PDA

Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Entropie beim Urknall


Slash
22.11.10, 19:49
Hallo an alle!

Ein Thema beschäftigt mich gerade (hoffe, es wurde noch nicht in einem anderen Thread behandelt, sowie auch, dass es in diesem Unterforum richtig aufgehoben ist).

"Man" sagt ja immer, dass die Entropie beständig im Universum steigt.

Meine Frage: Woher komme die "geringe" Entropie am Anfang?

Kann man die Frage, der gesamten Entropie des Universums ggf. gar nicht stellen, weil das Universum kein abgeschlossenes System ist und bleibt damit somit die Entropie für das Universum konstant und es gibt nur lokale Entropieerhöhungen bzw. Stellen mit ganz niedriger Ordnung (wie zum Beispiel mein äh unserer aller Gehirn, das ja hochkomplex ist).

Mein Problem ist (wenn die Entropie für das Universum im Gesamten steigt), dass es für schwer vorstellbar ist, dass es irgendeine Form von Ordnung zu Beginn (Urknall) gegeben hat.
(Also eine niedrigere Entropie als heute).

Vermutlich hab ich aber etwas falsch verstanden...

Viele Grüße

Slash

Hawkwind
23.11.10, 16:13
Hallo an alle!

Ein Thema beschäftigt mich gerade (hoffe, es wurde noch nicht in einem anderen Thread behandelt, sowie auch, dass es in diesem Unterforum richtig aufgehoben ist).

"Man" sagt ja immer, dass die Entropie beständig im Universum steigt.

Meine Frage: Woher komme die "geringe" Entropie am Anfang?

Kann man die Frage, der gesamten Entropie des Universums ggf. gar nicht stellen, weil das Universum kein abgeschlossenes System ist und bleibt damit somit die Entropie für das Universum konstant und es gibt nur lokale Entropieerhöhungen bzw. Stellen mit ganz niedriger Ordnung (wie zum Beispiel mein äh unserer aller Gehirn, das ja hochkomplex ist).

Mein Problem ist (wenn die Entropie für das Universum im Gesamten steigt), dass es für schwer vorstellbar ist, dass es irgendeine Form von Ordnung zu Beginn (Urknall) gegeben hat.
(Also eine niedrigere Entropie als heute).

Vermutlich hab ich aber etwas falsch verstanden...

Viele Grüße

Slash


Ich verstehe ja nichts davon, aber alle Materie und Energie in einem Punkt bzw. winzigen Bereich konzentriert, wäre das nicht der größte Grad von Ordnung, den man sich denken kann ?

Timm
23.11.10, 18:22
Ich verstehe ja nichts davon, aber alle Materie und Energie in einem Punkt bzw. winzigen Bereich konzentriert, wäre das nicht der größte Grad von Ordnung, den man sich denken kann ?

Ja, lt. Penrose geginnt das Universum mit einer minimalen Entropie, aber ich werde das auf Anhieb wohl nicht finden. Vermutlich ist die Zunahme der Entropie eng mit der Entstehung von Teilchen verknüpft.

Gruß, Timm

Slash
25.11.10, 20:04
Hallo,
vielen Dank für die Antworten. Hab jetzt auch noch nachgeschaut.
Eine Erkenntnis (richtig?): Entropie hängt auch mit
dem Volumen zusammen und das war am Anfang sehr
klein.
Dann: Die maximal mögliche Entropie vergrößert sich
ggf. schneller als die tatsächliche (weil sich das
Universum ausdehnt).

Außerdem ist Entropie ein Begriff, der mehr als nur
die Ordnung umfasst (also ist die einfache bildliche
Vorstellung zu simpel).

Danke, konnte durch die Hinweise auch gut googeln.

