Ist Perpetuum Mobile unmöglich?

Anstatt über Energieerhaltung nachzudenken, sollten Sie sich stattdessen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ansehen (gegen den Perpetuum mobile fast immer verstoßen). Der Begriff der Entropie ist rein numerisch (Logarithmus der Anzahl der Mikrozustände eines Systems), also ist ein Verstoß gegen die Gesetze der Thermodynamik/statistischen Mechanik gleichbedeutend mit einem Verstoß gegen die rein logisch abgeleiteten Gesetze der Statistik! Und wenn Sie feststellen, dass Sie ein Gebiet der Mathematik durchbrechen müssen, um zu zeigen, dass Ihre Maschine funktioniert, würde ich das in meinem Buch als Paradoxon bezeichnen.

Gibt es also, ohne sich auf die Behauptung zu verlassen, dass ein physikalisches Gesetz allgegenwärtig ist (z. B. Energieerhaltung), eine Unmöglichkeit oder ein logisches Paradoxon, das sich aus der Existenz einer Maschine ergeben würde, die ohne Energiequelle auf unbestimmte Zeit Arbeit leisten könnte?

Das scheint Ihre Kernfrage zu sein.

Das Problem hier ist, dass, wenn die Maschine existieren würde, sie sich de facto an die physikalischen Gesetze ihres Universums halten würde, da sie Teil dieses Universums ist, also sind die Gesetze der Maschine Teil der Gesetze dieses Universums.

Alles, was ich sagen kann, ist, dass wir keinen Grund haben anzunehmen, dass ein Gesetzparadoxon, von dem wir denken, dass es das Universum regiert, impliziert, dass irgendetwas mit dem Universum nicht stimmt.

Es sagt uns nicht einmal, dass unsere abgeleiteten Gesetze falsch sind, da wir keine Grundlage haben, um zu behaupten, dass ein Universum von paradoxonfreien Gesetzen regiert werden muss. Wenn wir es gebaut haben, haben wir es aus unseren Gesetzen gebaut, also müssen unsere Gesetze das Paradoxon hervorbringen (falls es eines gibt). Entweder haben wir Recht (und wir haben keinen Grund anzunehmen, dass wir falsch liegen, da die verdammte Maschine funktioniert) und unsere Gesetze sind in Ordnung, oder wir liegen falsch und warum hat die verdammte Maschine überhaupt funktioniert?

Und obwohl es Mode ist zu glauben, dass das Universum mathematischen Gesetzen folgen muss, haben wir auch dafür keine Grundlage. Bisher sind wir dem Gesetz einen Schritt voraus ( Entschuldigung ) bei der Konstruktion von hinterhältig schlauen mathematischen Modellen des Universums ( eigentlich einen Schritt hinterher ) , aber wir haben keine Grundlage für die Annahme, dass solche Modelle die zugrunde liegende Sache sind. Wir werden uns alle furchtbar dumm vorkommen, wenn es einen Gott gibt und er/sie nur Zauberzeug ins Dasein ruft und die Regeln durchlöchert und sich nicht um die Arithmetik kümmert. Aber wir wissen nicht, dass es nicht so ist.

Also, wenn es existierte, wäre Ihre Maschine nur ein Schmerz im Hintern, um sie auf Partys zu erklären, und wir müssten sowieso alle Religion bekommen. Aber es würde existieren und auch jedes Paradoxon, das damit einhergeht, und so würde das Universum funktionieren, und damit gäbe es kein Problem.

Bis das Universum natürlich in seinem eigenen Hinterteil verschwand. :-)

Aber ich kann das beheben.

Der Trick dabei ist, das Universum zu überdenken. Ich werde der Onkel eines Affen sein (danke, Darwin), wenn ich zulasse, dass sich das Universum von mir nimmt. Wenn wir die Maschine entwerfen, aber nicht wirklich etwas Dummes tun, wie sie zu bauen, haben wir am Ende keine wirklichen Paradoxien, die herumhängen und uns dumm dastehen lassen und sich über all die Zeit lustig machen, die ich damit verbracht habe, komplexe Analysen zu lernen (oder zu versuchen ).

Wo ist jetzt mein Nobelpreis? Und ein anständiges Getränk, wenn Sie schon dabei sind. :-)

Das allgemeine Axiom, auf das Sie sich berufen können, lautet: „Es gibt keinen Einzelfall, in dem Wärme spontan von einem kalten Objekt in ein heißeres Objekt fließt. Dazu benötigen Sie eine externe Energiequelle, die die Wärme speziell aus dem kälteren Objekt zieht und hineinführt das heißere Objekt."

Kühlschränke sind also möglich, benötigen aber immer eine Stromquelle.

Ein Perpetuum Mobile, das Energie aus dem Nichts erzeugt, verstößt per Definition dagegen, weil man es an das Netzkabel eines Kühlschranks anschließen kann und dann (Perpetuum Mobile) + (Kühlschrank) ein Gerät ist, das spontan Wärme von kalt nach heiß bewegt.

Der Unterschied zwischen einem Axiom und einem Theorem ist der Geschmack. Sobald Sie Ihre Axiome definiert haben, sind die folgenden Theoreme genauso gültig wie die Axiome. Tatsächlich können Sie die Theorie ändern und die Theoreme als Axiome und die Axiome als Theoreme verwenden.

