Время, текущее в отличие от воды

[egovoru]

В канун нового года самое время подумать о времени: как совместить его однонаправленность с симметричностью относительно него почти всех физических законов? В поисках ответа читаю книжку Брайена Грина, посвященную развитию концепций пространства и времени со времен Эйнштейна.

Распад В-мезонов, который все-таки различает прошлое и будущее, он сразу отметает как возможный механизм стрелы времени, «поскольку эти частицы не играют практически никакой роли в определении свойств нашей повседневной действительности». Но среди гипотез, пытающихся разрешить проблему измерения в квантовой механике, он выделяет одну, а именно, гипотезу спонтанного коллапса волновой функции, как единственную, которая могла бы объяснить загадку времени – поскольку такой коллапс необратим. Но в пользу этой гипотезы, увы, пока нет и тени экспериментальных доказательств :(

Уже Больцман осознал, что те же самые соображения вероятности, из которых следует, что энтропия должна возрастать в будущем, применимы и к прошлому. Это означает, что вселенная, если она существует вечно, должна пребывать в состоянии «тепловой смерти», а все отклонения от него могут быть только случайными флуктуациями.

Зато вселенная, рожденная Большим взрывом, будет «заводным апельсином», если ее энтропия на раннем этапе была чрезвычайно мала, и гомогенность реликтового излучения считают подтверждением этой малости. Только вот кто же завел этот завод?

На эту роль автор сватает инфляционное расширение пространства, длившееся от 10^-36 до 10^-32 секунд после Большого взрыва. Состояние вселенной сразу после взрыва характеризовалось высокой энтропией, а экспоненциальное расширение резко энтропию уменьшило. Допустим, да только вот Грин пишет, что этот процесс не нарушил второго начала, потому что сопровождался увеличением энтропии (за счет образования частиц). И я, признаться, не понимаю, как увязать здесь концы с концами: как можно перевести высокоэнтропийное состояние в низкоэнтропийное с увеличением энтропии?

Годы, люди и народы
Убегают навсегда,
Как текучая вода.
В гибком зеркале природы
Звезды – невод, рыбы – мы,
Боги – призраки у тьмы.

Яцек Йерка. Урок ходьбы (фото отсюда)

Comments

[evgeniirudnyi.livejournal.com]

Зачем так делеко ходить? Ведь для необратимости времени достаточно взять храповый механизм. Возьмите физическую модель храпового механизма и попробуйте в ней обратить время вспять.

[egovoru.livejournal.com]

Но ведь трудно предположить, что такой механизм лежит в основе вселенной? Когда-то говорили, конечно, о "clockwork universe" - но ведь и это была все же только метафора. Насколько я понимаю, речь идет о поисках некоего фундаментального закона, которым можно было бы объяснить течение времени.

Была бы очень признательна Вам за комментарии по поводу этого изменения энтропии в ходе инфляции, в котором я запуталась. Не знаю, читали ли Вы эту книжку, но в сети есть ее русский перевод, вот здесь (http://mobooka.ru/?tp=book&path=0_%D0%A2%D0%B5%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5/%D0%9D%D0%B0%D1%83%D1%87%D0%BD%D0%BE-%D0%BF%D0%BE%D0%BF%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%B5/_%D0%BD%D0%B0%D1%83%D0%BA%D0%B0/%D0%93%D1%80%D0%B8%D0%BD%20-%20%D0%A2%D0%BA%D0%B0%D0%BD%D1%8C%20%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%BE%D1%81%D0%B0_%20%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%2C%20%D0%B2%D1%80%D0%B5%D0%BC%D1%8F%20%D0%B8%20%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BA%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0%20%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8.zip&ps=3000&p=311) соответствующая глава.

[evgeniirudnyi.livejournal.com]

А что, распадающийся В-мезон лежит ближе к основам вселенной, чем храповый механизм?

По поводу применения энтропии к вселенной я вряд ли вам буду полезен. В нормальной термодинамике внутренняя энергия аддитивна:

U = Sum_i U_i

Энтропия получается в рамках этого приближения и также аддитивна. При рассмотрении вселенной предположение об аддитивности уже не работает и требуется вначале разработать соответствующую термодинамику. Поэтому когда граждане применяют второй закон ко всей вселенной я их просто не понимаю.