Viele Grüße
Slash

Blacky
27.02.11, 14:02
Hallo,

Entschuldigung, wenn ich diesen Thread wiederbelebe. Was ich nicht verstehe:

Wenn die Entropie seit dem Urknall immer mehr ansteigt und wenn unser Universum wieder zusammenfallen würde (was es anscheinend nicht tun wird), dann bestünde rein optisch (und physikalisch?) kein Unterschied des Zustandes beim Urknall mit dem beim "Big Crunch". Am Ende wären alle Kräfte wiedervereinigt.
Die Entropie müsste aber, wenn sie immer mehr ansteigt, maximal sein. Das widerspricht sich doch?

Oder wird die Entropie kleiner, wenn sich das Universum zusammenzieht?

EMI
27.02.11, 14:09
Oder wird die Entropie kleiner, wenn sich das Universum zusammenzieht?So wäre es Blacky.

Blacky
27.02.11, 16:32
Ah, ich verstehe. Danke

richy
27.02.11, 22:59
D.h es wuerde auch die Zeit global rueckwaerts laufen.
Uebrigends ein interessantes Thema. Ich meine, dass unser persoenliches Zeitgefuehl sowohl von lokaler Entropie, besser Information als auch der globalen Entropie abhaengig ist. Wobei Informationen gegenueber Negentropie immer sehr sehr klein ist. Das sind aber reine Hypothesen. Das ganze Thema der globale Entropie birgt noch einiges in sich.

Zera
25.04.11, 10:29
hallo erstmal, weil das hier mein erster Beitrag auf dieser Seite ist:P
Mjeainnie k

Zera
25.04.11, 10:31
meine frage lautet nun so:
gibt die Entropi der Zeit eine "Richtung"?

EMI
25.04.11, 11:13
gibt die Entropie der Zeit eine "Richtung"?Ja Zera.

Gruß EMI

Marco Polo
25.04.11, 11:39
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
25.04.11, 15:42
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. (http://www.science-shop.de/artikel/979291)
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. (http://www.science-shop.de/artikel/757875)
Berlin 2004. ISBN=3-88680-738-X, Erste Auflage.

Marco Polo
25.04.11, 16:09
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
25.04.11, 16:25
Bojowald und Greene ist das nötige Fachwissen natürlich nicht abzusprechen.


Das denke ich auch.

M.f.G. Eugen Bauhof

richy
27.04.11, 18:42
Hier gibt es einige Papers zum Thema :
http://www.rzuser.uni-heidelberg.de/~as3/page2/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
27.04.11, 19:56
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
30.04.11, 17:31
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
07.05.11, 10:06
Hi Marc,

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
07.05.11, 13:40
Tag 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

Timm
07.05.11, 16:43
Emergenz finde ich ein wenig schwammig. Wird in dem Spektrum-Bericht etwas konkreter darauf eingegangen?


Nicht wirklich, Marc. Als Beispiel wird Druck und Temperatur eines Gases erwähnt. Beides gibt es auf der Ebene einzelner Gasatome nicht. Und dann: "In ähnlicherweise könnte die Zeit aus zeitlosen Komponenten emergieren."

Angeblich beschäftigen sich prominete Physiker mit dieser Frage. Als Indiz wird noch die Wheeler-DeWitt-Gleichung herangezogen, die ein früher Beitrag zur Quantenkosmologie ist. Sie enthält keine Zeitvariable. "Jahrzehntelang waren die Physiker fassungslos ... Wenn man das Resultat wörtlich nimmt, existiert die Zeit nicht wirklich."

Aber nachdem ich nun diesen Artikel http://www.wissenslogs.de/wblogs/blog/der-quantenmechaniker/allgemein/2010-09-26/zeit-ist-keine-illusion von Joachim gesehen habe, kommen große Zweifel an dem Spektrum Artikel auf.

Gruß, Timm

richy
07.05.11, 20:43
Wenn man das Resultat wörtlich nimmt, existiert die Zeit nicht wirklich.. Die Zeit oder deren (kausaler) Verlauf ?

