•  

    pokaż komentarz

    Drugie prawo termodynamiki jest jednym z tych zaskakujących praw natury, które po prostu wyłaniają się z podstawowych zasad. Mówi ono, że entropia, miara nieporządku we Wszechświecie, musi zawsze wzrastać w każdym systemie zamkniętym.

    Ale jak to możliwe, że nasz dzisiejszy Wszechświat, który wygląda na zorganizowany i uporządkowany z układami słonecznymi, galaktykami i skomplikowaną strukturą kosmiczną, jest w jakiś sposób w stanie wyższej entropii niż zaraz po Wielkim Wybuchu?

    Powszechne rozumienie entropii i czasu sugeruje bardzo niski poziom entropii zaraz po Wielkim Wybuchu. Jednak moment ten jest często opisywany jako "zupa" fotonów, kwarków i elektronów, coś, co w porównaniu z codziennymi przykładami podręcznikowymi wydaje się mieć bardzo wysoką entropię...
    Jaki jest ten pierwotny stan niskiej entropii?

    Termodynamiczna strzałka czasu sugeruje, że entropia zawsze rośnie, więc powinna być większa dzisiaj niż w przeszłości.

    A jednak, jeśli myślimy o bardzo wczesnym Wszechświecie, to z pewnością wygląda on jak stan wysokiej entropii! Wyobraźmy to sobie: morze cząstek, w tym materii, antymaterii, gluonów, neutrin i fotonów, a wszystko to pędzi z energiami miliardy razy większymi niż może uzyskać dziś nawet LHC.

    Było ich [tych cząstek] bardzo wiele - około 10^99 - i wszystkie znajdowały się w obszarze o wielkości... piłki nożnej.

    Już w momencie Wielkiego Wybuchu, ten malutki region z tymi niezwykle energetycznymi cząsteczkami wyrośnie na cały nasz obserwowalny Wszechświat w ciągu najbliższych 13,8 miliarda lat. (Ostatnio piszą że o 2 mld lat krótszym )

    Wyraźnie widać, że dzisiejszy Wszechświat jest znacznie chłodniejszy, większy, z pełniejszą strukturą i bardziej niejednorodny. Ale tak naprawdę możemy określić entropię Wszechświata w obu przypadkach, w momencie Wielkiego Wybuchu i dzisiaj, w kategoriach stałej Boltzmanna w kB. (kb = 1,380 649 * 10^-23 J/K Dżule/Kelvin)

    W momencie Wielkiego Wybuchu prawie cała entropia była wynikiem promieniowania, więc całkowita entropia Wszechświata wynosiła S = 10^88 kB.
    Z drugiej strony, jeśli dziś obliczymy entropię Wszechświata, jest ona około kwadrylion razy większa: S = 10^103 kB.

    Podczas gdy obie te liczby wydają się być duże, pierwsza liczba zdecydowanie ma niską entropię w porównaniu z ostatnią: ponieważ jest to tylko 0.0000000000001% tej liczby!

    Jest ważna rzecz, o której należy pamiętać, gdy mówimy o tych liczbach.
    Często słyszy się pewne określenia entropii takie jak "miara nieporządku", ale w rzeczywistości jest to bardzo, bardzo słaby opis tego, czym właściwie jest entropia.

    Wyobraź sobie zamiast tego, że masz dowolny system, który lubisz: materia, promieniowanie, cokolwiek. Przypuszczalnie, będzie tam zakodowana jakaś energia, niezależnie od tego czy jest to energia kinetyczna, potencjalna, energia pola czy jakikolwiek inny typ.
    To, co entropia faktycznie mierzy, to liczba możliwych układów stanu waszego systemu.

    [Małe januszowskie wyjaśnienie]

    Jeśli na w naszej piwnicy znajduje się kawałek gorącego metalu, to rozprzestrzenia on ciepło w całym swoim otoczeniu.
    Wyobraź sobie, że masz pudełko z pięcioma cząstkami gazu obok tego metalu. Metal przekaże pięć kwantów ciepła do gazu.
    Czy każda cząstka gazu otrzyma jeden kwant energii? Niekoniecznie.

    Jest całkiem możliwe, że dwie cząstki dostaną po dwa kwanty każdy, a jedna - tylko jedną, podczas gdy pozostałe dwie jednostki nie dostaną nic. Możliwe, że jedna cząstka dostanie trzy kwanty, druga - dwie, reszta - nic.
    W tym przypadku istnieje aż 126 możliwych kombinacji procesu transferu ciepła.