Хочу отметить, что общепринятая космология основана на использовании законов физики в рамках схемы, которую мы однажды уже обсуждали:

1) Есть физическое состояние мира.

2) В дополнение к физическом состоянию вселенной, есть физические законы.

3) В заключение мы предполагаем, что мир переходит из одного состояния в другое согласно физическим законам.

В рамках этой модели трудно сказать, что такое эволюция в принципе.

[egovoru.livejournal.com]

"А что, распадающийся В-мезон"

Сама я слабо представляю, что это за зверь такой ;) но Грин именно что отверг его в качестве такой основы, как слишком экзотический.

"При рассмотрении вселенной предположение об аддитивности уже не работает"

А почему, собственно? Грин вроде бы рассуждает именно об энтропии вселенной - а он должен быть человеком достаточно грамотным ;)

[kurinn.livejournal.com]

А что покажет храповой механизм? Мне кажется, для доказательства необратимости нужно показать, что в замкнутой системе, если состояние А полностью определяет состояние Б, то наоборот это соответствие не работает.

[egovoru.livejournal.com]

Насколько я поняла, эти процессы с В-мезонами как раз и обладают таким свойством: из того анонса, куда ведет моя ссылка, есть, в свою очередь, ссылка и на оригинальную публикацию - мне, правда, такой уровень уже недоступен :(

Грин же в своей книжке не подвергает это сомнению, но считает (и то с оговоркой о возможном нашем недостаточном знании), что эти процессы не могут определять свойства нашей обычной действительности: они наблюдаются только в очень специальных условиях. А вот спонтанный коллапс, как я поняла - мог бы, если бы на самом деле имел место ;)

[evgeniirudnyi.livejournal.com]

В храповом механизме после защелкивания зубца как раз возврат обратно невозможен: в вашей терминологии соотвествие наоборот не работает.

[kurinn.livejournal.com]

Невозможен точно так же, как невозможен возврат подшипника в прежнее положение, вращая его назад - это будет уже не то состояние подшипника, не та температура, не то пространственное расположение атомов, не тот же самый оставшийся ресурс и т.п. В храповом механизме вы можете точно так же (если смотреть поверхностно) вернуть его в прежнее положение, отгибая язычки, вращать его в обратную сторону.

No title

[livejournal.livejournal.com]

User gershshpraihler referenced to your post from No title (http://gershshpraihler.livejournal.com/799529.html) saying: [...] типа вот http://egovoru.livejournal.com/57286.html [...]

Re: No title

[egovoru.livejournal.com]

А жаль, что Вы уже "не задаетесь вопросами о космогонии"! Судя по всему, Вы как раз смогли бы грамотно прокомментировать эту непонятную мне ситуацию с энтропией во время инфляции ;)

Re: No title

[gershshpraihler.livejournal.com]

боюсь, этот комментарий попал роботу, а не моему юзеру.

лет через пять-десять, не всё сразу.
пока что учу азы.

Re: No title

[egovoru.livejournal.com]

Жаль, что придется подождать, но приятно, что кто-то распознал автора стихов - а то я не всегда уверена, что мои цитаты воспринимаются как цитаты, хотя я и стараюсь использовать не слишком экзотические их источники ;)

[kurinn.livejournal.com]

Возрастание энтропии можно представить графиком, который будет стремиться к некому пределу, но никогда его не достигнет. То есть наклон его всегда будет ненулевой, а угол этого наклона (скорость энтропии) зависит от масштаба наблюдателя. Возрастание энтропии сопровождается возникновением неких новых участков "порядка" которым всегда есть куда разрушаться.

[egovoru.livejournal.com]

Для того, чтобы энтропия могла все время возрастать (не важно, с какой скоростью), необходимо, чтобы ее исходный уровень был мал. Вопрос, соответственно, заключается в том, как могло получиться так, что Большой взрыв произвел на свет столь высокоупорядоченную систему? Грин вроде бы предлагает модель, согласно которой эта высокая степень упорядоченности возникла в результате инфляции, но, по-моему, он сам себе противоречит - либо я не до конца его поняла ;)

Там выше, в моем первом ответе уважаемому evgeniirudnyi, я дала ссылку на соответствующую главу русского перевода книжки Грина - может быть, Вам удастся понять автора лучше, чем удалось мне?

[kurinn.livejournal.com]

"как могло получиться так, что Большой взрыв произвел на свет столь высокоупорядоченную систему?"