Ein Perpetuum Mobile erster Art, das den Energieerhaltungssatz verletzt, ist also mit den Gesetzen der Physik nicht vereinbar. Ein Perpetuum Mobile der zweiten Art, das die Entropie des Universums reduzieren kann, ist weniger streng. Es kann gezeigt werden, dass es in unserem Universum höchst (extrem) unwahrscheinlich ist. Aber es ist nicht so unwahrscheinlich, wenn die Gesetze der Physik anders wären. Siehe zum Beispiel http://www.wolframscience.com/ , in der Computersimulationen zeigen, dass einige nicht-triviale Gesetze von zellulären Automaten sich nicht notwendigerweise in zunehmende Entropie entwickeln, sondern sie mit großer Wahrscheinlichkeit schwanken lassen. Wenn diese Tatsache jedoch verwendet werden kann, um ein Perpetuum Mobile in einem solchen Universum zu bauen, glaube ich nicht, dass es untersucht wurde.

Es liegt einfach an mangelnder Beobachtung: Als Wissenschaftlergemeinschaft haben wir noch nie ein reproduzierbares Perpetuum Mobile oder eine Verletzung der Gesetze - insbesondere entweder der Energieerhaltung oder des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik - gesehen, die eine solche Maschine notwendigerweise implizieren würde.

Sie scheinen großen Wert auf die Verletzung der Kausalität als Grund zu legen, um zu akzeptieren, dass schneller als Lichtreisen nicht möglich sind – dass dies irgendwie ein rein logischer Beweis für die supraluminale Unmöglichkeit ist. Dem ist jedoch nicht so – hier haben wir genau die gleichen Gründe für den Zweifel an supraluminalen Signalen wie für den Zweifel an der ständigen Bewegung. Wir haben noch nie gesehen, dass eine Ursache vor einer Wirkung kommt, oder genauer gesagt, bestimmte physikalische Prozesse scheinen experimentell eine konsistente zeitliche Reihenfolge zu haben, wir haben sie nie in einer anderen Reihenfolge ablaufen sehen, also postulieren wir, dass diese Reihenfolge so sein muss Beobachter unabhängig. Siehe meine Kommentare zur physikalischen Interpretation des Kausalitätsbegriffs in meiner Antwort hier und hier - es ist ein Ganzesexperimenteller Begriff und hat nichts mit axiomatischem mathematischen Beweis zu tun. Tatsächlich kann eine abstrakte Definition von Kausalität, die von der Berufung auf das Experiment getrennt ist, selbst unmöglich sein.

Die Leugnung der supraluminalen Signalgebung mit der Begründung, sie würde die Kausalität verletzen, scheint also nur auf einer anderen Ebene zu stehen als die Leugnung des Perpetuum mobile. Es gibt keinen prinzipiellen Unterschied insofern, als wir sie einfach leugnen, weil sie gegen alle Experimente sprechen würdendas haben wir bisher jeweils getan. Kausalität ist uns vielleicht zugänglicher, weil wir gesehen haben, wie physikalische Prozesse sich unser ganzes Leben lang an eine konsistente Zeitordnung halten. Ein vierjähriges Kind wäre sofort verwirrt, wenn die Scherben eines zerbrochenen Glases vom Boden springen und sich wieder zusammensetzen würden. Hinzu kommt vielleicht unser kulturelles/religiöses Vorurteil und damit unser Widerstand dagegen, über "Zeit" in anderen Begriffen als "gesundem Menschenverstand" nachzudenken, was die Kausalität im Vergleich zu anderen rein experimentellen Begriffen als eine so große Sache erscheinen lässt.

Angenommen, Sie haben eine Punktmasse, die sich in einem gleichmäßigen Gravitationsfeld entlang eines Pfades bewegt, und ihre Beschleunigung ist immer die Gravitationsbeschleunigung plus ein Beschleunigungsvektor, der senkrecht zu dem Teil des Pfades ist, auf dem sie sich befindet. Wenn wir die potentielle Energie als mgh und ihre kinetische Energie als mv^2/2 definieren, dann kann mathematisch bewiesen werden, dass ihre potentielle Energie plus ihre kinetische Energie konstant bleiben. Andererseits glaube ich, dass der zweite Hauptsatz der Thermodynamik nie durch eine vereinfachte quantenmechanische Theorie bewiesen wurde, in der die Gravitationskonstante Null ist und Elektronen und Kerne Punktmassen ohne Kernchemie sind. Daher könnte ein Perpetuum mobile der zweiten Art eine reale Möglichkeit sein, da es auf Zeitskalen beobachtet wird, die zu kurz sind, als dass andere Effekte auftreten könnten, wie das Ausbrennen der Energie der Sonne, das Einfrieren der gesamten Erde oder der radioaktive Zerfall. Meine Antwort aufGibt es einen Beweis für den 2. Hauptsatz der Thermodynamik? erklärt, warum der zweite Hauptsatz der Thermodynamik nach dieser vereinfachten Theorie möglicherweise nicht zutrifft.