Комментарии 49
Простейший демон Максвелла - любой источник поля. Например, планету Земля окружает гравитационное поле. Оно создаёт разность давлений, что приводит к разности температур.
Не совсем. Демон избирательно пропускает в разных направлениях высоко- и низкоэнергетические частицы. Поле, во всяком случае, потенциальное, таким свойством не обладает.
И чем же вы объясните неизменную зависимость температуры от высоты/глубины как не демонической силой препятствующей тепловой смерти вселенной?
Она не неизменная, температура атмосферы поддерживается радиационной накачкой от ближайшей звёзды, твердая часть - распадом элементов и гравитационной дифференциацией недр. Процесс неравновесный, и идет в сторону охлаждения непрерывно. Даже солнце держится на хрупком равновесии между давлением термоядерной плазмы внутри и гравитации снаружи, и начнет схлопываться, как только реакции слияния прекратятся. Где вы нашли неизменность?
Тепловая смерть вселенной - это же не состояние с одинаковой температурой во всех её точках. Это общее тепловое равновесие, а если у вас в системе есть неоднородные потенциальные поля (а они в нашей вселенной всегда такими и останутся), то температура в областях с большим потенциалом будет выше, чем в областях с меньшим потенциалом. Но при этом переноса энергии от более горячих областей к холодным происходить не будет.
Градиент температур порождает конвекционные потоки. Никуда вы от них не денетесь.
Ну не всё так просто :) в сферически симметричном гравитационном поле, например, газ ближе к центру поля будет иметь более высокую температуру (градиент температуры будет направлен в центр поля), но при этом в состоянии равновесия никакой конвекции происходить не будет, так как сила действующая на элемент объема, направленная противоположно градиенту температуры («конвекционная сила») будет скомпенсирована силой «притяжения» (направленной ровно вдоль градиента температур). Пока эти силы не будут компенсировать друг друга, будет идти процесс установления равновесия.
это же не состояние с одинаковой температурой во всех её точках
Как быть с определением температуры, согласно которому она является характеристикой, которая одинакова у всех подсистем термодинамически равновесной системы?
Как я понимаю:
неверным применением термина температура.
Демон максвела это не про деление частиц на быстрые и медленные.
Это про деление частиц на частицы с высокой и низкой энергией.
Кинетическая энергия это только частный случай.
Зависимость от высоты происходит из-за потенциальной энергии.
А потенциальную энергию ядерного взаимодействия он тоже учитывает?
По идее долежен учитывать всё. Но тогда это будет уже не демон Максвела. Т.к. демон Максвела это конкретный пример.
Мне кажется вы путаете начала термодинамики с законом сохранения энергии.
я считаю, что макроскопические "законы" выполняются только в нормальных условиях. Т.к сами эти законы не физические законы, а подмеченные закономерности.
Если же мы подбираем хитровыебанные условия, то законы не обязаны соблюдаться.
Как пример ньютоновская теория тяготения в общем-то верна. Но в хитровыебанных случаях приходится пользоваться ОТО.
Пример нарушения второго закона термодинамики (хотя я бы сказал не нарушение закона, а нарушение закона в классической формулировке)
Берём 2 яблока с примерно равными температурами.
Запускаем их на релятивистских скоростях друг к другу.
пусть каждое из яблок испустит по одному фотону в другое яблоко.
Из-за синего смещения оба яблока в результате обмена фотонами нагреются. И если их температура не была строго равной, то получается более холодное яблоко нагрело более горячее.
Если же мы подбираем хитровыебанные условия, то законы не обязаны соблюдаться.
Цитата:
«То, о чём написана книга, легко понять из её названия и аннотации. «Новеллы о мире иных констант» рассказывает о нескольких физических константах, об их значении и роли во Вселенной. Но автор книги — выдающийся популяризатор науки и писатель Карл Александрович Гильзин — рассказывает о константах совсем не так, как это делается в книгах и учебниках. И именно манера подачи материала является главной особенностью книги, выделяет её на фоне всего остального научпопа.
