Случайность и термодинамика

Сейчас я читаю «Дорогу к реальности» Роджера Пенроуза. В главе 27 он обсуждает симметрию времени в динамической эволюции. Он определяет второй закон термодинамики следующим образом:

Теплота переходит от более нагретого тела к более холодному.

Он утверждает, что этот закон подразумевает асимметрию времени: когда вы смотрите на систему из двух тел, одно из которых холоднее другого, более горячее тело становится холоднее, и тепло передается другому телу, пока они не придут в равновесие. Система развивается совершенно детерминистически. Но если вы посмотрите на систему с обратной стороны, то увидите, что два тела находятся в равновесии, и через некоторое время внезапно одно тело станет холоднее, а другое — горячее.

Теперь мой вопрос: во Вселенной, где эволюция времени обращена вспять, будет ли такой процесс восприниматься как случайный процесс без какой-либо детерминированной причины? В системе двух тел, находящихся в равновесии, одно тело внезапно станет холоднее, а другое — горячее. Но в этой вселенной нельзя определить, какое тело станет холоднее и когда — это по сути случайный процесс. Если бы теоретические обитатели этой вселенной посмотрели на этот процесс в обратном направлении, они бы не смогли восстановить второй закон термодинамики. С их точки зрения они могли бы только утверждать, что тело, которое в итоге становится более горячим после нарушения равновесия, станет еще более горячим.

Возможно ли, что существуют такие «скрытые законы», которые лежат в основе процесса, но не могут быть определены, поскольку их динамическая эволюция скрыта подобно описанному выше процессу?

Второй закон — это статистический закон, он говорит вам, что произойдет с наибольшей вероятностью. «Самопроизвольный» разрыв равновесия все равно будет детерминированным. Если бы вы могли измерить все переменные с достаточной точностью (хотя на практике это невозможно), вы могли бы предсказать, какое тело станет горячее, когда и насколько.
Стоит отметить, что статистическая механика предсказывает размер тепловых флуктуаций (в различных переменных, но здесь мы говорим об энергии), и что эти флуктуации были измерены в лаборатории и согласуются с предсказаниями. Профессор термометрии в моем колледже назвал самые ранние такие измерения «проявлением экспериментальной техники» в раскатистом германском басе. Я думаю, он сказал, что самые ранние такие измерения были сделаны в 1970-х годах.
@WillyBillyWilliams Насколько я понимаю, вы не можете определить, какое из двух тел станет холоднее. Оба тела находятся в идеальном равновесии, как бы вы определили, когда и какое тело становится холоднее/горячее?
Если бы вы знали положение и скорость каждой частицы и поля или любых микроскопических объектов, которые у вас есть, и законы, почему бы вам этого не знать? Но вы правы в том, что если ваши измерения только макроскопические, то, конечно, потому что термодинамика — необратимая теория.
«С их точки зрения они могли только констатировать, что тело, которое становится более горячим после нарушения равновесия, станет еще более горячим». Это дает этим обитателям асимметричный во времени процесс. Конечно, до нарушения равновесия нельзя было определить направление времени, просто взглянув на эти два тела . Но в их вселенной должны быть другие асимметричные во времени процессы (конечно, идущие в обратном направлении), которые им помогут.
Между температурой и временем должна быть связь. Я не знаю, что это такое, но Мацубара также использовал воображаемое время для связи с температурой.

Ответы (1)

Вероятно, более интересный вопрос: как эти гипотетические обитатели могут наблюдать или думать?

Если мысли также обращены во времени, что бы это ни значило, ментальные состояния наблюдателей изменяются от (0) видения того, что система достигла равновесия, к (1) наблюдению за процессом уравновешивания и к (2) ожиданию того, что теплопередача произойдет. Так что они не удивлены, если только не помнят свое будущее.

Это, конечно, если предположить, что ментальные состояния хорошо определены и что чувство настоящего будет сохранено, что, очевидно, не так. − в конце концов, синапсы и электрические импульсы тоже обратные.

Глаза этих жителей испускают световые лучи, а не поглощают их: нервные импульсы проходят через зрительные нервы, и серия обратных химических реакций завершается изменением структуры сетчатки, в результате чего пигмент опсин излучает световой импульс.

Другой важный вопрос: как именно происходит обращение временной эволюции? Природа механизма, ответственного за это изменение, вероятно, сильно повлияет на ответы на эти вопросы. На самом деле, без указания этого механизма я не совсем уверен, что это вообще вопрос физики.

Теперь, если наблюдатели «нормальны» и время меняется на противоположное только в их эксперименте, тогда, как указывали другие в комментариях, второй закон является статистическим законом: он не запрещает происходить странным вещам , только утверждает, что это невероятно маловероятно. С микроскопической точки зрения, система находится в совершенно особом состоянии, которое приводит к тому, что тепло передается вдоль градиента тепла, а не против него.

Случайность и термодинамика
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v