Entropie beim Urknall

[EMI]

Zitat von Zera

gibt die Entropie der Zeit eine "Richtung"?

Ja Zera.

Gruß EMI

[Marco Polo]

Zitat von EMI

Ja Zera.

EMI meint damit sicherlich den entropischen Zeitpfeil. Und damit läge er, zumindest der gängigen Lehrmeinung nach, richtig.

Nach der Ostervöllerei dachte ich mir, ich schreib hier mal wieder was.

Grüssi...

[Bauhof]

Zitat von Marco Polo

EMI meint damit sicherlich den entropischen Zeitpfeil. Und damit läge er, zumindest der gängigen Lehrmeinung nach, richtig.

Hallo Marc,

ich habe einige andere Lehrmeinungen eingeholt. Und die sind sehr skeptisch, dass die Entropie für die Richtung der Zeit verantwortlich ist. Für Martin Bojowald scheidet die Entropie als Erklärung für die Richtung der Zeit aus. Er schreibt in [1] auf Seite 260:

Wenn man den teils mikroskopischen Charakter unserer Beobachtungen im Universum beachtet, so scheidet aber die Entropie als Erklärung der Richtung der Zeit aus.

Entropie hängt immer davon ab, zu welchem Genauigkeitsgrad man Beobachtungen durchführt und für eine theoretische Beschreibung zulässt. Dies kann unmöglich das alltägliche Phänomen erklären, dass wir stetig voran in der Zeit getrieben werden, ohne je einen Schritt zurück machen zu können oder auch nur eine Pause einzulegen.

Denn ansonsten würde man bei atomarer Beobachtungsgenauigkeit und mit fotografischem Gedächtnis, was uns die zeitumkehrbare mikroskopische Physik erschließen würde, ja in der Zeit zurückgehen können, was schwer vorstellbar ist.

Brian Greene meint, dass der entropische Pfeil ein Doppelpfeil ist, der sowohl in die Zukunft als auch in die Vergangenheit weisen kann. Brian Greene schreibt in seinem Buch [2] auf Seite 191 dazu folgendes:

Es gibt nicht nur eine überwältigende Wahrscheinlichkeit für eine höhere Entropie eines physikalischen Systems in dem, was wir die Zukunft nennen, sondern eine ebenso hohe Wahrscheinlichkeit, dass sie in dem, was wir Vergangenheit nennen, ebenfalls höher ist. Das zeigen wir in Abbildung 6.2.

Dies ist der springende Punkt im Hinblick auf alles, was folgt, aber er ist nicht ohne Tücke. Ein häufiges Missverständnis beruht auf der Annahme, dass die Entropie, da sie dem Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik zufolge in Richtung Zukunft zunimmt, in Richtung Vergangenheit zwangsläufig abnehmen müsse. Da kommt die Tücke ins Spiel.

Tatsächlich besagt der Zweite Hauptsatz nämlich: Wenn ein physikalisches System zu einem gegebenen Zeitpunkt nicht zufällig seine maximal mögliche Entropie besitzt, ist es außerordentlich wahrscheinlich, dass dieses System zu einem späteren Zeitpunkt und zu einem früheren Zeitpunkt höhere Entropie gehabt hat beziehungsweise haben wird. Das ist die Aussage von Abbildung 6.2 (b). Bei Gesetzen, die für die Unterscheidung zwischen Vergangenheit und Zukunft blind sind, ist eine solche Zeitsymmetrie unvermeidlich.

Das ist die entscheidende Lehre. Der entropische Pfeil ist ein Doppelpfeil. Zu jedem gegebenen Zeitpunkt weist der Entropiepfeil in die Zukunft und in die Vergangenheit. Daher ist es ziemlich fragwürdig, die Entropie als die Erklärung für den nur in eine Richtung zeigenden Pfeil der erlebten Zeit vorzuschlagen.

Aufgrund dieser Erklärungen dieser anderen Lehrmeinungen ziehe ich das Fazit, dass zwar die Entropie irgendwie mit dem Zeitablauf verknüpft ist, dass sie aber primär die Richtung der Zeit nicht erklärt. Nach der primären Ursache des Zeitpfeils ist noch zu suchen.

Mit freundlichen Grüßen
Eugen Bauhof

[1] Bojowald, Martin
Zurück vor dem Urknall. Die ganze Geschichte des Universums.
Frankfurt am Main 2009. ISBN=987-3-10-003910-1

[2] Greene, Brian
Der Stoff, aus dem der Kosmos ist. Raum, Zeit und die Beschaffenheit der Wirklichkeit.
Berlin 2004. ISBN=3-88680-738-X, Erste Auflage.

[Marco Polo]

Zitat von Bauhof

Aufgrund dieser Erklärungen dieser anderen Lehrmeinungen ziehe ich das Fazit, dass zwar die Entropie irgendwie mit dem Zeitablauf verknüpft ist, dass sie aber primär die Richtung der Zeit nicht erklärt. Nach der primären Ursache des Zeitpfeils ist noch zu suchen.

