Welche Beziehung besteht zwischen Energie , Entropie und Information ?
Ich habe das gelesen - Was ist Energie? Wo ist es hergekommen? - und die oberste Antwort besagt, dass "Energie" eine abstrakte Zahl ist, die eine Eigenschaft der Natur ist, die zufällig erhalten bleibt, weil "Operationen" in der Natur zeitlich symmetrisch sind (zeittranslationale Symmetrie).
Das andere Erhaltungsgesetz (ich habe gehört) für eine abstrakte Zahl, die eine Eigenschaft der Natur ist, ist Information - wie in "Schwarze Löcher müssen sich so verhalten, weil sie sonst die Erhaltung von Informationen verletzen würden". Aber ich weiß nicht, warum es konserviert wird.
Die dritte abstrakte Zahl, die eine Eigenschaft der Natur ist, aber NICHT der Erhaltung entlang der Richtung der Zeit gehorcht - 'Entropie'. Warum wird dies nicht konserviert, wenn die anderen beiden es sind?
Wie hängen diese drei zusammen? Auch hier kann ich komplexer Mathematik nicht folgen, aber diese müssen grundsätzlich mit jedem Recht zusammenhängen?
Die Entropie ist ein Maß für die Ordnung/Unordnung bei der Zustandsänderung eines Systems und ist definiert als die Gesamtenergieänderung bei einer definierten Temperatur. Aus Sicht der statistischen Mechanik wird diese Energieänderung aus statistischen Übergängen der inneren Zustände des Systems erzeugt. In diesem Sinne kann die Entropie messen, wie einfach es ist, einen definierten Zustand des Systems zu erreichen. Stellen Sie sich nun einen Textstrom vor, der Zeichen für Zeichen auf einem Bildschirm bei Ihnen ankommt. Wenn der Text bedeutungslos ist, dann hat jedes Zeichen die gleiche Wahrscheinlichkeit, dass es Ihnen erscheint, und daher ist die Entropie maximal, weil diese Unordnung maximal ist. Wenn Sie Informationen übertragen wollen, dann müssen Sie ein wenig Energie aufwenden, um die Zeichen zu ordnen, da dies nicht spontan geschieht. Der Endzustand des Systems ist in Bezug auf den früheren geordneter, sodass die Entropie geringer ist als die Entropie von zufälligem Text. Das heißt, wenn Sie die Entropie reduzieren wollen, um Informationen zu übertragen, müssen Sie Energie aufwenden.
Ich werde der Frage nachgehen, warum Energie und Information zeitsymmetrische Erhaltungseigenschaften haben, Entropie dagegen nicht.
Laut dem Wikipedia-Eintrag zur Entropie - "Die Entropie eines isolierten Systems nimmt niemals ab, weil sich isolierte Systeme spontan in Richtung eines thermodynamischen Gleichgewichts entwickeln, das der Zustand maximaler Entropie ist."
Daher wird die Entropie in einem isolierten System nur dann mit der Zeit zunehmen, wenn es das thermodynamische Gleichgewicht nicht erreicht hat. Das Universum ist ein isoliertes System, das in der Vergangenheit, dh beim oder kurz nach dem Urknall, einen sehr niedrigen Entropiezustand hatte. Daher nähert es sich dem thermodynamischen Gleichgewicht. Daher ist es ein Umstand des Zustands unseres Universums, der bewirkt, dass die Entropie zu diesem Zeitpunkt mit der Zeit zunimmt. Es ist kein Gesetz.
Energie- und Informationserhaltung sind Gesetze. Zunehmende Entropie ist ein Umstand. Deshalb sind sie unterschiedlich.
Ich hoffe das hilft. Es ist schwer, klare Antworten auf diese Frage zu finden, was darauf hindeutet, dass wir die Antwort wirklich noch nicht kennen.
Die Entropie nimmt gerade deshalb zu, weil die Energie erhalten bleibt. Um ein System von Teilchen in einem geordneten Zustand zu halten, wird Energie benötigt. Dies wird in der potentiellen Energie des Systems quantifiziert. Diese Energie muss irgendwo hergekommen sein (weil Energie erhalten bleibt), und jedes andere Teilchensystem, vorausgesetzt, diese Energie erfährt eine Zunahme der Entropie, die (unter idealen Umständen) der Menge an Energie entspricht, die sie verloren hat. Deshalb nimmt die Entropie nicht ab. In der Praxis ist die Energieübertragung nicht perfekt, und etwas Energie geht verloren. Deshalb wird beobachtet, dass die Entropie zunimmt.
gatsu