2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему
 
 Энтропия Вселенной
Сообщение07.12.2014, 21:46 


19/11/14

239
Для начала процитирую уважаемого Munin-а.

Munin в сообщении #893427 писал(а):
Начните с классической (= неквантовой) статистической термодинамики.

Замкнутая система движется по какой-то траектории в своём фазовом пространстве. Существует теорема, по которой система всегда обречена возвращаться в состояние, близкое к исходному. Таким образом, утверждение о росте энтропии и наступлении равновесия - верно только в среднестатистическом смысле: система больше всего времени (в течение цикла возвращений) будет проводить в состоянии с наибольшей энтропией. Она быстро и с большой вероятностью перейдёт в это состояние, и только изредка с малой вероятностью будет выходить из этого состояния. Собственно, понятие энтропии - это просто понятие вероятности состояния, а точнее, логарифма от неё. В этом смысле, утверждение о росте энтропии - банальность.

Физически оказывается, что для даже сравнительно небольшой системы, пространство состояний оказывается настолько большим, что "полный цикл" совершается за время намного больше времени существования Вселенной. То есть, мы наблюдаем только "начальную часть" этого цикла: система переходит в состояние с наибольшей энтропией, и в нём остаётся.

Состояние с наибольшей энтропией - это не какое-то однозначно заданное состояние, это область в фазовом пространстве, причём область, имеющая наибольший объём, то есть, наименее однозначно заданная (по сравнению с другими такими областями). Система, попав в это состояние, не перестаёт двигаться, а продолжает блуждать в фазовом пространстве, и этому соответствуют непрекращающиеся движения и взаимодействия частиц. Просто эти движения не меняют того, как система выглядит "издалека", на макроскопическом уровне (например, везде усреднённо однородная плотность и кинетическая энергия частиц), и воспринимаются нами как то, что система остаётся в одном состоянии. Такие движения называются тепловыми движениями и колебаниями. Они беспорядочные, в том смысле, что мы не можем отследить, ни из каких причин они происходят, ни к каким последствиям они приводят, потому что мы наблюдаем систему "издалека", и все причины и последствия для нас сливаются в одно состояние термодинамического равновесия. Но если бы мы наблюдали систему в микроскоп, то мы бы заметили, что, скажем, одна помеченная частица то приобретает, то теряет энергию, совершает работу над другими частицами, и над ней совершают работу.

Дальше, если в этой картине перейти к квантовому описанию, то частицы заменятся на квантовые частицы, движения точек - на движения волновых функций, взаимодействия - на квантовые взаимодействия. Но суть останется та же: на микроуровне, отслеживая состояние системы с точностью до отдельных частиц, система возвращается в исходное состояние (на квантовом уровне это утверждение даже точнее, чем на классическом), а понятия теплового равновесия и энтропии просто очерчивают часть пространства состояний (здесь уже квантовых состояний), у которой наибольший объём, и поэтому наибольшая вероятность пребывания в ней. Система, попав в эту часть, продолжает движение.


Возникает вопрос. Если через очень много лет (на много порядков больше возраста Вселенной) произойдет тепловая смерть Вселенной, то может ли она, через еще больший промежуток времени, перейти в состояние с более низкой энтропией (хоть и на короткое время)?

 Профиль  
                  
 
 Re: Энтропия Вселенной
Сообщение07.12.2014, 23:46 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Может. И даже не на короткое - а на такое, скажем, как нынешний возраст Вселенной.

 Профиль  
                  
 
 Re: Энтропия Вселенной
Сообщение16.12.2014, 10:52 


19/11/14

239
А если учесть, что Вселенная расширяется, да еще с ускорением?

 Профиль  
                  
 
 Re: Энтропия Вселенной
Сообщение16.12.2014, 12:14 
Заслуженный участник


09/05/12
25179
interstellar в сообщении #947502 писал(а):
А если учесть, что Вселенная расширяется, да еще с ускорением?
А какая разница?

 Профиль  
                  
 
 Re: Энтропия Вселенной
Сообщение16.12.2014, 12:28 


19/11/14

239
Pphantom в сообщении #947540 писал(а):
А какая разница?


Вещество разлетается, частицы отдаляются друг от друга, не имея больше возможности встретиться и образовать большие, устойчивые структуры.

 Профиль  
                  
 
 Re: Энтропия Вселенной
Сообщение16.12.2014, 12:36 
Заслуженный участник


09/05/12
25179
interstellar в сообщении #947549 писал(а):
Вещество разлетается, частицы отдаляются друг от друга, не имея больше возможности встретиться и образовать большие, устойчивые структуры.
Но на ответ, который дал Munin, это не влияет.

 Профиль  
                  
 
 Re: Энтропия Вселенной
Сообщение16.12.2014, 12:41 


19/11/14

239
Pphantom в сообщении #947554 писал(а):
Но на ответ, который дал Munin, это не влияет.


Тогда как представляется уменьшение энтропии в режиме де Ситтера? В очень разряженной Вселенной (частицы на расстоянии в миллиарды световых лет друг от друга, и расстояние постоянно растет) возвращения в состояние, близкое к исходному, быть не может. Более того, частицы не могут взаимодействовать, они далеки друг от друга. Не могут образовать какие либо структуры. Как тут понимать уменьшение энтропии?

 Профиль  
                  
 
 Re: Энтропия Вселенной
Сообщение16.12.2014, 19:42 
Заслуженный участник


09/05/12
25179
Давайте начнем с начала. Вы знаете, что такое энтропия?

