Туча вверху, как отдельный мозг
Jan. 15th, 2025 09:00 am![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
egovoruКэрролл указывает, какое именно неявное допущение сделал Больцман в ходе своих вычислений: отсутствие корреляции импульсов любых двух частиц перед столкновением – вот это «перед» и обеспечило требуемую асимметрию. Примечательно, что, отвечая на возражения Лошмидта, Больцман упоминает и низко-энтропийное начальное состояние Вселенной как дополнительное граничное условие (за много лет до появления концепции Большого взрыва!), но, похоже, обязательность этого условия от него ускользала.
Позже Больцман пришел к еще более радикальной идее, а именно: как и следует из статистических соображений, бóльшая часть Вселенной бóльшую часть времени находится в равновесном максимально-энтропийном состоянии. Но время от времени в отдельных ее участках происходят флуктуации – отклонения в сторону значительно меньшей энтропии. Весь наш видимый мир – одна такая гигантская флуктуация на пути возвращения к термическому равновесию.
Артур Эддингтон был первым, кто сообразил, что такая высокоорганизованная флуктуация, как видимая нами часть Вселенной, менее вероятна, чем, например, отдельный человеческий мозг («больцмановский мозг»), висящий во Вселенной, равномерно заполненной разреженным газом. А поскольку мы видим вокруг себя далеко не только газ, то эта идея не проходит, и для объяснения стрелы времени остается только низко-энтропийное начало.
Сегодня у нас есть экспериментальные свидетельства в пользу Большого взрыва, но его наличие не следует ни из каких известных нам законов физики – это просто голый факт. Кэрроллу признание голого факта как данности кажется интеллектуально-неудовлетворительным, и я его понимаю. Для объяснения Большого взрыва – а с ним и стрелы времени – он предлагает свою гипотезу, честно предупреждая, что у нас пока нет никаких средств для ее проверки. Эта гипотеза – особая версия пузырьковой Вселенной (bubble universe, известная также как pocket universe), идею которой Кэрролл позаимствовал у Алана Гута.
Современная модель термодинамически наиболее вероятного состояния Вселенной – это пространство де Ситтера с небольшой положительной космологической постоянной, находящееся в равновесии при некоторой температуре, порожденной кривизной пространства. В такой Вселенной нет практически ничего, кроме слабого теплового излучения. (В нескольких главах своей книжки Кэрролл объясняет, как физики пришли к этой модели).
Термические флуктуации в такой системе будут порождать «больцмановские мозги» точно так же, как в классической модели Больцмана. Но Кэрролл утверждает, что, даже не имея теории квантовой гравитации, мы можем ожидать в этой системе и флуктуаций самогó пространства-времени, а не только квантовых полей (включая гипотетическое инфлатонное поле). Случайное же совпадение тех и других флуктуаций по времени будет приводить к отделению участка пространства-времени в отдельную низкоэнтропийную «дочернюю» вселенную, способную к инфляции и образованию вещества, как видимый нами мир. От больцмановской модели этот сценарий отличается тем, что общая энтропия такой мультивселенной продолжает неограниченно расти, но в каждой из дочерних вселенных возрастание энтропии задает свою локальную стрелу времени. Система в целом симметрична по времени, поскольку эти стрелы в прошлых и будущих вселенных направлены в противоположные стороны.
Конечно, моего образования и близко не хватает, чтобы оценить обоснованность этой гипотезы – тем более, что и сам автор предупреждает, что без теории квантовой гравитации сделать это невозможно. Тем не менее, я благодарна Кэрроллу за его желание поделиться своей идеей с широкой публикой, к тому же пишет он чрезвычайно занимательно. Это уже вторая его книжка, прочитанная мною, о первой я рассказывала здесь и здесь.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2025-01-15 03:01 pm (UTC)LiveJournal categorization system detected that your entry belongs to the following categories: Литература (https://www.livejournal.com/category/literatura?utm_source=frank_comment), Наука (https://www.livejournal.com/category/nauka?utm_source=frank_comment), Образование (https://www.livejournal.com/category/obrazovanie?utm_source=frank_comment).
