Энтропия и стрела времени

Из закона возрастания энтропии по направлению к будущему следует существование в такого рода системах состояний, ориентированных во времени.

Можно определить состояния, симметричные во времени и состояния, с нарушенной временной симметрией. Эти состояния, которые можно наблюдать или приготовить, должны подчиняться, управляющим их эволюцией.

С логической точки зрения проблема существующего и возникающего допускает по крайней мере два возможных решения. В первом решении всякий внутренний временной элемент исключается, возникающее предстает всего лишь как развитие существующего.

Второе решение вводит и в существующее, и в возникающее нарушенную временную симметрию.

Необратимость и неустойчивость тесно связаны между собой: необратимое, ориентированное время может может появиться только потому, что будущее не содержится в настоящем.

Заключение

Подводя итог предшествующему развитию теоретической физика, Пригожин писал: «Классическая физика, даже если включить в нее квантовую механику и теорию относительности, дает сравнительно бедные модели эволюции во времени. Детерминистские законы физики, некогда бывшие единственными приемлемыми законами, ныне предстают перед нами как чрезмерные упрощения, почти карикатура на эволюцию. И в классической, и в квантовой механике считалось, что если бы в некоторый момент времени состояние системы было «известно» с достаточной точностью, то будущее можно было бы предсказать (а прошлое восстановить) по крайней мере в принципе. Разумеется, такого рода предсказания реально не выполнимы: как хорошо известно, мы не можем предсказать даже, например, дождь на месяц вперед. Тем не менее такого рода теоретическая схема указывает, что в некотором смысле настоящее «содержит» в себе прошлое и будущее. Как мы увидим, в действительности это не так. Будущее не входит в качестве составной части в прошлое. Даже в физике (как и в социологии) предсказуемы лишь различные «сценарии».

На первых этапах развития науки неизвестного было столько, что приходилось выбирать для решения простые задачи и отсекать более сложные. Теория простых случаев создает платформу для описания сложных.

Физика существующего описывает простейшие, обратимые во времени процессы. Из всех изменений, происходящих в природе, классическая физика выделяет только движение. Ньютоновская динамика применима к объектам, имеющим размеры порядка размеров нашего физического тела и массы, которые измеряются в граммах или тоннах, а скорости гораздо меньше скорости света. Мы знаем, что классическая динамика выполняется лишь в определенных пределах, задаваемых универсальными постоянными, наиболее важными из которых являются постоянная Планка h и скорость света c. При переходе к микроскопическим масштабам (атомы, «элементарные частицы») или к сверхплотным объектам (нейтронные звезды или черные дыры) мы встречаемся с новыми явлениями. Для их описания ньютоновскую динамику необходимо заменить квантовой механикой (учитывающей, что постоянная Планка отлична от нуля) и релятивистской динамикой (в которую входит скорость света c). Однако эти новые формы динамики, сами по себе вполне революционные, унаследовали основную идею ньютоновской физики: представление о статической Вселенной, Вселенной существующего без возникающего.

«В основе взгляда классической физики на окружающий мир лежало убеждение, что будущее определяется настоящим и что, следовательно, тщательное изучение настоящего позволит приподнять завесу, скрывающую будущее. Неограниченная предсказуемость оставалась существенным элементом научной картины физического мира. Ее по праву можно назвать путеводным мифом классической науки.»

Физика возникающего должна описывать процессы в сложных системах, где вероятностный подход становится единственно возможным. «Если система достаточно сложна (как в проблеме трех тел), то знание (сколь угодно точное) начального состояния системы обычно не позволяет предсказать ее поведение на протяжении больших промежутков времени. … Это существенно ограничивает полезность понятия траектории или мировой линии. Вместо одной траектории нам приходится рассматривать ансамбль мировых линий, совместимых с нашими измерениями. Но коль скоро мы отказываемся от рассмотрения отдельных траекторий, мы тем самым отказываемся и от модели строгого детерминизма. Нам не остается ничего другого, как делать только статистические прогнозы, предсказывая средние результаты.».

«Быть может, самый главный вывод заключается в том, что необратимость начинается там, где заканчиваются классическая и квантовая механика. Это отнюдь не означает, что классическая и квантовая механика неверны — они скорее соответствуют идеализациям, выходящим за рамки концептуальных возможностей наблюдения. Траектории и волновые функции обладают физическим смыслом только в том случае, если они соответствуют наблюдаемым, а такая возможность исчезает, когда необратимость становится частью физической картины.» [1,c.16]

«С зарождения западной науки проблема времени была одновременно и увлекательной, и неприступно трудной. Она была тесно связана с ньютоновским переворотом в науке и являлась основным стимулом в трудах Больцмана.».

С логической точки зрения проблема существующего и возникающего допускает по крайней мере два возможных решения. В первом решении всякий внутренний временной элемент исключается, возникающее предстает всего лишь как развитие существующего.