EMI
07.05.11, 21:54
Die Definition einer kosmischen Zeitrichtung hängt aufs engste mit der Problematik der Beziehungen zwischen Mikro- und Makrophysik zusammen.

Die Entwicklung eines quasi-isolierten Systems S führt immer von relativ unwahrscheinlicheren zu wahrscheinlicheren Zuständen.
Alle möglichen Vorgeschichten des Systems S führen schließlich nach dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik auf den Zustand des relativen Entropiemaximums als wahrscheinlicheren Finalzustand S(∞) des Systems. Je näher ein Zustand S(t) diesem Finalzustand S(∞) ist, ein um so größeres statistisches Gewicht besitzt er.
Gleichzeitig wächst mit der Annäherungen des momentanen Zustandes S(t) an den Finalzustand S(∞) auch die Mannigfaltigkeit der möglichen Vorgeschichten von S.
Die Mannigfaltigkeit der möglichen Vorgeschichten des gegenwärtigen Zustandes S(t) ist tatsächlich ein Mass für die Wahrscheinlichkeit des gegenwärtigen Zustandes.

Ein Zustand S(t) ist um so wahrscheinlicher, je größer die Mannigfaltigkeit seiner möglichen Vorgeschichten ist, auf je zahlreicheren Wegen der Zustand S(t) also erreichbar ist.

Wird nun eine mögliche Vorgeschichte eines Systems S beliebig lange Zeiträume zurückverfolgt, so tritt immer ein Zeitpunkt to auf, hinter den die Geschichte des Systems nicht mehr zurückverfolgt werden kann.
Die Fortsetzung der Systemgeschichte in die weitere Vergangenheit t<to wird entweder dadurch ausgeschlossen, dass für den Zeitpunkt t=to eine Singularität des Systems vorliegt oder aber, dass für die ferne Vergangenheit t<to die Bedingung der Quasi-Isoliertheit des Systems nicht mehr gegeben ist.

Es wird immer eine in der Vergangenheit liegende zeitliche Grenze t=to für die Verstehbarkeit eines Systems S aus sich selbst heraus geben. Diese zeitliche Grenze bedeutet dann eben, dass in dieser Vorzeit das System nicht mehr als isoliertes System existiert hat, sondern einem Supersystem angehörte.

Die zeitliche Grenze der Verstehbarkeit eines isolierten Systems aus seinen eigenen Gesetzen heraus ist also gerade die Grenze dafür, dass von der WW des Systems mit seiner Umwelt abgesehen werden kann.

Unser Universum ist nun ein vollständig abgeschlossenes System, da es nichts anderes als das Universum gibt. Streng genommen ist unser Universum sogar das einzige ideal abgeschlossene und vollständige System. Daher kann die Geschichte unseres Universum bis t=to nur aus sich selbst heraus verstanden werden.

Diese Auffassung der Geschichte des Universums ist im Prinzip schon von BOLTZMANN entwickelt worden.

Ein Universum was sich zu seiner Entstehungszeit t=to beginnt zu isolieren wird sich immer in einem unwahrscheinlicherem Zustand befinden aus welchem es sich dann nach dem wahrscheinlicheren Endzustand hin entwickelt.

Erst die Quasi-Isolation eines Systems definiert eine Zeitrichtung!

Die Entropie war also am Anfang beim Urknall am niedrigstem, quasi Null @Slash.

Gruß EMI

Slash
09.05.11, 21:54
Also vielen Dank ersteinmal an alle, die geantwortet hatten.

Ok, EMI, ist es dann so, dass wenn sich das Universum in einem Zustand < Plancklänge, Planckzeit, etc. befindet, die Kausalität keine Rolle mehr spielt, d.h. dass es auch nur "eine" (oder ggf. sogar null) mögliche Vergangenheit(en) gibt, so dass so die Entropie auch entsprechend klein ist. (?)

Aber im Prinzip ist es mir (hoffentlich) jetzt doch schon halbwegs klar.

Viele Grüße

Slash