Почему низкая энтропия при Большом взрыве требует объяснения? (космологическая стрела времени)

Я читал книгу Шона Кэрролла. Я слушал выступление Роджера Пенроуза «До большого взрыва». Оба предлагают объяснить тайну низкой энтропии, высокоупорядоченного состояния при Большом взрыве.

Поскольку второй закон термодинамики считается фундаментальным законом природы и поскольку он утверждает, что в замкнутой системе энтропия должна либо оставаться неизменной, либо возрастать, энтропия во время Большого взрыва должна была быть намного ниже, чем сейчас. .

Также термодинамическая стрела была объяснена Больцманом в 1896 г., воплощенная в С знак равно к п ⁡ Вт что было написано на его надгробии. Вт - количество различных микросостояний системы. Мне кажется, что тривиально это число будет меньше в прошлом, чем в будущем, так как энтропия подчиняется 2-му закону. Это определяет термодинамическую стрелу времени.

Зачем нам нужно дополнительное объяснение «основного закона»?

Я вижу, что Любос разместил эту замечательную ссылку на другой вопрос: «Имеет ли физический смысл говорить о стреле времени в других вселенных?» --: «Роберт Уолд arxiv.org/abs/gr-qc/0507094, который утверждал, что термодинамическая стрела времени — или низкий вход в раннюю Вселенную — не может иметь динамического происхождения. — Любош Мотл, 21 января, 18:34. «Большое спасибо, Любош. Я не собираюсь спорить с Робертом Уолдом.
Спасибо, Гордон, за ваш хороший вклад. Просто ссылка, чтобы люди могли просто щелкнуть: arxiv.org/abs/gr-qc/0507094
Все эти аргументы основаны на предположении, что Вселенная является замкнутой системой. Если вы откажетесь от этого предположения, вся игра в мяч изменится. Так что нужно серьезно подумать, оправдано ли это предположение. Ведь в наблюдаемом нами мире не существует замкнутых систем. Даже не черные дыры. Почему Вселенная должна быть другой?

Ответы (3)

Это несколько спорный вопрос. Но позвольте мне представить причины, насколько я понял, почему люди вроде сэра Пенроуза так думают.
Их аргументы примерно таковы:

  1. Основные микроскопические законы физики совершенно симметричны во времени. Они не предвзяты ни в каком временном направлении, в прошлом или будущем.

  2. Второй закон следует из того факта, что при заданном начальном состоянии система, которая не находится в наиболее вероятном состоянии, будет стремиться перейти к наиболее вероятному состоянию по тем же микроскопическим законам. Поскольку количество неупорядоченных состояний намного больше, система со временем будет становиться все более и более неупорядоченной. Соответственно ее энтропия будет возрастать до максимального значения, когда система придет к тепловому равновесию.

  3. Поскольку микроскопические законы симметричны во времени, то же самое можно сделать и в отношении направления времени в прошлом. При заданном начальном состоянии система, которая не находится в наиболее вероятном состоянии, также должна двигаться в сторону более неупорядоченных (высокоэнтропийных) состояний в сторону прошлого. Вот что говорит нам математика законов.

  4. Это противоречит нашему опыту. Либо все части Вселенной, которые мы наблюдаем (включая наши воспоминания о прошлом), только что подверглись ОГРОМНЫМ колебаниям прямо сейчас , чтобы создать впечатление, что прошлое было более упорядоченным (что безумие), ЛИБО система уже была еще более упорядоченной ( низкая энтропия) и более особенные в прошлом. Но это означает еще более огромное колебание. Это рассуждение приведет нас к заключению, что в момент Большого взрыва Вселенная была необычайно упорядоченной и особенной. Оно должно быть настолько особенным, что требует объяснения.

Критики часто указывают, что предсказание и ретродиктия — это не одно и то же, забывая, что когда говорят о самой «стреле времени», никто не может с полным основанием сказать, где предсказание, а где ретродиктия. Помимо этого, также сомнительно, можно ли второй закон применить таким образом ко всей вселенной или нет.

