Časovna puščica

Prapok, vesolje, kozmologija, črne luknje...
Odgovori
Uporabniški avatar
vojko
Prispevkov: 11530
Pridružen: 29.5.2004 15:18
Kraj: LIMBUŠ
Kontakt:

Časovna puščica

Odgovor Napisal/-a vojko »

Ko skušamo razložiti »časovno puščico«, naletimo na vznemirljivo dejstvo: časovne puščice ne najdemo nikjer med temeljnimi zakoni fizike. Za vsak dovoljeni proces obstoji proces z obrnjenim časovnim potekom, če zamenjamo zrcalno podobo levo-desno in delec z antidelcem (znani CPT teorem).
Vsakdanje izkustvo pa nas uči, da je makroskopski , vsakdanji svet poln ireverzibilnih procesov (jajce->omleta, cela->razbita čaša, led->voda, rojstvo->smrt, itd.).

Problem, pred katerim stojimo je, kako uskladiti makroskopsko ireverzibilnost procesov z mikroskopsko reverzibilnostjo?

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: ČASOVNA PUŠČICA

Odgovor Napisal/-a Aniviller »

No saj si odgovoril na lastno vprasanje. Statisticna fizika razlozi, da pri dovolj velikih sistemih naravno pridemo do entropijskega zakona. Ta je tisti, ki predpise smer casa (narascajoca entropija = narascajoci cas). To pride naravno, ne iz osnovnih fizikalnih zakonov ampak iz statistike. Pri vsakem velikem sistemu (ze vec kot par delcev je dovolj) se sistem, kljub temu da sledi deterministicnim zakonom, obnasa kaoticno: najmanjsa sprememba zacetnega stanja vodi v povsem drugacno stanje. Zato makroskopsko gledano sistem nakljucno prehaja iz stanja v stanje in se lahko znajde v kateremkoli stanju. Urejenih stanj je bistveno manj kot (makroskopsko) neurejenih, tako da ko se svet odvija naprej in zaide v pogostejse stanje, je prakticno nemogoce da najde pot nazaj. Torej, iz jajca lahko naredis omleto na kolikor hoces nacinov (omleta bo sicer drugacna ampak bo se vedno omleta). Ce hoces iz omlete naredit jajce, pa moras iti po tocno isti poti nazaj, zaradi kaoticnosti velikih sistemov pa zgresitev polozaja ene same molekule vodi v nekaj kar niti priblizno ni jajce. To je po laicno razlozen entropijski zakon. Entropija - mera nereda oziroma merilo na koliko nacinov lahko naredis isto makroskopsko stanje, se vedno povecuje.

Uporabniški avatar
vojko
Prispevkov: 11530
Pridružen: 29.5.2004 15:18
Kraj: LIMBUŠ
Kontakt:

Re: ČASOVNA PUŠČICA

Odgovor Napisal/-a vojko »

Aniviller napisal/-a:No saj si odgovoril na lastno vprasanje. Statisticna fizika razlozi, da pri dovolj velikih sistemih naravno pridemo do entropijskega zakona. Ta je tisti, ki predpise smer casa (narascajoca entropija = narascajoci cas). To pride naravno, ne iz osnovnih fizikalnih zakonov ampak iz statistike. Pri vsakem velikem sistemu (ze vec kot par delcev je dovolj) se sistem, kljub temu da sledi deterministicnim zakonom, obnasa kaoticno: najmanjsa sprememba zacetnega stanja vodi v povsem drugacno stanje. Zato makroskopsko gledano sistem nakljucno prehaja iz stanja v stanje in se lahko znajde v kateremkoli stanju. Urejenih stanj je bistveno manj kot (makroskopsko) neurejenih, tako da ko se svet odvija naprej in zaide v pogostejse stanje, je prakticno nemogoce da najde pot nazaj. Torej, iz jajca lahko naredis omleto na kolikor hoces nacinov (omleta bo sicer drugacna ampak bo se vedno omleta). Ce hoces iz omlete naredit jajce, pa moras iti po tocno isti poti nazaj, zaradi kaoticnosti velikih sistemov pa zgresitev polozaja ene same molekule vodi v nekaj kar niti priblizno ni jajce. To je po laicno razlozen entropijski zakon. Entropija - mera nereda oziroma merilo na koliko nacinov lahko naredis isto makroskopsko stanje, se vedno povecuje.
Odlično si povzel bistvo entropije in 2.zakona termodinamike. Sam ne bi mogel storiti tega bolje. Toda mene mučijo "podrobnoati": pišeš "Pri vsakem velikem sistemu (ze vec kot par delcev je dovolj)". Kaj je "velik sistem? Koliko je "par delcev", ki določajo, ali je sistem "dovolj velik", da se bo ravnal po statističnih zakonih, ne pa po strogih determinističnih zakonih, recimo Newtonove mehanike (biljardne krogle, denimo)?