Kann gut sein, Eugen. Aber auch Brian Green hat meines Wissens in einem seiner Bücher vom entropischen Zeitpfeil geschrieben, der stets in die Zukunft zeigt.

Dummerweise habe ich gerade keinen Zugriff darauf. Die Bücher liegen in meiner Zweitwohnung in Stuttgart. Ich schau mir das in den nächsten Tagen mal an und melde mich dann wieder.

Die populärwissenschaftliche Literatur ist aber ohnehin mit einer gewissen Skepsis zu betrachten.

Zum einen wird dort oft stark vereinfacht, damit der geneigte Leser nicht überfordert wird. Zum anderen sind oft Autoren verantwortlich, denen das nötige Fachwissen abgeht.

Bojowald und Greene ist das nötige Fachwissen natürlich nicht abzusprechen.

Gruss, MP

[Bauhof]

Zitat von Marco Polo

Bojowald und Greene ist das nötige Fachwissen natürlich nicht abzusprechen.

Das denke ich auch.

M.f.G. Eugen Bauhof

[richy]

Hier gibt es einige Papers zum Thema :
http://www.rzuser.uni-heidelberg.de/...ge2/page2.html

Aufgrund dieser Erklärungen dieser anderen Lehrmeinungen ziehe ich das Fazit, dass zwar die Entropie irgendwie mit dem Zeitablauf verknüpft ist, dass sie aber primär die Richtung der Zeit nicht erklärt.

Das koennte man wohl so ausdruecken.Zeilingers Vesuche zur Dekohaerenz koennte hierzu noch einiges klaeren. Letztendlich spielt dabei auch die Unumkehrbarkeit mathematischer Funktionen in Vielkoerpersystemen einen Rolle. Physikalische Realitaet erfordert einen Zeitpfeil. Genuegt alleine eine lokale Information um diese herzustellen, dass ein System dekohaeriert, so waere die Zeitrichtung nicht an eine globalen Entropie gekoppelt. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik bezieht sich auf ein abgeschlossenes System. Einen Schroedingerkasten. Ein solcher exisiert aber nicht, denn zumindestens die Gravitation laesst sich nicht abschirmen. Damit muesste sich der zweite Hauptsatz stets auf das gesamte Universum beziehen, dem man einen (steigenden) Entropiewert zuschreibt. Dieser Wert muss messbar sein.Das laesst sich zunaechst natuerlich kaum realisieren, ausser ueber eine Art La Placescher Daemon. Aber nehmen wir einen solchen an und dass der Zeitpfeil im ganzen Universum stets die selbe durch eine globale Entropie vorgegebene Richtung aufweist, so muesste der Daemon an jedem Ort und zu jedem Zeitpunkt instantan ueber den globalen Entropiewert (ein Zahlenwert) informiert sein. Da die Zeit sich wie eine Dimension verhaelt musste die Entropie selbst sich ebenso wie eine Dimension verhalten. Das ist natuerlich Spekulation. Der Begriff der Entropie ist keinesfalls einfach und sicherlich auch von den Spezialisten noch nicht vollstaendig verstanden. Salopp koennte man vielleicht dennoch aussagen : Themische Reibung erzeugt eine Zeitpfeilrichtung und Realitaet. Das wird selbst im Ausdruck der "Scheinkraefte" deutlich.

[Bauhof]

Zitat von richy

Salopp koennte man vielleicht dennoch aussagen : Themische Reibung erzeugt eine Zeitpfeilrichtung und Realitaet. Das wird selbst im Ausdruck der "Scheinkraefte" deutlich.

Hallo richy

vermutlich wolltest du statt "Themische Reibung" Thermische Reibung schreiben. Wie ist es zu verstehen, dass das im Ausdruck der "Scheinkraefte" deutlich wird?

M.f.G.Eugen Bauhof

[richy]

Hi Eugen

Wie ist es zu verstehen, dass das im Ausdruck der "Scheinkraefte" deutlich wird?

Ich postuliere mal vorsichtig, dass eine Kraft
- die ueber die Thermodynamik die Entropie veraendert (Reibungskraefte) oder
- deren Quelle in einem thermodynamischen Prozess mit einer Entropieaenderung liegt (Waermekraftmaschine)
keine Scheinkraft sein kann. Prozesse in denen solche Kraefte auftreten sind nicht umkehrbar. Und die Entropieaenderung wird man nicht durch eine Koordinatentransformation beseitigen koennen, denn hier spielt der Zufall mit eine Rolle.

Kniffelig wird dies sicherlich bei einer sich frei ausbreitenden EM Welle. Ich verstehe hier in Bezug auf die Entropie manche Vorgaenge nicht.

