Es gibt ein ziemlich weithin akzeptiertes Argument, dass der zweite Hauptsatz der Thermodynamik existiert, weil das Universum in einem Zustand niedriger Entropie begann. Ich schreibe eine Arbeit, die dies erwähnt (und die heute fertig sein muss), aber mir ist klar geworden, dass ich nicht weiß, wer diese Idee hatte. Kennt also jemand die Originalreferenz dafür?
Meine Arbeit ist jetzt eingereicht, aber ich bin immer noch neugierig auf die Ursprünge dieser Idee. @Sundak unten gibt den Hinweis, dass Boltzmann sein Urheber gewesen sein könnte. Auf dieser Grundlage und mit ein wenig Recherche konnte ich seine Lectures on Gas Theory finden, §90, in dem er sagt: „Dass in der Natur der Übergang von einem wahrscheinlichen in einen unwahrscheinlichen Zustand nicht so oft vorkommt wie umgekehrt, kann angenommen werden, indem man einen sehr unwahrscheinlichen Anfangszustand des gesamten uns umgebenden Universums annimmt … “, was sehr nach der Low-Entropy-Big-Bang-Idee klingt. Was er jedoch tatsächlich vorschlägt, ist, dass unsere lokale Region des Universums irgendwann in der Vergangenheit in einen Zustand niedriger Entropie geschwankt war. Er schlägt dies vor, weil er glaubt, dass das Universum zeitlich und räumlich unendlich ist, was impliziert, dass sich das Universum als Ganzes im thermischen Gleichgewicht befinden muss. Er fährt dann fort, das bei "Entfernungen mal die Entfernung von Sirius" gibt es vielleicht andere Zivilisationen, für die der Zeitpfeil in die entgegengesetzte Richtung zeigt. Boltzmann ist ein lustiger Typ zu lesen. Aber die Idee, die er hier vorschlägt, ist nicht die gleiche wie die moderne Vorstellung, dass das Universum einfach begann in einem Zustand niedriger Entropie aus.
Viele Jahrzehnte vorwärts springend, beschreibt Roger Penrose in der Zusammenfassung seines Artikels Singularities and Time's Arrow von 1979 die Zuordnung des zweiten Hauptsatzes zu den Randbedingungen des Universums als Teil der "normalen Sichtweise". Ich vermute, dass die Referenzen in Penroses Artikel ein guter Ort zum Nachschlagen sein könnten, aber es scheint, dass nur die Zusammenfassung online verfügbar ist.
Das grenzt es also auf eine Zeit zwischen 1896 und 1979 ein, aber wahrscheinlich zu Beginn dieser Periode. Es könnte gut sein, dass Boltzmann selbst die Idee in einem anderen Werk vorgeschlagen hat. Wenn jemand weitere Erkenntnisse hat, wäre es sehr zu schätzen.
Das grenzt es also auf eine Zeit zwischen 1896 und 1979 ein
Der zweite Hauptsatz war Clausius bekannt und impliziert trivialerweise das Wissen, dass die Entropie in der fernen Vergangenheit viel geringer war als heute. (Das heißt, wenn man den Begriff auf das Universum als Ganzes anwenden darf; vgl. unten.)
Es scheint, dass Clausius ausdrücklich (1856) nur die Extrapolation in die ferne Zukunft angegeben hat, nicht in die ferne Vergangenheit:
Die Entropie des Universums strebt nach einem Maximum.
Dem liegt ein sehr informelles, also nicht wirklich schlüssiges Argument zugrunde. Genau das gleiche Argument „beweist“, dass die Entropie des Universums in einem Minimum begann.
Andererseits wurde der Begriff „Urknall“ erst 1949 geprägt, und die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, die dem Urknall Glaubwürdigkeit verlieh, wurde erst 1965 entdeckt. Somit kann das Unsicherheitsintervall auf 1965-1979 eingeengt werden.
In seinem Buch „The character of the physical law“, Cambridge, Mass. 1965, sagt Feynman auf S.116:
Ich denke, es ist notwendig, den physikalischen Gesetzen die Hypothese hinzuzufügen, dass das Universum in der Vergangenheit im technischen Sinne geordneter war als heute – ich denke, dies ist die zusätzliche Aussage, die notwendig ist, um einen Sinn zu ergeben und eine Verständnis der Irreversibilität.
