Jo jonkin aikaa on kuulunut uutisia, että termodynamiikan toinen pääsääntö ei mittausten mukaan olisi mikään ehdoton totuus kvanttitasolla. Energiaa on mm. havaittu virtaavan kylmemmästä alueesta kuumempaan. Seuraavassa linkissä saattaa olle selitys, miksi niin on: tutkijoiden yllätykseksi ilmeni, että havaitsijan (käytännössä siis mittausta tekevän laitteen) tuominen systeemiin voi kääntää energian virtaukset päinvastaisiksi (ja muunkin kuin vain lämmön suhteen).
https://goo.gl/zCtLxV
Klassikoille selvennettäköön heti aluksi, että tämä ei tietenkään selity mittalaitteen fyysisillä ominaisuuksilla, vaan johtuu siitä, että systeemiä "katsellaan". Jos nämä ilmiöt selittyisivät mittarin ja mittauksen fyysisillä ominaisuuksilla, niin tutkijat eivät olisi yllättyneet tapahtumista vaan he olivat voineet johtaa tulokset klassistyylisen fysiikan kaavoista. Ja jos nämä outoudet voitaisiin johtaa klassisen fysiikan kaavoista, niin toinen pääsääntö ei olisi pätevä periaate edes klassisessa fysiikassa....
Liittyen erääseen vanhaan ajatuskokeeseen, mieleen tuli eräs mahdollinen käytännön sovellus tällaisen mittausta tekevän havaitsijan tuomisesta systeemiin. Jokunen saattaa olla kuullut Maxwellin demonista, joka erottelee astian ilmamolekyylit kylmään ja kuumaan alueeseen termodynamiikan toisen pääsäännön vastaisesti. Ehkäpä, kun havaitsijoiden kontrolloidun tuomisen teknologia on tarpeeksi kehittynyt, niillä voisi jäljitellä Maxwellin demonia?
https://fi.wikipedia.org/wiki/Maxwellin_demoni
Lainauksia wikiartikkelista:
Maxwellin demoni on skotlantilaisen fyysikko James Clerk Maxwellin esittämä ajatuskoe, jonka avulla hän pyrki selvittämään termodynamiikan toisen pääsäännön luonnetta ja osoittamaan, että tämä sääntö oli luonteeltaan tilastollinen. Hänen esittämässään ajatuskokeessa kaasusäiliö oli jaettu umpinaisella väliseinällä kahteen osaan, joiden välissä oli pieni luukku sekä jokin olento tai laite, joka saattoi avata tai sulkea tämän luukun ja jota myöhemmin alettiin kutsua "Maxwellin demoniksi". "Demonin" oletettiin voivan avata tai sulkea luukun aina siihen mukaan, osuuko siihen nopea ("kuuma") vai hidas ("kylmä") molekyyli ja kummalta puolelta. Jos se tällä tavoin voisi lajitella nopeat molekyylit toiseen ja hitaat toiseen säiliöön, niiden välille syntyisi lämpötilaero: toinen säiliö kuumenisi ja toinen kylmenisi. Jos se lisäksi pystyisi tekemään tämän tarpeeksi pienellä energiankulutuksella, systeemin kokonaisentropia pienenisi ja täten osoittautuisi, ettei termodynamiikan toinen pääsääntö tällaisissa tapauksissa päde.
Maxwell:
»... Jos oletamme olennon, jonka aistit ovat niin tarkat, että se voi tarkkailla jokaisen molekyylin liikettä, sellainen olento, joka on oleellisesti äärellinen kuten mekin, voisi tehdä sen, mikä meille on mahdotonta. Kun olemme nähneet, että vaikka ilmalla täytetyssä astiassa on kaikkialla sama lämpötila, kaikkien molekyylien nopeudet eivät ole likimainkaan samat, joskin minkä tahansa suuren molekyylijoukon keskimääräinen nopeus on lähes tarkkaan sama. Olettakaamme, että sellainen astia on jaettu kahteen osaan, A ja B, joiden välissä on pieni rako, ja että tuo olento, joka voi nähdä yksittäiset molekyylit, avaa ja sulkee raon ja päästää vain nopeammat molekyylit A:sta B:hen ja vain hitaammat B:stä A:han. Täten se voisi enempää työtä tekemättä nostaa säiliön B ja alentaa säiliön A lämpötilaa vastoin termodynamiikan toista pääsääntöä....[5]»
https://goo.gl/zCtLxV
Klassikoille selvennettäköön heti aluksi, että tämä ei tietenkään selity mittalaitteen fyysisillä ominaisuuksilla, vaan johtuu siitä, että systeemiä "katsellaan". Jos nämä ilmiöt selittyisivät mittarin ja mittauksen fyysisillä ominaisuuksilla, niin tutkijat eivät olisi yllättyneet tapahtumista vaan he olivat voineet johtaa tulokset klassistyylisen fysiikan kaavoista. Ja jos nämä outoudet voitaisiin johtaa klassisen fysiikan kaavoista, niin toinen pääsääntö ei olisi pätevä periaate edes klassisessa fysiikassa....
