Правда про "всемирное тяготение"!

[Снег Север]

Рассмотрение процессов с диссипацией энергии (трение) в рамках одной только механики некорректно. Оно требует привлечения термодинамики. А в термодинамике время необратимо, о чем уже много раз писалось.

Другое дело - вопрос о причине этой необратимости. Самое толковое объяснение я встречал только у Губина - "Физические модели и реальность (Проблема согласования термодинамики и механики)".

Посмотрим на проблему на упрощенном примере. Постараемся ответить на вопрос: почему нагретый чай всегда только остывает и почему он никогда хотя бы на какой-то заметный интервал времени не нагревается дополнительно сверх начальной температуры за счет тепла окружающей среды?

Если спросить об этом не специалиста по этой проблеме, то часто можно услышать: потому, что чай нагрет больше, чем окружающий воздух, а более нагретые частицы (обладающие большей кинетической энергией) передают часть своей энергии менее нагретым частицам среды по аналогии с выравниванием уровней жидкости в сообщающихся сосудах. Но такая аналогия ничего не объясняет. Если в сообщающихся сосудах находится идеальная жидкость без вязкости (а только тогда можно проводить более или менее прямую аналогию с механической системой частиц), то будет наблюдаться картина периодических незатухающих колебаний уровней, никакого предельного состояния равновесия и никакой монотонности процесса не будет. Ссылка же на диссипацию (растрату энергии колебаний на преодоление вязкого трения) в объяснении успокоения качки уровней здесь не корректна, так как эта ссылка лишь отодвигает объяснение, ибо диссипация - термодинамическое явление, а объяснять термодинамику термодинамикой не следует.

Для механики, управляющей движением частиц системы, абсолютно безразлично, в какую сторону будет передаваться кинетическая энергия: от более энергетичных частиц менее энергетичным или наоборот. Механика в этом смысле полностью симметрична. Любой процесс перераспределения кинетической энергии, идущий в одну сторону, заменой направления хода времени (или, что то же самое, сменой знаков скоростей частиц) - при сохранении кинетических энергий у частиц! - обращается. То есть для того, чтобы предсказать, будут ли кинетические энергии частиц чая и среды выравниваться или они будут еще более расходиться, необходимо кроме кинетических энергий знать еще и знаки скоростей частиц, на что кинетические энергии, квадратичные по скоростям, не указывают. Распределение температур, строго говоря, еще не указывает на направление последующего процесса в системе, но мы, тем не менее, с поразительным успехом это делаем!

Практическую нереализуемость движения системы в сторону возрастания неоднородностей в распределении плотностей и температуры по частям системы Пригожин, как и некоторые другие авторы, связывает с тем, что такое «антитермодинамическое» движение требует сильной и, соответственно, маловероятной скоррелированности (согласованности) в положениях и скоростях частиц, не видя, что движения в двух противоположных направлениях скоррелированы совершенно одинаково, различаются только знаками скоростей частиц, т.е. с точки зрения предпочтений механики абсолютно несущественным фактором (а с точки зрения термодинамики, которая ничего не знает о частицах - вообще ненаблюдаемым и неопределимым). Всякое механическое движение столь же скоррелировано, как и любое другое, в механике понятие скоррелированности попросту отсутствует. Поэтому ссылки на различную скоррелированность различных участков или противоположных по направлению прохождений одной и той же траектории движения системы создают лишь видимость объяснения.

Перейдем от вопросов к их решению.

