Das hier ist die Rezension eines
Kapitels von „Der Stoff aus dem der Kosmos
ist“ von Brian Greene. Links zu den Rezensionen der anderen Kapitel kann man hier finden.
Im letzten Kapitel hat Greene recht überzeugend dargelegt, dass unsere Vorstellung von der „fließenden“ bzw. „vergehenden“ Zeit falsch ist. Die Zeit fließt nicht. Das ist schon schwer zu akzeptieren – aber es wird noch schlimmer 😉 Denn es bleibt eine weitere Frage: woher kommt der „Zeitpfeil“? Warum passieren die Dinge immer nur auf eine bestimmte Weise, aber nie auf eine andere? Warum sieht man immer nur zerbrechende Eier, aber nie welche, die „entbrechen“? Warum erinnern wir uns nur an die Vergangenheit aber nie an die Zukunft?
Kurze Anmerkung: Der Inhalt dieses Kapitels ist ziemlich verwirrend und komplex. Außerdem ist es fast 40 Seiten lang. Wer also nach der Lektüre meiner Zusammenfassung nicht alles verstanden hat muss sich keine Sorgen machen 😉 Lest einfach in Ruhe das Buch und die ausführliche Erklärung von Greene.
Vorwärts oder rückwärts?
Diese Fragen sind schon rätselhaft genug – und noch rätselhafter werden sie, wenn man sich klarmacht, dass es keinen Grund zu geben scheint, warum das so sein sollte. Unsere physikalischen Gesetze sind vollkommen symmetrisch was Vergangenheit und Zukunft angeht. Sie machen da keinen Unterschied. Ich kann einen Ball von der Venus zum Jupiter werfen (ok, nicht wirklich, aber es geht ums Prinzip) und das ganze auf Video aufnehmen. Und egal ob ich den Film vorwärts oder rückwärts ablaufen lasse, es würde keinen Unterschied machen. Einmal sehe ich den Ball von der Venus abfliegen und auf dem Jupiter landen; einmal fliegt er beim Jupiter weg und landet auf der Venus. Beides sind physikalisch vollkommen gültige Vorgänge und man kann auch leicht zeigen, dass der rückwärtslaufende Film genau das zeigt, was man sehen würde, würde man einen Ball mit der passenden Geschwindigkeit vom Jupiter aus Richtung Venus werfen.
Ein bisschen anders ist es beim herabfallenden Ei. Wenn das Ei vom Küchentisch rollt und am Boden zerbricht, dann würde man beim betrachten eines entsprechenden Films sofort sehen, ob er rückwärts läuft oder nicht. Ein Haufen Eiermatsch und Schalenstücke die spontan auf den Tisch hüpfen und sich zu einem Ei zusammenfügen sieht man in der Realität relativ selten. Und trotzdem: die physikalischen Gesetze würden es nicht verbieten. Wüssten wir, wie wir die Luftmoleküle und die Moleküle des Küchenbodens genau anstupsen müssten, damit sie die Eierteilchen genau mit der richtigen Geschwindigkeit zurückfliegen lassen, dann würde das Ei sich selbst zusammensetzen und unversehrt auf dem Tisch landen. Das es praktisch undurchführbar ist, heisst nicht, dass es theoretisch nicht möglich wäre. Die physikalischen Gesetze verbieten es nicht. Warum aber sehen wir so etwas nie?
Extra für diesen Artikel hab ich meinen Boden eingesaut 😉
Diese Frage führt Greene direkt zur Entropie. Ganz simpel gesagt, ist sie ein Maß für die Unordnung in einem System. Greene beschreibt das mit folgendem Beispiel: Angenommen wir hätten den Text von „Krieg und Frieden“ komplett ausgedruckt, auf 1386 Seiten und die ordentlich, in der richtigen Reihenfolge aufeinandergestapelt. Jetzt nehmen wir diesen Stapel und werfen ihn in die Luft. Was passiert? Es könnten zufällig alle Seiten genau richtig geordnet wieder zu Boden fallen. Es ist unwahrscheinlich, aber möglich. Viel wahrscheinlicher ist es, dass die Seiten einfach irgendwie zu Boden fallen. Für unseren Stapel gibt es genaue eine Möglichkeit, richtig geordnet zu sein – und unwahrscheinlich viele, ungeordnet zu sein. Etwa 101878 um genau zu sein. Es ist außerdem ziemlich egal, auf welche Art und Weise die Blätter ungeordnet sind. Wenn ich den ungeordneten Stapel nochmal neu durcheinanderbringe werde ich keinen großen Unterschied feststellen können. Unordnung ist Unordnung. In diesem Fall spricht man von einem Zustand mit hoher Entropie. Bei einem Zustand mit niedriger Etropie (den geordneten Seiten) bleibt eine Umordnung kaum unbemerkt – beim hochentropischen Zustand ist das egal.
Die Entropie hat Ludwig Boltzmann in die Physik eingeführt und heute gehört der zweite Hauptsatz der Thermodynamik zu den wichtigsten Grundpfeilern der Physik: physikalische Systeme entwickeln sich in der Regel immer von Zuständen niedriger Entropie zu Zuständen höherer Energie. Das das so ist, ist leicht einzusehen – denn ein System hat immer mehr Möglichkeiten, einen Zustand hoher Entropie einzunehmen als einen niedriger Entropie.
Aber ist das nicht genau das, was wir suchen? Ein physikalisches Prinzip, dass erklärt warum die Dinge so passieren und nicht anders? Es gibt viele verschiedene Arten, wie ein Ei zerbrechen kann – aber nur eine einzige, wie es wieder „entbrechen“ könnte. Ein intaktes Ei ist in einem Zustand niedriger Entropie – und der Übergang zu einem Zustand hoher Entropie (zerbrochenes Ei) ist laut dem zweiten Hauptsatz sehr viel wahrscheinlicher als der umgekehrte Weg.
