Стационарные состояния. Гипотеза стационарного состояния

Человеку важно понимать не только в каком мире он находится, но и как этот мир возник. Было ли что-то до времени и пространства, существующих в настоящее время. Как зародилась жизнь на его родной планете, да и сама планета ведь не появилась из ниоткуда.

В современном мире выдвинуто множество теорий появления Земли и зарождения на ней жизни. За неимением шанса проверить теории различных учёных или религиозные мировоззрения возникало всё больше и больше различных гипотез. Одна из них, о коей и пойдёт речь - гипотеза, поддерживающая стационарные состояния. Разработана она была в конце XIX века и существует по сегодняшний день.

Определение

Гипотеза стационарного состояния поддерживает мнение, что Земля не формировалась с течением времени, а существовала всегда и постоянно поддерживала жизнь. Если планета и видоизменялась, то совсем незначительно: виды животных и растений не возникали, а так же, как и планета, всегда были, и либо вымирали, либо изменяли свою численность. Такую гипотезу выдвинул немецкий медик Тьерри Вильям Прейер в 1880 году.

Откуда появилась теория?

Сейчас невозможно с абсолютной точностью определить возраст Земли. Согласно исследованию, основанному на радиоактивном распаде атомов, возраст планеты примерно равен 4,6 млрд лет. Но этот метод несовершенен, что позволяет адептам поддерживать доказательства, которые приводит теория стационарного состояния.

Последователей данной гипотезы разумно называть именно адептами, а не учёными. Согласно современным данным, этернизм (так иначе называется теория стационарного состояния) - больше философское учение, так как постулаты последователей сходны с верованиями восточных религий: иудаизма, буддизма - о существовании вечной несотворённой Вселенной.

Взгляды последователей

В отличие от религиозных учений, адепты, поддерживающие теорию стационарных состояний всех объектов Вселенной, имеют вполне точные представления о собственных взглядах:

1. Земля существовала всегда, равно как и жизнь на ней. Начала Вселенной также не было (отрицание Большого Взрыва и подобных ему гипотез), она была всегда.
2. Видоизменение происходит в незначительной степени и не влияет в корне на жизнь организмов.
3. У любого вида есть только два пути развития: изменение численности или вымирание - виды не переходят в новые формы, не эволюционируют и даже существенно не меняются.

Одним из наиболее известных учёных, поддерживающих гипотезу стационарного состояния, был Владимир Иванович Вернадский. Он любил повторять фразу: "...начала жизни в том Космосе, который мы наблюдаем, не было, поскольку не было начала этого Космоса. Вселенная вечна, как и жизнь в ней".

Теория стационарного состояния Вселенной объясняет такие неразрешённые вопросы, как:

• возраст скоплений и звёзд,
• однородность и изотропность,
• реликтовое излучение,
• парадоксы красного смещения для отдалённых объектов, вокруг которых до сих пор не утихают научные споры.

Доказательства

Общее доказательство стационарного состояния базируется на идее, что исчезновение отложений (костей и продуктов жизнедеятельности) в породах можно объяснить увеличением численности вида или популяции либо переселением представителей в среду с более благоприятным климатом. До этого момента отложения не сохранялись в пластах по причине полного их разложения. Нельзя отрицать, что в некоторых видах почв останки действительно сохраняются лучше, а в некоторых хуже или не сохраняются вообще.

По мнению последователей, только изучение ныне живущих видов поможет сделать выводы о вымирании.

Наиболее распространённым доказательством того, что существуют стационарные состояния, являются латимерии (целаканты). В научном обществе они приводились как пример переходного вида между рыбами и земноводными. До недавнего времени считались вымершими примерно в конце мелового периода - 60-70 млн лет назад. Но в 1939 году у побережья о. Мадагаскар был выловлен живой представитель целакантов. Таким образом, сейчас латимерий уже не считают переходной формой.

Второе доказательство - археоптерикс. В учебниках биологии данное существо преподносится как переходная форма между рептилиями и птицами. Оно имело оперение и могло перепрыгивать с ветки на ветку на большие расстояния. Но эта теория рухнула, когда в 1977 году в Колорадо были найдены останки птиц несомненно более древние, нежели кости археоптерикса. Отсюда справедливо предположение, что археоптерикс не был ни переходной формой, ни первоптицей. На этом моменте гипотеза стационарного состояния стала теорией.

Помимо таких ярких примеров есть и другие. Например, теория стационарного состояния подтверждается "вымершими" и найденными в живой природе лингулами (морскими плеченогими), гаттерией, или туатарой (крупной ящерицей), солендонами (землеройками). За миллионы лет эти виды не претерпели изменений в сравнении с их ископаемыми предками.

Подобных палеонтологических "ошибок" достаточно. Даже сейчас учёные не могут с точностью сказать, какой вымерший вид мог бы быть предшественником ныне живущего. Именно такие бреши в палеонтологическом учении и привели адептов к идее существования стационарного состояния.

Положение в научном обществе

Но в научных кругах не принимаются теории, основанные на чужих ошибках. Стационарные состояния противоречат современным астрономическим исследованиям. Стивен Хокинг в своей книге "Краткая история времени" отмечает, что если бы Вселенная действительно развивалась в некоем "мнимом времени", то не было никаких сингулярностей.