If you think that this choice was wrong please reply this comment. Your feedback will help us improve system.
Frank,
LJ Team
no subject
Date: 2025-01-15 04:35 pm (UTC)Также в его книги неправильно интерпретируется энтропия фотонов Солнца как необходимое условие для жизни. То есть, конечно, энергия Солнца необходима, но в его интерпретации все звучит по-другому.
no subject
Date: 2025-01-15 07:24 pm (UTC)А разве понятие энтропии применимо только к физическим системам, состоящим из сталкивающихся частиц?
no subject
Date: 2025-01-15 09:02 pm (UTC)Поясню эту мысль. Если Вселенная расширяется и увеличивается в объёме, а плотность тёмной энергии, на которую приходится 70% массы материи Вселенной, остаётся постоянной, то она может браться только из некоего неизвестного источника - дополнительного измерения, из пространства большей размерности, которое вложена наша Вселенная. Тогда скорость расширения Вселенной задаёт не абсолютная плотность антигравитационной среды, а скорость поступления в неё новых квантов этой среды из пространства большей размерности. При этом абсолютная плотность среды может быть очень большой - почти планковской, какую насчитывают физическому вакууму в квантовой теории поля. Так может решаться проблема космологической постоянной.
Если допустить множественность вселенных, что соответствует принципу Коперника, то обнаруженное DESI торможение расширения Вселенной может быть вызвано давлением на неё соседних вселенных, расширяющихся ей навстречу. Оно началось, по результатам DESI, на красном смещении z=0,3, что соответствует 3,7 млрд лет назад. Моя философская модель предсказывала такое событие, но в будущем, а оказалось, что жизнь на Земле зародилась с началом "конца света".
Физики-ортодоксы пусть говорят, что LCDM и ОТО подтверждаются этими открытиями. Но новые идеи прорастут в новых поколениях физиков. Ещё вспомнят об идеях Бёрнхарда Римана и Карла Пирсона, объяснявших гравитацию стоками эфира в материю и поступлением эфира во Вселенную из пространства большей размерности. С их космологией не нужна тёмная материя, и плотный физический вакуум годится для объяснения расширения Вселенной. И всё подтверждается наблюдаемым вращением скоплений галактик и самих галактик.
no subject
Date: 2025-01-15 09:50 pm (UTC)no subject
Date: 2025-01-15 09:59 pm (UTC)Боюсь, что уровень моей необразованности таков, что я не понимаю, как из первого утверждения следует второе. Объясните, пожалуйста, а? И что это меняет в рассуждениях Кэрролла?
"Также в его книги неправильно интерпретируется энтропия фотонов Солнца как необходимое условие для жизни"
Вы имеете в виду вот это место?
"The energy budget of the Earth, considered as a single system, is pretty simple. We get energy from the Sun via radiation; we lose the same amount of energy to empty space, also via radiation. (Not exactly the same; processes such as nuclear decays also heat up the Earth and leak energy into space, and the rate at which energy is radiated is not strictly constant. Still, it’s an excellent approximation.) But while the amount is the same, there is a big difference in the quality of the energy we get and the energy we give back. Remember back in the pre-Boltzmann days, entropy was understood as a measurement of the uselessness of a certain amount of energy; low-entropy forms of energy could be put to useful work, such as powering an engine or grinding flour, while high-entropy forms of energy just sat there.
The energy we get from the Sun is of a low-entropy, useful form, while the energy we radiate back out into space has a much higher entropy. The temperature of the Sun is about 20 times the average temperature of the Earth. For radiation, the temperature is just the average energy of the photons of which it is made, so the Earth needs to radiate 20 low-energy (long-wavelength, infrared) photons for every 1 high-energy (short-wavelength, visible) photon it receives. It turns out, after a bit of math, that 20 times as many photons directly translates into 20 times the entropy. The Earth emits the same amount of energy as it receives, but with 20 times higher entropy".