В любом случае мы все воспринимаем относительно. Мы не видим последствия БВ целиком, не можем оценить долю упорядоченности в массе хаоса. Точно так же некий будущий наблюдатель в своем масштабе времени будет видеть свой БВ в том, что мы, в своем масштабе, уже давно бы сочли тепловой смертью.

[egovoru.livejournal.com]

Нет, Грин в своей книжке как раз подчеркивает, что у нас есть основания говорить о некоем едином времени с момента Большого взрыва, и вроде бы это тоже вытекает из однородности реликтового излучения.

[a-gorb.livejournal.com]

”читаю книжку любимого автора, специально посвященную развитию концепций пространства и времени со времен Эйнштейна”
Спасибо, надо то же почитать.

”И я, признаться, не понимаю, как увязать здесь концы с концами: как можно перевести высокоэнтропийное состояние в низкоэнтропийное с увеличением энтропии?”
Книжку еще не читал, просто посмотрел то место, на которое вы ссылаетесь («в сети есть ее русский перевод»)

Автор пишет (не в порядке, как у автора):
1. Такое огромное число частиц, как и книга с огромным числом страниц, заключает в себе огромное количество энтропии.
2. Результат, которого мы достигли с помощью инфляции, – гладкая, однородная пространственная протяженность.
3. гладкая и однородная кривизна пространства также имеет очень низкую энтропию; она высоко упорядочена по сравнению с дико вспученной, неоднородной пространственной кривизной. (… имеется много способов для пространства иметь разупорядоченную, неоднородную форму, но всего несколько способов, в которых оно может быть полностью упорядоченным, гладким и однородным).
4. инфляционный взрыв через разглаживание пространства и обеспечение однородного, низкоэнтропийного гравитационного поля создает огромный зазор между тем, каким был вклад гравитации в энтропию, и тем, каким он мог бы стать.
5. Полная энтропия возросла во время инфляции, но на совершенно незначительную величину по сравнению с тем, насколько она могла возрасти.

Таким образом, полная энтропия возросла за счет частиц. Однако, энтропия гравитации упала. Поэтому мы имеем состояние с наименьшей энтропией при таком числе частиц.

[egovoru.livejournal.com]

Кажется, даже не "при таком числе частиц", а при таком объеме пространства. В последней главе той же книжки автор пишет, что максимальная энтропия некоей области пространства задается площадью ее поверхности.

Соответственно, если пространство резко расширилось за счет инфляции, то оно получило возможность вместить гораздо большее количество энтропии, чем до такого расширения. Правда, по такой логике любое расширение, даже не инфляционное, должно помогать в избежании тепловой смерти. Может, так оно и есть?

А книжка в целом, мне кажется, действительно заслуживает прочтения, хотя автор не строго придерживается в ней именно проблем пространства и времени, вынесенных в заглавие, а скорее делает этакий беглый обзор основных достижений физики 20-го века. Это вторая из трех, им пока что написанных.

Помню, что Вы высказывали мысль, что пространство и время могут оказаться вовсе не фундаментальными свойствами реальности, а композитными - следствием каких-то более глубоких ее свойств. Кажется, Грин тоже склоняется к этому - во всяком случае, он обсуждает такую возможность в своей последней главе.

Но все-таки лучшей из трех для меня остается его первая книжка, "Элегантная вселенная" - это рассказ о теории струн. Это была первая, которую я у него прочла, и она произвела на меня неизгладимое впечатление ;) Она получилась у автора какая-то очень личная - в хорошем смысле; ему удалось там передать атмосферу работы физика-теоретика.

В последней же его книжке, которая представляет собой обзор многообразия рассматриваемых в настоящее время моделей вселенной, я просто слишком мало поняла и окончательно запуталась ;)

[a-gorb.livejournal.com]

”Кажется, даже не "при таком числе частиц", а при таком объеме пространства.”
Наверное, все-таки частиц. Пустое пространство будет иметь минимальную энтропию. Ну и какая нам радость с этой пустоты?:)

”А книжка в целом, мне кажется, действительно заслуживает прочтения”
Уже начал читать, пока глава 1. Неплохо. Хотя автор на мой взгляд несколько многословен.