Die Entropie macht alles nur noch schlimmer…
Klingt gut. Aber leider ist das noch nicht die ganze Geschichte. Die wird jetzt erst so richtig verwirrend. Denn der zweite Hauptsatz ist ja eigentlich nur eine Folge der Newtonschen Bewegungsgesetze. Greene sagt dazu:
„Da Newtons Gesetze keine intrinsische zeitliche Orientierung aufweisen, lassen sich alle Argumente, mit denen wir beweisen wollen, dass Systeme sich in Zukunft von niedriger zu höherer Entropie entwickeln, ebenso gut auf die Vergangenheit anwenden.“
Das ist ein wichtiger Punkt der oft übersehen wird. Die physikalischen Gesetze geben uns keine Möglichkeit, zwischen Zukunft und Vergangenheit zu unterscheiden. Wenn wir von einem System also zu einem bestimmten Augenblick feststellen, dass es sich in einem Zustand niedriger Entropie befindet, dann müssen wir nicht nur folgern, dass es sich in Zukunft zu einem Zustand höherer Entropie entwickelt – sondern wir müssen auch schließen, dass es sich in der Vergangenheit in einem Zustand höherer Entropie befand!
Greene erklärt das mit dem Beispiel eines Eiswürfels. Angenommen wir sitzen in einer Bar und schauen den Eiswürfeln in unserem Drink beim Schmelzen zu (keine Witze jetzt über Physiker und langweilige Parties, ok? 😉 ). Um zehn Uhr Abends hat uns der Barkeeper ein paar schöne, frische Eiswürfel ins Glas geworfen. Und jetzt, eine halbe Stunde später, sind sie schon ziemlich dahingeschmolzen. Wenn wir dem zweiten Hauptsatz folgen, dann können wir davon ausgehen, dass sie in der nächsten halben Stunde noch weiter schmelzen und einen Zustand noch höherer Entropie einnehmen. Aber, wie wir oben gerade überlegt haben, macht die Physik keinen Unterschied zwischen Zukunft und Vergangenheit. Wir müssen also auch davon ausgehen, dass die Eiswürfel vor einer halben Stunde einen Zustand höherer Entropie eingenommen haben. Es müssten sich also aus dem Wasser in unserem Drink spontan halbgeschmolzene Eiswürfel gebildet haben, die nun wieder zerfallen. Das ist ziemlich absurd – denn außerdem müssten sich auch noch die Neuronen unseres Hirns parallel dazu so angeordnet haben, dass wir den Eindruck haben, es wären da frische Eiswürfel gewesen, die dann halb geschmolzen sind, denn das ist es ja, an das wir uns erinnern!
Eiswürfel entstehen nicht aus dem Nichts – oder? (Bild: Darren Hester, CC-BY-SA 2.5)
Absurde Geschichte! Es gibt jetzt erstmal zwei Möglichkeiten, sie aufzulösen. In der ersten Variante stimmt das, was wir beobachtet haben: da waren frische Eiswürfel in der Vergangenheit, sind sind jetzt halb geschmolzen und werden in Zukunft weiter geschmolzen sein. Dann müssen wir aber von einem Zustand sehr niedriger Entropie in der Vergangenheit ausgehen und das ist, wenn man sich die Überlegungen zur Zeitsymmetrie der physikalischen Gesetze ins Gedächtnis ruft, unwahrscheinlich. In der zweiten Variante stimmt unsere Erinnerung nicht. Der Zustand in der Vergangenheit war – so wie vom zweiten Hauptsatz beschrieben – von höherer Entropie (ein Glas Wasser ohne Eiswürfel). Dann hat sich spontan die Welt so umorganisiert, dass wir ein Glas mit halgeschmolzenen Eiswürfeln (plus die passenden Erinnerungen daran) vor uns haben.
Irgendwas ist hier faul! Es könnte natürlich wirklich so sein, dass das Universum generell ein vollkommenes ungeordnetes Dingens ist, in dem sich immer wieder mal alles spontan zu niedrig-entropischen, geordneten Zuständen zusammenfindet. Das sich zufällig die Atome des Universums so annordnen um uns alle, komplett mit den passenden Erinnerungen an eine Vergangenheit die nie stattgefunden hat zu erzeugen, ist unwahrscheinlich, aber nicht unmöglich. Aber wenn dir diese Möglichkeit in Betracht ziehen, dann sind wir sowieso verloren. Denn unsere Überlegungen basieren ja auf physikalischen Gesetzen deren Gültigkeit wir aus der Beobachtung der Natur gewonnen haben. Wenn diese Beobachtungen aber nie wirklich stattgefunden haben, dann müssen sie auch nicht richtig sein und damit könnten auch unsere Schlußfolgerungen über Entropie, Zeit und schmelzende Eiswürfel müßig sein.
Zurück zum Anfang
Was also tun? Die Idee mit der Entropie und dem Zeitpfeil scheint gut zu funktionieren, wenn wir sie nur in eine Richtung – die Zukunft – anwenden. Die physikalischen Gesetze sagen uns aber, dass wir sie auch in die Vergangenheit anwenden müssten und dort lauert logisches Chaos und Wahnsinn 😉 Wie kommen wir da wieder raus?
Greene sagt, wir müssen nochmal einen Schritt zurück gehen. Bleiben wir beim Hühnerei. Das ist, wie wir schon festgestellt haben, ein System in einem Zustand niedriger Entropie. Veränderungen an diesem System führen zu Zuständen höherer Entropie (zerbrochenes Ei). Wenn wir also jetzt ein intaktes Ei vor uns haben, dann rechnen wir damit, dass es sich in Zukunft irgendwan in ein kaputtes Ei verwandeln wird (wieder der zweite Hauptsatz). Und anstatt jetzt wieder mit der Zeitsymmetrie der physikalischen Gesetze anzufangen, sollen wir uns lieber überlegen, wie denn das Ei überhaupt in seinen Zustand niedriger Entropie gelangte, meint Greene. Eier kommen aus Hühnern, das wissen wir. Und wie jedes andere Lebewesen ist ein Huhn ein System, das niedrigentropische Energie (z.B. in Form von Nahrung) aufnimmt und hochentropische Energie (z.B. in Form von Wärme) abgibt. Warum hat jetzt aber die Nahrung des Huhns (Pflanzen bzw. Tiere) eine niedrige Entropie? Die stammt aus der Sonne, ebenfalls ein geordnetes, niedrigentropisches System. Die stammt aus einer Gaswolke, usw. Irgendwann landen wir dann bei einem Moment kurz nach dem Urknall als das Universum von einem fast gleichförmig heißen Gas gefüllt war. Das war ein Zustand sehr niedriger Entropie und unsere heutige Ordnung (mitsamt den intakten Hühnerei) ist ein Überbleibsel dieser kosmischen Frühzeit!