    Te cząstki gazu mogą również zderzyć się ze sobą i wymieniać energię kinetyczną. Jednakże całkowita ilość energii nie może przekroczyć ilości energii dostarczonej do systemu. Każda z tych kombinacji nazywana jest mikrostatem.
    Całkowity poziom energii nazywany jest stanem makro.

    Entropia jest miarą prawdopodobieństwa rozkładu energii pomiędzy cząstkami.

    [Koniec wyjaśnienia]

    źródło: entro4.jpg

    •  

      pokaż komentarz

      Fotony w kosmicznym mikrofalowym tle mają dziś praktycznie taką samą entropię jak wtedy, gdy Wszechświat się narodził. Dlatego ludzie mówią, że Wszechświat rozszerza się adiabatycznie, co oznacza stałą entropię. Podczas gdy możemy patrzeć na galaktyki, gwiazdy, planety itp. i podziwiać, jak uporządkowane lub nieuporządkowane wydają się być, ich entropia jest nieistotna.

      Co więc spowodowało ten ogromny wzrost entropii?

      Odpowiedź brzmi: czarne dziury.
      Jeśli pomyślisz o wszystkich cząstkach, które wchodzą w skład czarnej dziury, to zrozumiesz że jest to ogromna liczba. Kiedy coś wpadnie w czarną dziurę, nieuchronnie dojdzie do osobliwości. Liczba stanów jest wprost proporcjonalna do masy cząstek w czarnej dziurze, więc im więcej czarnych dziur tworzysz się (lub im masywniejsze stają się czarne dziury), tym większą entropię otrzymujemy we Wszechświecie.

      Sama supermasywna czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej ma entropię S = 10^91 kB, około 1000 razy większą niż cały Wszechświat w chwili Wielkigo Wybuchu.
      Biorąc pod uwagę liczbę galaktyk i masy czarnych dziur w ogóle, całkowita entropia dziś osiągnęła wartość S = 10^103 kB.

      A to się tylko pogorszy!
      W dalekiej przyszłości będzie się tworzyć coraz więcej czarnych dziur, a istniejące dziś duże czarne dziury będą rosły przez następne 10^20 lat. Gdybyśmy zamienili cały Wszechświat w czarną dziurę, osiągnęlibyśmy maksymalną entropię około S = 10^123 kB, czyli współczynnik 100 kwintiliardów większy niż entropia dzisiaj.

      Kiedy te czarne dziury rozpadną się w jeszcze większych przedziałach czasowych - do około 10^100 lat - entropia pozostanie prawie stała, ponieważ promieniowanie ciała czarnego (Hawkinga) wytwarzane przez rozpadające się czarne dziury będzie miało taką samą liczbę możliwych układów stanu jak sama wcześniej istniejąca czarna dziura.

      Więc dlaczego wczesny Wszechświat był tak niskoentropijny?
      Ponieważ nie miał on żadnych czarnych dziur.
      Entropia S = 10^88 kB jest nadal niezwykle dużą wartością, ale jest to entropia całego Wszechświata, która jest prawie wyłącznie zakodowana w promieniowaniu pozostałym (i, w nieco mniejszym stopniu, neutrinach) z Wielkiego Wybuchu.

      Ponieważ "rzeczy", które widzimy, gdy patrzymy na Wszechświat,takie jak gwiazdy, galaktyki itp., mają znikomą entropię w porównaniu z tym pozostałym tłem, łatwo jest oszukać się w przekonaniu, że entropia zmienia się znacząco wraz z formowaniem się struktury, ale to tylko przypadek, a nie przyczyna.

      Gdyby nie było takich obiektów jak czarne dziury, entropia Wszechświata byłaby prawie stała przez ostatnie 13,8 miliarda lat! Ten pierwotny stan miał znaczną entropię lecz czarne dziury mają po prostu znacznie większą.

      Jeśli chcesz być na bieżąco z najlepszymi znaleziskami to zapisz się na MikroListę.
      https://mirkolisty.pvu.pl/list/56Bf7jbXdbGvM2NK i dodaj Swój nick do listy #swiatnauki.