Рассказывая о той или иной константе, автор представляет нам мир, каким он был бы в случае, если эта константа стала больше или меньше в определённое количество раз. И оказывается, что эти изменения кардинально изменяют мир, а иногда просто-напросто делают само его существование невозможным.
Всего «Новеллы...» рассказывают о девяти константах: сутки и год, скорость звука, содержание кислорода в воздухе, постоянная Больцмана, удельный заряд электрона (отношение заряда электрона к его массе), постоянная Планка, скорость света и гравитационная постоянная. Одна постоянная — это одна новелла. Как нетрудно заметить, первые четыре постоянных — это не константы в чистом виде, но автор показывает, что они имеют не меньшее значение, чем «истинные» физические постоянные.»
(с) 1966 год.
В данном случае хитровыебанным условием является полное отсутствие каких-либо полей и взаимодействий отличных от термодинамических.
Он учитывает термодинамический потенциал - это чуть больше, чем температура кинетическая энергия частиц. Остальное его не касается.
Вначале проблему 2-го закона передвинули в областть статистической физики. Теперь в область квантвоой механики.
"Важно отметить, что в квантово-информационном подходе предлагается способ уйти от сложной статистической картины".
Да, квантовая механика это очень просто!
В своей современной основе квантовая механика сложнее примитивной модели из бильярдных шаров, используемой в упрощённой версии термодинамики. Но посыл, как мне кажется, состоит в том, что бы сделать основы квантовой механики такими же простыми, как и модель типа "бильярдный шар". А далее от таких основ можно накрутить много сложных выводов, как и делает термодинамика со своими шарами.
И в качестве основы предлагается простейшее понятие асимметричной функции, которая в одном направлении вычисляется проще, чем в другом. Например - умножение. Оно простое в одну стороноу, а в сторну разложения на множители - вспоминаем шифр RSA. В природе же более затратные по времени и энергии процессы, очевидно, статистически менее вероятны, но не из-за непонятной вероятностной модели (по сути - божественной данности), а из-за примитивной асимметрии, понятной школьнику в 4-5-м классе.
И в качестве основы предлагается простейшее понятие асимметричной функции. ... Например - умножение. Оно простое в одну стороноу, а в сторну разложения на множители - вспоминаем шифр RSA
Может физикам было бы проще написать ТЗ - формулу с какими свойствами они хотят (энтропия не увеличивается, энергия сохраняется, и т.п.), а математики пусть уже выкручиваются как могут?
Все же знают, что свойства умножения для натуральных чисел и, допустим, множеств, различны. А физики это видят как разные физики для уровня отдельных штуковин (квантов) и их совокупностей (вещества).
Стоит напомнить, что физика — наука экспериментальная.
Нет, я не предлагаю исключить эксперименты. Однако компьютеры сделали в последнее время это занятие значительно менее враждебным к изучаемому мирозданию. Может быть данных уже достаточно и проблема лишь в том, чтобы найти им правильную интерпретацию?
20 век сильно покачнул это утверждение,Нет, все как было со времен Галилея и Ньютона так и осталось, физика наука, в первую очередь, эмпирическая. Экспериментально подтвержденные теории могут делать проверяемые предсказания. Так были предсказаны ЧД и ГВ в ОТО, кот. в последствии были открыты, античастицы, нейтрино и бозон Хиггса в теории элементарных частиц, Нептун с использование теории тяготения Ньютона, и тд. Но, чтобы это произошло эти теории должны были появиться, подтвердиться, и ключевым моментом в этом являются эмпирические открытия носящие, как правило, случайный характер. Искали одно, а нашли совершенно другое, неожиданное, непредсказуемое. Классический пример — открытие радиоактивности, кот. совместно со случайным открытием спектров излучения привели к созданию теорий микромира — КМ, атомной и ядерной физики, и физики элементарных частиц. Так же случайно были открыты сверхпроводимость и сверхтекучесть. Но самый известный результат такого рода — искали одно, нашли другое — открытие постоянства ск. света в опытах Майкельсона-Морли, кот. было обобщено Эйнштейном на все физические взаимодействия, и положено одной из основ в разработке СТО. Это также относится к изобретению различных физических приборов, напр, микроскопов и подзорных труб, на основе кот. был изобретен телескоп. Естественно такие случайные фундаментальные открытия и изобретения делают люди занимающиеся близкими исследованиями, и имеющие опыт интерпретации результатов в этих областях, а не посторонними людьми. Но факт остается фактом, эти открытия и изобретения не были предсказаны теоретически путем прямых расчетов, как, напр, ЧД или ГВ, не объяснялись имеющимися теориями, иногда впрямую противоречили им. Только при соблюдении всех этих факторов подобные открытия могут послужить отправной точкой для разработки новой фундаментальной физической теории. Для ТС, например, такие условия не были соблюдены, поэтому она остается недоказанным предположением, без предсказательных возможностей, уже 40 с лишним лет.