Entropieänderung beim Huhn (Bild: Tomás Castelazo, GFDL 1.2)
Aber wieso soll ein gleichförmiges Gas eigentlich ein Zustand niedriger Energie sein?? Wenn das ganze Universum komplett gleichförmig von einem Gas gefüllt ist, dann sollte man doch eher meinen, dass es sich hier um einen Zustand hoher Entropie handelt? Sollte man – aber nur, wenn man die Gravitation vergessen hat. Wenn man die berücksichtigt, dann sieht das alles wieder anders aus. Denn unter dem Einfluß Gravitation würde das Gas schon bei der kleinsten Unregelmäßigkeit in der Verteilung anfangen zu klumpen und immer größere und dichtere Gebilde zu formen (so entstehen ja auch die Sterne) – bis hin zu schwarzen Löchern (die sind ja auch die Objekte, die von allen im Universum die größte Entropie haben). Wir würden eigentlich also eher erwarten, dass das Universum voll mit schwarzen Löchern ist und nicht mit einem absolut gleich verteilten Gas. Greene sagt:
„Die Zukunft ist tatsächlich die Richtung anwachsender Entropie. Der Zeitpfeil – die Tatsache das die Dinge auf diese Weise anfangen und auf jene enden, aber niemals auf jene anfangen und auf diese enden – hob in dem hochgeordneten, niederentropischen Zustand zu seinem Flug ab, den das Universum bei seinem Ursprung hatte.“
Ja – alles klar soweit. Bis auf eine Frage: Wie um alles in der Welt ist das Universum zu diesem Zustand extrem niedriger Entropie an seinem Anfang gekommen? Das ist eigentlich äußerst unwahrscheinlich! Aber damit müssen wir uns erstmal abfinden (der andere Weg hat uns ja in die logische Sackgasse geführt). Die Tatsache, dass Eier immer nur zerbrechen und nie „entbrechen“ sagt uns also etwas Fundamentales über den Urknall und die Entstehung des Universums. Dieser Anfang muss auf eine ganz spezielle Weise passiert sein – und es wäre cool, wenn wir rausfinden, wie und warum das abgelaufen ist. Aber dazu dann mehr in den nächsten Kapiteln.
Noch mehr Buchrezensionen auf ScienceBlogs:
Der Text neigt auch zur hohen Entropie: Da steht an zwei stellen Energie, wo Entropie stehen müsste. Und irgend wo fehlt noch ein Ei.
Ansonsten hat der Text die Entropie meiner Gehirnwindungen etwas reduziert 🙂
Bei mir hat das Lesen des Artikel zu mehr gefühlter Entropie im Kopf geführt 😉
Zur Frage aus deinem letzten Absatz, wie denn das Universum in den Zustand niedriger Entropie gekommen ist, gibt es einen Erklärungsversuch, in dem der BigBang eigentlich nur ein zwischenschritt war. Zuvor waren Zeit und Raum angeblich spiegelverkehrt und das Universum hat sich aufgrund von Gravitation immer weiter zusammengezogen.
https://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/0,1518,492074,00.html
Zitat: In seinem Modell existiere „definitiv“ ein Universum vor dem Urknall. Dies sei, verglichen mit anderen Modellen, „schon ein Fortschritt“. Die zeitliche Entwicklung der Größe des Universums sei etwa spiegelbildlich zur derzeitigen gewesen.
darf ich dich bitten nicht auch den didaktischen missgriff zu bringen entropie mit unordnung erklären zu wollen..
entropie ist ein maß für das phasenraumvolumen also die anordnungsmöglichkeiten und nicht für die unordnung (genau das erklärst du ja auch mit den seiten, systemkonfigurationen bei denen die reihenfolge der seiten egal ist gibt es sehr viel mehr als welche bei denen sie fest sein muss also sind diese systemkonfigurationen bevorzugt)
https://www.das-dass.de/
und ich glaube darin liegt auch ein bisschen die lösung des „warum“ dilemmas.. wir sollten nicht fragen warum ein homogenes gas „geordnet“ war sondern eher warum dieser anfangszustand ein niedriges phasenraumvolumen einnahm.. alles war dicht zusammen und bis zur inflation auch kausal verbunden.. in dem zustand dominiert die innere energie des systems gigantisch über die entropie.. die abstoßungen, virtuellen teilchen, streuungen und all das sorgen dafür dass es relativ homogen bleibt und nichts gut genug klumpen kann um die inhomogenitäten zu erzeugen die notwendig sind dass das phasenraumvolumen auf der impulsseite wachsen kann, dass das phasenraumvolumen auf der raumseite wächst liegt dann natürlich an der expansion raumes
soweit ich das ganze bei lesen verstande habe, hat es spaß gemacht es zu lesen. und es ist eine spannende annäherung an das thema zeit. vielen dank dafür.
ich habe mal eine sozialwissenschaftliche analyse gelesen (weiß leide rnicht mehr wo), die den zeitbegriff anders angegangen ist, aber auch sehr spannend war.
das mit dem ei ist einerseits sehr einleuchtend. aber andererseits gibt es auch wieder rätsel auf. wenn nämlich das ei „entbricht“ hat es doch auch unzählige möglichkeiten auf den tisch zu hüpfen… es muss ja nicht auf dem punkt landen, den wir aus der umgekehrten zeit kennen, da wir ihn eigentlich ja nicht kennen dürften weil er ja nie soherum passiert ist. daher kann das ei auch 2cm weiter links oder mehr in der mitte des tisches landen oder es vollzieht während der flugphase einen looping….. die möglichkeiten, dass es überhaupt in jener richtung geschieht sind wie du richtig schreibst sehr gering, aber in der theorie dennoch vorhanden. und wenn es dann passiert weißt du nicht wie. ansonsten würdest du ja behaupten, dass du exakt weißt wo das ei auf dem tisch landen würde. und dann würdest du damit die zukunft (oder vergangenheit…) voraussagen. naja und das wiederum ist auch theoretisch nicht möglich!
zusatz:
man muss dabei aber davon ausgehen, dass man entweder nicht mitbekommen hat wie das ei heruntergefallen ist. oder wovon ich im obigen beitrag ausgehe, dass es eben nie gefallen ist sondern (in der theorie) als zerbrochenes ei in die existenz getreten ist!