      #swiatnauki #gruparatowaniapoziomu #liganauki #ligamozgow #qualitycontent #nauka #ciekawostki #zainteresowania
      #fizyka #fizykakwantowa #kosmos #wszechswiat #czarnedziury

      źródło: 879789879545454546.jpg

    •  

      pokaż komentarz

      @RFpNeFeFiFcL:

      Drugie prawo termodynamiki jest jednym z tych zaskakujących praw natury, które po prostu wyłaniają się z podstawowych zasad. Mówi ono, że entropia, miara nieporządku we Wszechświecie, musi zawsze wzrastać w każdym systemie zamkniętym.
      Z ktorych podstawowych zasad wylania sie druga zasada termodynamiki?
      Zawsze sadzilem ze zostala ona wzieta po prostu z obserwacji wielu roznych procesów. I ktos ja po prostu wywnioskowal 'z czapy'. A ze nie znaleziono procesu zaprzeczajacego to tak uznano ja za prawdziwą.

    •  

      pokaż komentarz

      @RFpNeFeFiFcL: z racji tego, że często podważam różne hasła i teorie chciałbym się zapytać z ciekawości...

      A co jeśli w "osobliwości" (tak, wiem, musiałbym zrezygnować ze swojej tezy, iż wewnątrz czarnej dziury znajduje się dziwna gwiazda) właśnie panuje ta niska entropia? Może różnice "wewnątrz" i "na zewnątrz" sprawiają, że materia jest rozbijana na elementarne "cząstki"? Może właśnie czarna dziura dąży do niskiej entropii (ironia losu) i gdy osiągnie odpowiednią "formę" to nastąpi ponownie "Wielki Wybuch"?

      Pozdrawiam :)

    •  

      pokaż komentarz

      @bregath:

      Tak sam pogląd ma Carło Rovelli że CD kiedyś muszą wybuchnąć i że nie ma prawdziwej osobliwości tam w środku, tylko nowy dziwny stan materii.

    •  

      pokaż komentarz

      @RFpNeFeFiFcL: Już sam dysk akrecyjny na to wskazuje. Gdyby osobliwość była w punkcie, jak to teraz wielu twierdzi, to by nie mogła się obracać, a to oznacza, że widoczny ruch kolisty wokół CD byłby niemożliwy.

      Dlatego też w CD musi być jakiś obiekt, który nie dość, że jest faktycznie materialny, to jeszcze obraca się wokół własnej osi.

      Pozdrawiam :)

    •  

      pokaż komentarz

      @losBamberos88:

      Z ktorych podstawowych zasad wylania sie druga zasada termodynamiki?

      Moim zdaniem z zasady działania maszyny cieniej Carnota.

    •  

      pokaż komentarz

      @RFpNeFeFiFcL: Czemu 126 kombinacji? Gdy mamy pięć kwantów energii to, każdy z kwantów może trafić do każdego z pięciu atomów. Daje to 5*5=25.

    •  

      pokaż komentarz

      @RFpNeFeFiFcL: Jak to kurła działa? Było sobie nic. I nagle wybuchło. Założenie że jesteśmy wymazem spermy przypadkowej ejakulacji jednego z 4 żółwi które niosą świat dysku jest równie prawdopodobne jak to że nic nagle wybuchło. I OK, można dodać że nic wybucha cyklicznie, że wszechświat najpierw się rozszerza a potem kurczy itd. ale to jest tak samo dupne. "Było sobie nic. i nagle wybuchło." Serio? To ma być wyjaśnienie początków wszechświata?

    •  

      pokaż komentarz

      @RFpNeFeFiFcL: mniemam, że chodzi o wybuch gwiazdy plancka. A ponieważ czas załamuje się w CD to wewnątrz jej wszystko zmierza do wybuchu „normalnie”, swoim tempem, zaś my z zewnątrz widzimy prawie zatrzymany czas i efekty grawitacyjne.

    •  

      pokaż komentarz

      @chyRZy: Wielki Wybuch to tylko nazwa, nic nie wybuchło. Z wiki: "Utożsamianie Wielkiego Wybuchu z eksplozją jest o tyle niefortunne, że proces ten, tak jak rozumie i ujmuje go współczesna kosmologia, nie polegał na ekspansji w pustej przestrzeni, lecz dotyczył rozszerzenia się przestrzeni."

