Racjonalista - Strona głównaDo treści
II zasada termodynamiki i wszechświat

Ten wątek jest przedawniony

Działy Forum » Nauka
NapisanoAutorTytuł
28-04-2005 08:55CiekawyII zasada termodynamiki i wszechświat
Witam,
Do rozpoczęcia tego wątku skłoniły mnie coraz większe wątpliwości jakie nasuwają mi po głębszych zastanowieniach nad naszym światem (czy wszechświatem) i II zasadą termodynamiki. Z jednej strony mamy teorię, która mówi, że w każdym układzie entropia wzrasta, a z drugiej mamy otaczający nas wszechświat, który wydaje się w swojej rozciągłości przeczyć tej teorii. No bo jak wytłumaczyć to, że atomy zaczęły łączyć się ze sobą w cząsteczki z nich powstały związki, planety (że o życiu nie wspomnę, galaktyki itd.? Wiem, że niektórzy tłumaczą to na zasadzie, że planety czy życie na nich to efektywniejszy sposób rozpraszania energii, ale niby w jaki sposób jest on bardziej efektywny od tego, który mógł powstać gdyby atomy nie zaczęły się łączyć ze sobą i cała energia i materia we wszechświecie była by rozproszona w sposób maksymalny (tak, że nie trzeba by było już jej rozpraszać). Nie wiem, być może nie do końca rozumiem tę teorię, ale na dzień dzisiejszy jest ona dla mnie wyjątkowo mało racjonalna. Chętnie zapoznam się z Waszymi opiniami na ten temat.
POZDRAWIAM

chaos (100 punktów)II zasada termodynamiki i wszechświat
Chodzi o entropię całego wszechświata.
Wszechświat jest tu układem w którym następuje wzrost entropi.
Lokalny wzrost złożoności zawsze odbywa się kosztem "większej całości".

pozdrawiam
ciekawyOdp: II zasada termodynamiki i wszechświat
>Chodzi o entropię całego wszechświata.
>Wszechświat jest tu układem w którym następuje wzrost entropi.
>Lokalny wzrost złożoności zawsze odbywa się kosztem "większej całości".
>pozdrawiam

No tak, ale niby w jaki sposób entropia wszechświata wzrasta? Według mnie to, że uformowały się planety, galaktyki zupełnie temu przeczy.

pozdrawiam
inhet (1073 punktów)
Nie przeczy - po prostu planety czy galaktyki są, by tak rzec, szczątkami układu o entropii niższej.
V0lrath (3440 punktów)
Entropia rośnie globalnie, ale mamy takie siły fizyczne (np. grawitacja, elektromagnetyczne, jądrowe) i prawa, że umożliwiają lokalne spadki entropii kosztem wzrostów w innych częsciach.
Np. jak robisz porządek w domu to entropia związana z układem elementów spada. Jednak rośnie entropia cząstek w skali atomowej - tak, że w sumie wychodzi na to, że następuje wzrost.
Grawitacja na początku, gdy tworzyły się galaktyki, powstawały pierwsze gwiazdy itp., spełniała rolę tego robiącego porządki. Mimo stanu maksymalnej entropii przy zadanej masie (entropii o równym mniej więcej rozkładzie dla każdej ze skal), układ nie był stabilny i nastąpiła zmiana uporzadkowania - skupianie się mas w gwiazdy, galaktyki itp. Entropia z skali makro przeszła (chyba głównie) do skali mikro (przestała być maksymalna dla skali makro, a wzrosła lokalnie w skalach mikro) - przestrzeń może zmieścić więcej entropii niż mieści. Maksimum osiąga, jeśli dobrze pamiętam, dla czarnych dziur. Obecnie w sytuacji stabilnej nie ma takich wielkich na skalę całego wszechświata "przepływów" entropii między skalami struktury i można obserwować dominowanie zwykłego wzrostu entropii we wszystkich skalach i w b. dużej ilości układów.
Choć np. obserwując lodówkę bez brania pod uwagę zewnętrza zauważymy, że lokalnie entropia w niej maleje. Zresztą do tego ten przyrząd służy - do zmniejszania entropii obiektów (i potem w stanie stabilnym spowalniania wzrostu).

