Woher wissen wir, dass es keine wirklich reversiblen Prozesse gibt?

Ich habe herumgesucht und keine zufriedenstellende Antwort darauf gefunden. Viele Quellen geben nur Beispiele für angeblich reversible Prozesse (wie das Aufeinandertreffen von Billardkugeln), die tatsächlich sehr kleine Wärmemengen durch Reibung, Luftwiderstand oder einen anderen normalerweise ignorierten Aspekt des Systems verlieren.

Auf der Suche nach strengeren Definitionen, um es herauszufinden, ging ich zu Wikipedia. Aber das ließ alles nur zirkulär definiert erscheinen: Reversibilität ist definiert mit der Bedingung, dass sich die Entropie nicht ändert, was ein Zustand ist, der durch den Carnot-Zyklus definiert ist , der Reversibilität voraussetzt. Ich gehe davon aus, dass dies lediglich ein Fehler der Natur von Wikipedia ist; Die Artikel können nicht alle koordiniert und Kreisläufe vermieden werden.

Wenn ich alleine darüber nachdenke, könnte ich nicht begründen, warum ein möglicher (aber astronomisch unwahrscheinlicher) Prozess nicht wirklich reversibel sein kann. Nehmen Sie zum Beispiel nur zwei identische Teilchen im Vakuum mit gleichen Anfangsgeschwindigkeiten voneinander weg. Natürlich wird das wahrscheinlich nie passieren, aber es ist zumindest theoretisch möglich. Die Schwerkraft sollte sie in ihre Ausgangspositionen zurückziehen. Wo wird hier die Energie übertragen bzw. umgewandelt?


Was genau ist Reversibilität im Wesentlichen, und woher wissen wir, dass es nicht in einer endlichen Zeit passieren kann?

Antworten (1)

Um es kurz zu machen: „Wir wissen es nicht.“ Wir kennen eigentlich keine physikalischen Gesetze, wenn man es genau nimmt. Keiner von denen. Das Universum ist, was es ist, und es verhält sich so, wie es sich verhält. Das ist wirklich alles, was wir mit Sicherheit sagen können.

Jetzt können wir sagen, dass wir Gesetze gefunden haben, von denen wir keine Beweise dafür haben, dass sie jemals gebrochen wurden. Wir haben Gesetze, die wir einigen ziemlich strengen Tests unterzogen haben, wie zum Beispiel Miniatursonnen auf der Erde zu bauen und die Gesetze tief in ihren nuklearen Feuern zu testen. Aber es gibt keine Möglichkeit, dass die Wissenschaft absolut sicher sein kann.

(Das ist übrigens ein Lieblingsproblem von mir. Wissenschaft wird den Schülern so beigebracht, als ob sie die Fähigkeit hätte, genau zu sagen, wie die Welt funktioniert, obwohl es wirklich nur (einer) der besten Ansätze ist, die wir haben bisher gefunden, um zu modellieren, wie die Welt funktioniert)

Abgesehen davon können wir uns die Thermodynamik ansehen und sagen, wie das Universum beschaffen sein müsste, um einen wirklich umkehrbaren Prozess zu haben. Ein hypothetischer Fall, in dem dies passieren könnte, ist ein vollkommen antisymmetrisches Universum, das mit nichts begann und mit nichts enden wird. Alles, was wir in einem solchen Universum sehen, kommt paarweise vor, die sich schließlich vernichten.

Es ist trivial zu zeigen, dass dies ein reversibler Prozess ist. Du fängst bei null an und hörst bei null auf. Wir könnten darin sogar interessante Prozesse sehen, die nicht umkehrbar zu sein scheinen , aber in Wirklichkeit ist es nur eine Illusion, die verschwindet, wenn die beiden Hälften dieses Universums vernichten. Dies würde die offensichtliche Unumkehrbarkeit erklären, die wir sehen.

In der Praxis haben wir keine Beweise dafür, dass das Universum wie das Universum ist, das ich gerade beschrieben habe. Sie könnten es so modellieren, ein Paralleluniversum, das dazu führt, dass alles, was wir tun, einfach verschwindet, aber Sie können es auch als nicht umkehrbares Universum modellieren, und die Vorhersagen werden bis zu diesem magischen Ende der Tage identisch sein, wo die Paralleluniversen kollidieren oder nicht.

Ich denke gerne pedantisch über solche Dinge nach, also muss ich darauf hinweisen, dass die Antwort lautet: "Wir wissen es nicht." Praktisch gesehen haben wir jedoch eine enorme Menge an Studien zu thermodynamischen Systemen durchgeführt, und alle Beweise, die wir gesammelt haben, passen so gut zu „alles ist nicht umkehrbar“, dass es vernünftig ist, einfach anzunehmen, dass dies wahr ist und funktioniert von dort. Nur wenn Sie in die wirklich tiefen philosophischen und mathematischen Kaninchenlöcher einsteigen, müssen Sie eine nuanciertere Position in Betracht ziehen.

Also, kurz gesagt, die Wissenschaft geht von Beweisen des Fehlens aus , ist aber von Natur aus stumm über das Fehlen von Beweisen ?
Tolle Antwort, besonders wenn man sie mit der größeren Ansicht verbindet. Alle meine Verwirrungen bis auf eine kleinere gelöst: Irgendeine Ahnung, ob mein Beispiel im Einzelnen umkehrbar ist oder nicht, und warum?
@ Vedvart1 Nein, es ist nicht umkehrbar, aber das ist erst in der Allgemeinen Relativitätstheorie sofort ersichtlich. Die Teilchen, die zurück in ihre Ausgangsposition beschleunigt werden, senden Schwerewellen aus , die Energie aus dem System freisetzen. Ich denke, Sie könnten tatsächlich ein theoretisches Perpetuum Mobile konstruieren, wenn Sie Ihre Karten sehr sorgfältig spielen, um bekannte Verlustquellen zu vermeiden, aber wenn es ein Universum außerhalb des Systems gibt (was es immer geben wird), wird es Ihre Fähigkeiten beeinträchtigen um es perfekt zu bekommen.
Ein weiteres Thema, das Sie interessieren könnte, ist Metastabilität , was wir sehen, wenn wir einen Ball haben, der direkt auf der Spitze eines Hügels ruht. Wenn der Ball ein wenig nach links oder ein wenig nach rechts liegen würde, könnte er auf diese Seite fallen, aber oben gibt es einen perfekten Gleichgewichtspunkt. Theoretisch gibt es oben einen Punkt, an dem das System Energie hat (nicht im Grundzustand), aber die Entropie steigt nie an – sie bleibt einfach dort . In der Praxis stören winzige Effekte das Gleichgewicht und lassen den Ball fallen.
Dinge wie die Anziehungskraft des Jupiter beginnen in diesen exotischen, unglaublich präzisen Waagen eine Rolle zu spielen. Ich bin immer amüsiert darüber, denn ich bin sicher, die Astrologen würden es lieben, wenn sie erkennen, dass in diesem speziellen Experiment der Aufstieg des Jupiter tatsächlich die Zukunft beeinflusst!