Можем ли мы действительно применить второй закон ко всей Вселенной?

Я не сомневаюсь во втором законе вообще, только если бы он строго применялся ко всей Вселенной. Вот почему я спрашиваю об этом

  1. 2-й закон - ограничивается изолированными системами: «Второй закон можно сформулировать из наблюдения, что энтропия изолированных систем , оставленных для спонтанной эволюции, не может уменьшаться» https://en.wikipedia.org/wiki/Second_law_of_thermodynamics

  2. Теорема о флуктуациях - ограничена конечными системами: «... для конечной неравновесной системы за конечное время FT дает точное математическое выражение для вероятности того, что энтропия будет течь в направлении, противоположном тому, которое диктуется вторым законом. термодинамика"

    "... FT не утверждает, что второй закон термодинамики неверен или недействителен. Второй закон термодинамики - это утверждение о макроскопических системах. FT является более общим. Его можно применять как к микроскопическим, так и к макроскопическим системам. Когда применительно к макроскопическим системам FT эквивалентен второму закону термодинамики » https://en.wikipedia.org/wiki/Fluctuation_theorem

  3. Необратимые процессы - только в конечное время: «Однако в действительности действительно обратимых процессов никогда не бывает ( или они происходят бесконечно долго) » Термодинамика/Четыре_Закона_Термодинамики/Второй_Закон_Термодинамики

Разве вся вселенная не нарушает все три условия? Он не изолирован, не конечен пространственно и бесконечен в будущем. И даже для наблюдаемой Вселенной, разве она не бесконечна в будущем? Это, по крайней мере, нарушает № 3, и я бы подумал № 2, поскольку он будет пространственно бесконечным в бесконечном времени.

Можете ли вы, по крайней мере, ответить, почему наблюдаемая Вселенная не будет бесконечной в будущем, чтобы удовлетворять условиям № 2 (т. е. она будет продолжать расширяться и, таким образом, станет бесконечной в пространстве) и № 3?

> Он не изолирован, не конечен пространственно и бесконечен в будущем. Откуда эти претензии? Я бы сказал, что мы не знаем, мы наблюдаем лишь небольшую часть Вселенной и не знаем будущего с уверенностью.
Поскольку на самом деле это всего лишь статистическое наблюдение, я полагаю, что оно будет гораздо более склонным к локальным изменениям, чем, скажем, гравитационная постоянная (что сделает ее более легкой для понимания и, следовательно, более широко используемой в космологии), но я Я не ставлю на кон свою репутацию. К сожалению, его широкое использование может сделать его менее надежным, создавая при этом неуместное впечатление вероятности.
@JánLalinský Ярмарка, мы таких не знаем. Но тогда почему физики так уверены, что 2-й закон никогда не будет нарушен для всей вселенной, когда FT (обобщение 2-го закона) требует конечных систем, возникает вопрос, сбалансирована ли энергия для всей вселенной (ставит под сомнение требование быть названным изолированным) и т.д. и т.п. Это вопросы, на которые нужно сначала ответить нет?
@JKusin какие физики? Я не думаю, что это общепринятые убеждения среди всех физиков. Кто-то может использовать их в качестве исходных предположений и выработать последствия для какой-то конкретной игрушечной модели вселенной, но утверждать, что предположения верны для нашей вселенной, — это совсем другое дело.
@JánLalinský цитирует: «Закон, согласно которому энтропия всегда возрастает, занимает, я думаю, высшую позицию среди законов Природы. Если кто-то укажет вам, что ваша любимая теория Вселенной не согласуется с уравнениями Максвелла — тем хуже. для уравнений Максвелла. Если окажется, что оно противоречит наблюдениям — что ж, эти экспериментаторы иногда путают вещи. рухнуть в глубочайшем унижении». - Эддингтон
И «Второй закон термодинамики, без сомнения, является одним из самых совершенных законов в физике. Любое воспроизводимое нарушение его, даже самое незначительное, принесло бы первооткрывателю огромные богатства, а также поездку в Стокгольм. решить одним махом. Невозможно найти какой-либо другой закон (за исключением, может быть, правил суперотбора, таких как сохранение заряда), для которого предполагаемое нарушение вызвало бы больше скептицизма, чем это...
...Даже законы электричества Максвелла или закон тяготения Ньютона не являются столь неприкосновенными, поскольку каждый из них имеет измеримые поправки, вытекающие из квантовых эффектов или общей теории относительности. Закон привлек внимание поэтов и философов и был назван величайшим научным достижением девятнадцатого века. Энгельсу это не нравилось, поскольку оно поддерживало оппозицию диалектическому материализму, а папа Пий XII считал его доказательством существования высшего существа». Иван П. Базаров 1964 г.
И «Поскольку Максвелл предложил Демона, все здравомыслящие люди согласились, что энтропия всей вселенной должна каким-то образом увеличиваться по пути, но оказалось очень трудно точно определить, где именно это происходит». preposterousuniverse.com/blog/2013/11/28/thanksgiving-8
Эти цитаты показывают, помимо некоторых нежелательных убеждений, сильную (и хорошо обоснованную) веру во 2-й закон в обычных условиях, то есть применительно к системам конечных размеров, где гравитация может быть исключена из исследования. Они не заявляют, что закон можно применить ко всей вселенной, где гравитация имеет первостепенное значение. Конечно, некоторые люди верят, что 2-й закон каким-то образом применим ко всей Вселенной. Но это туманная гипотеза с большими проблемами, например, что будет означать перенос тепла/работы во вселенную, как можно определить макросостояние или как можно определить энтропию вселенной.
@ JánLalinský «Они не утверждают, что закон может быть применен ко всей вселенной, где гравитация имеет первостепенное значение». Я чувствую, что, по крайней мере, Шон Кэрролл явно это делает, а другие в некотором смысле. Разве вы не должны хотя бы решить, что пространство-время не является непрерывным, чтобы сказать цитаты Эддингтона и Базарова? Как они так уверены, не доказывая дискретного пространства-времени?