Wenn man diesem Gedankengang folgt, könnten dann nicht die Ereignisse, die von den sie wahrnehmenden Menschen als „Wunder“ bezeichnet werden, solche sehr unwahrscheinlichen, aber dennoch möglichen Kausalketten sein?
@JensD: Wie das Ei in seinen Endzustand gerät, betrachten wir nicht. Wir sehen uns die möglichen Zustände des Ei an, und da ist eben nur ein Zustand „ganz“ und sehr viele unordentlich. Wie dann der Übergang zwischen den Zustände erfolgt braucht uns nicht zu interessieren, weil es beim hypothetischen Zusammensetzen des Ei aus seinen Bruchstücken genau so viele Wege geben kann.
Und wenn man den Urknall als Zustand geringstmöglicher Entropie erklärt, zeigt sich auch, warum er und (in unseren Zeitskalen) die Zeit „davor“ nicht beobachtet werden können: Jede Beobachtung würde durch ihren Eingriff die Entropie erhöhen.
@jensd
ja es gibt verschiedene möglichkeiten für das ei wieder korrekt zusammenzukommen, es könnte also entropisch gesehen passieren: aber entropievermehrung ist nicht das einzige ziel, sie kämpft immer mit der energieverminderung und das ei kommt deswegen nicht wieder zusammen weil der entropieunterschied im zusammensetzen (selbst wenn die neuzusammengesetzte konfiguration ne größere entropie hätte) viel geringer ist als der energieunterschied der notwendig ist die ganzen makroskopischen bewegungen herbeizuführen
Der vergleich ball und ei sei mit vorsicht zu genießen. Die entropie ändert sich auch für den ball, für immer und die wahrscheinlichkeit das der ball so wird wie früher ist genauso wie beim ei. Der vergleich hinkt. Das zerbrechende ei zeigt nur krass den übergang zwischen den entropischen zuständen in einem für uns erfassbaren zeitraum. Lass den ball mal länger fliegen und es wird nichts ankommen.
Im artikel kommt nicht klar hervor das niedrige entropie hohe energie bedeutet und umgekehrt.
Mich fasziniert vor allem die Erkenntnis, dass der Urknall extrem niederentropisch war. Das hätte ich von einem ‚chaotischen‘ Plasma nicht erwartet.
@perk
Gute Erklärung, denn mit dem Begriff ‚Unordnung‘ kann man sich das nicht wirklich vorstellen.
Der vergleich ball und ei sei mit vorsicht zu genießen. Die entropie ändert sich auch für den ball, für immer und die wahrscheinlichkeit das der ball so wird wie früher ist genauso wie beim ei. Der vergleich hinkt. Das zerbrechende ei zeigt nur krass den übergang zwischen den entropischen zuständen in einem für uns erfassbaren zeitraum. Lass den ball mal länger fliegen und es wird nichts ankommen.
Im artikel kommt nicht klar hervor das niedrige entropie hohe energie bedeutet und umgekehrt.
Danke für eure schnellen und vor allem nachvollziehbaren Antworten.
Muss nochmal was fragen:
Schwarze Löcher komprimieren doch Materie zu Energie auf einen infinitesimal kleinen Punkt. Dies entspricht doch aber demselben Zustand, den das Universum zum Zeitpunkt 0 besessen hat. Wie kann man den dann einerseits von hoher und andererseits von niedriger Entropie sprechen..?
das kommt von den systemgrenzen: das schwarze loch in sich hat vermutlich eine sehr niedrige entropie, aber über die wissen wir nix und können wir nix aussagen, wir können sie zwar aus der anfangskonfiguration ungefähr vorhersagen aber unsere beschreibung der materie im inneren scheitert mangels einer quantengravitation
die oberfläche hingegen ist träger einer messbaren entropie die man allgemein als die entropie des schwarzen lochs bezeichnet, die ist linear proportional zur oberfläche und kann nicht einfach so als klein oder groß bezeichnet werden, für supermassive schwarze löcher ist sie definitiv groß 😉
worum es aber im artikel wirklich ging war das universum als system und da ist ein schwarzes loch wenn es irgendwo rumfliegt was anderes als ein homogenes gas: es kann viel mehr verschiedene impuls und ortszustände annehmen, es fliegt schließlich ständig umher 😉
und ob die energie wirklich die singularität erreicht wissen wir erst wenn wir ne quantengravitation haben, bisher können wir nur mit sicherheit sagen dass die ART dort scheitert in dem sie eine nicht beseitigbare unvollständigkeit der zum beschreiben angenommenen mannigfaltigkeit vorhersagt
Yo sehr einleuchtend. Mir war halt nicht ganz klar ob Florian mit hoher Entropie den chaotichen EventHorizon bzw die Oberfläche meint oder das Loch selbst, also die evtl Singularität…
Aber mal abgesehen davon kann ich mir nicht vorstellen, dass schwarze Löcher durch All „fliegen“. Ich denke eher, dass sie statische Objekte sind. Sie werden zwar von der Expansion mitgeführt, haben aber keine eigene Bewegung, sondern lassen den Raum durch ihre riesige Gravitation um sich fliegen.
Korrigier mich bitte wenn das völliger Quatsch ist.
in unserer galaxie kreisen alle stellaren schwarzen löcher ums zentrum, unsere galaxie samt ihres supermassiven schwarzen loches fliegt richtung virgohaufen usw usf
Das ist mir schon klar. Hat aber auch wiederum nichts mit einer Eigenbewegung zu tun…
Ach nee? Womit denn sonst? Bzw: wenn das keine Eigenbewegung ist – was in diesem Universum hat dann eine?
bullet er hat schon recht, es sind keine eigenbewegungen, genau deswegen habe ich ihn auf die systemgrenzen hingewiesen: wenn man das schwarze loch als abgeschlossenes system betrachtet bewegt es sich nicht, es ist in ruhe zu sich selbst, in diesem system ist das phasenraumvolumen winzig.. bei gegebener energie hat es einen festen impuls und ort
wenn man sich aber ein universumsbereich mit ein paar dutzend schwarzen löchern nimmt gibt es für die gleiche energie des systems unzählig viele orts und impulsmöglichkeiten.. das system hat eine wesentlich größere entropie
Das ist es ja eben: Gar nichts
Jede Bewegung ist meiner Ansicht nach nur durch die Gravitation und Expansion des Universums enstanden.
