרסם את שלושת ההנחות העיקריות שעליהן מתבסס הרוב המכריע של החישובים וההצהרות של הפיזיקאים והכימאים של ימינו. שלוש הנחות נתפסו בספקנות, אבל אי אפשר היה שלא לזהותן כנכונות באותה עת. אבל מהי תרמודינמיקה קוונטית?
צורה תרמודינמית הן בפיזיקה הקלאסית והן בפיסיקה הקוונטית היא מערכת של גופים המחליפים אנרגיה פנימית זה עם זה ועםגופים מסביב. זה יכול להיות מורכב מגוף אחד או מכמה, ובמקביל הוא נמצא במצבים שונים בלחץ, נפח, טמפרטורה וכו'.
במערכת שיווי משקל, לכל הפרמטרים יש ערך קבוע בהחלט, כך שהוא מתאים למצב שיווי משקל. מייצג תהליכים הפיכים.
בצורה שאינה שיווי משקל, לפרמטר אחד לפחות אין ערך קבוע. מערכות כאלה אינן משיווי משקל תרמודינמי, לרוב הן מייצגות תהליכים בלתי הפיכים, למשל כימיים.
אם ננסה להציג את מצב שיווי המשקל בצורה של גרף, נקבל נקודה. במקרה של מצב שאינו שיווי משקל, הגרף תמיד יהיה שונה, אך לא בצורה של נקודה, עקב ערך לא מדויק אחד או יותר.
הרפיה היא תהליך המעבר ממצב לא שיווי משקל (בלתי הפיך) למצב שיווי משקל (הפיך). המושגים של תהליכים הפיכים ובלתי הפיכים ממלאים תפקיד חשוב בתרמודינמיקה.
משפט פריגוז'ין
זו אחת המסקנות של התרמודינמיקה לגבי תהליכים שאינם שיווי משקל. לדבריו, במצב נייח של מערכת לא שיווי משקל ליניארית, ייצור האנטרופיה הוא מינימלי. עם היעדר מוחלט של מכשולים להשגת מצב של שיווי משקל, ערך האנטרופיה יורד לאפס. המשפט הוכח בשנת 1947 על ידי הפיזיקאי I. R. Prigogine.
המשמעות של זה היא שלמצב הנייח בשיווי המשקל, שאליו נוטה המערכת התרמודינמית, ייצור אנטרופיה נמוך ככל שמאפשרים תנאי הגבול המוטלים על המערכת.
הצהרה של פריגוז'יןיצאו ממשפטו של לארס אונסאגר: עבור סטיות קטנות משיווי המשקל, ניתן לייצג את הזרימה התרמודינמית כשילוב של סכומי הכוחות המניעים ליניאריים.
הגותו של שרדינגר בצורתה המקורית
משוואת שרדינגר למצבים נייחים תרמה תרומה משמעותית לתצפית מעשית בתכונות הגל של חלקיקים. אם הפרשנות של גלי דה ברולי ויחס אי הוודאות של הייזנברג נותנים רעיון תיאורטי של תנועת חלקיקים בשדות כוח, אז ההצהרה של שרדינגר, שנכתבה ב-1926, מתארת את התהליכים שנצפו בפועל.
בצורתו המקורית, זה נראה כך.
where,
i - יחידה דמיונית.
משוואת שרדינגר למצבים נייחים
אם השדה שבו נמצא החלקיק קבוע בזמן, אז המשוואה אינה תלויה בזמן וניתן לייצג אותה באופן הבא.
משוואת שרדינגר למצבים נייחים מבוססת על הנחותיו של בוהר לגבי תכונות האטומים והאלקטרונים שלהם. זה נחשב לאחת המשוואות העיקריות של התרמודינמיקה הקוונטית.
אנרגיית מעבר
כאשר אטום נמצא במצב נייח, לא מתרחשת קרינה, אבל האלקטרונים נעים בתאוצה מסוימת. במקרה זה, מצבי האלקטרונים נקבעים על כל מסלול עם האנרגיה Et. ניתן להעריך בערך את ערכו לפי פוטנציאל היינון של מפלס אלקטרוני זה.
אזכך, לאחר ההצהרה הראשונה, הופיעה חדשה. ההנחה השנייה של בוהר אומרת: אם במהלך תנועתו של חלקיק בעל מטען שלילי (אלקטרון) התנע הזוויתי שלו (L =mevr) היא כפולה של הפס הקבוע חלקי 2π, אז האטום נמצא במצב נייח. כלומר: mevrn =n(h/2π)
מתוך אמירה זו, נובע אחר: האנרגיה של קוונט (פוטון) היא ההבדל באנרגיות של המצבים הנייחים של האטומים שדרכם עובר הקוונט.
ערך זה, שחושב על ידי בוהר ושונה למטרות מעשיות על ידי שרדינגר, תרם תרומה משמעותית להסבר של התרמודינמיקה הקוונטית.
הנחה שלישית
הנחה השלישית של בוהר - על מעברים קוונטיים עם קרינה מרמזת גם על המצבים הנייחים של האלקטרון. אז, קרינה במעבר מאחד לשני נספגת או נפלטת בצורה של קוונטות אנרגיה. יתרה מכך, האנרגיה של הקוונטה שווה להפרש האנרגיות של המצבים הנייחים שביניהם מתרחש המעבר. קרינה מתרחשת רק כאשר אלקטרון מתרחק מגרעין האטום.
ההנחה השלישית אושרה בניסוי על ידי הניסויים של הרץ ופרנק.
משפט פריגוג'ין הסביר את תכונות האנטרופיה עבור תהליכים ללא שיווי משקל הנוטים לשיווי משקל.
