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 На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5  След.
 
 Re: Вероятность и второй закон термодинамики
Сообщение12.10.2017, 15:21 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Umka2000 в сообщении #1255054 писал(а):
Ландау и Лифшиц не сомневаются, а говорят прямо о необратимости времени в квантовом мире

По данному вопросу лучше смотреть не ЛЛ-3, а ЛЛ-5 (статфизика).

Umka2000 в сообщении #1255089 писал(а):
А другие хорошие учебники говорят об обратимости времени или это вопрос просто замалчивается?

"Обратимость времени" - это в основном не предмет учебников, а часть околонаучного жаргона. Научных работ об этом очень мало, и они междисциплинарны (в рамках физики, в основном, хотя иногда всплывает биология и психология). Кроме того, увы, много философско-болтологической пены о "природе времени".

Поэтому шансы встретить высказывания серьёзных учёных - выше в хорошем научпопе, чем в полноценных учебниках.

+ Термины "стрела времени", "$\mathrm{T}$ и $\mathrm{CPT}$-симметрия" несколько более научны, по ним можно встретить упоминания в учебниках, но обычно вскользь и разбросанные.

Из "хороших философствующих" учебников по кванта́м напомню о
Иванов М.Г. Как понимать квантовую механику.

-- 12.10.2017 15:42:40 --

ragnarek в сообщении #1255102 писал(а):
А если выяснится, что Вселенная не только родилась из сингулярности, но и сколлапсирует в нее же в итоге, не будет ли это означать, что энтропия Вселенной в глобальном масштабе не меняется и нельзя привязать к ней направление времени?

Стандартная космологическая модель так и построена: в ней энтропия считается невозрастающей. Но это только приближение. Фактически, энтропия возрастает, но настолько мало, что это не сказывается на модели. (Главное - однородность распределения массы - продолжает выполняться с высокой точностью с Большого Взрыва до сего дня.)

    Замечание: в Стандартной модели Вселенная не сколлапсирует в сингулярность, а разлетится бесконечно. Режим коллапса доступен только для других вселенных с другими параметрами.

Пенроуз в научно-популярной (и местами лично-мечтательной) книге Новый ум короля обсуждает идею, что при учёте возрастания энтропии - конечный коллапс должен быть устроен иначе, чем начальная сингулярность. Он рисует картину, как всё вещество коллапсирует в отдельные чёрные дыры, а они потом уже сливаются.

Однако к чему это приведёт - серьёзных научных расчётов нет.

 Профиль  
                  
 
 Re: Вероятность и второй закон термодинамики
Сообщение12.10.2017, 15:48 
Аватара пользователя


21/09/12

1871
В природе полно несимметричных во времени процессов, что так все упёрлись в столь трудносчитаемую энтропию?
1. Распад нестабильных ядер происходит всяко чаще спонтанного ядерного синтеза.
2. Звезда горит и умирает во взрывном облаке чаще слипания того же облака и распада элементов до водорода.
3. Падение предметов на Землю. Почему-то чаще представляют вероятность, что молекулы воздуха снизу создадут "поднимающую силу", - но это же не так, это гравитация! Опишите природу вероятностного процесса, выталкивающего слиток железа на орбиту Земли в безатмосферной среде.
4. Экзотермические реакции. Насколько вероятен массовый распад $CO_2$ на $O_2$ и $C$ с кристаллизацией последнего в кусок угля?

 Профиль  
                  
 
 Re: Вероятность и второй закон термодинамики
Сообщение12.10.2017, 16:10 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Munin в сообщении #1255108 писал(а):
Стандартная космологическая модель так и построена: в ней энтропия считается невозрастающей. Но это только приближение. Фактически, энтропия возрастает, но настолько мало, что это не сказывается на модели. (Главное - однородность распределения массы - продолжает выполняться с высокой точностью с Большого Взрыва до сего дня.)

Это относится к гравитационной части Стандартной космологической модели. Но в неё входит и модель химической эволюции Вселенной на ранних этапах Большого Взрыва:
- эволюция состава субъядерных частиц на релятивистской стадии (бариосинтез);
- эволюция состава ядер, возникновение соотношения водорода и гелия $3:1$ (нуклеосинтез);
- вычисление величины и состава реликтовых фотонов и реликтовых нейтрино.