Schwarze Löcher entstehen ja bekanntlich wenn ein Stern stirbt.
Und ein Stern ist doch auch ein statisches Objekt im All. Warum sollte dann auf einmal ein schwarzes Loch anfangen loszufliegen und somit eine Eigenbewegung entwickeln..? Die Bewegungen die man erkennen kann sind eben alle durch Fremdkräfte hervorgerufen.
Naja is auch egal. Hat ja mit dem eigentlichen Thema hier auch nicht mehr viel zu tun…
@perk:
Ach so. Hm. Das halte ich aber nicht für praktikabel. Immerhin interagiert es ja mit dem Rest des Universums. So abgeschlossen ist es ja dann demzufolge nicht.
@JensD:
Mir kommt da eine Frage: Wenn der Eiswürfel schmilzt, so verliert er Energie und die Entropie wird mehr. Wenn man die Zeit dann rückwärts betrachtet wurde ja Energie hineingesteckt und somit ist einer Verringerung der Entropie nur logisch.
Genauso, nur ebem umgekerht verhält es sich doch dann auch beim erstellen eines wenig entropischen Zustands: Rückwärts ind er Zeit wird Energie entzogen.
Damit ist doch alles wieder vollkommen logisch, oder denke ich da falsch?
Junge, junge, junge – wo sind wir hingekommen mit unserem Wissenshunger,
in einem Wischi-Waschi-Wissen-Schaffen-Nebel-Machen-Tun. Junge, junge, junge.
Greenes Schlussfolgerung ist schlicht falsch.
Greene sagt:
„Die Zukunft ist tatsächlich die Richtung anwachsender Entropie. …“
Greenes Schlussfolgerung trifft nur dann zu, wenn in einem System eine Störung vorliegt, so wie z.B. ein Krebsgeschwür in einem lebenden Körper, das das System „Körper“ zerstört, spricht, in das System Unordnung (anwachsende Entropie) bringt.
Die „gesunde“ Zukunft liegt in der Ordnung eines Systems, also in der Degradierung der Entropie und nicht in anwachsender Entropie.
Das gilt für alle uns bekannten Systeme.
Junge, junge, junge – wo sind wir hingekommen mit unserem Wissenshunger,
in einem Wischi-Waschi-Wissen-Schaffen-Nebel-Machen-Tun. Junge, junge, junge.
Greenes Schlussfolgerung ist schlicht falsch.
Greene sagt:
„Die Zukunft ist tatsächlich die Richtung anwachsender Entropie. …“
Greenes Schlussfolgerung trifft nur dann zu, wenn in einem System eine Störung vorliegt, so wie z.B. ein Krebsgeschwür in einem lebenden Körper, das das System „Körper“ zerstört, spricht, in das System Unordnung (anwachsende Entropie) bringt.
Die „gesunde“ Zukunft liegt in der Ordnung eines Systems, also in der Degradierung der Entropie und nicht in anwachsender Entropie.
Das gilt für alle uns bekannten Systeme.
@ bullet
du hast deine aussage jetzt aber selbst revidiert, indem du von impulsen, übertragungen und initiationen schreibst. das alles sind ereignisse die eine bewegung verursachen, also eine direkte eigenbewegung ausschließen. und es ging ja in erster linie darum, zu sagen, dass es solche eigenbewegungen im universum nicht geben kann. daher meinte ich auch, dass schwarze löcher nicht durch all fliegen, sondern eher getragen werden.
und du kannst auch schlecht eine von menschenhand gefertige rakete mit einem schwarzen lich vergleichen. das ist genau dasselbe prinzip. die bewegung die eine rakete erfährt ist eine folge von ereignissen der antriebstechnik. ein objekt egal was kann eben nicht einfach so losfliegen ohne einen auslöser zu haben.
aber wie gesagt hat das mit dem kernthema des berichts nichts mehr zu tun. da bin ich aufgrund einer aussage von perk leider abgeschweift.
@ jens
was du schreibst klingt für mich sehr nachvollziehbar.
ich bin der auffassung, dass das universum schließlich all seine materie durch schwarze löcher wieder in energie umformt (E=mc²) und am ende die singularität bildet. dieses E ist es dann auch, welches du meinst, dass diesen entropiearmen zustand überhaupt erst erzwingen kann.
@ rix
„Die Zukunft ist tatsächlich die Richtung anwachsender Entropie. …“
das würde bedeuten dass
„Die Vergangenheit tatsächlich die Richtung abnehmender Entropie ist.“
und das trifft meine obige aussage auf den punkt. indem das universum in der raumzeit abnimmt muss es dann alle eregnisse in exakter reihenfolge rückwärts durchlaufen.
das geht jetzt etwas weiter:
und genau dadurch haben wir überhaupt die sinus-kurve (eine harmonische schwingung) in der mathematik.
das universum schwingt nach vollendung auf unserer seite im nächsten schritt auf die gegenseite und danach wieder zurück. ein prozess der eigentlich reibung hat und somit nicht ewig sein kann. also muss es eine energiezufuhr für das ganze system geben die ebenfalls niemals stoppen darf, wenn das universum wirklich unendlich sein will…
@ bullet
na ach… 😉
ich hab es doch deswegen durch das für uns aussagekräftigere bild im großen maßstab kontrastiert 😉
@jens
nein: seine energie wird größer, denn die schmelzwärme wird ihm zugeführt um einen „angeregten“ freieren bindungszustand zu erreichen
aber die entropie wird tatsächlich größer
bei deinen aussagen mit der zeitrichtung steige ich grad leider nicht durch, aber vllt kannst du das noch aufklären
@rix:
genau das ist das problem wenn man bei entropie an unordnung denkt man stellt zu einer falschen vereinfachenden analogie noch weitere hinzu und diskutiert meilenweit am thema, der physikalischen theorie und ihrem geltungsbereich vorbei
@jensd
dieses verständnisproblem war aber nunmal da und sollte gelöst werden auch wenn es nur einen randbereich des entropiekomplexes ausmacht.. bei entropie geht es eben nicht nur um bewegungen und anordnungen sondern um bewegungs- und anordnungsmöglichkeiten für die gleiche energie im system
es ist wurscht wo diese energie herkommt um ein system auf seine entropie zu untersuchen
ne da passt was nicht zusammen
entweder du zerstrahlst materie (was mit schwarzen löchern ewig dauert aber seis drum..) in photonen die werden sich im universum ausdünnen und das universum wird kalt und leer
oder du klumpst alles zusammen und erhältst im zusammensturz wieder ne singularität
ich kann mir nicht direkt vorstellen dass du meinst aus der falschen energiebeschreibung am eisbeispiel wirklich das korrekte verständnis abgeleitet zu haben
verzeih, aber das klingt esoterisch, kannst du das irgendwie exakter und konkreter formulieren?
was schwingt wellenförmig? was ist „vollendung“, „unsere seite“ und welche „reibung“ meinst du?
