Зависит ли энтропия от наблюдателя?

Энтропия, как это объясняется на этом сайте, является инвариантом Лоренца. Но мы можем определить его как меру информации, скрытой от наблюдателя в физической системе.

В этом смысле является ли энтропия относительной величиной, зависящей от вычислительных, измерительных и запоминающих способностей наблюдателя?

Энтропия измеряет количество микросостояний, соответствующих некоторому набору (не обязательно макроскопических) параметров порядка. Если два наблюдателя согласны с тем, что такое параметры порядка, то они также должны согласиться с энтропией. Таким образом, вопрос заключается в том, соответствуют ли соответствующие параметры заказа (например, Н , В , Т для канонической термодинамической энтропии) инвариантны.
@lemon Почему не обязательно макроскопический? Я думал, что макроскопический порядок необходим
@lemon Если длина не является инвариантной, значит ли это, что объем тоже не является инвариантом? Существует ли такая вещь, как релятивистская энтропия?
Связано: physics.stackexchange.com/q/193677/50583 и связанные с ним вопросы.
@veronika Можно выбрать любой набор параметров, представляющих собой упрощенное описание системы (например, среднюю длину связи). Затем может быть задана энтропия.

Ответы (2)

ET Джейнс согласен с вами, и, к счастью, он хороший парень, чтобы иметь на вашей стороне:

Отсюда мы видим, что энтропия является антропоморфным понятием не только в том хорошо известном статистическом смысле, что она измеряет степень человеческого невежества в отношении микросостояния. Даже на чисто феноменологическом уровне энтропия есть антропоморфное понятие. Ибо это свойство не физической системы, а конкретных экспериментов, которые вы или я решили провести над ней.

Это цитата из его короткой статьи « Энтропии Гиббса против Больцмана » (1965), которая является отличной статьей о концепции энтропии в целом, но для обсуждения этого конкретного вопроса вы можете обратиться к разделу VI. «Антропоморфная» природа энтропии . Я не буду пытаться перефразировать его здесь, потому что я полагаю, что он уже описал себя там настолько кратко и ясно, насколько это возможно. (Обратите внимание, что это только одна страница).

Я пытался найти другую его статью, но в данный момент не смог отследить ее. [РЕДАКТИРОВАТЬ: спасибо Натаниэлю за его находку ]. Там он привел хороший пример, который я могу попытаться перефразировать здесь:

Представьте, что у вас есть коробка, разделенная на две равные части. Предположим, что в каждой половине одинаковое количество мячей, и все они кажутся вам тускло-серыми, и все они подпрыгивают с одинаковой скоростью. Если вы сейчас удалите раздел, на самом деле вы не увидите ничего особенного. В самом деле: если вы повторно вставите раздел, он будет очень похож на ту же систему, с которой вы начали. Вы скажете: никакого увеличения энтропии не было.

Однако представьте, что вы дальтоник, и ваш друг действительно мог видеть, что в исходной ситуации в левой половине коробки были только синие шары, а в правой только красные. Сняв перегородку, он увидел, что цвета необратимо смешались. При повторной вставке раздела система, конечно же, не возвращается к своей исходной конфигурации. Он сказал бы, что энтропия увеличилась. (Действительно, он считал бы журнал ⁡ 2 за каждый мяч)

Кто прав? Энтропия увеличилась или нет? Оба правы. Как прекрасно доказывает Джейнс в приведенной выше ссылке, энтропия — это не механическое свойство, а только термодинамическое свойство. И данная механическая система может иметь множество различных термодинамических описаний. Они зависят от того, что человек может или хочет измерить. В самом деле: если вы живете во вселенной, где нет людей и/или машин, способных отличить красный цвет от синего, не было бы никакого смысла говорить, что энтропия увеличилась в описанном выше процессе. Более того, предположим, что вы дальтоник, пришли к выводу, что энтропия не увеличивается, а затем кто-то пришел с машиной, способной различать красный и синий, тогда этот человек мог извлечь работу из исходной конфигурации, которую вы мысль имела максимальную энтропию, и, следовательно, вы пришли бы к выводу, что эта машина может извлекать работу из системы с максимальной энтропией, нарушая второй закон. Вывод будет заключаться в том, что ваше предположение было неверным: при расчете энтропии вы исходили из того, что, что бы вы ни делали, вы не можете отличить красный от синего на макроскопическом уровне. Тогда эта машина нарушила ваше предположение. Следовательно, использование «правильной» энтропии зависит от контекста и от того, какие операции вы можете выполнять. В этом нет ничего проблемного. По сути, это единственный последовательный подход. Тогда эта машина нарушила ваше предположение. Следовательно, использование «правильной» энтропии зависит от контекста и от того, какие операции вы можете выполнять. В этом нет ничего проблемного. По сути, это единственный последовательный подход. Тогда эта машина нарушила ваше предположение. Следовательно, использование «правильной» энтропии зависит от контекста и от того, какие операции вы можете выполнять. В этом нет ничего проблемного. По сути, это единственный последовательный подход.

