Warum kann nicht mal rückwärts gehen: Physiker erklären

"Zeit hält alles auf einmal passiert", schrieb Ray Cummings in seinem 1922 Science Fiction Roman "The Girl in the Golden Atom," der Funktion der Zeit ganz schön zusammenfasst. Aber wie macht mal alles auf einmal geschieht zu stoppen? Welcher Mechanismus Zeit vorwärts, aber nicht rückwärts fährt?

In einer aktuellen Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Physical Review Letters, eine Gruppe von theoretischen Physikern erneut untersuchen "Arrow of Time" – ein Konzept, das beschreibt den unerbittlichen vorwärts Marsch der Zeit – und anders zu betrachten wie Zeit sich über universal Skalen manifestiert zu markieren.

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Traditionell, mal durch die "letzten Hypothese" beschrieben wird davon ausgegangen, dass ein System in einem Zustand niedriger Entropie beginnt und dann, angetrieben von Thermodynamik, seine Entropie erhöht. Kurzum: die Vergangenheit ist niedriger Entropie und die Zukunft ist hoher Entropie, ein Konzept, bekannt als thermodynamischen Zeit Asymmetrie.

In unserer alltäglichen Erfahrung finden wir viele Beispiele für zunehmende Entropie, wie z. B. eine Gasfüllung ein Zimmer oder einen Eiswürfel schmelzen. In diesen Beispielen wird eine irreversible Zunahme der Entropie (und damit Störung) beobachtet.

Wenn dies auf ein universeller Maßstab angewendet wird, wird davon ausgegangen, dass der Urknall das Universum in einem Zustand niedriger Entropie hervorgebracht – d. h. ein Zustand der minimale Entropie. Über die Äonen als sich das Universum ausdehnte und abgekühlt, hat die Entropie dieses großen Systems erhöht. Daher, wie die Hypothese geht, ist Zeit untrennbar verbunden mit dem Grad der Entropie oder Störung in unserem Universum.

Aber es gibt einige Probleme mit dieser Idee.

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Kurz nach dem Urknall zeigen mehrere Linien der Beobachtungsdaten Beweise auf eine Urknall-Umgebung, die ein heiß und extrem ungeordneten Durcheinander der ursprünglichen Partikel war. Wie das Universum gereift und gekühlt, Schwerkraft übernahm und das Universum mehr bestellten und komplexer – aus der Kühlungen Gaswolken, Sterne gebildet und Planeten vom Gravitationskollaps entwickelt. Organische Chemie wurde schließlich möglich, zu leben und Menschen, die über Raum und Zeit zu philosophieren. Auf ein universeller Maßstab hat daher "Störung" effektiv verringert, nicht erhöht, da die "letzten Hypothese" voraussetzt.

Dies, argumentiert, dass Co-Investigator Flavio Mercati der Perimeter Institute (PI) für theoretische Physik in Ontario, Kanada, ist ein Problem mit wie Entropie gemessen wird.

Entropie ist eine physikalische Größe mit den Maßen (wie Energie und Temperatur), muss es eine externe Referenz-Frame sein, so dass sie gemessen werden können. "Dies für Subsysteme des Universums getan werden kann weil der Rest des Universums diese Verweise für sie setzt, sondern das ganze Universum hat, per Definition nichts außerhalb es in Bezug auf diese Dinge zu definieren" schrieb Mercati in einer e-Mail an Discovery News.

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Komplexität ist eine dimensionslose Größe, die, in seiner einfachsten Form beschreibt, wie komplex ein System. Also, schaut man sich unser Universum, knüpft Komplexität direkt mit der Zeit; mit fortschreitender Zeit wird das Universum immer strukturiert.

"Die Frage wollen wir in unserem Beitrag zu beantworten ist: was diese Systeme in diesem Staat sehr niedrige Entropie an erster Stelle setzen? Unsere Antwort lautet: Schwerkraft und die Tendenz zur Schaffung von Ordnung und Struktur (Komplexität) vom Chaos, "sagte Mercati.

Um diese Idee zu testen, Mercati und seine Kollegen erstellt grundlegende Computer-Modelle, Partikel in einem Spielzeug-Universum zu simulieren. Sie fanden, dass, egal wie die Simulation ausgeführt wurde, die Universen Komplexität immer erhöht und nie mit Zeit verringert.

Aus dem Urknall begann das Universum in seinem niedrigsten Komplexität Zustand (die "Suppe" ungeordneten Teilchen und Energie). Dann, als das Universum in einen Zustand gekühlt begann die Schwerkraft zu übernehmen, Gase verklumpten zusammen, bildeten Sterne und Galaxien entwickelt. Das Universum wurde unaufhaltsam komplexer, und die Schwerkraft ist die treibende Kraft für diese Zunahme an Komplexität.

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"Jede Lösung von der Schwerkraft Spielzeug-Modell, die, das wir untersucht, hat diese Eigenschaft des Habens irgendwo in der Mitte eines sehr homogene, chaotischen und unstrukturierten Staates, der sieht sehr ähnlich wie die Plasma-Suppe, die das Universum zum Zeitpunkt der kosmische Mikrowellenhintergrund konstituiert erstellt wurde, sagte" Mercati. "Dann in beide Richtungen der Zeit aus, die staatlichen Schwerkraft erhöht Inhomogenitäten und schafft viel Struktur und Ordnung, irreversible Weise."

Als das Universum reift er fügte hinzu:, werden die Subsysteme genug isoliert, so dass andere Einrichtung die Voraussetzungen für den "klassischen" Pfeil der Zeit dominieren in niedriger Entropie Subsysteme zwingt. In diese Subsysteme, wie tägliche Leben auf der Erde kann Entropie übernehmen, erstellen eine "thermodynamischen Zeitpfeil."

Über Universal Skalen unsere Wahrnehmung von Zeit wird angetrieben durch das kontinuierliche Wachstum der Komplexität, aber in diese Subsysteme Entropie dominiert.

"Das Universum ist eine Struktur, deren Komplexität wächst," sagte Mercati in einer Pressemitteilung der PI. "Das Universum große Galaxien getrennt durch große Hohlräume besteht aus. In der fernen Vergangenheit waren sie mehr miteinander verklumpt. Unsere Vermutung ist, dass unsere Wahrnehmung der Zeit ist das Ergebnis eines Gesetzes, die eine irreversible Wachstum der Komplexität bestimmt."

Der nächste Schritt in dieser Forschung wäre zu beobachtende Beweise, etwas suchen, Mercati und sein Team arbeiten. "... ...wir wissen noch nicht ob gibt es (Beobachtungsstudie) Unterstützung, aber wir wissen, welche Art von Experimenten haben eine Chance, unsere Idee zu testen. Kosmologischen Beobachtungen sind."

Vorerst noch nicht er offenbart, welche Arten von kosmologischen Beobachtungen untersucht werden werden, nur das sie werden detailliert in einem bevorstehenden und wahrscheinlich faszinierend, Papier.

Ursprünglich veröffentlicht auf Discovery News.