    •  

      pokaż komentarz

      @chyRZy: Nie wiemy co było na początku z prostej przyczyny. Obecne równania matematyczne opisują świat właśnie prawie do tej chwili wybuchu, bo są tak skonstruowane, że jak próbujesz wstawić początek czasu to wychodzi ci w równaniu nieskończoność. Tak jak na matematyce w szkole liczyłeś granicę jakieś szeregu i wychodziła ci nieskończoność. Podobnie z czarnymi dziurami, tam też równania mówią, że wszystko wchodzi do jednego punktu ale to tylko opis wynikający z obecnych równań. To, że jest tam coś innego to imho wielce prawdopodobne.

      Jak masz trochę czasu to polecam ten wykład - Prof. Krzysztof Meissner „Przyszłość Wszechświata”, bardzo wyjaśnia co i jak.

    •  

      pokaż komentarz

      @RFpNeFeFiFcL: Entropia to Filozofia, nie fizyka. To luźny opis oparty o mechanizmy które w pewnym stopniu da się obliczyć z pewną dokładnością. Ale nie jest to ani matematyka ani fizyka. Jest to termin filozoficzny. A nauka ni lubi si z filozofią.

    •  

      pokaż komentarz

      @chyRZy: ...a poza tym, dysk na swych grzbietach niosą 4 słonie, a nie 4 żółwie ¯\_(ツ)_/¯

    •  

      pokaż komentarz

      Było sobie nic. i nagle wybuchło. Serio? To ma być wyjaśnienie początków wszechświata?
      @chyRZy: Wszechświat istnieje. Co musiało się stać, że istnieje? W ludzkim wyobrażeniu albo musiał istnieć zawsze albo musiał zaistnieć w jakimś momencie. Przy czym naukowcy wnioskują na podstawie badań, że czas powstał wraz z początkiem wszechświata, więc pytanie nie ma sensu. To czy istniał zawsze, czy powstał w jakimś momencie, czy jest cykliczny może być zupełnie równoważne, czyli ludzie szukają rozróżnienia kilku stanów i próbują dociec który z nich jest prawdziwy podczas gdy te wszystkie stany mogą być tożsame i wszystkie na raz prawdziwe.

      Nie oczekuj wyjaśnienia początków Wszechświata, bo to nie jest wytłumaczalne :) Za każdą odpowiedzią zawsze kryje się kolejne pytanie i ten ciąg nie ma końca - bo gdyby dotrzeć do pierwotnej przyczyny wynikającej z niczego, to...? ta przyczyna nie miałaby sensu i wszechświat by nie istniał.

    •  

      pokaż komentarz

      @WesolyLudwiczek: @gotcha: Dzięki że mnie zrozumieliście i za linę do świetnego wykładu.
      Męczą mnie te pierwsze piko sekundy pierwszej sekundy, moment zaistnienia Osobliwości właśnie. Teraz po wysłuchaniu wykładu i waszych spostrzeżeniach jakoś łatwiej mi przyjąć że nie wiemy i może nigdy nie odsłonimy tej tajemnicy.

  •  

    pokaż komentarz

    @RFpNeFeFiFcL: Dziękuję ci dobry człowieku za ogrom pracy jaką wkładasz w te tłumaczenia i publikacje dla nas. Co prawda nic k?@#a nie rozumiem, ale fajnie się to czyta. Wykop :)

  •  

    pokaż komentarz

    Tak myślę że podróże w przeszłość są niemożliwe również z tego powodu że strzała entropii i strzała czasu są rozwijane równoległe w jednym kierunku.

    Wynaleziony jakimś cudem Wehikuł Czasu musiałby być zbudowany z materii jak również Naukowiec zasiadający ze sterami tej maszyny.
    Więc gdyby taki układ zniknął z naszej teraźniejszości i przerósłby się w przeszłość, to entropia całego Wszechświata musiałaby zmaleć. Co prawda na bardzo małą skalę ale jednak zmaleć.

    A na to wychodzi że prawa natury zabraniają zmniejszenia entropii.
    Więc odważny Mirek który chciałby cofnąć się w czasie i wykastrować ojca niejakiego Jarosława K. musi ponieść klęskę już na starcie. :(

    źródło: hqdefault.jpg

  •  

    pokaż komentarz

    Umie ktoś prostymi słowami wytłumaczyć czym jest entropia w termodynamice i dlaczego wyższa entropia sprzyja/wskazuje na tworzenie się i narastanie kryształów? xd
    Szukałem, czytałem, słuchałem podcastów i dalej nic z tego do mnie nie przemawia... Wszyscy piszą, że to miara nieuporządkowania, podczas gdy w termodynamice jest ona chyba najbliżej powiązana raczej z szybkością przebiegu procesu/reakcji.
    Do teraz nie kminię co to właściwie jest xd

    •  

      pokaż komentarz

      @Czimchik: entropia to logarytm z nierozróżnialnych energetycznie liczby możliwych mikrostanów systemu przemnożony przez stałą. Czyli można pominąć entropię i mówić o samej liczbie mikrostanów dla uproszczenia.

