Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Практикум, Хекслет, SkyPro, авторские курсы — собрали всех и попросили скидки. Осталось выбрать!
Хабр доступен 24/7 благодаря поддержке друзей
Комментарии 20
В этом году это удалось двум группам из ФРГ.
«Федеративной Республики Германии»? Ах, да, стрела времени…
Итак, энтропия растет со временем.
Проблема в том, что термин «энтропия» уж очень многоплановый, имеющий свое определение в нескольких дисциплинах (например, в термодинамике и теории информации). Если же исходить из самого общего определения «энтропия — это мера неупорядоченности системы», то почему же энтропия растет со временем? Это аксиома (точнее 2-е начало термодинамики) или наблюдаемый факт? В реальном мире, той части Вселенной, которая доступна нашему наблюдению, я вижу обратную картину.
Наша планета в частности: если сравнить ее в момент миллиарда так 4 назад (раскаленный шар) и ее текущее состояние (разумная жизнь, цивилизация, интернет, ракеты и компьютеры) — система перешла в менее упорядоченное состояние? Аналогично космос: из облаков газа образовались галактики, звезды, планеты — это тоже рост энтропии? На каких основаниях описанные изменения признаны «ростом энтропии»?
Они были возможны из-за того, что когда-то во Вселенной было очень мало энтропии. Почему никто точно не знает.
Буду очень признателен за ссылки или мысли по данному вопросу. Это постулируется (исходя из 2-го начала) или существуют какие-то космологические наблюдения, подтверждающие, что 13 миллиардов лет назад во Вселенной было меньше энтропии (чем сейчас)?
Короткое упоминание есть здесь.
Вопрос про энтропию очень глубокий и тут надо быть аккуратным. Есть следующие моменты.
1. Энтропия энтропии рознь. Впервые она (вообще говоря, не сама энтропия, а ее изменение) вводится в термодинамике. Фраза «энтропия растет со временем» это, вообще говоря, перефразированное второе начало термодинамики, которое постулируется. Это обобщение того, что мы наблюдаем — оно не выводится и не доказывается.
2. Термодинамическая энтропия растет лишь в замкнутых системах. По большому счету, единственная замкнутая система — это Вселенная. Поэтому локально энтропия может уменьшаться, постулату это не противоречит.
3. Другие определения энтропии (через ансамбли, информационное и т.п.), могут сильно отличаться от термодинамического. Поэтому второе начало к ним, вообще говоря, неприменимо. Скажем, в рассуждении Хокинга про память на самом деле считается не информационная, а термодинамическая энтропию памяти. Ну и сколько энергии ушло на ее перезапись.
1. Энтропия энтропии рознь. Впервые она (вообще говоря, не сама энтропия, а ее изменение) вводится в термодинамике. Фраза «энтропия растет со временем» это, вообще говоря, перефразированное второе начало термодинамики, которое постулируется. Это обобщение того, что мы наблюдаем — оно не выводится и не доказывается.
2. Термодинамическая энтропия растет лишь в замкнутых системах. По большому счету, единственная замкнутая система — это Вселенная. Поэтому локально энтропия может уменьшаться, постулату это не противоречит.
3. Другие определения энтропии (через ансамбли, информационное и т.п.), могут сильно отличаться от термодинамического. Поэтому второе начало к ним, вообще говоря, неприменимо. Скажем, в рассуждении Хокинга про память на самом деле считается не информационная, а термодинамическая энтропию памяти. Ну и сколько энергии ушло на ее перезапись.
Насколько мне известно, замкнутой ли системой является Вселенная — вопрос в естествознании открытый (и вряд ли вообще решаемый в рамках науки, больше похоже что это вопрос философии, гносеологии).
Если 2-е начало термодинамики постулируется, и применимо лишь к замкнутым (не существующим в реальном мире) системам, почему термодинамическая стрела времени принята научным сообществом как одна из моделей времени? Парадокс: модель времени призвана ответить на вопрос «почему время течет в одну сторону?», но как она может на него ответить, будучи весьма далекой от реального «положения дел»?
Если 2-е начало термодинамики постулируется, и применимо лишь к замкнутым (не существующим в реальном мире) системам, почему термодинамическая стрела времени принята научным сообществом как одна из моделей времени? Парадокс: модель времени призвана ответить на вопрос «почему время течет в одну сторону?», но как она может на него ответить, будучи весьма далекой от реального «положения дел»?
Насколько я понимаю, во втором начале термодинамики речь идет не о замкнутых системах и не об энтропии. Энтропия вводится отдельно, после чего второе начало может быть распространено и на нее. Вот для этого придется использовать тот факт, что система замкнута.