Сингулярность в астрономическом смысле - это точка, через которую невозможно провести прямую линию. Ярким примером может стать чёрная дыра - область, покинуть которую не может даже свет, движущийся с максимальной известной скоростью. Центром чёрном дыры как раз и считается сингулярность - сжатые до бесконечности атомы.

Таким образом, в научном сообществе подобная гипотеза относится к философским, однако её вклад в развитие других теорий немаловажен. Так, вопросы, которые ставят перед археологами и палеонтологами последователи этернизма, заставляют учёных более тщательно пересматривать свои исследования и перепроверять научные данные.

Рассматривая стационарные состояния как теорию возникновения жизни на Земле, нельзя забывать о квантовом смысле этой фразы, дабы не запутаться в понятиях.

Что такое квантовая термодинамика?

Первый значительный рывок в квантовой термодинамике совершил Нильс Бор, опубликовав три главных постулата, на которых зиждется подавляющее количество вычислений и утверждений нынешних физиков и химиков. Три постулата были восприняты скептически, однако не признать их верными на тот момент было невозможно. Но что есть квантовая термодинамика?

Термодинамическая форма как в классической физике, так и квантовой, представляет собой систему тел, которые обмениваются внутренней энергией друг с другом и с окружающими телами. Состоять может из одного тела или нескольких и при этом находится в состояниях, различных по давлению, объёму, температуре и т. д.

В равновесной системе все параметры имеют строго фиксированное значение, поэтому ей соответствует равновесное состояние. Представляет обратимые процессы.

В неравновесной форме хотя бы один параметр не имеет фиксированного значения. Такие системы находятся вне термодинамического равновесия, чаще всего представляют необратимые процессы, например химические.

Если попытаться отобразить равновесное состояние в виде графика, то получим точку. В случае неравновесного состояния график всегда будет разным, но не в виде точки, из-за одного или нескольких неточных значений.

Релаксация - это процесс перехода из неравновесного состояния (необратимого) в равновесное (обратимое). Понятия обратимых и необратимых процессов играют важную роль в термодинамике.

Теорема Пригожина

Это одно из заключений термодинамики о неравновесных процессах. Согласно ему, в условиях стационарного состояния линейной неравновесной системы производство энтропии минимально. При полном отсутствии препятствий для достижения состояния равновесия значение энтропии опускается до нулевой отметки. Теорема доказана в 1947 году физиком И. Р. Пригожиным.

Смысл ее заключается в том, что равновесное стационарное состояние, к которому стремится термодинамическая система, имеет настолько низкое производство энтропии, насколько позволяют граничные условия, наложенные на систему.

Утверждение Пригожина исходило из теоремы Ларса Онзагера: при малых отклонениях от равновесия термодинамический поток можно представить в виде комбинации сумм линейных движущих сил.

Мысль Шрёдингера в исходном виде

Уравнение Шрёдингера для стационарных состояний внесло значительный вклад в практическое наблюдение за волновыми свойствами частиц. Если толкование волн де Бройля и соотношение неопределённостей Гейзенберга дают теоретическое представление о движении частиц в силовых полях, то утверждение Шрёдингера, записанное в 1926 году, описывает наблюдаемые на практике процессы.

В исходном виде оно выглядит так.

где,

i - мнимая единица.

Уравнение Шрёдингера для стационарных состояний

Если поле, в котором находится частица, постоянно во времени, то уравнение не зависит от времени и может быть представлено в следующем виде.

Уравнение Шрёдингера для стационарных состояний основано на постулатах Бора, касающихся свойств атомов и их электронов. Оно считается одним из главных уравнений квантовой термодинамики.

Энергия перехода

При атоме, находящемся в стационарном состоянии, не происходит излучения, но электроны движутся с некоторым ускорением. Состояния электрона при этом определяются на каждой орбитали с энергией Et. Приближённо ее значение может быть оценено потенциалом ионизации этого электронного уровня.

Таким образом, после первого утверждения появилось новое. Второй постулат Бора гласит: если при движении отрицательно заряженной частицы (электрона) момент его импульса (L_n = m_evr_n) кратен постоянной планке, делённой на 2π, то атом пребывает в стационарном состоянии. То есть: m_evr_n = n(h/2π)

Из этого утверждения следует другое: энергия кванта (фотона) есть разность энергий стационарных состояний атомов, через которые проходит квант.

Данная величина, вычисленная Бором и доработанная для практических целей Шрёдингером, внесла значительный вклад в объяснение квантовой термодинамики.

Третий постулат

Третий постулат Бора - о квантовых переходах с излучением также подразумевает стационарные состояния электрона. Так, излучение при переходе из одного в другое поглощается или испускается в виде квантов энергии. Причём, энергия квантов равна разности энергий стационарных состояний, между которыми совершается переход. Излучение происходит только при отдалении электрона от ядра атома.

Третий постулат был подтверждён экспериментально опытами Герца и Франка.

Теорема Пригожина объяснила свойства энтропии для неравновесных процессов, стремящихся к равновесным.