      Pozostaje pytanie jak liczyć te mikrostany - np. w przykładzie z 2 pojemnikami w jednym masz gaz w drugim próżnię i łączysz je rurą z zaworem. I teraz rodzi się pytanie - co oznacza 2 różne mikrostany - jak cząstka przemieści się o 1 milimetr w ramach pojemnika bez zmiany temperatury i ciśnienia gazu to czy to jest nowy mikrostan, czy nie? A co jeśli przemieści się o 1 mikrometr albo 1 metr?

      Otóż - to jaka dokładnie wyjdzie ci entropia zależy od tego z jaką dokładnością liczymy mikrostany. Zależnie od dokładności entropia systemu będzie przemnożona przez inną stałą.

      I w sumie fizycy nie przejmują się zbytnio tą dokładnością, bo w systemach makroskopowych bardziej interesuje ich ZMIANA entropii a nie dokładne jej zmierzenie. A przy zmianie entropii stałe (zależne od dokładności pomiaru mikrostanów) się skracają i pozostaje tylko to co różni nasze stany zewnętrznie.

      Czyli w tym przykładzie z pojemnikami - po odkręceniu zaworu część cząstek gazu pozostanie w pierwszym pojemniku a część przeniesie się do drugiego. Ilość możliwych stanów systemu zwiększy się o liczbę możliwych wariancji z powtórzeniami (każda cząstka ma wybór pozostać albo przejść do drugiego pojemnika) - czyli entropia zwiększy się o logarytm naturalny z (2 do potęgi równej liczbie cząstek).

      To teraz wracając do kryształów - jak masz część cząstek rozpuszczonych w cieczy a część ułożonych w krysztale to te w krysztale mają mniejszą entropię, niż te w cieczy, bo mają ograniczoną możliwość ruchu. Ale wzrostowi kryształu towarzyszy zwiększenie temperatury otoczenia, więc w sumie entropia całego systemu rośnie podczas krystalizacji.

      To może być nieintuicyjne, że krystalizacja powoduje wzrost temperatury, żeby to sobie wyobrazić można pomyśleć co się dzieje podczas odwrotnego procesu - jak chcesz stopić lód to dostarczasz energii cieplnej i lód pochłania pewną energię bez wzrostu temperatury żeby przejść przemianę fazową.

      Podczas krystalizacji dzieje się to samo tylko od tyłu - kryształ rośnie i ogrzewa otoczenie.

      TL; DR: entropia jako "miara nieuporządkowania" to mylące stwierdzenie, lepiej posiłkować się matematycznym wzorem.

    •  

      pokaż komentarz

      @Czimchik: Ja to obrazuje skalą. Lokalnie na ziemi można odnieść wrażenie, że nie ma entropii bo wszystko rośnie, rodzą się organizmy itd. To kosztem wzrostu entropii całego układu słoneczego. Wszystko się dzieje bo słońce traci masę i robi się coraz bardziej niestabilne. To bardzo długi okres i ludzie mogą odnieść wrażenie, że słońce jest niezmienne. Jak się wypali to wszystko trafi szlag i nie będzie układu słonecznego.

  •  

    pokaż komentarz

    Meissner w jednym z wykładów mówił, że na początku była plazma kwarkowo-gluonowa (prosty wszechświat). Było dość energii by mogły sobie swobodnie istnieć. Gdy energia spadła zostały na zawsze uwięzione w nowych cząstkach jak np protony (robi się bałagan). Kolejny istotny etap to elektrony, energia była na tyle wysoka, że materia była całkowicie zjonizowana, gdy energia spadła to zostały uwięzione w jądrach atomowych. W mechanice robi się coraz większy bałagan, masowo przybywa cząstek, oddziaływań, mas. Potem wodór zaczyna być syntezowany do cięższych pierwiastków zatrzymując się na żelazie.

    źródło: youtube.com

Dodany przez:

avatar RFpNeFeFiFcL dołączył
585 wykopali 5 zakopali 11.8 tys. wyświetleń
Advertisement