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: Časovna puščica

Odgovor Napisal/-a Aniviller »

Za dolocena razmerja mas je kaoticen ze sistem 3 teles z gravitacijsko silo. Tako da nekaj deset delcev ja ponavadi ze dovolj za statistiko. Seveda je odvisno od narave interakcij. Biljardi so ena izmed osnovnih stvari, ki se studira v teoriji kaosa (ena krogla biljardu neke oblike): izkaze se, da dolocene oblike "biljardne mize" vodijo v urejene in predvidljive poti (kroglast in elipticen biljard recimo), cim pa malo perturbiras to stanje pa prides v kaos: prakticno vsaka oblika razen cisto osnovnih daje kaos - ze "stadion" biljard (razmaknjena polkroga z ravnima podaljskoma).

http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamical_billiards

Glavni pogoj je ergodicnost: sistem mora bit kaoticen do te mere, da lahko iz kateregakoli stanja prej ali slej pride kamorkoli drugam -- da se stanja dobro premesajo. To je tezko dokazat, je bilo ze veliko poskusov ampak v splosnem se to nekako privzame. Za fizikalne sisteme to ponavadi ni problem: delcev je toliko da je ze zdavnaj presezena ta meja, se posebej v tekocinah in plinih. Se najvecji problem so trdne snovi, kjer lahko pride do "zamrznjenega" reda - to pomeni, da dolocene termodinamske napovedi ne drzijo (sistem ne more v stanje z najnizjo prosto energijo). Entropijski zakon sicer ni krsen, je povecevanje entropije nekoliko otezeno tako da pravo termodinamsko ravnovesje ni dosezeno.

Termodinamski zakoni veljajo v limiti neskoncnega stevila delcev eksaktno. Ce delcev ni neskoncno, velja tista obicajna ocena napake (ki so v tem primeru kar fizicne fluktuacije v termodinamskih kolicinah - nedolocenost temperature, tlaka,..., ki so tudi merljivi na majhnih sistemih) -- relativna napaka gre priblizno z reciprocnim korenom velikosti sistema. V ne-neskoncnem sistemu entropija lahko fluktuira - lahko se v principu tudi nakljucno nekoliko zniza in gre potem nazaj gor (ali pa tudi ne - seveda s se nizjo verjetnostjo).

Na tole ne pozabit: osnovni deterministicni zakoni se vedno veljajo - kaos govori ravno o tem, da dobis nepredvidljivo dogajanje na podlagi deterministicnih zakonov. Vir kaosa je obcutljivost na zacetne pogoje (tista klišejevska ilustracija z metuljem), kar se ocitno zgodi zelo hitro. se vedno bi lahko eksaktno napovedal stanje, ce bi imel na neskoncno decimalk popisano celo stanje sistema - koristilo pa vseeno ne bi nic, ce gledas "od dalec" (kako se sistem priblizno obnasa, tudi ce je zadaj tocen racun), stvar izgleda nakljucna in naravno je, da se namesto mikroskopske slike obravnava makroskopske kolicine, ki so v primeru ergodicnosti dobro definirane in se pokoravajo termodinamskim zakonom.

Uporabniški avatar
vojko
Prispevkov: 11530
Pridružen: 29.5.2004 15:18
Kraj: LIMBUŠ
Kontakt:

Re: Časovna puščica

Odgovor Napisal/-a vojko »

Prav užival sem; pravi "tour de force" iz termodinamike in teorije kaosa. Ali gre v vseh primerih, ki jih navajaš za t.i.nelinearne procese? Zdajle bom morda ustrelil kozla: ali je dejstvo, da je gravitacija od vseh štirih sil nelinearna sila tudi vzrok za dejstvo, da je ne moremo ukrotiti s pertubacijskimi postopki, ki so dobro delovali v QED (Feynman)in delno tudi v QCD? Ali je zato tako težka "ženitev" kvantne mehanike s teorijo relativnosti? Oprosti za morda diletantski pristop!

