Формулировка проблемы и первые попытки ее разрешения

Проблема «тепловой смерти Вселенной» (для краткости мы будем дальше ее называть «про­б­лема ТСВ») возникает при попытке применить второй закон термодинамики ко Вселенной в целом. Впервые она была сформулирована в небольшой статье Кельвина «О проявляющейся в природе общей тенденции к рассея­нию механической энергии», опубликованной в 1852 г. Обратив внимание на то, что превращение качественной механической энергии в некачественную и потому бесполезную тепловую энергию необратимо, он пришел к выводу, что, в конце концов, эти процессы должны сделать невозможным существование в мире образований, которым необходима механическая энергия. Таким образованием является, например, человек. Осознавая силу этого утверждения, Томсон писал крайне осторожно и витиевато: «В прошлом, отстоящем на конечный промежуток времени от настоящего момента, Земля находилась и спустя конечный промежуток времени она снова очутится в состоянии, не пригодном для обитания человека; если только в прошлом не были проведены и в будущем не будут предприняты такие меры, которые являются неосуществимыми при наличии законов, регулирующих известные процессы, протекающие ныне в материальном мире».

Более определенно, кратко и афористично проблему ТСВ сформулировал Р. Клаузиус в 1865 г. Он придал второму закону термодинамики вид утверждения: «энтропия мира стремится к максимуму». Это утверждение подразумевало, что, во-первых, у Вселенной в целом есть некоторое конечное состояние («тепловой смерти»); во-вто­рых, состояние это таково, что энтропия Вселенной в целом достигает максимально возможного значения; в-третьих, состояние это должно достигаться с неизбежностью. Характер состояния ТСВ легко представить себе, вспомнив рассмотренные выше аспекты понятия энтропии: оно должно быть полностью однородным, бесструктурным и неупорядоченным, сохраняющим только хаотическое тепловое движение — носителя наиболее низкокачественной энергии.

Гипотеза о неизбежности ТСВ была с удовлетворением воспринята в клерикальных кругах как свидетельство против эволюционной концепции мироздания. Папа римский Пий XII в своей энциклике 1947 г., направленной против эволюционных воззрений, заявил: «За­кон энтропии, открытый Рудольфом Клаузиусом, дал нам уверенность в том… что в замкнутой материальной системе в конце концов… процессы в макроскопическом масштабе когда-то прекратятся. Эта печальная необходимость свидетельствует о существовании Необходимого Существа». Такую точку зрения разделял и ряд крупных ученых (в основном, верующих), например, астрофизики Дж. Джинс и А. С. Эддингтон.

В дискуссию о проблеме ТСВ были вовлечены многие известные философы. Например, в нашей стране в советское время наиболее весомыми считались возражения против неизбежности ТСВ, высказанные Ф. Энгельсом в его труде «Диалектика природы». Энгельс утверждал, что энергия, понимаемая как мера движения, неуничтожима не только количественно, но и качественно, и потому Вселенная не может прийти в состояние, в котором остается лишь тепловое движение. К сожалению, общие философские соображения, помогая осмыслить уже имеющиеся знания и будучи полезными эвристически, являются плохими аргументами в конкретном научном споре. Если мерой качества энергии считать энтропию, то тогда утверждение о качественной неуничтожимости движения неверно, ибо противоречит закону возрастания энтропии. Если же под качеством энергии понимается что-то другое, то дискуссия уходит в сторону от конкретной проблемы применимости второго закона термодинамики ко Вселенной в целом.

Большую часть ученых вывод о неизбежности ТСВ не устраивал, и потому почти сразу начались попытки найти слабые места в рассуждениях Кельвина и Клаузиуса. Многие из этих попыток основывались на достаточно произвольных допущениях. Так, В. Нернст, автор положения, которое называют третьим началом термодинамики, предложил идею о том, что «про­цес­су выравнивания температур и радиоактивному распаду атомов во Вселенной должен противоречить процесс самопроизвольного роста температур и образования сложных веществ». Р. Мил­ли­кен, доказавший внеземное происхождение космических лучей, предположил, что составляющие их энергичные частицы способны в глубинах космоса создавать сложные атомы и благодаря этому поддерживать Вселенную в стационарном состоянии. В XX веке было предложено еще несколько концепций, основанных на предположении о непрерывном рождении во Вселенной нового вещества. Эти и аналогичные предположения остались без подтверждения.