Ну и несмотря на то, что идеально замкнутых систем не существует, к ним можно приблизиться. Скажем, теплоизолировать систему. Или же попросту учесть окружающую среду как один внешний объект и аккуратно учесть все потоки тепла к нему/от него.
Ну и несмотря на то, что идеально замкнутых систем не существует, к ним можно приблизиться. Скажем, теплоизолировать систему. Или же попросту учесть окружающую среду как один внешний объект и аккуратно учесть все потоки тепла к нему/от него.
Вообще говоря, всякие модели времени и разговоры о времени в большинстве случаев не являются научными. Наверное потому, что время просто тяжело определить, а понимать его можно по-разному и научное сообщество не определилось с универсальным определением и пониманием времени. Следовательно и разговоры о времени (в контексте стрел времени, психологического времени и т.д.) не являются научными.
Согласен. Научно то, что можно проверить экспериментом, описание фундаментальных категорий бытия проверить весьма сложно. Это то, что идет до науки, выходит за ее пределы (можно сказать «метанаука»). И меня, человека посветившего всю жизнь исследованию времени, периодически спрашивают: а это вообще все научно? Ответить «да» — это, как показано выше, не вполне корректно (исходя из общепринятого понимания науки, мое личное мнение иное). Ответить «нет» — и человек придет к выводу, что значит это не правда, т.к. в сознании большинства наука — единственный источник достоверных знаний (точнее даже вообще знаний, о других формах познавательной деятельности не все знают). А философия — это наука?)
Философия, конечно, не наука, в общем.
Однако, с моей точки зрения, аналитическая философия в частности — «хорошая философия», позволяющая чувствовать себя понимающим почти всё (а что ещё нужно?).
Вся остальная философия же сводится к проблемам языка.
Хотя, конечно, даже это означает, что такая философия не может быть интересной или она «плоха». Я вижу призвание философии в «затыкании дыр неведения» в нашей голове. Если какая-то философия «затыкает» эти дыры хорошо, значит она выполняет свою функцию хорошо.
Однако, с моей точки зрения, аналитическая философия в частности — «хорошая философия», позволяющая чувствовать себя понимающим почти всё (а что ещё нужно?).
Вся остальная философия же сводится к проблемам языка.
Хотя, конечно, даже это означает, что такая философия не может быть интересной или она «плоха». Я вижу призвание философии в «затыкании дыр неведения» в нашей голове. Если какая-то философия «затыкает» эти дыры хорошо, значит она выполняет свою функцию хорошо.
Проблема в том, как определить «затыкает ли»? Например, над тем, что такое время люди размышляют веками, т.е. дыра в данном случае огроменная. Пользуемся временем постоянно (если так можно сказать), время так или иначе присутствует во всех науках (но везде определяется по-разному) — а общего определения, так все-таки, что такое время — его нет. Понятие многогранное, и именно так (соединяя взгляды на время с разных точек зрения, в т.ч. разных наук) я стараюсь раскрыть его природу. Допустим, я изложу свои наработки в виде статьи или книги, и предложу вам для ознакомления — как вы будете оценивать истинность, достоверность, «хорошая» ли это философия?
Как и всё остальное — субъективно. Понятия «истинность», «достоверность», тут наверное не применимы. Говоря о философии как способе сделать так, чтобы человек перестал задаваться некоторым вопросом, т.е. нашёл ответ на него (для себя, понятно), можно сказать, что и религия в аспекте объяснения смерти и некоторых других вопросов выполняет ту же функцию.
Вообще, конечно, не о чем говорить, пока нет этих ваших наработок. Напишите статью про время на Geektimes!
Вообще, конечно, не о чем говорить, пока нет этих ваших наработок. Напишите статью про время на Geektimes!
Определение энтропии в термодинамике и теории информации, в общем-то, одинаковы с точностью до множителя. На википедии есть даже отдельная статья про их сравнение.
Что касается неубывания энтропии в замкнутых системах, то это действительно второе начало термодинамики и как бы аксиома. Но, как и с другими аксиомами в физике, ее принимают, потому что до сих пор неизвестно опытов, ее опровергающих. Другими словами, она очень хорошо работает в измеряемых экспериментах и ведет ко многим следствиям, которые тоже очень хорошо работают. С другой стороны, почему наша планета выглядит так, как будто энтропия убывает, непонятно. Может быть, закон становится неприменимым. Может быть, это всего лишь флуктуация. Кроме того, планета—не замкнутая система, как заметили в комментариях выше. Лично мне еще нравится идея о том, что это спекуляция, основанная на интуитивных соображениях. И что мы действительно двигаемся к состоянию с максимальной энтропией.