И с этой химической точки зрения, энтропия на некоторых стадиях в некоторых подсистемах успела вырасти достаточно чувствительно - произошла термализация, наступление термодинамически равновесного состояния (смещающегося по ходу расширения Вселенной). Однако в других подсистемах термализация не успевала наступить, к моменту изменения условий и режима. И наконец, ряд подсистем попросту отделился от других и перестал эволюционировать (произошла "закалка", decoupling, freezing out (in?)). Это произошло:
- с гипотетическими массивными частицами (монополями, суперпартнёрами, частицами тёмной материи и т. п.);
- с нейтрино;
- с фотонами (реликтового излучения).

На сегодня, реликтовые фотоны высокоэнтропийны, а нуклоны - низкоэнтропийны. Одна термоядерная реакция выделяет порядка МэВ, а энергия реликтового фотона - порядка мэВ, то есть на эту реакцию приходится порядка миллиарда степеней свободы излучения.

-- 12.10.2017 16:23:11 --

atlakatl в сообщении #1255111 писал(а):
В природе полно несимметричных во времени процессов, что так все упёрлись в столь трудносчитаемую энтропию?
1. Распад нестабильных ядер происходит всяко чаще спонтанного ядерного синтеза.
2. Звезда горит и умирает во взрывном облаке чаще слипания того же облака и распада элементов до водорода.
3. Падение предметов на Землю. Почему-то чаще представляют вероятность, что молекулы воздуха снизу создадут "поднимающую силу", - но это же не так, это гравитация! Опишите природу вероятностного процесса, выталкивающего слиток железа на орбиту Земли в безатмосферной среде.
4. Экзотермические реакции. Насколько вероятен массовый распад $CO_2$ на $O_2$ и $C$ с кристаллизацией последнего в кусок угля?

Увы, тут полно чуши.
1. Ядерный синтез - основной процесс в природе, поскольку в основном вещество состоит из водорода и гелия (остальных элементов в галактиках порядка процента, а во внегалактическом газе - вообще по нулям, а его больше). Синтезируются в основном стабильные ядра, и только очень редко происходит синтез нестабильных (во взрывах сверхновых). И только тогда они могут распадаться.
2. Звезда горит и умирает с той же частотой, что и "слипание того же облака", чаще просто быть не может. Звёздообразование в среднем - стабильный процесс, хотя частично образование звёзд перевешивает взрывы: остаётся несколько маломассивных долгоживущих, невзрывающихся звёзд.
2'. Элементы до водорода вообще не распадаются никогда. Это энергетически невыгодно.
3-4 - неизвестно, что хотел сказать автор. Направление процессов падения тел на Землю, и направление химических реакций, диктуется именно энтропией.

 Профиль  
                  
 
 Re: Вероятность и второй закон термодинамики
Сообщение12.10.2017, 16:35 
Аватара пользователя


28/09/16
123
atlakatl в сообщении #1255111 писал(а):
В природе полно несимметричных во времени процессов, что так все упёрлись в столь трудносчитаемую энтропию?
1. ...

Иванов в "Как понимать квантовую механику" пополняет список необратимых процессов: поглощение частиц Чёрной дырой,
и фактически дублирует Ландау и Лифшиц в своей книге в п. 5.3.стр 147:

Иванов в "Как понимать квантовую механику" писал(а):
"Процедура измерения — единственное место в стандартной квантовой
механике, которое вносит в теорию вероятности и необратимость. При
унитарной эволюции переход от начального состояния к конечному опи-
сывается обратимыми операторами, а значит всегда можно восстановить
по конечному состоянию начальное. При измерении иначе: состояние пос-
ле измерения всегда получается из состояния до измерения с помощью
необратимого оператора (проектора), случайным образом выбираемого из
некоторого набора."

 Профиль  
                  
 
 Re: Вероятность и второй закон термодинамики
Сообщение12.10.2017, 16:40 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Umka2000 в сообщении #1255120 писал(а):
Иванов в "Как понимать квантовую механику" пополняет приведённый список необратимых процессов: поглощение частиц Чёрной дырой

Это место на сегодня является спорным и обсуждаемым. Есть варианты состыковать теорию, в которых этот процесс не будет необратим (не будет терять информацию). (За счёт хокинговского излучения чёрной дыры.)

