משואות התנועה הקלסיות והקוונטיות מקיימות סימטריה של היפוך בזמן (גם ביחסות הפרטית והכללית) ואם מחברים לכך את נושא קיומו או אי קיומו של הזמן כמימד נוסף ואקויולנטי ל 3 מימדי המרחב יש דיון ארוך בשאלה האם יש או אין היפוך בזמן ואם יש אפשרות ללכת קדימה ואחורה על ציר הזמן כמו על ציר במרחב הממשי.
 
החוק השני של התרמודינמיקה וגם האינטואיציה הפיזיקלית אומרת שאין סימטריה של היפוך בזמן.
 יש דוגמאות פשוטות הממחישות יפה את הנקודה הזו כמו למשל -
 
א. התפשטות גז א לתוך גז ב מתרחש בדיפוזיה כאשר הסבירות להיפוך התהליך, כלומר שגז מסוג א ייפרד מתוך תערובת גזים א+ב כאשר נהפוך את כיוון הזמן פשוט לא יקרה.
 
ב. התפזרות אנרגיה בין דרגות חופש שונות של מולקולה למשל בהתנגשות אינה תהליך הפיך.  יש העברת אנרגיה קינטית מהאטום המתנגש לדרגות חופש של רוטציה וויברציה וקינטיות של המולקולה שלא ניתן יהיה לקבל חזרה על ידי היפוך המשוואות ולהחזיר לאטום המתנגש אותה אנרגיה קינטית איתה הגיע להתנגשות, גם תהליך כזה פשוט לא יקרה.

כאשר חוקרים חלקיק מבודד שנע בשדה או בשדה ממוצע מקבלים סימטריה של היפוך בזמן ולכן אולי הטעות האינטואיטיבית נובעת מהפשטה זו של מערכת מבודדת של חלקיק יחיד.
 
שבירת הסימטריה של היפוך בזמן קיימת אולי גם במקרה של חלקיק קוונטי יחיד הנע בוקום אם מכניסים גם צימוד לפלוקטואציות השדה של הוקום על פי תורת שדות קוונטיים שהן אמורות להיות פלוקטואציות אקראיות ולכן כבר שם תישבר הסימטריה של היפוך בזמן בתנועה של חלקיק קוונטי יחיד המצומד לשדה קוונטי.
 

השאלה היא מה ההיגיון להניח שבכל זאת קיימת סימטריה של היפוך בזמן ושקיים ציר זמן אקויולנטי לציר מרחבי שניתן לנוע לאורכו קדימה ואחורה ולפתח תיאוריות פיזיקליות על בסיס הנחה כנראה שגויה?
  

אני לא מבין גדול, אבל ההשערה שלי שאיינשטיין פתר את השאלה הזאת בתורת היחסות

אין משמעות לזמן אחורה וזמן קדימה זה תלוי מה היא נקודת היחוס שלך על ציר הזמן.

זמן קיים.

הוא נצחי.

זה אנו, הזמניים, שנעים עליו.

חד-כיוונית.

הדוגמאות שהבאת להפרה של החוק השני של התרמודינמיקה באמת נשמעות הזויות (שווה בהקשר הזה לקרוא את "עידן הסוד" של בריאן אלדיס), אבל מה זה בעצם אומר?

זה שהאיטואיציה שלנו מתמרדת כנגד דברים שלא חזתה בהם מעולם (והרי אנו ישויות שנעות קדימה בזמן, לפחות תודעתית) לא מלמד שום דבר מדעי. האינטואיציה שלנו גם מתמרדת כנגד מכניקת הקוונטים, תורת היחסות המוכללת, מוצאנו מהקוף, מיקומנו הזניח בחלל וכו'.

אולי הדברים שתיארת כן קורים, ואנחנו פשוט לא שם תודעתית לחזות בהם.

"השאלה היא מה ההיגיון להניח שבכל זאת קיימת סימטריה של היפוך בזמן ושקיים ציר זמן אקויולנטי לציר מרחבי שניתן לנוע לאורכו קדימה ואחורה ולפתח תיאוריות פיזיקליות על בסיס הנחה כנראה שגויה?"

אני לא פיסיקאי, אבל לא נראה לי שמישהו עשה מהלך מדעי מהסוג "בוא נניח שהזמן הוא ציר דו כיווני ונראה מה אוכל לבסס על אקסיומה זו". נראה לי שזה תוצא של תיאוריות ולא הנחת מוצא.

צטט: רונן יחיאב 2010-05-26 20:07:57

 

 

"אם תאמין שיכולים לקלקל, האמן שיכולין לתקן"

 

ואם כבר מדברים על החוק השני של התרמודינמיקה, אז זו ההזדמנות להסביר למה על פי החוק הזה (מהחוקים היותר חזקים של הפיסיקה) המשפט הנ"ל פשוט לא נכון.