EDIT
Zaczęłem się zastanawiać nad tym i doszedłem do wniosku, że o ile stan początkowy mógł mieć maksymalną entropię w ogóle, to mógł przestać być stanem o maksymalnej entropii w każdej ze skal po rozszerzeniu wszechświata.
Otóż po bardzo szybkim rozszerzeniu spadło ciśnienie, temperatura i gęstość przy zachowaniu prędkości. To spowodowało, że stanem o wyższej entropii w skali makro (w skali działania grawitacji i skali energii związanych z polem grawitacyjnym) było zapadnięcie się mas wokól drobnych różnic w rozkładzie (fluktuacji).
Po zapadanięciu się do stabilnych struktur, wszechświat dąży powoli do wyrównywania się rozkładu energii - pewnie aż do powstania równomiernie rozłożonego stabilnego stanu.

Zastanawiam się nad tym czy entropia na prawdę rośnie czy też pozostaje bez zmian, ale następują tylko przepływy między skalami...
Zastanawiam się też nad tym czy jeśli naprawdę rośnie to skąd bierze się dodatkowa nowa entropia? (Entropia odpowiada informacji, a więc wtedy rosła ilość informacji zawartej we wszechświecie - skąd ona się bierze?)
inhet (1073 punktów)
Jesli entropie (odwrotnośc onformacji, nie jej odpowiednik) rosnie, to znaczy, że - ekstrapolując - był wcześniej jej stan zerowy, a potem będzie maksymalny.
Tyle, że żaden proces we Wszechświecie nie przebiega tam całkiem liniowo...
V0lrath (3440 punktów)
>Jesli entropie (odwrotnośc onformacji, nie jej odpowiednik) rosnie, to znaczy, że - ekstrapolując - był wcześniej jej stan zerowy, a potem będzie maksymalny.
>Tyle, że żaden proces we Wszechświecie nie przebiega tam całkiem liniowo...
>

Entropia = ilość informacji w układzie.

W teorii sygnałów entropia czasem oznacza ilość braku informacji o układzie (to znaczy ilość informacji w układzie jakich o nim nie posiadamy). Ale jest to tak zwana entropia warunkowa, a nie entropia w ogóle.

Najpierw był stan zerowy (prawdopodobnie 0 entropii), ale potem pojawił się pewien stan w którym w danej objętości przestrzennej zawarta była maksymalna ilość entropii (osobliwość na początku wielkiego wybuchu). Następnie nastąpiło bardzo szybkie rozszerzenie się przestrzeni (pomijając już to co się tam dokładnie działo - a działo się sporo) i entropia przestała być maksymalna w danej objętości, a stan przestał być termodynamicznie i grawitacyjnie stabilny.
ciekawy
>Entropia rośnie globalnie, ale mamy takie siły fizyczne (np. >grawitacja, elektromagnetyczne, jądrowe) i prawa, że >umożliwiają lokalne spadki entropii kosztem wzrostów w innych >częsciach.

No właśnie, ale czy jest to tylko hipoteza czy faktycznie się tak dzieje? Osobiście zawsze kiedy spotykałem się z próbami zastosowania II zasady termodynamiki do układów takich jak wszechświat, pojawia się szereg hipotez mówiących jak należy tę teorię "czytać", ale nigdy nie spotkałem się z jakimiś faktami. Jeśli istnieją jakieś dowody naukowe potwierdzające taką hipotezę, to prosił bym o ich przytoczenie.

>Np. jak robisz porządek w domu to entropia związana z układem >elementów spada. Jednak rośnie entropia cząstek w skali >atomowej - tak, że w sumie wychodzi na to, że następuje >wzrost.

Tylko czy jest to dobry przykład (patrz niżej)?

>Zastanawiam się też nad tym czy jeśli naprawdę rośnie to skąd >bierze się dodatkowa nowa entropia? (Entropia odpowiada >informacji, a więc wtedy rosła ilość informacji zawartej we >wszechświecie - skąd ona się bierze?)

