Varje passerande ögonblick tar med oss från det förflutna genom nuet in i framtiden, och det finns ingen väg tillbaka: den tid som alltid flyter i en riktning. Det är inte på plats och inte gå i omvänd; pil pekar alltid framåt för oss. Men om vi ser på fysikens lagar — från Newton till Einstein, från Maxwell Bohr, Dirac att Feynman, de kommer att visas symmetriska med avseende på tiden. Med andra ord, de ekvationer som styr verkligheten inte ta hänsyn till på vilket sätt tiden går. Lösningar för att beskriva beteendet hos alla system och lyda fysikens lagar kommer att vara lika bra för tid bakåt och tid framåt. Men vi, av någon anledning, vet bara en riktning tid framåt. Där gör detta pil?
Många människor tror att det kan finnas ett samband mellan pil och mängden entropi. Även om de flesta människor i allmänhet menar med entropin i “oordning”, detta är en mycket lat beskrivning, och inte särskilt exakt. Entropi är ett mått på hur mycket solvärme (värme) energi kan omvandlas till mekaniskt arbete. Om du har en massa energi som potentiellt skulle kunna fungera, att du har ett system med låg entropi, och om energi är liten, entropin i systemet är stor. Termodynamikens andra lag säger att entropin i ett slutet system kan endast öka eller hålla sig på samma nivå över tid, och det kommer aldrig att minska. Med andra ord, över tid entropin i Universum måste öka. Detta är den enda lagen i fysik som föredrar en viss typ av tid.
Betyder detta att vi upplever tiden som det är, bara på grund av termodynamikens andra lag? Att det finns en grundläggande djupt samband mellan pil och entropi. Några fysiker tror att Ja, det här kan definitivt vara möjligt. Kanske pilens riktning för tiden är direkt knuten till entropi.
I vissa fall, entropi beskriver perfekt pil, till exempel, varför kaffe och mjölk kan vara blandade, men inte “blanda” tillbaka; varför isen smälter i en varm dryck, men inte förekommer i kylan; varför är den trasig i pannan äggen är aldrig gå tillbaka till presbytie och rå. I alla dessa fall, den ursprungliga tillstånd av låg entropi (med ett stort antal tillgängliga, kunna arbeta energi) gått i ett tillstånd av hög entropi (och låg tillgänglig energi över tid. Det finns många exempel av detta slag, inklusive ett rum fyllt med molekyler: å ena sidan en mycket kall och långsam molekyler på andra många varma och snabbt. Ge dig själv tid och rum kommer att vara helt fylld med blandade partiklar som inte kan delas upp i två motsatta läger. Att entropin ökar. Kaos råder.
Dock kanske inte alla som är oåterkallelig. Är en fallgrop, som du inte märker många människor, lära sig om det andra lagen i termodynamik och ökande entropi: det gäller bara att entropin i ett slutet system, eller system, där ingenting fungerar från utan, men entropin minskar inte och läggs inte till. Denna idé var först försökte avslöja fysikern James Clerk Maxwell på 1870-talet: det är nog att ha en extern enhet som öppnar porten mellan de två sidorna av rummet, så att den “kalla” molekyler att flyta i en riktning, och “hot” i en annan. Denna tanke har kommit att bli känt som “Maxwells demon”, och att det faktiskt minskar entropin i systemet.
Naturligtvis, du behöver inte bryta mot termodynamikens andra lag på detta sätt. Fångsten är att demon kommer att spendera en enorm mängd energi på sitt arbete för att separera partiklar. Detta system, som är i kraft i demon, kommer att vara öppen, om du har entropin i demon i Allmänt system av partiklar, kommer du att finna att den totala entropin ökar. Men här är tricket: även om du bodde i en låda och inte vet om förekomsten av demon — med andra ord, om du bodde i fickan Universum där entropin minskar — du skulle ändå gå framåt. De termodynamiska pil inte går att avgöra i vilken riktning för oss tar tid.
Så, där förhållandet mellan ledning av tiden och vår uppfattning? Vi vet inte. Men vi vet hur detta termodynamiska pil är det inte. Våra mätningar av entropin i Universum vet bara en enorm minskning i hela historien om kosmos: slutet av kosmisk inflation och övergången till Big Bang. (Och även detta kan medföra en enorm ökning av entropi, övergången från en inflationsdrivande tillstånd till nästa, fylld med materia och strålning). Vi vet att vårt universum kommer att möta upp med kalla och tomma öde efter att bränna ut alla stjärnor kommer att bryta upp alla svarta hål och mörk energi är oberoende ‘ m gonna driva dem galaxy tillsammans. De termodynamiska tillstånd av maximal entropi känd som “värmedöden” av Universum. Och märkligt nog, den stat från vilken vårt universum uppstod den kosmiska inflationen har exakt samma egenskaper, endast med en mycket större expansionstakt än det är nu.
Över inflationen? Som vakuum energi i Universum, den inneboende energi till tomt utrymme, förvandlas till en varm soppa av partiklar, antipartiklarna och strålning? Och om universum flyttas från ett tillstånd av extremt hög entropi under kosmiska inflationen i ett tillstånd av låg entropi under Big Bang, eller entropi under inflationen var ännu lägre på grund av den potentiella förmågan av Universum för att utföra mekaniskt arbete? Hittills har vi bara teorier; försök eller observationer tecken som skulle hjälpa oss att besvara dessa frågor och samtidigt inte hittas.
Vi förstår pil från en termodynamisk synvinkel, vilket är otroligt värdefullt och intressant del av kunskap. Men om du vill veta varför går är oförändrade den senaste, i morgon är den dagen, och detta är ett ögonblick som du lever nu, termodynamik kommer inte ge dig svaret. Ingen kommer att ge dig.
Vi förstår fortfarande inte varför tiden går bara framåt
Ilya Hel