וכבר נאמר: "אבן ששוטה זרק לבאר גם עשרה חכמים יצליחו להוציא"

הדוגמאות שהבאתי אינן מפירות את החוק השני של התרמודינמיקה ופועלות על פיו - כך פועל הטבע ואין סימטריה של היפוך בזמן.

ההזוי הוא אולי לטעון ההיפך שניתן להתעלם מדוגמאות כאלו ונוספות מוכרות היטב ולהתעלם מאיבודי אנרגיה וצימודים לדרגות חופש נוספות שיש בכל מערכת פיזיקלית.

 המפתיע הוא שיש הרבה מחקרים שמתעלמים מכל אלה וטוענים שמאחר וסימטריה של היפוך בזמן קיימת במשוואות התנועה היא צריכה להיות קיימת גם בטבע ומתעלמים מכל הסתירות הידועות והמוכרות.

צטט: רמי.רום 2010-05-27 12:12:31

הדוגמאות שהבאתי אינן מפירות את החוק השני של התרמודינמיקה ופועלות על פיו - כך פועל הטבע ואין סימטריה של היפוך בזמן.

 

ההזוי הוא אולי לטעון ההיפך שניתן להתעלם מדוגמאות כאלו ונוספות מוכרות היטב ולהתעלם מאיבודי אנרגיה וצימודים לדרגות חופש נוספות שיש בכל מערכת פיזיקלית.

 

 המפתיע הוא שיש הרבה מחקרים שמתעלמים מכל אלה וטוענים שמאחר וסימטריה של היפוך בזמן קיימת במשוואות התנועה היא צריכה להיות קיימת גם בטבע ומתעלמים מכל הסתירות הידועות והמוכרות.

 

הדוגמא: "התפשטות גז א לתוך גז ב מתרחש בדיפוזיה כאשר הסבירות להיפוך התהליך, כלומר שגז מסוג א ייפרד מתוך תערובת גזים א+ב כאשר נהפוך את כיוון הזמן  בפיתרון המשוואות פשוט לא יקרה." היא מקרה קלאסי של הקטנת האנטרופיה והגדלת הסדר (הפרדה בין גזים)

ושוב, "מוכר היטב" זו הצהרה אמפירית. לתצפיות יש כבוד אבל הן לא חזות הכל. הרי גם את האטם אף אחד לא ראה במשך שנים.

הכימאי הפיזיקלי לוכשמידט שחי במאה התשע עשרה  חברו של מדען מוכר יותר לודוויג  בולצמן
עסק בנושא האי רוורסיביליות של מערכות פיזיקליות ועל שמו נקרא פרדוקס לוכשמידט - 

http://en.wikipedia.org/wiki/Loschmidt's_paradox

http://en.wikipedia.org/wiki/Johann_Loschmidt 

סימולציה המדגימה יפה את הדינמיקה הלא פיזיקלית תחת היפוך זמן אפשר לראות באתר הבא -

http://mw.concord.org/modeler1.3/mirror/thermodynamics/loschmidt.html

הטענה של לוכשמידט היתה שזו טעות להניח התפלגות אקראית של מהירויות במערכת פיזיקלית כיון שיש קורלציה בין החלקיקים והמהירויות שלהם קשורות. מאותה סיבה לא ניתן להפוך את כל המהירויות של כל החלקיקים בבת אחת כיון שאותה קורלציה הקיימת במערכות פיזיקליות תיהרס ובכלל לא בטוח שניתן להגיע וכנראה שלא ניתן להגיע באופן רציף מתוך פיתרון המשוואות למצב זה של היפוך כל המהירויות של כל החלקיקים במקומם הספציפי כמו שאופרטור מתמטי פשוט של היפוך מהירויות החלקיקים מבצע.

פרדוקס לוכשמידט מדגים שלא כל פעולה מתמטית אפשרית מבחינה פיזיקלית ולמעשה היפוך כל המהירויות של מליארדי חלקיקים בו זמנית היא פעולה בלתי אפשרית לחלוטין, לא קיים שום כח בטבע שמסוגל לבצע מהלך כזה וזה פשוט לא קורה.

ולכן השאלה האם נכון להסיק מסקנות פיזיקליות מתיאוריות שמתבססות על אופרטור היפוך בזמן שהוא יצור מתמטי מחשבתי שמתאר תהליך שלא קיים בטבע?  