Легче всего снимается трудность согласования необратимости перехода к предельному состоянию равновесия в термодинамике с квазипериодичностью движения, требуемой, о чем говорит теорема Пуанкаре, механикой. Посмотрим, какова типичная теоретическая кривая зависимости степени равновесности от времени на очень большом временном интервале. Она может быть рассчитана, если каждому расположению частиц по координатам и скоростям, меняющемуся со временем, по определенному достаточно естественному правилу сопоставить степень равновесности. Вид подобной кривой показан на рис. 6. Во-первых, надо отметить, что кривая несимметрична по высоте относительно ее среднего значения: большие отклонения от среднего бывают только вниз. Это связано с характером функции, обычно принимаемой в качестве оценки степени равновесности (так, для распределения частиц по координатам это полиномиальные оценки вероятности). Разница между средним и наиболее равновесным мала и у систем с большим числом частиц практически не наблюдаема. Для таких систем выражение «заметное отклонение от равновесия» подразумевает одновременно отклонение от среднего вниз. Во-вторых, заметные отклонения от равновесия у «нормальных» систем с большим числом частиц встречаются чрезвычайно редко и в среднем разделены огромными промежутками времени (периоды возвратов Пуанкаре очень велики).

Ясно, что получится, если попасть в область заметного отклонения от равновесия. Последует движение вверх к среднему (или к наиболее равновесному, что практически одно и то же), и система будет оставаться в равновесии неопределенно долго, так как следующее заметное отклонение от равновесия невероятно удалено от начального. И, очевидно, такая картина должна наблюдаться в среднем симметрично в обе стороны по времени, т.е. необратимое остывание чая не связано с каким-либо знаком времени.

Возвращаясь к сообщающимся сосудам, видим, что хорошей иллюстрацией «необратимой» системы может служить связка очень большого числа сосудов, наполненная невязкой жидкостью (обратимая механика без трения). Если не создана специальная геометрия, способствующая особой кумуляции потоков при данных начальных условиях, то значительное исходное превышение над средним уровня в небольшой группе сосудов будет монотонно и практически необратимо рассасываться по небольшим незатухающим колебаниям во многих сосудах при малой вероятности концентрации энергии у подходящей выделенной части жидкости.

Дождаться обратного самопроизвольного нагревания чая за счет тепла окружающей среды нам «по техническим причинам» нет никакой надежды. Именно этот «человеческий фактор» учитывают законы термодинамики, утверждающие необратимое стремление к равновесию. Хотя большинство специалистов и придерживается аналогичной трактовки необратимости в пункте ее согласования с квазипериодичностью истинного механического движения, но в математических проработках (типа H-теоремы) указанный «человеческий фактор», абсолютно необходимый для появления эффекта необратимости, нигде в ясном и осознанном виде не фигурирует. Из одной же только механики строго математически термодинамическая необратимость не может получиться: у нас есть масштаб, по сравнению с которым о каком-то времени можно сказать «долго», в чистой же механике понятия «долго» не существует.

Если один этот «человеческий фактор» недостаточно впечатляет для осознания не абсолютной объективности законов термодинамики, можно добавить и другой. Это не абсолютная точность наблюдений, которая, между прочим, всегда сопутствует ограниченности времени наблюдения. Во-первых, неточность наблюдения эффективно уравнивает среднее по времени и наиболее равновесное для больших систем ввиду их близости. Следовательно из неравновесного состояния движение в конечном счете может происходить практически только вверх. Во-вторых, если наблюдения совершенно точны, то нельзя разделить отклонения от равновесия на заметные и незаметные. Отклонения, которые настолько малы, что мы их не замечаем, должны были бы тогда рассматриваться наряду с большими, заметными для нас. Но для достаточно малых отклонений от равновесия времена возвратов могли бы быть не слишком большими, так что (квази)периодичность движения оказывалась бы практически наблюдаемой, и «всеобщий» закон стремления к равновесию не мог бы возникнуть. Фактор конечной точности наблюдений также отсутствует в математических доказательствах необратимости. Правда, в них используется «термодинамический предел» - рассматриваются системы с бесконечным числом частиц. Тогда периоды возвратов бесконечно велики - для конечных отклонений от равновесия! В таком случае конечная точность наблюдений обеспечивает применимость теории и к конечным реальным системам, хотя все же хотелось бы видеть в теории прямое отражение происходящего, а не его косвенную имитацию.