См. ссылку на статью Роберта Уолда: arxiv.org/find/all/1/…
ОТ: (В 2006 году я был на Вальдфесте с сыном... было весело.)
Я только что прочитал статью и согласен с ней. Я согласен с тем, что требуется специальность Большого взрыва, и нельзя ссылаться на динамические теории, такие как хаотическая инфляция, для объяснения этой особенности, которая предполагает, что Вселенная началась со случайных начальных условий.
@sbi Да, Уолд действительно утверждает это, но смысл моей публикации ссылки в том, что он также не считает, что космологическое объяснение известно или, возможно, требуется. Он говорит, что космологические аргументы становятся замкнутыми, и использует инфляционные и антропные примеры. В конечном счете, он говорит, что Вселенная возникла в особом состоянии, периоде. У него есть приложение, в котором говорится, что он не согласен с Кэрролом и Ченом. На мой взгляд, Уолд отвечает на вопрос, который я задал выше, как «Это не так». Однако он согласен с вами по поводу инфляции.
Что ж, я оставлю это с бумагой Уолда, и мы не будем соглашаться.

Ключевой вопрос заключается в следующем: чтобы галактики и звезды могли формироваться, Вселенная должна была начаться в чрезвычайно (но не идеально) однородном состоянии. Озадачивает тот факт, что первоначальные неоднородности имели размер 1 часть на миллион (в отличие от нуля).

Не совсем. Квантовые флуктуации вакуума раздувались инфлатонным полем.
Не уверен, что вы комментируете. Вы оспариваете, что первоначальная Вселенная должна была иметь очень маленькую, но ненулевую неоднородность?
Нет, я не оспариваю это. Я говорю это. Неоднородности были вызваны квантовыми флуктуациями «1 часть из миллиарда» (в отличие от нуля). Зеро бы озадачил. Нет ничего нестабильного. Бесконечно малые флуктуации были растянуты инфляцией — вуаля, формирование галактики.
Инфляция увеличит энтропию. Поэтому начальная энтропия должна быть еще меньше.
Да. Я согласен. Так?. Как и выше, см. arxiv.org/find/all/1/…
@ Гордон, Уолд утверждал в статье прямо противоположное! Инфляция не может объяснить стрелу времени. Никакие теории, предполагающие исходную случайность, не могут этого сделать. Это было его точкой зрения.
@sbi Да, Уолд действительно утверждает это, но смысл моей публикации ссылки в том, что он также не считает, что космологическое объяснение известно или, возможно, требуется. Он говорит, что космологические аргументы становятся замкнутыми, и использует инфляционные и антропные примеры. В конечном счете, он говорит, что Вселенная возникла в особом состоянии, периоде. У него есть приложение, в котором говорится, что он не согласен с Кэрролом и Ченом.
@Gordon: Уолд ошибается. Как объяснил Дэвис, инфляция в физически правильной картине каузального патча создает начальные условия с низкой энтропией.
Это не отвечает на вопрос и не имеет смысла. Большой взрыв с максимальной энтропией был бы взрывом, при котором степени свободы гравитационных волн находились бы в равновесии с другими степенями свободы.

Потому что это нарушает предположение, что все состояния должны быть равновероятными.

Низкая энтропия Большого взрыва приводит ко второму закону термодинамики, а не наоборот.

На самом деле, как показал Больцман, почти для всех состояний, вынужденных иметь данное макроскопическое описание в данный момент времени, энтропия будет возрастать как в сторону прошлого, так и в сторону будущего. Чтобы энтропия постоянно уменьшалась по мере того, как мы возвращаемся в прошлое на миллиарды лет, требуется невероятная тонкая настройка корреляций почти между всеми частицами в настоящем.

Я до сих пор не понимаю (согласен). Я согласен, что начальные условия приводят ко второму закону, но это немного тавтология.
Что приводит ко второму закону и стрелке, так это разница в энтропии между тогда и сейчас. Я не понимаю, насколько необходима невероятная тонкая настройка. Если (скажем) Вселенная началась как пузырь (скажем, модель вечной инфляции Линде), она должна начаться в высокоупорядоченном состоянии, и инфляция может объяснить тонкую настройку. Или нет?
То есть «корреляцию почти всех частиц в настоящем» можно было бы объяснить вечной инфляцией?
(-1 был не я :))
Я думаю, что потребуется много тонкой настройки, чтобы начать с вечной инфляции, но как только мы получим вечную инфляцию, она будет продолжаться бесконечно.
Почему низкая энтропия при Большом взрыве требует объяснения? (космологическая стрела времени)
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v