Последними примерами неожиданных открытий являются открытия Темной материи и ускоренного расширения Вселенной путем астрофизических наблюдений. Для объяснения последнего была введена Темная энергия, точнее была реинкарнирована старая идея Эйнштейна с космологической постоянной. Однако эти последние открытия хотя и не объясняются существующими теориями, не противоречат им впрямую. Требуется открытие, эксперимент с неожиданными результатами на ускорителях, или наблюдение на различных телескопах или детекторах, кот. в прямую противоречит ОТО или СМ. Т.е., как в случае с результатами опытов М-М можно было выписать явное противоречие с существующей теорией v <= c, где с — скорость света. Этот результат был записан в терминах классической механики, но в прямую противоречила ее основаниям, которые такие ограничения не предусматривали.
Что же ждем неожиданных новостей с фронтов Run 3 БАКа, фотосессий космического телескопа Джеймса Уэбба, и других мегаинструментов современной физической науки)
открытие постоянства ск. света в опытах Майкельсона-Морли
Ничего такого они не открывали. Они лишь пытались обнаружить эфирный ветер вблизи поверхности Земли, но даже этого их опыт установить был в принципе не способен, так как замерялась не скорость света в одном направлении, а средняя скорость туда-обратно.
P.S.
Про 20 век я несколько загнул. Начало его вполне классически-физическое. Я бы поправил на: «конец 20 века»)
теория вырастает из цепочки логических и непротиворечивых размышлений
Парадокс близнецов
Парадокс кота Шрёдингера
Парадокс демона Максвелла
Всё это - самые что ни на есть логические противоречия.
Все "объяснения" там сводятся либо ко введению выделенной ИСО, что противоречит сути относительности, либо к поиску лазеек в формулировках, чтобы СТО была как бы не применима в духе "у вас тут ускорение, которое, ой как удачно, идеально всё компенсирует, от чего никакого замедления вообще не наблюдается", что вообще приводит нас ко бритве Оккама.
Эксперименты - лишь часть физики. В первую очередь физика - точная наука, и суть всех её уравнений и теорем заключается в том, чтобы выразить свойства рассматриваемых явлений через набор аксиом (например, "дважды два четыре" - это теорема, её можно доказать через аксиомы о существовании единицы, о существовании большего на единицу числа и об индукции). Эксперименты и наблюдения - это лишь способ выработки новых аксиом, причём они нужны лишь в том случае, когда теория расходится с практикой и возникает желание её подогнать. Например, теоретически не было никаких ограничений для максимальной скорости: подставил в уравнение любое число и считай. Потом выяснилось, что в некоторых случаях расчёты отличаются от увиденного, а пригляделись и увидели, что скорость ограничена скоростью света; вот и новая аксиома готова, меняйте все теоремы и переписывайте все формулы. И так далее.