 Профиль  
                  
 
 Re: Энтропия Вселенной
Сообщение16.12.2014, 21:10 


19/11/14

239
Pphantom в сообщении #947809 писал(а):
Давайте начнем с начала. Вы знаете, что такое энтропия?


Из Википедии:

Цитата:
В широком смысле, в каком слово часто употребляется в быту, энтропия означает меру неупорядоченности системы; чем меньше элементы системы подчинены какому-либо порядку, тем выше энтропия.

 Профиль  
                  
 
 Re: Энтропия Вселенной
Сообщение16.12.2014, 21:24 
Заслуженный участник


09/05/12
25179
interstellar в сообщении #947876 писал(а):
В широком смысле, в каком слово часто употребляется в быту, энтропия означает меру неупорядоченности системы; чем меньше элементы системы подчинены какому-либо порядку, тем выше энтропия.
Поскольку Вас интересуют количественные изменения, то лучше обойтись без "широкого смысла".

Кстати, я заодно предлагаю Вам подумать и над таким вопросом: зачем Вам интересоваться изменением какого-то параметра какой-то космологической модели, если определения этого параметра Вы не знаете?

 Профиль  
                  
 
 Re: Энтропия Вселенной
Сообщение16.12.2014, 21:52 


19/11/14

239
Pphantom в сообщении #947884 писал(а):
Поскольку Вас интересуют количественные изменения, то лучше обойтись без "широкого смысла".


А как их выявить? Может ли сама космологическая постоянная привести к тому, чтобы даже элементарные частицы разлетались? Она ведь не сильнее гравитации?

Pphantom в сообщении #947884 писал(а):
зачем Вам интересоваться изменением какого-то параметра какой-то космологической модели, если определения этого параметра Вы не знаете?


Я знаю, что Вселенная есть замкнутая система. Знаю, что энтропия замкнутой системы растет. Munin сказал, что рост энтропии это статистический наиболее вероятный исход, однако, хоть и изредка, Вселенная может оказаться в состоянии с меньшей энтропией. Это понятно. Но Вселенная расширяется, к тому же с ускорением! Как в таких условиях система (Вселенная) может вернуться к состоянию6 близкому к исходному?

 Профиль  
                  
 
 Re: Энтропия Вселенной
Сообщение16.12.2014, 22:10 
Заслуженный участник


09/05/12
25179
interstellar в сообщении #947918 писал(а):
А как их выявить? Может ли сама космологическая постоянная привести к тому, чтобы даже элементарные частицы разлетались? Она ведь не сильнее гравитации?
Во-первых, на больших масштабах "сильнее". Во-вторых, при чем тут элементарные частицы?

interstellar в сообщении #947918 писал(а):
Я знаю, что Вселенная есть замкнутая система.
Это хорошо.

interstellar в сообщении #947918 писал(а):
Знаю, что энтропия замкнутой системы растет.
А вот тут уже не очень.

interstellar в сообщении #947918 писал(а):
Munin сказал, что рост энтропии это статистический наиболее вероятный исход, однако, хоть и изредка, Вселенная может оказаться в состоянии с меньшей энтропией.
Да, именно так.

interstellar в сообщении #947918 писал(а):
Но Вселенная расширяется, к тому же с ускорением! Как в таких условиях система (Вселенная) может вернуться к состоянию6 близкому к исходному?
А почему Вы решили, что уменьшение энтропии означает возврат к состоянию, близкому к исходному?

Собственно, все крутится вокруг одного и того же. Вы не знаете, что такое энтропия, поэтому допридумываете какие-то ее свойства, иногда попадая более-менее удачно, иногда - неудачно. В чем смысл подобной деятельности, мне непонятно, тем более что достаточно подробные объяснения, что такое энтропия, имеются как минимум в учебниках общей физики для первого курса, которые по этой причине вполне в состоянии осилить любой человек, закончивший школу. Без этой стадии употребление данного термина - просто сотрясение воздуха.

 Профиль  
                  
 
 Re: Энтропия Вселенной
Сообщение16.12.2014, 22:34 


19/11/14

239
Pphantom в сообщении #947939 писал(а):
Во-вторых, при чем тут элементарные частицы?


При том, что после распада крупных структур элементарные частицы разлетятся и будут отдаляться друг от друга из за расширения пространства между ними. Препятствует ли этому гравитационное притяжение между ними?

Pphantom в сообщении #947939 писал(а):
А почему Вы решили, что уменьшение энтропии означает возврат к состоянию, близкому к исходному?


Уменьшение энтропии значит выход из термодинамического равновесия, в котором невозможен энергетический обмен. Но о каком выходе может идти речь, когда частицы находятся на столь больших расстояниях, что любые взаимодействия между ними невозможны?

 Профиль  
                  
 
 Re: Энтропия Вселенной
Сообщение16.12.2014, 23:20 
Заслуженный участник


09/05/12
25179
interstellar в сообщении #947954 писал(а):
При том, что после распада крупных структур элементарные частицы разлетятся и будут отдаляться друг от друга из за расширения пространства между ними. Препятствует ли этому гравитационное притяжение между ними?
Для отдельных элементарных частиц - явно нет. Для групп элементарных частиц, в просторечии именуемых макроскопическими объектами - может быть. :D

interstellar в сообщении #947954 писал(а):
Уменьшение энтропии значит выход из термодинамического равновесия, в котором невозможен энергетический обмен. Но о каком выходе может идти речь, когда частицы находятся на столь больших расстояниях, что любые взаимодействия между ними невозможны?
Может быть, Вы все-таки начнете с выяснения смысла слов, которые пишете?

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 14 ] 

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group