אפשר לחדד קצת את השאלה באופן הבא -

האם אופרטור ההיפוך בזמן לא שייך לעולמם של הארי פוטר, שר הטבעות, סופרמן וחבריו כלומר ליצור של עולם הפנטסיה?

אפשר גם אולי להסתכל עליו כעל כלי מתמטי תיאורטי מעניין אבל מופרד באופן ברור ממציאות פיזיקלית אחרת עוברים כנראה לעסוק במדע בידיוני.

צטט: רמי.רום 2010-05-30 09:29:59

הכימאי הפיזיקלי לוכשמידט שחי במאה התשע עשרה  חברו של מדען מוכר יותר לודוויג  בולצמן
עסק בנושא האי רוורסיביליות של מערכות פיזיקליות ועל שמו נקרא פרדוקס לוכשמידט - 

 

http://en.wikipedia.org/wiki/Loschmidt's_paradox

 

http://en.wikipedia.org/wiki/Johann_Loschmidt 

 

סימולציה המדגימה יפה את הדינמיקה הלא פיזיקלית תחת היפוך זמן אפשר לראות באתר הבא -

 

http://mw.concord.org/modeler1.3/mirror/thermodynamics/loschmidt.html

 

הטענה של לוכשמידט היתה שזו טעות להניח התפלגות אקראית של מהירויות במערכת פיזיקלית כיון שיש קורלציה בין החלקיקים והמהירויות שלהם קשורות. מאותה סיבה לא ניתן להפוך את כל המהירויות של כל החלקיקים בבת אחת כיון שאותה קורלציה הקיימת במערכות פיזיקליות תיהרס ובכלל לא בטוח שניתן להגיע וכנראה שלא ניתן להגיע באופן רציף מתוך פיתרון המשוואות למצב זה של היפוך כל המהירויות של כל החלקיקים במקומם הספציפי כמו שאופרטור מתמטי פשוט של היפוך מהירויות החלקיקים מבצע.

 

פרדוקס לוכשמידט מדגים שלא כל פעולה מתמטית אפשרית מבחינה פיזיקלית ולמעשה היפוך כל המהירויות של מליארדי חלקיקים בו זמנית היא פעולה בלתי אפשרית לחלוטין, לא קיים שום כח בטבע שמסוגל לבצע מהלך כזה וזה פשוט לא קורה.

 

ולכן השאלה האם נכון להסיק מסקנות פיזיקליות מתיאוריות שמתבססות על אופרטור היפוך בזמן שהוא יצור מתמטי מחשבתי שמתאר תהליך שלא קיים בטבע?

אתה יודע, גם אנטי-חומר וחורים שחורים היו קוריוזים מתמטיים שרבים וטובים הטילו ספק בקיומם בעולם הפיסי וראו בהם רק תוצאים בלתי מציאותיים של משוואות מתמטיות. והנה, יש אנטי חומר ויש חורים שחורים.

דוגמאות יפות מאוד ואין ספק שיש למתמטיקה יכולות גדולות כמו בדוגמאות שהבאת. אני לא חושב שבמקרים אלו היתה סתירה לחוקים פיזיקליים ידועים כלשהם אבל אינני יודע.

השאלה היא האם תהליך של היפוך הזמן יתגלה יום אחד כמציאות כדוגמת החורים השחורים והאנטי חלקיקים?

ההימור שלי הוא שהיפוך הזמן  שייך ויישאר שייך למדע הבידיוני ושאין דברים כאלו בטבע.

צטט: רמי.רום 2010-05-30 15:49:14

דוגמאות יפות מאוד ואין ספק שיש למתמטיקה יכולות גדולות כמו בדוגמאות שהבאת. אני לא חושב שבמקרים אלו היתה סתירה לחוקים פיזיקליים ידועים כלשהם אבל אינני יודע.

 

השאלה היא האם תהליך של היפוך הזמן יתגלה יום אחד כמציאות כדוגמת החורים השחורים והאנטי חלקיקים?

 

ההימור שלי הוא שהיפוך הזמן  שייך ויישאר שייך למדע הבידיוני ושאין דברים כאלו בטבע.

אינטואיציה כבודה במקומה מונח.

מצד שני, אינשטיין אמר ש"אינטואיציה היא סך כל האמונות התפלות שלנו", אז לך תדע..

אני חושב שקיומו של חומר שלא יכול להיות נוכח בקרבת החומר המוכר לנו ועוד יותר מכך, קיומו של מקום במרחב בו העיוות כ"כ קיצוני שהזמן נעצר, כל המרחב מתעוות והאור נלכד הם מזעזעי אינטואיציה (לגבי) יותר מתנועה אחורה בזמן.

שמעת על טכיונים, חלקיקים תיאורטים שנעים אחורה בזמן?