«Оказывается, вы были дальтоником, и ваш друг действительно мог видеть, что в исходной ситуации в левой половине коробки были только синие шары» — я бы порекомендовал изменить это на красный и зеленый. Большинство дальтоников не могут отличить красный цвет от зеленого. Ни один из трех типов дихроматов не может отличить красный цвет от синего. Состояние без какой-либо дискриминации по оттенкам встречается крайне редко (1 из 40 000 против 1 из 40).
Как именно можно извлечь работу из пулов чистых красных и синих шаров?
@MikeWise Важно то, что есть отличительная черта, которую можно использовать для создания работы. Красный и синий — удобные визуальные образы для людей, когда они думают об очень абстрактном понятии, таком как «энтропия».
Да, я понимаю эту часть, чего я не понимаю, так это того факта, что если есть отличительная черта, автоматически есть способ использовать ее для создания работы. Почему одно следует из другого?
@MikeWise Если у вас есть пустое пространство памяти, где все биты инициализированы нулем (или 1, или в каком-то другом состоянии, которое можно описать всего несколькими битами), то вы можете управлять демоном Максвелла в газе, где у вас есть разделение между двумя частями, находящимися в тепловом равновесии, например, пропуская только быстрые молекулы с одной стороны на другую, а медленные — в противоположном направлении. Фундаментальная проблема с демоном Максвелла заключается в том, что после каждого действия он добавляет один бит информации в свою память, поэтому он может работать только до тех пор, пока есть место в его памяти.
Итак, если у вас достаточно свободной памяти, вы можете периодически сбрасывать туда память Демонов, что позволит вам снизить энтропию газа на величину, пропорциональную доступному пространству памяти.
Разве красные и синие шары не будут смешиваться, даже если их наблюдает только дальтоник? Логика здесь не имеет смысла.
@MikeWise Чтобы получить работу, подумайте об осмосе (и осмотическом давлении). Коробка имеет красные шары в левом отделении, синие в правом, одинакового объема, средней кинетической энергии и, следовательно, давления. Пусть теперь мембрана проницаема только для красных шариков. Красные шары будут двигаться вправо, пока не будет достигнуто равновесие. В конце концов в левом отсеке будут только красные шары, а в правом — красные и синие шары, и в нем будет более высокое давление. Теперь позвольте вашей мембране скользить, превратив ее в поршень, и готово!
Я разместил это как вопрос , поэтому не стесняйтесь отвечать более подробно :) [добавлена ​​​​ссылка - ACM]
Если у вас есть термометр, который не может определить разницу между 0°С и 100°С, кипячение чашки воды не станет бесплатным. Этот аргумент дальтоников — софистика.
Я действительно не купить это. Если бы я не знал об относительности, я мог бы не понять, что массивный объект имеет м с 2 дополнительной энергии. Делает ли это энергию тоже субъективной?
Чтобы было ясно, я согласен со всем фактическим физическим содержанием того, что вы/Джейнс говорите. Но очевидный вывод для меня состоит не в том, что энтропия субъективна, а в том, что иногда можно игнорировать несущественные вклады в нее (как можно поступить с энергией).
@Rococo Я бы сказал, что есть разница. Энергия есть функция микросостояния, в отличие от энтропии. Итак, хотя существует правильная , объективная энергия, независимая от нашего знания или экспериментального контроля (скажем, по крайней мере, в классической физике), это не относится к энтропии. Например, демон присвоил бы каждой системе нулевую энтропию (или она для него не определена). Итак, энергия не субъективна, но ваше знание о ней может быть. Напротив, энтропия не может быть определена объективно в том смысле, что она не является функцией микросостояния, т. е. не является свойством самой физической системы.
@TobiasFünke моя точка зрения полностью изложена здесь: physics.stackexchange.com/questions/145795/…
@Rococo Спасибо за ссылку. Я согласен с вами в некоторой степени, но больше с комментарием Марка Митчисона; относительно вашего комментария ниже: не нужно говорить о наблюдателе, но энтропия в термодинамике становится полезной, если мы думаем о том, какие эксперименты мы можем проводить или какие (макроскопические) параметры мы можем наблюдать, манипулировать и осознавать (и в этом в смысле объективно). Так что просто замените наблюдателя экспериментатором. В любом случае, нам не нужно обсуждать это здесь. Я просто хотел внести свои два цента в отношении контраста энергии и энтропии.
Дело в том, если я не ошибаюсь, синие частицы поглощают больше энергии, чем красные, если на них направить свет. Таким образом, независимо от того, является ли наблюдатель дальтоником, он сможет увидеть, что установка «серые шары + свет» имеет более низкую энтропию, чем просто «серые шары». Конечно, раз они увидели бы, что левая сторона иначе взаимодействует со светом, то перестали бы быть «дальтониками». Так что дальтоником является не наблюдатель, а установка. Дальтоник = свет не взаимодействует с частицами. (Возможно придираюсь к словам, но все же)

Я думаю, что определение энтропии Шеннона-фон Неймана обходит этот антропоцентрический парадокс, устанавливая минимальное количество информации, которой нельзя обменяться обратимо между двумя состояниями одной и той же системы, независимо от того, существует ли соглашение или даже присутствие наблюдателей. Таким образом, энтропия действительно является физической характеристикой, а не артефактом наблюдателя, плюс устанавливает уникальное направление для потока информации, следовательно, причинность, течение времени и т. д.

Я знаю, что просто противопоставляю постулаты друг другу и не в состоянии установить или намекнуть на правильность того или иного, но предпочитаю держать свое понимание физики в пределах экспериментальной проверки.

Зависит ли энтропия от наблюдателя?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v