Оба этих фактора учтены в разработанном Смолуховским объяснении эффекта необратимости. Отклонения от равновесия у систем с малым числом частиц - легко обнаруживаемые, например, в случае небольшого числа частиц примеси в поле зрения микроскопа - за реальные времена наблюдения могут происходить многократно. Характер их возникновения и поведение Смолуховский изучал экспериментально. Начнете с такого отклонения - пожалуйста, и в недалеком будущем нетрудно обнаружить сколько угодно подобных. Иное дело - заметные отклонения у больших систем, те, которые мы в обычных условиях только и можем разглядеть. Ввиду их чрезвычайной редкости на кривой движения системы следующего отклонения надо ждать чрезвычайно долго, так что создается впечатление необратимости, хотя «ј кажущиеся необратимыми процессы в действительности являются обратимыми.» /11/ Таким образом, наблюдения малых отклонений от равновесия явно согласуются с механической обратимостью и подтверждают ее. При больших же отклонениях относительно малая длительность наблюдений не дает оснований отвергнуть механическую обратимость, а только это приводило бы к действительному противоречию с механикой.

Имя Смолуховского известно физикам. Однако в третьем издании Большой Советской Энциклопедии его исследования смысла второго начала термодинамики, которым он явно придавал большое значение и ради которых затратил много усилий, видимо, как простительная слабость выдающегося ученого, на которую не принято указывать, вообще не упомянуты. Это говорит о том, что его идеи не усвоены как рабочие до включения в математический аппарат неравновесной статистики, т.е. этот аппарат по меньшей мере неточно отражает физическое существо дела. В физическом исследовании математика захватила приоритет перед физикой, что хотя и естественно с точки зрения рутины, но противоестественно по природе задачи.

[newfiz]

Бессмертный,
"А лунных приливов тоже нет? Только солнечные?"

 Это уже неприлично с Вашей стороны. У меня написано,
что "лунные" приливы порождаются вовсе не тяготением Луны.
И написано - чем именно.
 
 Народ, чего это вас понесло на термодинамику? Завели бы
отдельную темку! А то, по-моему, забалтывание получается.

[Anonymous]

Ваш «аттрактор» это лишь теологическое описание обычного материального процесса.

Так что ничего "так не останется", а вернется назад.

Какое-какое описание?! Что-то я ни у одного теолога про аттракторы не читал.
Попробуйте открыть в комнате баллончик с газом, а потом собрать этот газ обратно. Вряд ли у вас это получится, если только вы не держите у себя дома ручного демона Максвелла. Так вот, равномерное распределение молекул газа по комнате - это аттрактор.

гм а-сайт навеял

конечно телеологическое, а не теологическое

врочем демагогия многих физиков в термодинамике, квантовой механике,ТО, астрофизике явная теология, а не наука

"Попробуйте открыть в комнате баллончик с газом, а потом собрать этот газ обратно"

Да, легко только скажите как время обращать.

Или вы только для мех. процессов можете время обращать?
бросьте что-нибудь и время обратите.
Ну что назад полетело?

[Dagor Bragollach]

Да, легко только скажите как время обращать.

Или вы только для мех. процессов можете время обращать?
бросьте что-нибудь и время обратите.
Ну что назад полетело?

Обращение времени эквивалентно мгновенной смене импульсов движущихся тел (частиц) на противоположные.

[Anonymous]

Да, легко только скажите как время обращать.

Или вы только для мех. процессов можете время обращать?
бросьте что-нибудь и время обратите.
Ну что назад полетело?

Обращение времени эквивалентно мгновенной смене импульсов движущихся тел (частиц) на противоположные.

Так что будет если
"баллончик с газом, а потом собрать этот газ обратно"

у молекул газа сменить импульсы?
Соберутся в балончике или нет?

[Бессмертный]

В существовании аттрактора. Несколько траекторий с разными начальными точками сходятся в одну точку. Если пустить время в обратную сторону, траектория не выйдет из зоны аттрактора, а в ней и останется.

Аттрактор, аттрактор, это же, ведь, из области математики. Разве есть у него какая-то физическая сущность, кроме той, что данная точка является особой точкой? Мне это напоминает кинематику, которая занимается лишь описанием движения, но не его причинами (силами).