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: Časovna puščica

Odgovor Napisal/-a Aniviller »

Ja, vsaj nekje mora nelinearnost vstopit v enacbe. Nelinearnost v smislu diferencialnih enacb, ki poveljujejo mikroskopske zakone. Linearni sistemi imajo namrec prevec lepe lastnosti in za njih ne pride do dobrega mesanja faznega prostora - prevec stvari se ohranja! Na nekaj podobnega se naleti pri kvantnem kaosu: kvantna mehanika je linearna teorija. Posledice tega se kazejo v kaosu: kvantni kaos nikoli cisto ne razdrobi faznega prostora. Je pa se vedno kaoticno na nekoliko drugacen nacin, ker je v kvantni mehaniki valovna funkcija tista, za katero velja linearnost, vendar sama oblika valovne funkcije lahko skriva zapleteno obnasanje. Nisem pa ekspert za kvantni kaos tako da ti podrobnosti tezko razlozim.

Pri perturbacijski teoriji ni vprasanje linearnost diferencialnih enacb gibanja temvec linearnost v nabojih (elektromagnetna sila je sorazmerna z nabojem in tako naprej). Iz tega stalisca je v Newtonovem priblizku gravitacija ravno tako linearna v masi kot ostale interakcije. Nekaksna izjema glede konvergence perturbacijske vrste je QCD - pri mocni jedrski sili med kvarki vpliv z razdaljo ne pada! Razlog za to je to, da gluoni (nosilci te sile) interagirajo tudi sami med seboj in torej perturbacijska vrsta "zacveti" v neobvladljivi mnozici moznosti kako se ti gluoni povezujejo sami s seboj. Kljub temu se vsaj pri visokih energijah da metodo ukrotit tako da deluje (asimptotska svoboda kvarkov).

Gravitacija je nelinearna v smislu splosne relativnosti (se pozna samo pri zelo visokih gravitacijskih poljih, ko Newtonova gravitacija ni vec dobra). V tem primeru gre za rekurzivno zvezo: gravitacijska energija je sama tudi vrsta energije (=mase) in s tem povzroca dodatno gravitacijo. Ta povratna zveza je tista, ki vodi v singularne resitve Einsteinovih enacb (crne luknje).

Problem kvantne gravitacije je drugje: presibka je. Kvantni gravitacijski efekti so povsem nemerljivi in neopazni. Lahko bi delali perturbacijski razvoj ampak ne vem katere pojave bi s tem opisali.

Kvantna gravitacija ima napovedno moc, ce se jo gleda v celoti (seveda te teorije nimamo!). Ker je gravitacija nelocljivo povezana z maso, nastopijo naslednja vprasanja:

Ce gravitacijo kot interakcijo obravnavas kvantno, ali lahko to pojasni in napove mase delcev?
Ali je upravicen priblizek obravnavat samo interakcijo in se delat da je masa pac nek v naprej dan naboj?
Ce je gravitacija lastnost prostora, ostale sile pa ne, ali jo smemo sploh kvantizirat na enak nacin kot ostale sile? In ce jo, ali to prinese kaksne dodatne efekte ostalim interakcijam in pojasni kak do zdaj nepojasnjen pojav?

Eden izmed poskusov pojasnitve mase je Higgsov mehanizem: ni pa to dokoncni odgovor. Higgsov mehanizem namrec "z mahanjem rok" predpostavi polje, s katerim delci interagirajo in imajo zato maso. Ne pojasni pa povezave z gravitacijo - obravnava samo maso kot tako. Ce je Higgsov mehanizem sprejemljiv (ce najdejo Higgsov delec), imamo matematicen krovni opis, ki zadovoljivo opise maso, fizika se pa se vedno skriva za tem poljem, ki ne vemo kaj je.

Uporabniški avatar
vojko
Prispevkov: 11530
Pridružen: 29.5.2004 15:18
Kraj: LIMBUŠ
Kontakt:

Re: Časovna puščica

Odgovor Napisal/-a vojko »

Menim, da zdaj mnogo bolje razumem nekatere stvari, saj je večina člankov na to temo zelo tehnična. Stvari si povedal jasno in kar se da preprosto.

Zastal sem le pri naslednji tvoji trditvi: "Kvantna gravitacija ima napovedno moc, ce se jo gleda v celoti (seveda te teorije nimamo!)."