Проблему передвинули скорее, не в область квантовой механики, а квантовой статистики. И это никак не изменило главной сущности второго закона - он как был, так и остался статистическим, то есть связанным с усредненным поведением условно больших ансамблей частей цельной системы. И именно поэтому никакой "непреложности" и "абсолютности" в нем нет, и не было от века никогда. Физикам-профессионалам это хорошо известно, а вот считать его непреложным и абсолютным, это, извините, фатальное школярство на уровне мистики и теплорода, аксиоматизм в худшем его проявлении. Вспомните хотя бы о флуктуациях и суперфлуктуациях - а именно, любая термодинамически замкнутая система рано или поздно, хотя и через очень большой срок (но не бесконечный), обязательно возвращается в состояние с наименьшей возможной энтропией. После чего история с увеличением энтропии снова повторяется очень длительный промежуток времени, до тех пор, пока не созреет очередная суперфлуктуация. За бесконечный промежуток времени возникает бессчетное количество таких моментов возврата к наименьшей возможной энтропии. Это чистейшая математика, спорить с этим невозможно.
... любая термодинамически замкнутая система рано или поздно, хотя и через очень большой срок (но не бесконечный), обязательно возвращается в состояние с наименьшей возможной энтропией.
Это работает в случае дискретных молекул. А термодинамика в "абсолютном" виде работает в случае перехода от дискретного к непрерывному.
Переписать второй закон термодинамики и выжитьПосле все этих новаций возникает естественный вопрос: таки перпетуум мобиле второго рода все же возможен, или нет?
И да, уходим от классической вероятности, как следствия неопределенности или неупорядоченности состояний классических систем в квантовую область. Но там же еще более непонятная вероятность кв. состояний имеется. Как с ней быть?
В подходе ресурсной теории, по словам физика Маркуса Мюллера из Венского университета, «допускается математически полностью строгий вывод (без каких-либо концептуальных или математических неточностей) законов термодинамики и многого другого». Он заявляет, что в этом подходе содержится «переосмысление того, что на самом деле подразумевается под термодинамикой», — речь не столько об усреднённых свойствах больших ансамблей движущихся частиц, сколько об игре, которую агент ведёт против природы, чтобы с имеющимися ресурсами эффективно выполнить задачу. Но в итоге речь всё равно об информации.Агент… в физике? Молодец, Маркус Мюллер во всей красе)
Энтропия Больцманом была введена как логарифм статистического веса системы - числа микросостояний (в классике - положений и скоростей молекул), обуславливающих данное макросостояние (температура, объём, давление). Статистический вес не учитывает возможные корреляции движения атомов (например, в модели идеального газа ее в принципе не может быть, т.к. молекулы не взаимодействуют), отсюда и второй закон термодинамики: наиболее вероятны те макросостояния, которые обеспечиваются наибольшим числом микросостояний. Ах, да, емнип, тут важную роль играет эргодическая гипотеза (гипотеза?) - тенденция к равномерному распределению энергии по степеням свободы системы. Мне как-то не удалось найти информации, которая популярно отвечала бы на вопрос: что будет с энтропией, если в результате наличия взаимодействия в системе энергия распределяется не равномерно? Ведь есть, например, бризеры - коллективные колебания, в которых энергия самопроизвольно неравномерно распределяется по разным модам колебаний. А чему равна энтропия системы осцилляторов, которые синхронизируются за счёт обмена энергией (больше, меньше, или равна энтропии системы не синхронизированных осцилляторов)? Кажется (но не уверен), что такие явления могут наблюдаться в замкнутых системах. Буду рад, если кто-то внесёт ясность.
А чему равна энтропия системы осцилляторов, которые синхронизируются за счёт обмена энергией (больше, меньше, или равна энтропии системы не синхронизированных осцилляторов)?
Больше - когда все осцилляторы синхронизированы, система приходит в состояние равновесия, т.е. энтропия максимальна. Но популярного описания, как это выражается численно, я тоже не нашел. На первый взгляд кажется, что количество микросостояний уменьшается (происходит кластеризация), но это бы противоречило 2-му началу термодинамики.