Er wendet es jedoch nicht auf den Anfang des Universums an.
Da der Urknall eine Singularität ist, macht der Begriff der Entropie beim Urknall ohnehin keinen Sinn. Es ist nicht einmal klar, was die Entropie des gesamten Universums bedeuten soll und ob sie jederzeit definiert werden kann. (Nach jeder vernünftigen Definition ist es wahrscheinlich immer unendlich.)
Es ist also nicht wirklich klar, wonach Sie fragen.
Wie Sie und andere gesagt haben, sieht es so aus, als könnte Boltzmann plausibel die Idee zugeschrieben werden, dass das Universum eine Vergangenheit mit niedriger Entropie hatte:
Der zweite Hauptsatz wird mechanisch erklärt durch Annahme A (die natürlich nicht beweisbar ist), dass das Universum, als mechanisches System betrachtet – oder zumindest ein sehr großer Teil davon, der uns umgibt – von einem sehr unwahrscheinlichen Zustand ausgegangen ist, und ist immer noch in einem unwahrscheinlichen Zustand.
(Auszugsweise in From Eternity to Here ( 1 )).
Die eigentliche Identifizierung des Urknalls mit dieser Niedrig-Entropie-Grenze erfolgte jedoch eindeutig später. Es ist möglich, dass diese Idee so natürlich war, dass niemand viel Wert darauf legte, sie ausdrücklich zu sagen, aber dies könnte auch eine Tendenz im Nachhinein darstellen.
Hier ist ein interessanter Zwischenschritt: Es scheint, dass die ersten Anwendungen der Kosmologie auf das Zeitpfeilproblem hauptsächlich von Anhängern der Steady-State-Kosmologie kamen, die von der Wheeler-Feynman-Absorbertheorie des Elektromagnetismus beeinflusst waren. J. Hogarth promovierte 1953, in dem er die kosmologische Expansion mit dem Bruch der Absorber-Emitter-Symmetrie in Verbindung brachte ( 2 , 3 ), und T. Gold schlug 1962 vor, dass die Entropiezunahme (und damit der Entropiepfeil der Zeit) der Richtung nach innen folgt Zeit, in der das Universum zunimmt ( 4). Ich kann keinen Hinweis darauf finden, wer dies zuerst speziell auf die Urknall-Kosmologie angewendet hat. Aber zu dem Zeitpunkt, als die CMB-Ergebnisse eintrafen, schien diese Idee in der Steady-State-Community wohlbekannt zu sein, so dass es vielleicht eine natürliche Richtung wurde, als diese Theorie die Unterstützung verlor. Penrose selbst hat sich in diesem Teil vielleicht gedacht: Er nahm 1963 an einer Konferenz über Kosmologie und den Pfeil der Zeit teil, zusammen mit Feynman (der bekanntermaßen darauf bestand, dass er in den Verhandlungen Mr. X genannt wurde), Wheeler und vielen Steady-State-Leute. Aber ich kann keine relevanten Schriften von ihm aus dieser Zeit finden.
Hier einige Referenzen:
Zeit und Zufall von David Albert
Der Pfeil der Zeit durch den hohen Preis
Von der Ewigkeit bis hierher von Sean Carroll
Die Richtung der Zeit von HD Zeh
Physikalische Grundlagen der Zeitasymmetrie von Paul Davies
Es gibt viele andere ausgezeichnete Bücher oder Artikel zu diesem Thema. Besonders in Bezug auf die Grundlagen der statistischen Mechanik habe ich zwei gute Bücher gesehen:
Der Weg zu Maxwells Dämon Von MEIR HEMMO und ORLY R. SHENKER
Physik und Zufall von Lawrence Sklar.
Zu Beginn empfehle ich dringend, einen Artikel (Unterschied zwischen Vergangenheit und Zukunft) von Feynman (in dem Buch Der Charakter des physikalischen Gesetzes) zu lesen, der einer der ersten Physiker war, der die niedrige Entropiequalität der fernen Vergangenheit oder des Urknalls betonte um die beobachteten Zeitpfeile im Kosmos zu rechtfertigen.
Benutzer10574
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Arnold Neumaier
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