V čem se konkretno zrcali napovedna moč kvantne gravitacije? Kaj meniš o zančni kvantni gravitaciji? (loop QG)

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: Časovna puščica

Odgovor Napisal/-a Aniviller »

No, tako LQG kot teorija strun sta le hipotezi (oziroma teorija strun je zbirka razlicnih alternativnih hipotez). LQG je poskus kvantizacije prostor-casa, kolikor vem pa se ne loti razlage izvora osnovnih delcev. Teorija strun napade tudi ta problem (poskus "teorije vsega").

Obe imata problem, da njune predpostavke niso eksperimentalno podprte in da se vedno odpreta vec vprasanj kot dasta odgovorov.

Glede napovedne moci sem mislis razlago stvari, ki so v standardnem modelu dodane empiricno (mase delcev, razlaga zloma CP simetrije, izvor druzin delcev).

Uporabniški avatar
vojko
Prispevkov: 11530
Pridružen: 29.5.2004 15:18
Kraj: LIMBUŠ
Kontakt:

Re: Časovna puščica

Odgovor Napisal/-a vojko »

Kaj pa meniš o hipotezah, ki prostor-časa ne PREPOSTAVLJAJO, ga nimajo za originarno entiteto, ampak ga obravnavajo kot izvedeno, derivativno entiteto nečesa še bolj fundamentalnega? Ali je sploh možno razvijati plavzibilne fizikalne hipoteze brez prostor-časa kot kulise, odra, na katerem se vse drugo dogaja?

problemi
Prispevkov: 4931
Pridružen: 24.8.2009 1:20

Re: Časovna puščica

Odgovor Napisal/-a problemi »

vojko napisal/-a:Kaj pa meniš o hipotezah, ki prostor-časa ne PREPOSTAVLJAJO, ga nimajo za originarno entiteto, ampak ga obravnavajo kot izvedeno, derivativno entiteto nečesa še bolj fundamentalnega? Ali je sploh možno razvijati plavzibilne fizikalne hipoteze brez prostor-časa kot kulise, odra, na katerem se vse drugo dogaja?
Ali ne bi bilo to "fundamentalno" tudi znotraj (nekega) prostor-časa? Ali lahko prosim objaviš kak link, kjer bi bilo moč kaj prebrati o tej hipotezi?

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: Časovna puščica

Odgovor Napisal/-a Aniviller »

Tovrstne hipoteze so cisto naravna posplositev obstojecih teorij. Saj v primeru da to ne privede do nobenih novih napovedi ali razlik, gre le za dodatno alternativno razlago (kura-jajce problem), v nasprotnem primeru bi pa to tudi razlozilo kaj tocno je sploh prostor!

To da je prostor-cas emergenten pojav, pomeni ravno, da prostor-casa ne potrebujes in da njegove lastnosti izhajajo iz nekega drugega koncepta, ki je lahko cisto abstrakten (brez neke dimenzionalnosti). Primer tega je entropija - prostor kot posledica odvisnosti stevila prostostnih stopenj od nekega parametra, ki ga potem razglasis za prostorsko koordinato, ali pa kar neka neurejena mnozica nekih vozlisc, med katerimi obstajajo povezave - sele povprecenje po velikem stevilu vozlisc lahko na dolocenih urejenih obmocjih reces da je povezljivost taka kot bi bili v zveznem prostoru.

Samo za ilustracijo: predstavljaj si tocke v 3D prostoru pri celostevilskih koordinatah, ki jih povezes vsako s sosednjimi. Dobis neka vozlisca, kjer ima vsako 6 povezav, 2 v vsaki "smeri". Te tocke lahko po drugi strani kar "nameces" na list papirja (2D) ali pa celo vodis samo evidenco o zaporednih stevilkah vozlisc in katera so povezana - dimenzionalnost prostora je le posledica nacina povezav, sama vozlisca nimajo predpisanih koordinat. Splosen graf ni nujno da sploh ima dobro definirano dimenzionalnost - ce vzames to mrezo in recimo vsako deseto povezavo nadomestis z neko nakljucno "daljnosezno" povezavo, dobis nekaj kar v povprecju se vedno izgleda priblizno kot 3D prostor, vendar ne cisto. Tudi drugace - ce ima vsake toliko eno vozlisce le 5 sosedov, prostor ni "raven", tudi ce so vse povezave se vedno lokalne.

Tudi osnovne interakcije lahko smatras kot posledico nekega drugega efekta - oglej si recimo entropicno gravitacijo (http://en.wikipedia.org/wiki/Entropic_gravity).

