Unterbricht die Schwerkraft die Zeitumkehrbarkeit auf der Mikroebene?

In der statistischen Mechanik heißt es, dass Mikrozustände zeitumkehrbar sind . Betrachtet man die verschiedenen Teilchen auf der Mikroebene, wirkt es wie ein reibungsfreier Billardtisch: Man kann nicht erkennen, ob ein Film vorwärts oder rückwärts läuft.

Dies scheint nur ohne Berücksichtigung der Schwerkraft wahr zu sein. Wenn Sie eine ausreichend große Partikelansammlung haben, können Sie auch die Richtung des Films auf der Mikroebene erkennen: Ein Partikel bewegt sich auf die große Ansammlung zu und bleibt dort (= Film läuft vorwärts).

Meine Frage
Ist die Zeitumkehrbarkeit auf der Mikroebene unterbrochen, wenn dem Bild die Schwerkraft hinzugefügt wird?

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@annav: Danke, sehr interessant. Also im Grunde ist die Antwort auf meine Frage "ja"?
auf forschungsebene denke ich immer noch s0.
Roger Penrose hat einen berühmten Vorschlag, bei dem Gravitationseffekte bei ausreichend großen Objekten zu einem quantenmechanischen Kollaps führen: en.wikipedia.org/wiki/Penrose_interpretation . Wenn dies wahr wäre, würde dies meines Erachtens eine Asymmetrie der Gravitationszeit verursachen. Aber ich bin mir nicht sicher, ob irgendjemand außer Penrose selbst glaubt, dass dies passiert.

Antworten (4)

Nein, die Newtonsche Gravitation ist vollkommen zeitumkehrinvariant. Angenommen, ich werfe einen Ball hoch, er fällt wieder herunter und mein Freund fängt ihn auf. In dem zeitumgekehrten Bild wirft mein Freund einen Ball hoch, er fällt wieder herunter und ich fange ihn. Die Schwerkraft macht in beiden Fällen genau dasselbe: Sie zieht den Ball und die Erde zusammen.

Der Grund, warum Sie vielleicht anders denken, ist das übliche Bild des Gravitationskollaps, wie wenn Staub kollabiert ist, um unser Sonnensystem zu bilden. Dies geschieht nur auf eine Weise, da bei der Kontraktion Energie freigesetzt wird (z. B. durch Strahlung), wodurch die Gesamtentropie des Universums zunimmt. Das ist wirklich eine Besonderheit der Schwerkraft: Materie unter der Schwerkraft verklumpt, um ihre Entropie zu erhöhen, während ein typisches System wie ein ideales Gas sich ausbreitet, um seine Entropie zu erhöhen. Dieser Unterschied liegt im Wesentlichen daran, dass gravitativ gebundene Systeme negative Wärmekapazitäten haben.

Aber in jedem Fall wirkt hier der übliche makroskopische, thermodynamische Zeitpfeil. In der Schwerkraft selbst gibt es keinen mikroskopisch kleinen Zeitpfeil.

Was aber, wenn es nur zwei Teilchen gibt, die als stationär beginnen? Wir konnten Seather sagen, dass der Film in diesem Fall Backears spielte.
@Ovi Stellen Sie sich einen Ball vor, der in die Luft geworfen wird. An der Spitze seiner Bewegung ist es stationär. Läuft man dann die Zeit etwas nach vorne, geht sie runter. Wenn Sie die Zeit ein wenig rückwärts laufen lassen, wird sie ebenfalls nach unten gehen.
Ja. Und ich habe auch das Beispiel in Ihrer Antwort verstanden. Aber musst du nicht auch mein Beispiel besiegen?
@Ovi Das ist dein Beispiel. An der Spitze der Bewegung ist das Teilchen stationär. Sie können das die Startzeit nennen, wenn Sie möchten.
Ich dachte an so etwas: Zwei identische Objekte beginnen stationär in einer Entfernung von 10 m. Manchmal T (und für immer danach) werden die Objekte zusammengeklebt. Wenn Sie ein Video abspielen, das ein Segment von früher enthält T , könnten wir feststellen, ob es sich um einen Rückwärtsspieler handelt.
@Ovi Um zusammenzuhängen, muss Energie verbraucht werden. Das ist der Teil, der zeitlich nicht umkehrbar ist, nicht die Schwerkraft. Wenn wir keine Dissipation annehmen, könnten die Teilchen z. B. aneinander abprallen und in ihre ursprüngliche Position zurückkehren, wodurch sich dieser Vorgang endlos wiederholt. Dies würde vorwärts und rückwärts in der Zeit identisch aussehen.