Ответы (2)

Представьте на секунду, что «термодинамическая вселенная» бесконечна по своим размерам и имеет бесконечную массу, следовательно, бесконечную внутреннюю энергию и бесконечную энтропию. Что же тогда будет означать утверждение, что в любом процессе полная энтропия Вселенной, которая уже бесконечна, может только увеличиваться, в то время как бесконечная полная внутренняя энергия не изменяется? Что могут означать такие заявления в оперативном отношении? Как их можно было протестировать хотя бы в принципе?

Несмотря на ложное заявление Клаузиуса о том, что «вселенная» имеет операциональное значение, значение «вселенная» должно быть ограничено космическими масштабами до галактических/солнечных/геологических…

На практике мы исследуем систему с ее непосредственными соседями и просто называем это «вселенная», но мы делаем еще один важный шаг вперед и вводим идеализированные источники работы вместе с концепцией источника/поглотителя идеализированной энтропии (тепла).

Ключевая идеализация заключается в предположении, что каждый источник работы обеспечивает постоянную механическую/электрическую/магнитную и т. д. связь с системой, характеризуемой одной интенсивной величиной (давление, напряжение, E, H и т. д.) независимо от количества экстенсивных величин. (объем, деформация, заряд, поляризация и т. д.) он поменялся с системой.

Точно так же к системе подключена нагревательная ванна (термостат), так что температура ванны не изменяется независимо от величины энтропии (т. Δ U б а т час "=" Т б а т час Δ С б а т час он обменялся с системой при этой температуре (где Δ С б а т час изменяется при взаимодействии во время Т б а т час остается постоянным). (Конечно, может быть несколько нагревательных ванн с разной температурой или рабочих источников с разным давлением, подключенных и соединенных одновременно с системой, так что система не может уравновеситься, но может находиться в стабильном стационарном состоянии.)