Ну это как раз "натягивание". Напомню, как я уже писал выше, энтропия не учитывает корреляцию микросостояний, из чего возникнет, на мой взгляд, вполне закономерный вопрос, почему (или даже с какой стати) закон ее неубывания в замкнутой системе должен быть универсальным? Я не утверждаю, что второе начало термодинамики нарушается в нелинейных системах, но, как бы подвергая сомнению незыблемость привожу контр-пример, несостоятельность которого Вы, по сути, демонстрируете так: "контр-пример не состоятелен, потому что будучи состоятельным, он бы противоречил тому, контр-примером чему является". Так можно что угодно подтвердить)
Противоречие, равно парадокс, всего лишь означает, что мы что-то упускаем в описании системы. В случае связанных осцилляторов (или кристаллов) - информационную энтропию, которая растет с кластеризацией. Энтропия из классической термодинамики применима только к классическим термодинамическим системам, в то время как информационная энтропия является более общей концепцией.
Когда читал и теории конструктора вспомнились сады Эдема в игре жизнь.
Что касается детерминированности, то почему не взять MWI?
P.S. поставил плюс, но статья немного напоминает окрошку
Среди всех физических законах, пожалуй, нет закона непреложнее, чем второй закон термодинамики — понятие, что мера беспорядка — энтропия, либо остаётся неизменной, либо увеличивается.
"мера беспорядка" увеличивается если система была в неравновесном состоянии в начальных условиях. А так, должно быть неизменным. Иначе это не согласуется с законом сохранения энергии.
Почему, например, все молекулы воздуха в комнате не могут случайно собраться в одном углу? Это крайне маловероятно.
Однако вопросы в этой вероятностной статистической физике остаются. Мы направляемся к наиболее вероятным микросостояниям во всём ансамбле возможных состояний и вынуждены довольствоваться усреднением по этому ансамблю.
Вернее сказать стремление к равновесности системы, где вероятность появления указанных молекул в каждой точке замкнутой системы становится одинаковой.
Из этого следует, что в итоге тепло будет распространяться совершенно равномерно и движущей силы для дальнейших изменений не будет. Эту удручающую перспективу учёные середины XIX века назвали тепловой смертью Вселенной.
Тогда ещё никто не знал о пространственно-временном континууме и связи времени и пространства. Исходя из того, что энтропия стремится к равновесному состоянию где время и пространство однородно, тепловая смерть вселенной не наступит никогда пока не станет однородным пространственно-временной континуум. Вероятность появления однородного пространственно-временного континуума нулевая, пока расширяется вселенная.
Общепризнано, что эта направленность подразумевает необходимость «стрелы времени». С этой точки зрения время как будто течёт от прошлого к будущему, потому что Вселенная началась — по причинам, относительно которых нет полного понимания или общего мнения, — в состоянии с низкой энтропией
Собственно, этот вопрос — «как оно так получилось» и есть основной вопрос.
или общего мнения
Интересно было бы почитать о мнениях, пусть и не общих, существующих на этот счет.
В классической термодинамике несколько законов, самые фундаментальные из которых — первый и второй.
А самый интересный -третий.
Вот придумал я первый закон теории гравитации(по аналогии со вторым законом термодинамики) : более лёгкое тело притягивается сильнее к более тяжёлому. ©
В квантовом мире процесс измерения - это процесс создания (или выбора из конечного/бесконечного к-ва допускаемых нами вариантов). Упрощенно - при проведении самого измерения создаётся информация о результатах данного измерения. Создаётся - в данном случае означает отсутствие каких-либо наблюдаемых нами зависимостей нового состояния от предыдущего состояния по всем осязаемым нами шкалам измерений. Созданная информация (по шкалам измерений низших порядков, осязаемых нами) одинакова сразу для всех, поэтому без понимания взаимодействий измерений высших порядков выглядит для нас "магически и эзотерически". Уровень "случайности" результатов подобных измерений связан с уровнем энергии (куда ж без неё) того самого, кто, конечно, в кости не играет )
С точки зрения некоего Сознания, способного осязать лишь 1D-мир (как пример, время мы способны осязать лишь в 1D, поэтому в нашем представлении время линейно), измерение в квантовой физике - это выбор 1D-точки на поверхности пока недоступного для осязания 3D-шара.
Переписать второй закон термодинамики и выжить