Nein, die Gesetze der Newtonschen Gravitation und der allgemeinen Relativitätstheorie sind beide unter Zeitumkehr vollkommen unveränderlich (obwohl dieses Konzept im Fall von GR etwas subtil ist). Partikel bewegen sich nicht einfach "in Richtung eines großen Clusters und bleiben dort"; Die Dynamik ist im Allgemeinen ziemlich kompliziert, sieht aber in Abwesenheit von Reibung oder anderen dissipativen Kräften immer genau gleich aus, wenn Sie den Film rückwärts laufen lassen. Eine schnelle und schmutzige Art, dies zu sehen, besteht darin, festzustellen, dass die Newtonsche Schwerkraft im Grunde darauf hinausläuft

m ich d 2 x ich d t 2 = − ∑ j ≠ ich G m ich m j | r ich − r j | 3 ( r ich − r j ) ,
und beide Seiten sind offensichtlich invariant unter der Substitution t → − t .

Nein. Im Falle eines Teilchenhaufens beschreiben beide Filmrichtungen immer noch gültige Physik. Lassen Sie den Film vorwärts laufen, und ein Partikel bewegt sich auf den Cluster zu. Lassen Sie den Film rückwärts laufen, und das Partikel beginnt im Cluster mit einer Geschwindigkeit, die bewirkt, dass es sich vom Cluster wegbewegt. Dieses Szenario ist auch vollkommen gültige Physik. Der einzige Grund, warum Sie entscheiden würden, dass der Film im ersten Fall vorwärts läuft, liegt in Ihrer Annahme, welche Anfangsbedingungen wahrscheinlicher sind. Das ist ähnlich, als würde man einem Billard dabei zusehen, wie es rückwärts bricht. Das einzige, was Ihnen sagt, welche Filmrichtung vorwärts ist, ist Ihre Annahme, welche Anfangsbedingungen wahrscheinlicher sind. Aber die Physik ist reversibel.

Wenn Sie nur zwei Teilchen betrachten, die aufeinander zu gravitieren, könnten Sie nicht sagen, in welcher Richtung vorwärts und welche rückwärts war. Lassen Sie zwei massive Billard-ähnliche Partikel los, und sie bewegen sich aufeinander zu, kollidieren und prallen zurück. Wenn Sie einen Film sehen, in dem sie sich nähern, können Sie nicht sagen, ob sie vorwärts (sich gegenseitig anziehen, aus der Ruhe startend) oder rückwärts (nach der Kollision zurückprallen) waren.

Es kann hilfreich sein, zwei Dinge zu unterscheiden. Wenn man etwas über die Zeitumkehr sagt, bezieht man sich normalerweise auf das Grundgesetz (Newtonsches Gesetz oder GR, wenn man so will). Das bedeutet nicht, dass bestimmte Lösungen die Symmetrie haben müssen. Im Allgemeinen hat man es mit einigen Differentialgleichungen zu tun, aber sie kommen mit Randbedingungen zusammen. Man muss alle Informationen (z. B. Erhaltungsgrößen, Anfangsbedingungen) einbeziehen, um eine bestimmte Lösung zu erhalten, und es gibt, wenn möglich, Verluste oder nicht vollständig durch das Grundgesetz beschriebene Prozesse, die die Symmetrie brechen.

Höchstwahrscheinlich erhalten Sie in diesem Billardspiel, das die Schwerkraft enthält, Umlaufbahnen (offen oder geschlossen), die tatsächlich zeitumkehrsymmetrisch aussehen, da Sie keine Verluste modellieren.

Unterbricht die Schwerkraft die Zeitumkehrbarkeit auf der Mikroebene?
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