@ perk: nice. war mir klar das sowas kommt.
1. ich meinte das was du mit „zusammenklumpen“ beschrieben hast. beim urknall ist doch genau dasselbe passiert. innerhalb der ersten planckzeiten ist ständig materie entstanden und sofort wieder in energie geworden. und scharze löcher pressen oder klumpen eben materie zu energie in eine singularität zusammen.
2. mit der falschdeutung der eiswürfeltheorie hast du wohl recht. nur ist die energie, wie auch immer sie entsteht, nötig, um überhaupt erstmal eine sigularität zu schaffen. das wollte ich damit ja nur sagen…. und da komme ich gleich zu punkt 3
3. ich bin der auffassung, dass wir in einem dualen universum leben.
stell es dir vor wie 2 trichter mit den spitzen ineinander gesteckt.
es schwingt von einer seite zur anderen. indem quasi unsere seite ensteht, veringert sich die gegenseite und umgekehrt. das alles stellt eine harmonische schwingung dar, mit der wir in der heutigen mathematik so viel arbeiten. die nullstelle einer sinuskurve beschreibt also die nullstelle des universums und somit die ruhephase (phase ist schon ein zu langes wort) vor dem eigentlichen urknall. wenn esin diesem system eine reibung gibt dann dort. und wenn sie existiert muss sie schwingung durch energiezufuhr aufrecht erhalten werden….
es macht für mich einfach keinen sinn, wenn es nur im positiven bereich etwas gibt (mit positiv meine ich jetzt unsere seite). wenn du dir mal eine sinuskurve anschaust hat sie eben auch werte im negativen bereich und genau diese werte muss es doch auch in der übertragenen wirklichkeit geben.
wenn es nur in unsere richtung (also positiv) lebt, sehe ich die zusammenhänge der mathematik nicht so ganz. dann wäre alles mit dem wir schon soweit gekommen sind, irgendwie nicht möglich.
@ JensD
Gedankenspiel: Nehmen wir an, unser Universum dehnt sich ähnlich dieser Sinusschwingung aus. So könnte sich rein hypothetisch am Punkt der maximalen Ausdehnung das Universum wieder zusammenziehen, und gleichzeitig auch die Zeit in allen Bezugssystemen langsam in die entgegengesetzte Richtung laufen.
Vielleicht machst du dir das ganze etwas zu leicht?
Das Universum ist eine sehr komplexe Angelegenheit. Logisch betrachtet kann es keine negative Zeit geben, da erst auf einen Auslöser eine Reaktion erfolgen kann.
Unser ganzes Leben funktioniert doch nur auf Basis einer positiven Zeitwahrnehmung. Es ist vollkommener Blödsinn sich zu überlegen, wie das Leben rückwärts funktionieren können sollte.
Es kann nicht funktionieren. Jeder der was anderes annimmt, sollte sich mehr mit Biologie auseinandersetzen. Was im Falle der Kaffetasse evtl. noch klappt, geht mit einem Bioorganismus nicht mehr. Auf der negativen Zeitachse gäbe es kein Leben.
Daher denke ich, das unser Gehirn an dieser pos. Zeitwahrnehmung ganz entscheidend beteiligt sein könnte. Ob die Zeit nun eine reelle Richtung hat, oder nicht.
Falsche Schlussfolgerung, perk, man diskutiert nicht meilenweit am Thema vorbei, sondern, man prüft so die physikalische Theorie auf ihren Anspruch physikalisch zu sein (Physik = Naturlehre)
und man stellt fest, dass sie meilenweit davon entfernt ist, da sie dem Naturverhalten widerspricht.
Man muss nicht alles verkomplizieren, wenn es auch einfacher geht.
Und wenn die Natur in den Geltungsbereich der Theorie nicht passt, dann ist die Theorie falsch, und nicht die Natur, und man kann die Theorie ruhigen Gewissens in die Tonne kloppen.
@perk: „darf ich dich bitten nicht auch den didaktischen missgriff zu bringen entropie mit unordnung erklären zu wollen.“
Ich gebe nur das wieder, was Greene im Buch geschrieben hat. Hoffe ich zumindest. Wenn ich wieder zurück an der Uni bin und das Buch vor mir habe, schau ich nochmal nach, ob ich hier mir irgendwas ausgedacht habe oder ob es von Greene stammt.
Ja, das mit der Entropie ist auch so ein Ding.
Heiles Ei auf dem Tisch = niedrige Entropie.
Zerschlagenes Ei auf dem Boden = hohe Entropie.
Dann schreibt Jörg 19.05.10 · 11:12 Uhr
Wir sehen uns die möglichen Zustände des Ei an, und da ist eben nur ein Zustand „ganz“ und sehr viele unordentlich. Wie dann der Übergang zwischen den Zustände erfolgt braucht uns nicht zu interessieren, weil es beim hypothetischen Zusammensetzen des Ei aus seinen Bruchstücken genau so viele Wege geben kann.
Genau das ist aber doch falsch, oder?
Die Bruchstücke können doch nur wieder gemäß ihrem Ursprung zueinander zusammengefügt werden um die Form des Ei´ s wieder einzunehmen.
Sollten die Bruchstücke anders wieder zusammenkommen ist das Ergebnis möglicherweise kein Ei. Hm?
Entweder habe ich etwas falsch verstanden oder es wurde etwas nicht eindeutig erklärt.
Bitte um Aufklärung.
Gruß
Olle
Ach ja, noch eine Frage @Florian.
Der Ballwurf zwischen Jupiter und Venus.
Wenn ein kaputtes Ei zum Tisch fliegt und sich dort zusammensetzt weiß ich das ein Film rückwärts lief.