Otóż to... wydaje mi się, że należy się zastanowić czym jest wogóle entropia. Jeśli przyjmiemy taką definicję (a jest ona powszechnie stosowana), że entropia to "miara liczby W mikroskopowych stanów układu izolowanego, odpowiadających danemu stanowi makroskopowemu tego układu", to jasno z niej wynika, że entropia jest nierozerwalnie związana z ruchem. W związku z tym twój przykład z pokojem chyba nie był do końca trafny (wiem, że było to uproszczenie), bo ilość stanów mikroskopowych w obrębie stanu makroskopowego (jakim jest pokój) przed i po sprzątaniu wynosiła 1, a więc nie możemy tutaj mówić o wzroście czy spadku entropii. Wydaje mi się, że podobnie jest z wszechświatem. To, że tworzą się planety, gwiazdy itd. wcale nie musi wiązać się ze spadkiem entropii o ile temperatura tych układów (gwiazd, planet itd.) będzie wzrastać. Większa prędkość cząstek (spowodowana wzrostem temp.) będzie sprawiać, że ilość stanów mikroskopowych danego układu makroskopowego będzie rosła i zrekompensuje spadek entropii spowodowany tym, że atomy zaczęły się łączyć i tworzyć "ograniczające" ich ruch struktury. Ale idąc takim tropem możemy dojść do wniosku, że ponieważ ilość energi we wszechświecie jest stała to i entropia jest stała, a jedynie zmieniają się stany w jakich występuje. Nie wiem czy mój tok myślenia jest poprawny, ale chyba jasno z niego wynika, że entropia jest stała, a nie rośnie z czasem jak to mówi II zasada.

pozdrawiam
V0lrath (3440 punktów)
Mi też się wydaje, że entropia jest stała, ale pewności nie mam.

Cały problem z entropią jest taki, że można ją zdefiniować biorąc różne skale i obiekty jako te minimalne "części" - ilość stopni swobody zależy od tego co jest tymi podstawowymi elementami - i dla różnych skal można wyliczyć różne wartości entropii (taki przekrój przez skalę ze względu na ilość informacji zawartej w danej skali).
Ale najniższy "poziom" entripii nie jest znany oraz jest daleko poza zasięgiem obserwacji. Nie są znane wszystkie stopnie swobody. A nie ma powodów by definicja entropii kończyła się na termodynamice atomów - i się nie kończy.

Co do przepływu entropii między obiektami to II zasada termodynamiki mówi, że w zamkniętych układach entropia nie maleje (czyli rośnie lub pozostaje taka sama).
W układach otwartych zaś może występować i często występuje spadek entropii w jednym układzie kosztem entropii w drugim. Może przykład z pokojem nie był najlepszy - bo w końcu uporządkowanie na poziomie makro wzrosło i spadła entropia, ale wzrosła entropia na poziomie atomów. Jednak atomy te należą do tego samego układu i w sumie to biorąc pod uwagę entropię "sumaryczną" - niezależną od skali (czyli standardową entropię układu) to co najmniej nie zmniejszyła się, a możliwe, że nie zmieniła się.
Innym i dobrym przykładem może być przykład lodówki. Entropia w zamrażanej wodzie spada. Za to rośnie w otoczeniu lodówki. Innym takim otwartym układem jest słońce - atmosfera - roślina.

Wróć do listy wątków działu Nauka

  

Zaloguj przez OpenID..
Jeżeli nie jesteś zarejestrowany/a - załóż konto..

Szukaj na Forum  Przewodnik  Regulamin i instrukcja obsługi Forum  Kolegium Moderatorów

 


[ Regulamin publikacji ] [ Bannery ] [ Mapa portalu ] [ Reklama ] [ Sklep ] [ Zarejestruj się ] [ Kontakt ]
Racjonalista © Copyright 2000-2018 (e-mail: redakcja | administrator)
Fundacja Wolnej Myśli, konto bankowe 101140 2017 0000 4002 1048 6365