Uporabniški avatar
vojko
Prispevkov: 11530
Pridružen: 29.5.2004 15:18
Kraj: LIMBUŠ
Kontakt:

Re: Časovna puščica

Odgovor Napisal/-a vojko »

Problemi, hojla na tem forumu ponovno!

Aniviller me je vpeljal v koncepte, ki so mi popolnoma novi in zelo razburljivi. Pravi intelektualni užitek je brati link, ki ga je navedel. Jaz pa sem našel še tega:
http://www.science20.com/hammock_physic ... ark_energy

Pričakujem debato!

problemi
Prispevkov: 4931
Pridružen: 24.8.2009 1:20

Re: Časovna puščica

Odgovor Napisal/-a problemi »

Pozdravljen Vojko,

Tudi meni so ti koncepti povsem novi, no nekaj malega sem bral in poslušal o holografskem principu, ampak ... Če se malo pohecam, imava midva veliko srečo, saj nama je v fiziki marsikaj novega, bojim se da je Anivillerju že dolgočasna. :)

Sam sem še malo brskal in sem pogledal tudi:http://en.wikipedia.org/wiki/Induced_gravity. Že ob branju linka, ki ga je objavil Aniviller, se mi je zastavilo vprašanje, kakšen "vpliv" ima lahko ta koncept na teorijo relativnosti ali pa na standardni model, po katerem je gravitacija ena od štirih osnovnih interakcij. No, povsem mogoče je, da tega koncepta ne razumem najbolje.

No saj je Aniviller v uvodu svojega zadnjega posta povedal nekaj o tem, vendar sam si zadeve nekako razlagam, kot da vendarle ima nek "vpliv".

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: Časovna puščica

Odgovor Napisal/-a Aniviller »

No, standardni model se ne sprasuje o tem kaj je dejanska razlaga izvora interakcij (gravitacije pa itak ne predpostavlja). Ce je matematika ista, ni vazno od kod pride. Bolj zanimivo bi bilo v primeru, da bi ta razlaga dala kaksno razliko v primerjavi z dosedanjimi teorijami. V tem primeru bi seveda vsi navalili v eksperimente, ki bi te razlike opazili ali ovrgli.

Na podrocju "teorije vsega" je ogromno alternativnih hipotez, ki so zelo razlicne in nobena ni ne potrjena ne ovzrena. Prakticno vsak drugi teoreticni fizik osnovnih delcev ima rahlo drugacno verzijo alternative standardnemu modelu (ze teorija strun ima vec "okusov", za katere so potem dokazali da so vec ali manj na drug nacin povedana ista stvar). Zato se tudi trudijo s pospesevalniki cim vec teorij crtat, da se lahko potem osredotocijo na tiste ki so bolj verjetno pravilne. Glede na to da niti brez gravitacije ne znamo se pojasnit narave osnovnih delcev, je tukaj se veliko dela preden pridemo do necesa, kar bi res povezalo vse interakcije, zdruzilo splosno relativnost s kvantno mehaniko in po moznosti pojasnilo temno snov, temno energijo in izvor prostor-casa. Bo treba pocakat malo :)

Omemba holografskega principa je tukaj zelo v kontekstu, ker gre v bistvu tudi za neke vrste "emergenten" prostor. Po drugi strani je zelo enostavno razumljiv in se pojavlja v vsakdanji fiziki v nekoliko drugacni obliki. Prakticno vsi ohranitveni zakoni za polja so holografski (EM polje, gravitacija,...) v smislu Gaussovega integralskega izreka: ce ti lahko samo iz polja na neki povrsini napoves kaj je notri, je v resnici dovolj da imas samo to povrsinsko informacijo in nic ni narobe ce si predstavljas, da je v resnici ta povrsina edina realnost in je tisto kar je v volumnu samo alternativni prikaz. Primer tega je tole: ce imas podano napetost v vseh tockah na neki zakljuceni povrsini (mogoce kovinska elektroda), je elektricni potencial v celem volumnu enolicno dolocen (ce ni notri dodatnih nabojev). Ce se da v enacbah za celo vesolje najti podoben ohranitveni zakon, lahko trdis da se vse odvija na "robu", ki ima pa seveda v tem primeru kaksno dimenzijo vec.

derik
Prispevkov: 2043
Pridružen: 6.3.2010 9:04

Re: Časovna puščica

Odgovor Napisal/-a derik »

A imajo te nove ideje kaj skupnega s tistim, kar je svoj čas razmišljal David Bohm?

Odgovori