Энтропия, или Почему путешествия во времени невозможны?

Энтропия, или Почему путешествия во времени невозможны?

Что же это?

Энтропия — по­ня­тие, впер­вые вве­дён­ное в тер­мо­ди­на­ми­ке в ка­че­ст­ве ме­ры не­об­ра­ти­мо­го рас­сея­ния энер­гии (эн­тро­пия Клау­зиу­са).

В ста­ти­стической фи­зи­ке — яв­ля­ет­ся ме­рой ве­ро­ят­но­сти реа­ли­за­ции какого-либо мак­ро­ско­пического со­стоя­ния адиа­ба­ти­че­ски изо­ли­ро­ван­ной сис­те­мы (эн­тро­пия Больц­ма­на).

В тео­рии ин­фор­ма­ции – ме­рой не­оп­ре­де­лён­но­сти какого-либо опы­та или ис­пы­та­ния, ко­то­рое мо­жет иметь разл. ис­хо­ды (теорема Шен­но­на).

В тео­рии ди­на­мических сис­тем ис­поль­зу­ет­ся по­ня­тие эн­тро­пии Кол­мо­го­ро­ва, ко­то­рая ха­рак­те­ри­зу­ет сте­пень хао­тич­но­сти и не­ус­той­чи­во­сти (ско­ро­сти раз­бе­га­ния тра­ек­то­рий) ди­на­мической сис­те­мы (ди­на­ми­чес­кий ха­ос).

Все таки это, пожалуй, это одно из самых сложных для понимания понятий, с которым вы можете встретиться в курсе физики, по крайней мере если говорить о физике классической.

В двух словах

Энтропия — это то, как много информации вам не известно о системе.

Почему же путешествия во времени назад невозможны?

Для нас стрела времени всегда направлена вперед. Однако, если мы взглянем на законы физики — от положений Ньютона до Эйнштейна, от Максвелла до Бора, от Дирака до Фейнмана, — то они выглядят симметричными времени. Другими словами, у уравнений, которым подчиняется реальность, нет предпочтений по части направления движения времени. Решения, описывающие поведение любой системы, подчиняющейся законам физики, какими мы их понимаем, одинаково действенны как для времени, движущегося в прошлое, так и для времени, направленного в будущее. Но опыт говорит нам, что время движется только в одном направлении — вперед.

Откуда берется стрела времени?

Многие считают, что между стрелой времени и энтропией есть связь. Тогда как большинство людей обычно приравнивают энтропию к «беспорядку», это ленивое и не совсем точное описание. Напротив, об энтропии следует думать как о мере того, сколько тепловой энергии потенциально можно превратить в полезную, механическую работу. Если у вас много такой энергии, потенциально способной выполнить работу, то это система с низкой энтропией, тогда как если у вас ее мало, то ваша система имеет высокую энтропию. Второе начало термодинамики — важное соотношение в физике, утверждающее, что энтропия закрытой системы может либо не изменяться, либо возрастать с течением времени, то есть она не может уменьшиться. Иначе говоря, со временем энтропия всей Вселенной должна возрастать. Это единственный закон физики, у которого есть предпочтительное направление времени.

Означает ли это, что мы воспринимаем время именно так из-за второго начала термодинамики? Связано ли это с фундаментальной связью стрелы времени с энтропией?

Энтропия действительно объясняет стрелу времени в случае многих феноменов, включая то, почему не разделяется смесь кофе и молока, а разбитое яйцо никогда не собирается обратно в скорлупу.

Обратите внимание: Имбирь по цене красной икры. Не понимаю, почему такой ажиотаж.

Во всех этих и аналогичных случаях изначальное состояние низкой энтропии (с большей энергией, пригодной для работы) двигалось к состоянию с более высокой энтропией (и меньшей доступной энергией) с течением времени вперед.

Но нельзя сказать, что она абсолютно необратима. Видите ли, многие забывают, что, когда дело касается второго начала термодинамики и увеличения энтропии, это относится исключительно к закрытой системе или системе, в которую не добавляется энергия извне и не вносятся никакие изменения по увеличению или уменьшению энтропии. В далеком, 1870 году физик Джеймс Клерк Максвелл предложил способ обращения этой реакции: нужна внешняя сущность, которая будет открывать разделение между двумя сторонами комнаты, позволяя «холодным» молекулам переходить на одну сторону, а «горячим» — на другую. Эту идею назвали «демоном Максвелла», и она позволяет понизить энтропию системы.

Существует так же идея Мюллера, которая заключается в том, что как пространство, так и Новое время, расширяется вместе с течением времени, того самого явления, что мы воспринимаем как время. Таким образом выходит, что ни в прошлое, ни в будущее отправиться невозможно. Так как для отправки в прошлое нужно сузить Вселенную, а для отправки в будущее расширить.

При этом, поспорить с Мюллером мог бы Артур Эддингтон, который в 1927 предложил теорию о том, что время течет в направлении увеличения беспорядка, энтропии. Что идет вразрез предположениям Мюллера, который утверждает, что человек наоборот, уменьшает энтропию.

Интересное решение

Изучив список возможных вариантов решения проблемы, Макконе предложил новое и элегантное решение. Согласно его теории, события, в которых время движется в обратном направлении, вполне могут происходить. Может быть, даже происходят. Однако информационное устройство Вселенной таково, что никаких данных об этих событиях не сохраняется (и не может сохраниться). Таким образом, они абсолютно неотличимы от тех событий, которые никогда не происходили.

В качестве основного аппарата для формализации этого несколько философского объяснения Макконе выбрал квантовую механику. Полезным свойством этой теории является то, что в ней имеется прекрасный аналог термодинамической энтропии - энтропия Неймана, которая, в некотором смысле, является мерой хаотичности информации в квантовой системе.

Новая теория пока не является общепринятой, но элегантность рассуждений подкупает. Хочется верить, что идеи Макконе получат дальнейшее естественное развитие.

Больше интересных статей здесь: Путешествия.

Источник статьи: Энтропия, или Почему путешествия во времени невозможны?.