 Профиль  
                  
 
 Re: Вероятность и второй закон термодинамики
Сообщение12.10.2017, 16:51 
Аватара пользователя


21/09/12

1871
Munin
1. Я сказал о нестабильных ядрах. Вы обобщили и привычно обозвали чушью. Насколько вероятен синтез межзвёздного водорода в ядро урана?
2.
Цитата:
Элементы до водорода вообще не распадаются никогда.
Я об этом и сказал. Напомню, я начал о несимметричных во времени процессах.
3-4. Я хотел сказать именно о стреле времени. Она в моих гипотетических процессах более наглядна, чем подсчёт энтропии.
То, что метеорит нагревает атмосферу при падении и прочие квазары, я понимаю.

 Профиль  
                  
 
 Re: Вероятность и второй закон термодинамики
Сообщение12.10.2017, 16:56 
Аватара пользователя


28/09/16
123
Munin в сообщении #1255123 писал(а):
Umka2000 в сообщении #1255120 писал(а):
Иванов в "Как понимать квантовую механику" пополняет приведённый список необратимых процессов: поглощение частиц Чёрной дырой

Это место на сегодня является спорным и обсуждаемым. Есть варианты состыковать теорию, в которых этот процесс не будет необратим (не будет терять информацию). (За счёт хокинговского излучения чёрной дыры.)

Это из области «Мягкие волосы» Чёрных дыр Хокинга? К сожалению, уже не найду одну из новых статей Хокинга, но остановился на чтении, когда увидел понятие - "soft gravitons", пока к этому не был готов, надо что-то ещё почитать :?

 Профиль  
                  
 
 Re: Вероятность и второй закон термодинамики
Сообщение12.10.2017, 17:16 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
atlakatl
Надеюсь, модераторы объяснят вам, что офтопик развивать не следует. Ниже мои комментарии.

(Оффтоп)

atlakatl в сообщении #1255129 писал(а):
Я сказал о нестабильных ядрах. Вы обобщили и привычно обозвали чушью. Насколько вероятен синтез межзвёздного водорода в ядро урана?

Нет, я сказал, что это чушь, именно про нестабильные ядра (со стабильными было бы ещё более феерической чушью).

Синтез межзвёздного водорода весьма вероятен: он коллапсирует в звёзды, в которых синтезируется в гелий. Вот в другие ядра - реже. Однако даже это "реже" - намного чаще, чем распад нестабильных ядер, просто потому, что нестабильных ядер намного меньше, чем водорода.

Водород синтезируется в гелий.
Реже он по цепочке синтеза доходит до тяжёлых ядер.
Очень небольшая доля этих тяжёлых ядер оказывается распадающимися.
И вот они уже распадаются. (Часто - намного медленнее, чем синтезируются.)

Качественно сравнить вероятности можно уже из этих фактов.

atlakatl в сообщении #1255129 писал(а):
Я об этом и сказал.

Вы сказали о процессах "слипания облака".

atlakatl в сообщении #1255129 писал(а):
3-4. Я хотел сказать именно о стреле времени. Она в моих гипотетических процессах более наглядна, чем подсчёт энтропии.
То, что метеорит нагревает атмосферу при падении и прочие квазары, я понимаю.

Боюсь, вы переоцениваете наглядность ваших пояснений. Для начала, читателю непонятно, что вообще значат предложения, в которых нет подлежащего и сказуемого.


-- 12.10.2017 17:18:49 --

Umka2000 в сообщении #1255130 писал(а):
Это из области «Мягкие волосы» Чёрных дыр Хокинга?

Не уверен, не следил.

Soft применительно к частицам, например, к гравитонам, означает "низкоэнергетические" (часто - вообще в инфракрасном пределе).

 Профиль  
                  
 
 Re: Вероятность и второй закон термодинамики
Сообщение12.10.2017, 17:28 
Заслуженный участник


02/08/11
6892
Umka2000 в сообщении #1255120 писал(а):
и фактически дублирует Ландау и Лифшиц в своей книге в п. 5.3.стр 147:
Как раз в том и дело, что совершенно не дублирует. Иванов поясняет конкретно, что он имеет в виду под "необратимостью" ("При измерении иначе: ..."), и это совершенно не то, что написано в ЛЛ.