Есть отличная иллюстрация того, как интуитивные суждения о том, где больше беспорядка, а где меньше, могут не работать. Она называется entropy-driven phase transition. На википедии отдельной статьи пока нет, есть упоминания и смежная статья. Но в открытом доступе есть свежая кандидатская диссертация 2012 года из Дании. Дело в том, что если взять много твердых шариков, положить их в коробку, и дать шарикам летать и сталкиваться в невесомости, то—если их доля объема в коробке была от ~54% до ~61%—они станут как будто бы напоминать кристалл (хоть и будут летать). Это можно наблюдать уже на обложке диссертации. Эта кристаллическая структура—действительно состояние с максимальной энтропией для шариков. Такая структура дает меньше свободы в глобальном порядке, но дает больше свободы в локальных смещениях шариков вокруг узлов кристаллической решетки.
Что касается неубывания энтропии в замкнутых системах, то это действительно второе начало термодинамики и как бы аксиома. Но, как и с другими аксиомами в физике, ее принимают, потому что до сих пор неизвестно опытов, ее опровергающих. Другими словами, она очень хорошо работает в измеряемых экспериментах и ведет ко многим следствиям, которые тоже очень хорошо работают. С другой стороны, почему наша планета выглядит так, как будто энтропия убывает, непонятно. Может быть, закон становится неприменимым. Может быть, это всего лишь флуктуация. Кроме того, планета—не замкнутая система, как заметили в комментариях выше. Лично мне еще нравится идея о том, что это спекуляция, основанная на интуитивных соображениях. И что мы действительно двигаемся к состоянию с максимальной энтропией.
Есть отличная иллюстрация того, как интуитивные суждения о том, где больше беспорядка, а где меньше, могут не работать. Она называется entropy-driven phase transition. На википедии отдельной статьи пока нет, есть упоминания и смежная статья. Но в открытом доступе есть свежая кандидатская диссертация 2012 года из Дании. Дело в том, что если взять много твердых шариков, положить их в коробку, и дать шарикам летать и сталкиваться в невесомости, то—если их доля объема в коробке была от ~54% до ~61%—они станут как будто бы напоминать кристалл (хоть и будут летать). Это можно наблюдать уже на обложке диссертации. Эта кристаллическая структура—действительно состояние с максимальной энтропией для шариков. Такая структура дает меньше свободы в глобальном порядке, но дает больше свободы в локальных смещениях шариков вокруг узлов кристаллической решетки.
*из Голландии
Интересные мысли! Кстати, почитайте (если еще не читали) о синергетике Пригожина, он показал принципы самоорганизации систем, которая возникает при определенных условиях, в первую очередь открытость, нелинейность.
Если развить мысль про шарики дальше, проводя аналогию с Землей, получается два фундаментально разных подхода к осмыслению этого вопроса:
1. Все дело в том, что в природе нет замкнутых систем, поэтому планета, солнечная система, галактика и т.д. меняются в направлении снижения энтропии. Тут опять-таки могут возникнуть разночтения термина, поэтому лучше скажу «становятся более упорядоченными, сложными, организованными».
2. Если в итоге переход шариков в кристалл более вероятен, чем в какую-то аморфную массу, то да — энтропия возрастает, даже если система не замкнута, а «интуитивное неприятие» этого можно объяснить сумасшедшей мыслью: получается, что кристаллическая структура уже заложена в систему (геометрия шаров, электромагнитные взаимодействия, соотношения базовых констант — я не знаю, во что именно). Т.е. 2-е начало соблюдается (в «информационной» трактовке: переход только в более вероятное состояние), но это более вероятное состояния является при этом и более организованным, сложным (за счет неких фундаментальных законов природы, обеспечивающих самоорганизацию, результат которых — невероятно сложная в сравнении с облаком газа организованность окружающего мира).
Если развить мысль про шарики дальше, проводя аналогию с Землей, получается два фундаментально разных подхода к осмыслению этого вопроса:
1. Все дело в том, что в природе нет замкнутых систем, поэтому планета, солнечная система, галактика и т.д. меняются в направлении снижения энтропии. Тут опять-таки могут возникнуть разночтения термина, поэтому лучше скажу «становятся более упорядоченными, сложными, организованными».
2. Если в итоге переход шариков в кристалл более вероятен, чем в какую-то аморфную массу, то да — энтропия возрастает, даже если система не замкнута, а «интуитивное неприятие» этого можно объяснить сумасшедшей мыслью: получается, что кристаллическая структура уже заложена в систему (геометрия шаров, электромагнитные взаимодействия, соотношения базовых констант — я не знаю, во что именно). Т.е. 2-е начало соблюдается (в «информационной» трактовке: переход только в более вероятное состояние), но это более вероятное состояния является при этом и более организованным, сложным (за счет неких фундаментальных законов природы, обеспечивающих самоорганизацию, результат которых — невероятно сложная в сравнении с облаком газа организованность окружающего мира).
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Физические итоги 2014 года