Позволю высказать несколько своих (дилетантских в этом вопросе) соображений. Можно вообще забыть об энтропии и рассматривать непосредственно то, что происходит с точки зрения теории вероятностей и кинетики. (Это как в механике Ньютона, можно забыть скажем об законе сохранения импульса и исходить непосредственно из законов Ньютона.) Такой подход может давать порой большее понимание. К тому же надо учитывать, что всякие термодинамические соотношения говорят о конечном состоянии, но ничего просто так не говорят о времени достижения этого состояния. Например, алмаз термодинамически нестабилен. Однако при обычных условиях он не превращается сам собой в графит и может существовать миллиарды лет. А скажем, при 1200С он превратится в графит быстро. Поэтому, говоря о крупных объектах и тем более о вселенной, надо учитывать, что время их перехода к равновесному состоянию вполне может оказаться больше их времени жизни.

О «стреле времени». Действительно, уравнения обратимы во времени. Пусть в какой-то момент все во вселенной пошло в обратном порядке. Заметит ли это хоть кто-то? Нет, не заметит. Поэтому о стреле времени можно говорить тогда, когда нечто движется в одном направлении, а другое нечто в другом.
Хорошо. Возьмем к примеру бильярд без трения, по которому катаются шары. Обратим скорости всех шаров на противоположные. Если мы это сделали абсолютно точно, то шары соберутся назад в треугольник. Однако бильярд не есть изолированная система, поэтому в результате взаимодействия с окружением возникнет погрешность в движении шаров назад по траектории и порядок и беспорядка не восстановится. Поэтому, на мой взгляд, если где-то локально и попытаться восстановить порядок из хаоса, то из-за отсутствия абсолютной изолированности такой системы порядок надолго не возникнет, если вообще возникнет.

[egovoru.livejournal.com]

"Пустое пространство будет иметь минимальную энтропию"

Как я поняла, нет. Пространство, которое образовалось сразу после Большого взрыва, было хоть и пустое, но само по себе очень "взвихренное" и характеризовалось большой энтропией (Грин называет ее "гравитационной"); в результате же инфляционного расширения все эти завихрения "разгладились", и заключавшаяся в них энтропия уменьшилась; но зато народилось много частиц, принесших новую энтропию.

[verum-corpus.livejournal.com]

По-моему, самое распространённое в мире событие - излучение фотона - относится к числу необратимых. Космос в результате нагрелся, а материя остыла.

[egovoru.livejournal.com]

Если Вам покажут фильм, на который заснято это событие, в прямой и обратной прокрутке, Вы не сможете сказать, какая из них соответствует реальности - в этом смысле и говорят, что события такого рода обратимы. А вот посмотрев фильм про распад В-мезона, Вы сможете различить прямую и обратную прокрутку.

Надо сказать, что из книжки Грина я не поняла, почему возрастания энтропии недостаточно, как способа определения (задания) направления времени. Он обращается к ней только в главе о космогонии, а, пока говорит о квантовой механике, совсем ее не упоминает.

А самой-то мне легче всего представить себе бесконечную вселенную в состоянии тепловой смерти, в которой Большой взрыв, породивший столь низкоэнтропийную систему, что этого запаса хватает и до сего времени, представляет собой случайную флуктуацию ;)

[verum-corpus.livejournal.com]

##### Если Вам покажут фильм, на который заснято это событие, в прямой и обратной прокрутке, Вы не сможете сказать, какая из них соответствует реальности #####

Если в кадре будет вся система, то смогу.
Ведь в реальности тела остывают, излучая в космос, а не нагреваются от него.

[egovoru.livejournal.com]

Да, это Вы говорите о повышении энтропии. Как я уже написала, я не поняла, почему автору книжки кажется это недостаточным: собственно, он нигде и не говорит, что недостаточно, но все-таки задается вопросом о фундаментальных асимметричных процессах - существуют ли такие?

Но самой интересной мне показалась его мысль, разбираемая в последней главе книжки, что время может оказаться и не фундаментальным свойством мира, а быть следствием каких-то его более глубоких свойств - пока нам неизвестных.

[verum-corpus.livejournal.com]

##### А самой-то мне легче всего представить себе бесконечную вселенную в состоянии тепловой смерти, в которой Большой взрыв, породивший столь низкоэнтропийную систему, что этого запаса хватает и до сего времени, представляет собой случайную флуктуацию ;) #####

По убедительности IMHO сильно не дотягивает до слонов на черепахе...