Чай очень горячий, я достаю кружку и ставлю на стойку, чтобы чай заварился.
Предположим, я сейчас воспроизведу это в обратном порядке.
Беру со стойки горячую чашку. Кладу ее в микроволновую печь и достаю чайный пакетик. Микроволновая печь издает звуковой сигнал, а часы идут две минуты, пока чай внутри остывает до комнатной температуры. Микроволновое излучение внутри отводит тепло и сохраняет его в виде электричества. Теперь вода комнатной температуры. Я достаю чашку, и вода выливается в кран.
Почему это имеет смысл в одном направлении, а в другом - нет?
Все дело в причине и следствии.
Микроволновая печь является причиной нагрева воды. Нагрев воды - это эффект. Если вы перевернете процесс, в этом нет смысла.
Причина, по которой вещи имеют смысл в определенном порядке от причины к следствию, связана со вторым законом термодинамики, который гласит, что энтропия, уровень беспорядка в системе, всегда должна возрастать. Таким образом, кажется, что причина должна иметь меньшую энтропию, чем ее следствие.
Предположим, я уронил кружку с чаем на пол. Кружка разлетается на куски. Чай разливается по полу. Энтропия кружки и чая увеличилась из-за того, что им позволили разбиться и пролиться. Одно должно быть причиной другого.
Термодинамика была разработана в конце 18 века и сводится к своду законов. Вот два основных закона:
1. Энергия не может быть создана или уничтожена.
2. Энтропия со временем должна возрастать.
Закон N1 - это абсолютный закон физики. Его строго соблюдают даже в квантовой механике.
Закон N 2, однако, является законом физики "де-факто". Его не соблюдают строго, а соблюдают только в среднем. Итак, средние значения в термодинамике имеют тенденцию быть довольно надежными, потому что, если каждая частица делает ставки и есть триллионы триллионов частиц, тогда закон больших чисел говорит, что среднее значение так же хорошо, как закон. Но это все еще не строгий закон физики.
Все строгие законы физики "обратимы во времени", что означает, что причины и следствия фактически взаимозаменяемы. Теоретически, в закрытой системе чашка может подпрыгнуть и собраться заново. Это просто маловероятно.
Любому энтузиасту физики все это известно, но мало известно, почему это так. Почему энтропия увеличивается в одном направлении, а не в другом? Если все физические процессы обратимы во времени, то это должно позволить некоторым процессам увеличивать энтропию в одном направлении, в то время как другие увеличивают энтропию в обратном направлении времени. Однако мы не видим, чтобы это произошло на самом деле. Энтропия всех физических процессов увеличивается только в одном направлении.
Главный вопрос: почему?
Эта проблема называется проблемой стрелы времени.
Было предложено довольно много решений этой дилеммы:
1. Вселенная просто началась в состоянии с низкой энтропией. Это спонтанно и вряд ли объясняет, почему всегда наблюдается рост энтропии.
2. Расширение Вселенной направляет термодинамическую стрелу времени в одном направлении. Почему это должно быть так, неизвестно, поскольку термодинамическая стрела относится ко всем системам, независимо от их размеров.
3. Физические законы неполны и должны отражать необратимые процессы, вещи, которые не симметричны во времени. Текущие физические законы зависят от этой симметрии, поэтому было бы большим прорывом обнаружить, что временная симметрия не соблюдается (это будет называться нарушением зарядовой четности или времени CPT и будет столь же значительным, как демонстрация нарушения симметрии Лоренца). .
4. Квантовая декогеренция - это взаимодействие чистых квантовых состояний (таких как изолированные частицы) с макроскопическими объектами - вызывает стрелу времени. Для меня это просто перевод вопроса от энтропии к декогеренции. Почему декогеренция в одном направлении, а не в другом, если квантовая механика обратима во времени?
Однако наиболее действенное решение проблемы сосредоточено не на дефекте физического закона, а на нас или, точнее, на любой информационной системе.
Это информационная или основанная на памяти стрела времени, которая указывает, что информационное содержание системы, то есть ее память, увеличивается с увеличением энтропии. Таким образом, во всех системах хранения информации время течет в сторону увеличения энтропии, несмотря на то, что время обратимо.
Никакие процессы, которые развиваются в сторону более низкой энтропии, не запоминаются.
В 1950 году Эрвин Шредингер, один из основоположников квантовой механики, описал эту точку зрения с помощью статистической механики. Предположим, у вас есть система в неравновесном состоянии, например, кристалл, набравший энергию и плавящийся в жидкость. Теперь, прежде чем он достигнет равновесия, вы разделите его на четыре изолированные части.