Что именно здесь неверно?
no subject
Date: 2025-01-15 10:11 pm (UTC)"Soon after Boltzmann published his H theorem, Johann Josef Loschmidt objected that it should not be possible to deduce an irreversible process from time-symmetric dynamics and a time-symmetric formalism. If the H decreases over time in one state, then there must be a matching reversed state where H increases over time (Loschmidt's paradox). The explanation is that Boltzmann's equation is based on the assumption of "molecular chaos", i.e., that it follows from, or at least is consistent with, the underlying kinetic model that the particles be considered independent and uncorrelated. It turns out that this assumption breaks time reversal symmetry in a subtle sense, and therefore begs the question. Once the particles are allowed to collide, their velocity directions and positions in fact do become correlated (however, these correlations are encoded in an extremely complex manner). This shows that an (ongoing) assumption of independence is not consistent with the underlying particle model".
Иными словами, при выводе Второго закона из статистической механики импульсы считаются нескоррелированными изначально, но становятся скореллированными, как только мы запускаем движение частиц. Эта наперед заданная асимметрия и определяет возрастание энтропии.
no subject
Date: 2025-01-15 10:23 pm (UTC)Если я правильно понимаю, замедление расширения Вселенной никак не помогает объяснить Второй закон термодинамики (т.е., вывести его из каких-то более общих положений)?
"оказалось, что жизнь на Земле зародилась с началом "конца света""
Не могу догадаться, что Вы имеете в виду. Что Вы понимаете здесь под "концом света"?
no subject
Date: 2025-01-15 10:42 pm (UTC)Yes, thermodynamic entropy is a special case of Shannon entropy. Shannon entropy is a measure of uncertainty in information theory, while thermodynamic entropy is a measure of uncertainty in a system's energy distribution.
...
Thermodynamic entropy is a special case of Shannon entropy when applied to a physical system in equilibrium with a heat bath. In this case, the system's average energy is fixed.
https://www3.nd.edu/~lent/pdf/nd/Information_and_Entropy_in_Physical_Systems.pdf
И вот здесь мне непонятно: есть ли аналог корреляции между сталкивающимися частицами в шенноновском определении.
Но даже если оставаться в рамках термодинамики и мысленно представить частицы, которые вообще никак не взаимодействуют друг с другом, а просто хаотично и независимо друг от друга движутся в пространстве - неужели в такой системе энтропия не будет необратимо возрастать?
no subject
Date: 2025-01-16 02:25 am (UTC)no subject
Date: 2025-01-16 05:17 am (UTC)Вакуум вообще пронизывают продольные и поперечные волны колебаний его плотности, но в целом его плотность плавно снижается, поэтому материи "энергетически выгодно" остывать, и поэтому в расширяющейся Вселенной существует энтропия. Ей противостоит эволюция материи, в частности, биологическая. Так вот, конец света - это когда на продолжение расширения Вселенной и эволюцию в ней "времени уже не будет". Это когда рост объёма Вселенной окончательно затормозится, и плотность вакуума в ней начнёт расти. В таком вакууме атомам "энергетически выгодно" будет удерживать в себе фотоны. Потому что они так хотя бы локально, вокруг себя, смогут снижать плотность вакуума.
Поэтому целью эволюции материи является создание во Вселенной единой системы цивилизаций, способной контролировать постоянство своей внутренней среды - плотность вселенского вакуума (вселенский гомеостаз). Это спасёт её при переходе вселенных от свободного расширения во взаимно сжатое состояние. Тогда стрела времени, энтропия и эволюция не развернутся в обратных направлениях, и мы избежим превращения нашей Вселенной в "геену огненную".
no subject
Date: 2025-01-16 07:05 am (UTC)no subject
Date: 2025-01-16 07:11 am (UTC)E = E1 + E2
Это в свою очередь означает, что между подсистемами нет сил притяжения. Давайте возмьмем Солнечную систему и разобьем ее на две произвольные части, например, одна подсистема будет включать Солнце, а другая все остальные планеты. Что получится в приближении выше?