Второе решение вводит и в существующее, и в возникающее нарушенную временную симметрию.

Необратимость и неустойчивость тесно связаны между собой: необратимое, ориентированное время может может появиться только потому, что будущее не содержится в настоящем.

Пригожин использовал при создании неравновесной термодинамики тот же прием, который в свое время применил Эйнштейн при создании теории относительности, который не стал обосновывать постоянство скорости света, а принял его как факт. Так же и Пригожин принял необратимость времени в сложных системах, вытекающее из второго начала термодинамики, как постулат.

В ньютоновской картине мира материя, пространство и время разобщены: пространство и время выступают как пассивные «вместилища» материи.

«Величайшим достижением общей теории относительности следует считать то, что пространство-время перестало в ней быть независимым от материи, оно порождается материей.

Термодинамику в отличие от динамики следовало бы назвать физикой возникающего. Второе начало термодинамики подтверждает реальность изменения и вводит физическую величину (например, энтропию), наделяющую время выделенным направлением, или, если воспользоваться выражением Эддингтона, задающую «стрелу времени». Энтропия устанавливает различие между прошлым и будущим. Кроме того, термодинамика приводит к новой концепции времени как внутренней переменной, присущей системе. Такое понимание времени позволяет считать более старым (по сравнению с другим) то из двух состояний, которому соответствует большее значение энтропии.

Мы находимся на третьей стадии, когда само понятие локализации в пространстве-времени становится предметом тщательного анализа. Необратимость, как деятельность, протекающая в пространстве-времени, приводит к изменению его структуры. На смену статического двуединства пространства и времени приходит более динамическое двуединство «овремененного» пространства."

Список литературы

Born M., ed. The Born-Einstein Letters. — N.Y.: Walker, 1971, p. 82.

Дж.Б. Мэрион. Физика и физический мир. /перевод с англ под ред. Лейкина Е. М. и Лукьянова С. Ю. -М. Мир. 1975. — 625 с.

Пригожин И. Р. От существующего к возникающему: время и сложность в физических науках. М., 1985, — 328 с.

Хокинг С., Пенроуз Р. Природа пространства и времени. /пер. с англ. Беркова А., Лебедева В. -

СПб. Амфора. — 2007. — 171 с.

Пригожин И. Р. От существующего к возникающему: время и сложность в физических науках. М., 1985, с.218

Пригожин И. Р. От существующего к возникающему: время и сложность в физических науках. М., 1985, с.

22.

Пригожин И. Р. От существующего к возникающему: время и сложность в физических науках. М., 1985, с.

23.

Пригожин И. Р. От существующего к возникающему: время и сложность в физических науках. М., 1985, с.

24.

Пригожин И. Р. От существующего к возникающему: время и сложность в физических науках. М., 1985, с.

93.

Дж.Б. Мэрион. Физика и физический мир. /перевод с англ под ред. Лейкина Е. М. и Лукьянова С. Ю. -М. Мир. 1975. с.

232.

Дж.Б. Мэрион. Физика и физический мир. /перевод с англ под ред. Лейкина Е. М. и Лукьянова С. Ю. -М. Мир. 1975. с. 233.

Гипотеза «тепловой смертью» Вселенной, высказанная век назад, является экстраполяцией второго начала термодинамики на всю Вселенную. Образование звезд и целых звездных ассоциаций, продолжающееся и сейчас, говорит о том, что во Вселенной в огромных масштабах идут процессы с уменьшением энтропии.

Пригожин И. От существующего к возникающему. М., 1985, с. 160, с. 218.

Born M., ed. The Born-Einstein Letters. — N.Y.: Walker, 1971, p. 82.

Пригожин И., Стенгерс И. Время, хаос, квант. М., 1999. С. 260.

Пригожин И., Стенгерс И. Время, хаос, квант. К решению парадокса времени. М.:Едиториал УРСС, 2003. — С. 204.

Пригожин И., Стенгерс И. Время, хаос, квант. К решению парадокса времени. М.:Едиториал УРСС, 2003. — С. 214.

Пригожин И. От существующего к возникающему. М., 1985, с. 160, с. 213.

Хокинг С., Пенроуз Р. Природа пространства и времени. /пер. с англ. Беркова А., Лебедева В. — СПб. Амфора. ;

2007. — 171 с.

Парнов Е. И. На перекрестке бесконечностей. М., 1967. с. 294.

Пригожин И. От существующего к возникающему. М., 1985, с. 160, с. 218.

Пригожин И. Р. От существующего к возникающему: время и сложность в физических науках. М., 1985, с.

215.

Пригожин И. Р. От существующего к возникающему: время и сложность в физических науках. М., 1985, с.

38.

Пригожин И. Р. От существующего к возникающему: время и сложность в физических науках. М., 1985, с.

18.

настоящее

будущее

прошлое