Откуда мы знаем, что действительно обратимых процессов не существует?

Я искал вокруг и не нашел удовлетворительного ответа на этот вопрос. Многие источники просто приводят примеры предположительно обратимых процессов (таких как удары шаров друг о друга), на самом деле теряющих очень небольшое количество тепла из-за трения, сопротивления или какого-либо другого аспекта системы, который обычно игнорируется.

В поисках более строгих определений, чтобы попытаться понять это, я зашел в Википедию. Но это только сделало все круговым определением: обратимость определяется условием отсутствия изменения энтропии , которая является состоянием, определяемым с помощью цикла Карно , который предполагает обратимость. Я предполагаю, что это просто ошибка природы Википедии; статьи не могут все координировать и избегать цикличности.

Думая об этом самостоятельно, я не мог понять, почему возможный (но астрономически невероятный) процесс не может быть по-настоящему обратимым. Например, возьмем только две одинаковые частицы в вакууме с одинаковыми начальными скоростями на расстоянии друг от друга. Конечно, этого, скорее всего, никогда не произойдет, но, по крайней мере, теоретически это возможно. Гравитация должна вернуть их в исходное положение. Где здесь передается или преобразуется энергия?


По сути, что такое обратимость и откуда мы знаем , что она не может произойти за конечное время?

Ответы (1)

Короче говоря, «мы не знаем». Мы на самом деле не знаем никаких законов физики, если разобраться. Ни один из них. Вселенная такая, какая она есть, и она ведет себя так, как ведет себя. Это действительно все, что мы можем сказать наверняка.

Теперь мы можем сказать, что нашли законы, для которых у нас нет доказательств того, что они когда-либо нарушались. У нас есть законы, которые мы подвергли довольно строгим испытаниям, таким как создание миниатюрных солнц на Земле и проверка законов глубоко в их ядерных огнях. Но наука не может быть абсолютно уверена.

(Кстати, это моя любимая мозоль. Науку преподают студентам так, как будто она способна точно сказать, как устроен мир, когда на самом деле это всего лишь (один из) лучших подходов, которые мы когда-либо применяли. найдено до сих пор для моделирования того, как устроен мир)

При этом, что мы можем сделать, так это взглянуть на термодинамику и сказать, какой должна быть Вселенная, чтобы иметь действительно обратимый процесс. Один гипотетический случай, когда это может произойти, — это совершенно антисимметричная Вселенная, которая началась из ничего и ничем не закончится. Все, что мы видим в такой вселенной, приходит парами, которые в конце концов аннигилируют.

Легко показать, что это обратимый процесс. Вы начали с нуля, и вы закончите с нулем. Мы могли бы даже увидеть в этом интересные процессы, которые кажутся необратимыми, но на самом деле это просто иллюзия, которая исчезает, когда две половины этой вселенной аннигилируют. Это могло бы объяснить кажущуюся необратимость, которую мы наблюдаем.

На практике у нас нет доказательств того, что Вселенная подобна вселенной, которую я только что описал. Вы можете смоделировать ее таким образом, параллельную вселенную, в которой все, что мы делаем, просто исчезнет, ​​но вы также можете смоделировать ее как необратимую вселенную, и предсказания будут идентичны вплоть до того волшебного конца дней, когда параллельные вселенные сталкиваются или нет.

Мне нравится педантично думать о таких вещах, поэтому я должен указать, что ответ «мы не знаем». Однако с практической точки зрения мы провели огромное количество исследований термодинамических систем, и все собранные нами доказательства настолько хорошо согласуются с утверждением «все необратимо», что разумно просто предположить, что это правда, и начать работу. оттуда. Только когда вы попадаете в действительно глубокие философские и математические кроличьи норы, вам нужно рассматривать более тонкую позицию.

Итак, короче говоря, наука исходит из доказательств отсутствия , но по своей сути молчит об отсутствии доказательств ?
Отличный ответ, особенно в связи с большим обзором. Разрешил все мои недоразумения, кроме одного меньшего: есть идеи, является ли мой конкретный пример обратимым или нет, и почему?
@ Vedvart1 Нет, это необратимо, но это не очевидно сразу, пока не появится общая теория относительности. Частицы, возвращаясь с ускорением в исходное положение, будут излучать гравитационные волны , которые высвобождают энергию из системы. Я думаю, вы действительно могли бы построить теоретический вечный двигатель, если бы вы очень осторожно разыгрывали свои карты, чтобы избежать известных источников потерь, но если вне системы существует вселенная (а она всегда будет), она испортит ваши способности. чтобы было идеально.
Другая тема, которая может вас заинтересовать, — это метастабильность , которую мы видим, если у нас есть мяч, покоящийся прямо на вершине холма. Если бы мяч был немного левее или немного правее, он мог бы упасть в эту сторону, но наверху есть идеальная точка равновесия. Теоретически наверху есть точка, где система имеет энергию (не в основном состоянии), но энтропия никогда не увеличивается — она просто остается там . На практике крошечные эффекты нарушат баланс и заставят мяч упасть.
Такие вещи, как гравитационное притяжение Юпитера, начинают иметь значение в этих экзотических невероятно точных балансах. Меня это всегда забавляет, потому что я уверен, что астрологам понравится, когда они осознают, что в данном конкретном эксперименте восхождение Юпитера действительно влияет на будущее!
Откуда мы знаем, что действительно обратимых процессов не существует?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v