Это напоминает то, как ЭЭ идеализируют батарею или любой источник напряжения, напряжение на клеммах которого не изменяется независимо от тока нагрузки. Такой батареи не существует, но каждая электрическая цепь спроектирована с учетом этого предположения, несмотря на то, что напряжение батареи зависит от ее разряда. Мы это знаем, но преодолеваем это с помощью соответствующей конструкции, чтобы сохранить диапазон допустимых характеристик схемы. Можно сказать, что в контексте уравнений Кирхгофа идеализированные источники напряжения или тока (например, батарея или генератор переменного тока и т. д.) являются средой цепи.

Когда мы указываем напряжение смещения, или температуру термостата, или атмосферное давление в качестве среды системы, мы задаем ей граничные условия, а система с ее граничными условиями — это то, что мы называем термодинамической вселенной без какого-либо «космического» смысла. будучи привязанным к нему.

  1. Находится ли вселенная под влиянием других вселенных или «высшего» порядка реальности? Я точно этого не знаю. Если вы это сделаете, я бы хотел, чтобы вы поддержали это утверждение. Насколько мне известно, Вселенная вполне может быть изолированным пузырем, и я не видел достоверных доказательств, противоречащих этому предположению.

  2. Вселенная не находится в равновесии, потому что она находится в состоянии постоянного изменения, иначе ничего бы не происходило. Еще раз ваш вопрос зависит от неизвестного предположения. То есть «Вселенная бесконечна по размеру и, следовательно, также бесконечна по энергии».

  3. Ради расчета вы можете просто ограничиться эволюцией Вселенной между произвольными моментами времени, сделав ее конечной. Ваше утверждение справедливо только в том случае, если вы настаиваете на бесконечном временном горизонте.

Для # 1 я никогда не слышал, чтобы термин «изолированный» использовался для всей вселенной. # 2 Разве вся Вселенная не считается бесконечной для обоих космологов? FT говорит, что это применимо только к конечным системам. # 3 Как я могу точно это оправдать. Другие законы физики не нарушаются в бесконечное время.
#1 Это должно ответить на ваш вопрос physics.stackexchange.com/questions/11701/… #2 Нет, это нерешенный вопрос. #3 Представьте себе постоянное ускорение и распространите его на бесконечное будущее. Мы движемся бесконечно быстро? Любой закон, описывающий изменение с течением времени, рано или поздно нарушается.
Я согласен с их аргументами, что мы можем назвать Вселенную изолированной, но затем я прочитал: «Изолированная система подчиняется закону сохранения, согласно которому ее полная энергия-масса остается постоянной». en.wikipedia.org/wiki/Isolated_system Вики просто неверна? Темная энергия добавляет энергии. И в любом конечном континууме уже есть бесконечность, как пустое пространство. Как мы можем так уверенно применять FT/2-й закон, когда мы предполагаем некую бесконечность континуума и в большинстве случаев рассматриваем вселенную как бесконечную в пространстве, даже если она не установлена. FT говорит, что только конечно!
«Темная энергия добавляет энергии». - Вы опять делаете утверждения о неизвестном. Откуда вы знаете, что это «добавляет энергию», а не просто высвобождает энергию, как свернутая пружина? Вот в чем дело, основываясь на наблюдениях, вселенная в целом кажется увеличивающейся в энтропии, и нет никаких доказательств обратного. Любой спор всегда строится на «а что, если?» и различные предположения, не подкрепленные никакими данными. «Вселенная бесконечна». Откуда ты это знаешь? «Темная энергия увеличивает энергию». Откуда ты это знаешь? "Энергия создается в вакууме" Откуда вы это знаете?
Вот моя дилемма. Есть известные физики, говорящие (перефразируя), что если и есть что-то, в чем они уверены, так это то, что 2-й закон (университета) никогда не будет нарушен. Как это утверждение может быть таким сильным, если мы, как вы говорите, не знаем, бесконечна Вселенная или нет? Многие теории утверждают, что оно в некотором роде бесконечно (континуум пространства, будущее во времени, пространство). А может быть, энергия унив. растет. Может быть. Итак, со всеми этими, по крайней мере, неизвестными, как этот взгляд может быть таким самоуверенным? Я редко встречаю утверждения , которые уверены/сильны в физике или охватывают (всю вселенную).
Можем ли мы действительно применить второй закон ко всей Вселенной?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v