 Профиль  
                  
 
 Re: Вероятность и второй закон термодинамики
Сообщение12.10.2017, 18:34 
Заморожен


16/09/15
946
Munin

(Оффтоп)

Так, значит, связь космологической и термодинамической стрелы времени место быть имеет?
Я просто прочитал об этом у Новикова, мол, что, такие идеи оказались несостоятельными...
Не могли бы вы сослать, где об этом можно непопулярно прочитать? У Горбунова-Рубакова что-то не найду...

 Профиль  
                  
 
 Re: Вероятность и второй закон термодинамики
Сообщение12.10.2017, 18:46 
Заслуженный участник


02/08/11
6892

(Оффтоп)

Erleker, то, что наблюдаемая термодинамическая стрела времени имеет в конечном счёте космологические причины - в значительной мере общепризнано (альтернативы есть, но они слабее; это можно узнать из первых глав обзорной книги Zeh - The Physical Basis of The Direction of Time). (А вот про связь между термодинамической стрелой времени и конкретно космологической стрелой времени за Munin отвечать не буду.)

 Профиль  
                  
 
 Re: Вероятность и второй закон термодинамики
Сообщение12.10.2017, 19:11 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Erleker в сообщении #1255154 писал(а):
Я просто прочитал об этом у Новикова, мол, что, такие идеи оказались несостоятельными...

Стоит дать ссылку и процитировать подробнее. Что именно он имеет в виду - я не знаю.

warlock66613
Возможно, я совершил терминологический ляп. Ваши пояснения будут нелишними.

 Профиль  
                  
 
 Re: Вероятность и второй закон термодинамики
Сообщение12.10.2017, 19:28 
Заслуженный участник


02/08/11
6892
Ну, когда говорят о связи между космологической стрелой времени и термодинамической стрелой времени, то обычно подразумевают, что если бы расширение Вселенной сменилось сжатием (или когда расширение сменится сжатием), то энтропия будет убывать. Поскольку про эту связь пишут больше в популярной литературе (ну или мне оно попадалось в таковой, включая, кажется, Хокинга), то сложно сформулировать точно.

Но когда говорят, что причиной наблюдаемой термодинамической стрелы времени является низкоэнтропийное начальное состояние Вселенной (ну и вообще особенности этого начального состояния), то прямой связи между расширением и термодинамической стрелой времени, по идее, не подразумевается, то есть о прямой связи между космологической и термодинамической стрелой времени речи не идёт.

Но вполне может быть, что идея "если сменить расширение Вселенной сжатием, то термодинамическая стрела времени перевернётся" считается сейчас настолько несерьёзной, что когда в современной более-менее научной литературе говорят (если говорят) о связи между космологической стрелой времени и термодинамической времени, то ничего такого не имеется в виду, а имеется в виду как раз факт низкоэнтропийности ранней Вселенной и термодинамическую стрелу времени как его следствие.

 Профиль  
                  
 
 Re: Вероятность и второй закон термодинамики
Сообщение12.10.2017, 19:33 
Заморожен


16/09/15
946
Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной
Последний параграф.

 Профиль  
                  
 
 Re: Вероятность и второй закон термодинамики
Сообщение12.10.2017, 19:40 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
warlock66613 в сообщении #1255169 писал(а):
Ну, когда говорят о связи между космологической стрелой времени и термодинамической стрелой времени, то обычно подразумевают, что если бы расширение Вселенной сменилось сжатием (или когда расширение сменится сжатием), то энтропия будет убывать.

А, это, конечно, ерунда. С чего бы ей убывать? Возрастать энтропия может и в расширяющейся и в сжимающейся вселенной (с маленькой буквы, потому что не наша), и модели Фридмана построены для константной энтропии. (Надо добавить, что в ОТО необходимо более аккуратно говорить о потоке энтропии, а как его интегрировать с учётом масштабного фактора и как учитывать "энтропию гравитационного поля" - отдельный вопрос.)

В общем, я говорил именно о низкой энтропии начального состояния.

Пример сжатия вещества (вместе с пространством) при росте энтропии - коллапс звезды в чёрную дыру.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 67 ]  На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5  След.

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



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: peg59


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