Wenn ich einen Ball filme, den ich anstoße und ausrollen lasse, den Film dann rückwärts laufen lasse, dann merke ich das auch.
Warum ist es also anders bei dem Ballwurf zwischen Jupiter und Venus?
Es muss doch optische Merkmale geben, die mich den Unterschied erkennen lassen.
(muss es nicht?)
Gruß
Olle
Ähem … – schon klar, daß es bei dem Thema von Paradoxa nur so wimmelt; aber wie paßt das Ganze mit dem vorhergehenden Kapitel zusammen, demgemäß die Zeit ohnehin nicht „fließt“?
Ich hoffe ich kann etwas zur Klaerung des Entropiebegriffs beitragen. Entropie ist eine Groesse in der Thermodynamik und gehoert innerhalb dieser Theorie zu anderen makroskopischen Groessen wie z.B. Druck, Volumen oder Temperatur. Wenn man ein System komplett mikroskopisch (man kennt die Position und Geschwindigkeit aller Teilchen) beschreiben kann, so braucht man keine Thermodynamik und von Entropie muss man nicht sprechen. Dann ist die Entwicklung des Systems zumindest klassisch vorherbestimmt und umkehrbar. Im makroskoipischen Bild kennt man aber nur die makroskopischen Groessen und die Entropie berechnet sich aus der Anzahl der (mikroskopischen) Zustaende, die diese makroskop. Groessen realisieren. All diese Zustaende bilden das thermodynamische ‚Ensemble‘ und sind fuer die Theorie wichtig, auch wenn das System nur einen einzigen dieser Zustaende besetzt. Diese notwendig unvollstaendige Informationslage unterscheidet die Thernodynamik von den anderen Theorien. (Von ‚Anzahl‘ zu sprechen, ist in diesem Zusammenhang nicht unproblematisch, ‚Volumen im Phasenraum‘ ist besser, denn es sind (zumindest klassisch) immer unendlich viele, also ein Integral statt einer Summe.)
‚Mehr Entropie‘ hat vielleicht nicht die selbe Bedeutung wie ‚weniger Ordnung‘, aber wenn man (aus irgendwelchen Gruenden) fuer ein System von ‚Ordnung‘ und ‚Unordnung‘ spricht, dann hat der ‚unordentliche‘ Zustand sicherlich mehr Realisierungen als der ‚ordentliche‘ und daher hoehere Entropie.
@Stargazer: „Ähem … – schon klar, daß es bei dem Thema von Paradoxa nur so wimmelt; aber wie paßt das Ganze mit dem vorhergehenden Kapitel zusammen, demgemäß die Zeit ohnehin nicht „fließt“?
Naja, selbst wenn die Zeit nicht „fließt“ passieren Dinge ja doch immer auf eine bestimmte Art und Weise. Und die Frage ist, warum das so ist.
Die theoretische oder praktische Umkehrung eines Prozesses ist in keiner Weise vergleichbar mit einer umgekehrten „Zeitrichtung“!
Angenommen ich finde eine Methode das Ei zu zurück auf den Tisch zu bringen, so bleibt es doch zerbrochen. Um das Ei zu heilen, muß ich einen andern Ablauf, aus einer anderen Zeit und einem anderen Kontext in meine Gegenwart einfügen bzw. wiederholen (das Wachstum des Eies im Huhn). Sonst „Entbreche“ ich das Ei nicht, sondern repariere es.
Das Zerbrechen des Eies führt das Ei nicht in einen qualitativ anderen Zustand über. Während im Huhn durch Nahrung aufgenommene Elemente zu neuen Elementen angeordnet und überführt werden, das Ei zum Ei wird, wird durch den Sturz aus dem Ei nur ein zerbrochenes Ei. Erst wenn das Ei beginnt z.B. durch Kompostierung einen neuen Zustand einzunehmen, schlägt das Ei ein neues Kapitel in seiner Geschichte auf.
Es sind diese qualitativen Transformationen, die die Unumkehrbarkeit der Zeit hervorrufen, die durch das zweite Gesetz der Thermodynamik beschriebene Realität ist Ausdruck dieses Umstandes, nicht seine Ursache.
@jensd
nein dadurch dass ständig virtuelle teilchen entstanden und zerstrahlt sind gab es eine homogene energieverteilung: da konnte nix zusammenklumpen das war einfach ein heißes dichtes gut-plasma in einem uns noch nicht ganz vertrauten zustand
und singularitäten haben nix damit zu tun ob sich grad die materie- oder energieeigenschaft eines energiephänomens in der beobachtbarkeit am stärksten niederschlägt
öhm was wird denn hier deiner meinung nach singulär?
mir scheint als hast du den notwendigen mathematischen apperat nicht zur verfügung um darzustellen was du meinst… und da liegt auch das problem: es kommen nur philosophische spielereien ohne vorhersagekraft und verknüpfung zu physikalischen theorie bei raus:
aus physikalischer warte kann man zu dem was du da beschreibst nichts sagen weil es sich dem formalismus entzieht
du hast auf meine frage was schwingt immer noch nicht geantwortet bzw du hast gemeint das universum schwingt hin und her, aus deiner beschreibung kann ich aber nicht erkennen in welchem freiheitsgrad und aufgrund welcher differentialgleichung da was schwingen soll
nö? du hast an keiner stelle klar gemacht warum du die sinusfunktion nimmst, welcher parameter von welchem parameter in form einer sinusfunktion abhängt und warum du überhaupt solche analogien verwendest statt konkret zu sagen was du willst
@rix
achso? dann nenn mal nen konkreten widerspruch der dir aufgefallen ist
nobelpreise in hülle und fülle liegen zur abholung bereit wenn du eine wesentlich einfachere theorie anbieten kannst die mindestens genausoviel phänomene im rahmen der messgenauigkeiten korrekt vorhersagt
absolut richtig.. nur hast du dafür bisher keine beispiele genannt
@florian
wäre ja ärgerlich wenn die übersetzer bei greene auch geschlampt haben.. ist mir schon bei der deutschen version von hawkings kleine geschichte der zeit aufgefallen dass da entropie als unordnung bezeichnet wurde.. und das im kontext von entropie eines horizonts wo ein solches konzept wie ordnung/unordnung in jedem belang total fehl am platz ist
das liegt wohl an der unterschiedlichen sprachkultur dass es im englischen raum irgendwie sinn zu ergeben scheint entropie als disorder zu bezeichnen.. was ich mit deutschem unordnungsverständnis kein bisschen nachvollziehen kann
@olle
weil das gravitationspotential ein konservatives kraftfeld erzeugt (reibung wie beim ausrollenden ball ist keine konservative kraft)
@schnablo
genau da hast du unrecht.. das „sicherlich“ ist zwar ein intuitives aber eben kein korrektes.. ich empfehle mal: https://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=AJPIAS000068000012001090000001&idtype=cvips&gifs=yes&ref=no
das paper erklärt an beispielen ziemlich gut warum ordnung und entropie nicht monoton zusammenhängen und zeigt wie uns unsere intuition da täuscht
@ockham
doch genau darum gehts
genau diese reparatur ist es doch die man ablaufen sieht wenn man den film rückwärts anschaut und wenn man noch weiter zurückschaut würde man das ei ins huhn schlüpfen sehen und dort nach einer weile des schrumpfens das huhn „ernähren“ usw
abgesehen davon dass n bissel chemie mit elementen nix tut und sich nur auf die elektronenhüllen beschränkt:
an welchem parameter misst du „qualität“? du führst hier ein intuitionsargument für qualitative unterschiede ein ohne hergeleitet zu haben was dafür spricht
@ perk
Das ist genauso absurd, als ob ich behaupten würde, wenn ich rückwärts laufe, bewegte ich mich in der Zeit rückwärts. Selbst wenn es „entbrechende“ Eier geben würde, würde der Prozeß im menschlichen Bezugsrahmen keine Umkehr des „Zeitpfeils“ bedeuten!