Первое, что приходит на ум - силы трения.
Вот и Алекс тоже предложил пример диссипативной системы.

Как насчёт движения против силы сопротивления, пропорциональной какой-нибудь степени скорости?
Там симметрии относительно времени нет.

Механика же не изучает природу сил. Рассматриваемые термехом системы, являются гамильтоновыми, поэтому инвариантны, относительно отражения во времени. Если исключительно в рамках термеха "повернуть время назад", то эти силы "трения" уже будут действовать как ускоряющие.
Если же Вы считаете, что они должны быть направлены против движения, значит Вы воспользовались данными, которые поставляет какая-то другая дисциплина. Ну другая, так другая, давайте искать нарушение симметрии в другой. Но её нет, и нет. Не на формулах - имеется какая-то неинвариантность,  а на формулах - нет нигде.

[Бессмертный]

Это уже неприлично с Вашей стороны. У меня написано,
что "лунные" приливы порождаются вовсе не тяготением Луны.
И написано - чем именно.
 

А где написано? Я не заметил.
Вот Ваша цитата.

Ну, когда камешек падает на Землю, и у Земли нет динамической
реакции - это не бросается в глаза. Но у Земли нет динамической
реакции и на Луну. Тяготение которой действует лишь в небольшой
окололунной области (по анализу полётов - граница на 10000 км
от лунной поверхности). Вы не представляете, как ухищрялись
специалисты, пытаясь доказать, что Земля ОБРАЩАЕТСЯ около
общего с Луной центра масс. Но этого обращения нет. Железобетонно.
А этот "центр масс" должен отстоять от центра Земли на 4670 км.
Согласитесь, эффект лошадиный.
 Ну, и так далее. Я же предложил материалы. Может, ознакомитесь -
а потом уже поздравлять будете?

Явно сказано
-Тяготение которой действует лишь в небольшой
окололунной области
Ладно, приводите Ваши формулы приливов. Посмотрим, сколько получится.

[Dagor Bragollach]

Так что будет если
"баллончик с газом, а потом собрать этот газ обратно"

у молекул газа сменить импульсы?
Соберутся в балончике или нет?

Если верить В.Б. Губину, теоретически это возможно. На практике мы не можем моментально изменить на противоположные импульсы всех молекул газа, выпущенного из баллона, а если просто ждать, когда они сами соберутся туда, для этого потребуется невообразимо большое количество времени. Можно проиллюстрировать это следующим примером: разделим условно комнату на 2 равные части и запустим в нее 2 молекулы газа. Подсчитаем вероятность того, что в опред. момент времени обе молекулы будут находиться в одной половине комнаты. Подозреваю, что эта вероятность будет равна 1/2. Теперь разделим комнату на 4 части и найдем вероятность одновременного нахождения обоих молекул в черверти комнаты. Если я не ошибаюсь, получается 0,125. Увеличим число молекул до 4-х - получится 0,03125 и т.д. Методом последовательного деления объема комнаты и увеличения кол-ва молекул мы дойдем до объема баллончика и числа молекул, сравнимого с числом Авогадро (10 в 23 степени). Очевидно, что вероятность одновременного нахождения всех молекул газа в баллончике будет очень малой, но не равной нулю.

[Dagor Bragollach]

Если исключительно в рамках термеха "повернуть время назад", то эти силы "трения" уже будут действовать как ускоряющие.

Так ведь это и есть временнАя асимметрия. При обычном течении времени силы трения направлены против движения, а при обратном - совпадают с ним по направлению.

[Dagor Bragollach]

Аттрактор, аттрактор, это же, ведь, из области математики. Разве есть у него какая-то физическая сущность, кроме той, что данная точка является особой точкой?

У него множество физических применений. Возьмем пинболл - каждая ловушка для шарика является аттрактором. В физическом смысле аттрактор - это положение устойчивого равновесия системы. Есть еще странные аттракторы - например, реакция Белоусова-Жаботинского, когда система не останавливается, а циклически движется.