Dazu nochmals zum Realitaetsbegriff :
Man kann sicherlich sagen, dass in einer Realitaet keine Reisen in die Vergangenheit moeglich sind. Dies bedeutet, dass ein Vorgang, der zeitlich umkehrbar ist, fuer sich alleine keine physikalische Realitaet beschreibt. Dabei bedeutet "zeitliche Umkehrbarkeit" nicht, dass ein Mond, der sich um einen Planeten dreht dies auch in entgegengesetztem Umlaufsinn tun koennte, ohne gegen physikalische Gesetze zu verstossen. Sondern die konkret beobachtete Drehbewegung muss unter Beruecksichtigung aller Details umkehrbar sein. Der Film muss rueckwaerts abspielbar sein. Solche Details waeren beim System Erde/Mond z.B. Ebbe und Flut. Noch eindrucksvoller sind die gravitativen Reibungsvorgaenge bei den Jupiter und Saturnmonden. Hier wird besonders deutlich, dass die Rotation zu einer Entropieaenderung fuehrt und der Prozess somit nicht zeitlich umkehrbar und damit real ist.
Auf den "Satelliten" von Atomkernen werden dagegen keine Vulkane beobachtet und diese "Rotationen" waeren somit zeitlich umkehrbar. Das ist gut so, denn Elektronen sollten nicht auf die Kerne fallen. Das wuerden sie aufgrund den Maxwellgleichungen aber tun, da sie eine EM Welle abstrahlen muessten. Somit muss man aus diesem Grund hier eine reale Bewegung aufgeben. Das waere ein bekanntes Beispiel, warum ich die EM Welle in dem Zusammenhang nicht so ganz verstehe.

Aufgrund der Maxwellgleichungen scheint zunaechst alles logisch. Die sind alle zeitlich umkehrbar bis auf eine Gleichung. Das Ohmsche Gesetz in differetieller Form.(Materiegleichung) Stromdichte j=kappa*E. Dies beschreibt ueber kappa eine Reibung. Und daher lassen die Maxwellgleichungen fuer Materie keine Reisen in die Vergangenheit zu. Aber wie man beim Atomkern sieht scheint selbst eine EM Welle (ohne ohmsches Gesetz) nicht zeitlich umkehrbar. Das ist der Knackpunkt, den ich nicht so ganz verstehe. Warum soll dem so sein ? Weil eine EM Welle nicht in die Quelle (Antenne) zurueckkehrt ? Wie ist dies bei einer stehenden Welle ? Waermestrahlung kann eine solche nicht bilden oder ? Dies fuehrt mich dann auch auf diesbezuegliche Fragen bezueglich EM Welle und Dekohaerenz.
Viele Gruesse

[Timm]

Hi Marc,

Zitat von Marco Polo

Das Ursprungsthema war aber glaube ich die Entropie beim Urknall. ;-)

Allerdings. Nach meinem Eindruck besteht unter Physikern große Einigkeit, daß der Urknall mit sehr niedriger Entropie begonnen hat und diese seither zunimmt. Abweichende Meinungen betreffen die Frage, ob die Abnahme der Entropie tatsächlich ursächlich mit einem Zeitpfeil zutun hat.
Ich finde den im Spektrum 10/10 geäußerten Gedanken, daß Zeit kein fundamentales sondern ein emergentes Phänomen ist, gar nicht so abwegig. Aber wie will man so etwas beweisen? Womit wir wieder bei Deutungen sind,

Gruß, Timm

[Marco Polo]

Tag Timm,

Zitat von Timm

Abweichende Meinungen betreffen die Frage, ob die Abnahme der Entropie tatsächlich ursächlich mit einem Zeitpfeil zutun hat.
Ich finde den im Spektrum 10/10 geäußerten Gedanken, daß Zeit kein fundamentales sondern ein emergentes Phänomen ist, gar nicht so abwegig.

Emergenz finde ich ein wenig schwammig. Wird in dem Spektrum-Bericht etwas konkreter darauf eingegangen?

Im Zusammenhang mit Emergenz stehen bei Wikipedia zwei interessante Beispiele:

Manche emergente Eigenschaften können dann bei einer reduktionistischen
Betrachtungsweise nicht entdeckt werden, wenn sie erst im Zusammenwirken mit
anderen Subsystemen auftreten. Im Beispiel des Wolfes kann Sozialverhalten erst
dann untersucht werden, wenn die Gemeinschaft der Mitglieder eines Wolfsrudels
beobachtet wird.

oder etwas physikalischer:

Wasser ist bei Zimmertemperatur flüssig, ein einzelnes Wassermolekül ist es nicht. Diese Eigenschaft ist daher emergent, weil sie sich erst aus dem Zusammenspiel vieler Wassermoleküle ergibt.

Wie liesse sich das Konzept der Emergenz auf die Zeit übertragen?

Gruss, Marco Polo