Das Zerbrechen des Eies ist ein partielles Umkonfigurieren der Moleküle, bei dem wenig bis keine Moleküle in ihrem Aufbau verändert werden, ich ging davon aus, daß der qualitative Unterschied zur molekülpoduzierenden und kombinierenden Chemie im Leib der Henne offensichtlich ist. Das Zerbrechen ist mechanisch, das Wachstum chemo-elektrisch.
@Ockham
Ja, das wäre absurd. Entbrechende Eier, die auf rückwärts laufende Zeit hinweisen, sind trotzdem nicht absurd. Schließlich geht es bei Brucheiern um Vorgänge, die prinzipiell nur in einer Richtung verlaufend vorzukommen scheinen.
Solange die Beobachtung „ein Bruchei wird zu einem Ganzei“ sehr, sehr selten ist, kann die Umkehrung von Ereignisfolgen als Ursache getrost vergessen werden. Aber wie wollte man dies erklären, wenn es zum Normalfall würde? Warum wird etwas extrem unwahrscheinliches plötzlich zum Normalfall?
Vielleicht wäre das eine Physik, in der die zeitliche Entwicklung eines Systems einfach nicht mehr vollständig durch die Anfangsbedingungen festgelegt wird?
Ich kann mich mit den Argumenten im Beitrag nicht anfreunden.
So wie ich die Thermodynamik verstanden habe, funktioniert sie so: Ich habe ein System, das ich beobachte, und eine Umgebung, mit der das System wechselwirkt, die mich aber ansonsten nicht interessiert. Jetzt lasse ich beide hinreichend lange wechselwirken, und wenn ich zwei Annahmen ueber die Wechselwirkung mache (es gibt ein thermodynamisches Gleichgewicht, d.h. nach einer Weile passiert nichts mehr, und eine geeignet definierte Entropie wird maximiert), dann erhalte ich die klassische Thermodynamik. D.h. anstelle meiner Wellenfunktion beschaeftige ich mich jetzt mit Ensemblen (bzw. reduzierten Dichteoperatoren…), wenn ich etwas ueber das System aussagen will.
Frage: Wie definiere ich jetzt die Entropie des Universums? Da das Universum definitionsgemaess bereits alles umfasst, gibt es keine Umgebung, und jetzt stumpf Thermodynamik darauf anzuwenden erscheint mir falsch.
@ Aragon
Die Unwahrscheinlichkeit bzw. Wahrscheinlichkeit ist in beide Richtungen gleich groß. Das ist übrigens auch ein Problem im Buchseitenbeispiel oben. Die Wahrscheinlichkeit, daß die Seiten in der Reihenfolge ihrer Nummerierung zu liegen kommen ist nicht größer oder kleiner als die Wahrscheinlichkeit das sie in anderer Reihenfolge zum Liegen kommen.
@Ockham
Es gibt aber viel mehr falsche Seitenreihenfolgen und nur eine einzige richtige.
@ Aragon
Solange die Seiten nur ein einziges Mal vom Tisch fallen, sind alle möglichen Ergebnisse gleichberechtigt.
@Ockham
Ja, und? Als Ergebnis eine der vielen falschen SR zu erhalten, ist trotzdem viel wahrscheinlicher. Was ist dein Problem?
Unsere Erfahrungen mit Wahrscheinlichkeiten sind auch nur so wie sie sind, weil wir die Umwelt in Richtung anwachsender Entropie erleben. Wenn das Universum (der Eisblock) auf der anderen Seite auch ein Entropieminimum hat, dann versagt bei der Annaeherung an dieses auch unsere Statistik und stochastische Prozesse werden noch unvorhersehbarer, als sie es ohnehin schon sind.
Sehr interessanter Block, auch für den interessierten Laien.
Meine Frage wäre: Ist es nicht theoretisch denkbar, dass bei einem pulsierenden Universum der Zeitrichtungspfeil gleichbleibend wäre?
Es hieß doch im Artikel:
„Da Newtons Gesetze keine intrinsische zeitliche Orientierung aufweisen, lassen sich alle Argumente, mit denen wir beweisen wollen, dass Systeme sich in Zukunft von niedriger zu höherer Entropie entwickeln, ebenso gut auf die Vergangenheit anwenden.“
Das würde bedeuten, das Ei müsste gar nicht zurück auf den Tisch, oder?
Letze Nacht las ich ein Buch und fand darin den zitierfähigen Satz „Warum geht die Zeit nur in eine Richtung?“
Ich wolte ihn in mein Blog setzen, gugelte aber sicherheitshalber zuvor …
…und stellte fest, diese Frage ist gar nicht so neu und einzigartig. Siehe z. B. oben vor zehn Jahren.