Таким образом в построениях Кэрролла это все меняет. Такое приближение не годится для космологии. Нет сил гравитации, нет космологии.
no subject
Date: 2025-01-16 07:18 am (UTC)'как узнать, что увеличения энтропии во внешнем мире достаточно, чтобы отчитаться за низкую энтропию живых существ?'
И далее про низкую энтропию организма в духе Шрёдингера.
Можно сделать простой расчет - изменение энтропии излучения от пластины на орбите Земли. Изменение энтропии будет таким же без всякой жизни. То есть, для жизни нужна энергия Солнца, а изменение энтропии излучения происходит автоматически согласно уравнения термодинамики излучения и это изменение энтропии не связано с наличием живых организмом.
См. Низкоэнтропийная энергия Солнца и жизнь
http://blog.rudnyi.ru/ru/2024/01/nizkoentropiinaya-energiya-solntsa.html
no subject
Date: 2025-01-16 07:23 am (UTC)Но такие физики есть. На этот счет есть неплохая диссертация, в которой представлена история появления информационной физики:
Anta Pulido, Javier. "Historical and Conceptual Foundations of Information Physics." (2021).
https://diposit.ub.edu/dspace/bitstream/2445/182254/1/JAP_PhD_THESIS.pdf
no subject
Date: 2025-01-16 11:37 am (UTC)А как же мы можем предотвратить столкновения частиц? Ведь даже если наш газ очень разреженный, частицы рано или поздно начнут сталкиваться, причем эти столкновения будут происходить как в будущем, так и в прошлом от выделенного момента? Пытаясь представить себе развитие событий, мы всегда "прокручиваем киноленту" вперед, забывая о том, что при прокручивании ее "назад" должны происходить те же самые события.
no subject
Date: 2025-01-16 11:41 am (UTC)no subject
Date: 2025-01-16 11:45 am (UTC)no subject
Date: 2025-01-16 11:47 am (UTC)no subject
Date: 2025-01-16 12:00 pm (UTC)"Сразу же отмечу правильность утверждений выше, связанных с более высокой энтропией исходящего излучения с Земли по сравнению с энтропией входящего излучения. Сомнение вызывает лишь непосредственная связь этого факта с жизнью на Земле".
Правильно ли я поняла, что Вы утверждаете, что любой (равновесный) процесс поглощения и испускания излучения увеличивает энтропию, независимо от того, участвуют в нем живые организмы или нет?
no subject
Date: 2025-01-16 12:03 pm (UTC)no subject
Date: 2025-01-16 12:49 pm (UTC)no subject
Date: 2025-01-16 12:51 pm (UTC)В этом смысле можно поставить вопрос, насколько жизнь на Земле изменила температуру Земли. Но мой расчет уже дает температуру достаточно близкую к температуре Земле.
no subject
Date: 2025-01-16 01:05 pm (UTC)no subject
Date: 2025-01-16 01:15 pm (UTC)"Research on the arrow of time currently has more unresolved questions than concrete results; Carroll faithfully reports that fact and argues that it is therefore most important to treat such fundamental ingredients as Poincaré recurrences or decoherence, which are traditionally absent from the physics curriculum. On that point, I agree. Cosmologists will find places where they disagree with Carroll on modern research topics, but that is a natural consequence of problems being unresolved. For example, I regard Carroll’s willingness to dismiss the finite-universe scenario as a mistake. In many ways that scenario, I believe, offers the most promising path to reconciliation.<...>
Still, I expect many Physics Today readers will find the book both provocative and rewarding and will be glad to recommend it to less technically trained individuals who hunger for a window on exciting problems in science."