Liittyen erääseen vanhaan ajatuskokeeseen, mieleen tuli eräs mahdollinen käytännön sovellus tällaisen mittausta tekevän havaitsijan tuomisesta systeemiin. Jokunen saattaa olla kuullut Maxwellin demonista, joka erottelee astian ilmamolekyylit kylmään ja kuumaan alueeseen termodynamiikan toisen pääsäännön vastaisesti. Ehkäpä, kun havaitsijoiden kontrolloidun tuomisen teknologia on tarpeeksi kehittynyt, niillä voisi jäljitellä Maxwellin demonia?
https://fi.wikipedia.org/wiki/Maxwellin_demoni
Lainauksia wikiartikkelista:
Maxwellin demoni on skotlantilaisen fyysikko James Clerk Maxwellin esittämä ajatuskoe, jonka avulla hän pyrki selvittämään termodynamiikan toisen pääsäännön luonnetta ja osoittamaan, että tämä sääntö oli luonteeltaan tilastollinen. Hänen esittämässään ajatuskokeessa kaasusäiliö oli jaettu umpinaisella väliseinällä kahteen osaan, joiden välissä oli pieni luukku sekä jokin olento tai laite, joka saattoi avata tai sulkea tämän luukun ja jota myöhemmin alettiin kutsua "Maxwellin demoniksi". "Demonin" oletettiin voivan avata tai sulkea luukun aina siihen mukaan, osuuko siihen nopea ("kuuma") vai hidas ("kylmä") molekyyli ja kummalta puolelta. Jos se tällä tavoin voisi lajitella nopeat molekyylit toiseen ja hitaat toiseen säiliöön, niiden välille syntyisi lämpötilaero: toinen säiliö kuumenisi ja toinen kylmenisi. Jos se lisäksi pystyisi tekemään tämän tarpeeksi pienellä energiankulutuksella, systeemin kokonaisentropia pienenisi ja täten osoittautuisi, ettei termodynamiikan toinen pääsääntö tällaisissa tapauksissa päde.
Maxwell:
»... Jos oletamme olennon, jonka aistit ovat niin tarkat, että se voi tarkkailla jokaisen molekyylin liikettä, sellainen olento, joka on oleellisesti äärellinen kuten mekin, voisi tehdä sen, mikä meille on mahdotonta. Kun olemme nähneet, että vaikka ilmalla täytetyssä astiassa on kaikkialla sama lämpötila, kaikkien molekyylien nopeudet eivät ole likimainkaan samat, joskin minkä tahansa suuren molekyylijoukon keskimääräinen nopeus on lähes tarkkaan sama. Olettakaamme, että sellainen astia on jaettu kahteen osaan, A ja B, joiden välissä on pieni rako, ja että tuo olento, joka voi nähdä yksittäiset molekyylit, avaa ja sulkee raon ja päästää vain nopeammat molekyylit A:sta B:hen ja vain hitaammat B:stä A:han. Täten se voisi enempää työtä tekemättä nostaa säiliön B ja alentaa säiliön A lämpötilaa vastoin termodynamiikan toista pääsääntöä....[5]»
Vastaukset 6
Vanhimmat
No eks toi sama ilmiö (hiukkasten dualismin ohella) johtanu Heisenbergin epätarkkuusperiaatteen syntymiseen, et mitä tarkemmin alettiin pystymään kokeellisesti noita hiukkasia tutkimaan, niin sitä vaikeemmaks alkaa menemään toteuttaa niitä siten et ite koelaitteisto ei vaikuta ite mittaustulokseen.
Ja Heisenbergin valmiit yhtälöt sit todistaa, et sama homma pätee myös teoriapuolella, jossa "koelaitteistona" on pelkkä matematiikka!
Matematiikka ei tee havaintoja.
Hence the hipsut
Termodynamiikan toinen pääsääntö perustuu tilastolliseen ilmiöön silloin kun partikkeleja on suuri määrä. Kvanttifysiikassakin tilastolliset todennäköisyydet ovat ennustettavia.
Termodynamiikka on höyryveturimiesten tapa kuvailla asioita karkealla tasolla.
Oikeasti lämpötilaa ei ole olemassakaan. Esim. vesimolekyylillä on vain liike-energiaa eri muodoissaan, kenellä enemmän, kenellä vähemmän ja keskimääräistä energiaa kuvataan lämpötilalla.
On selvää, että kvanttifysiikka kuvaa asiat tarkemmin, mutta suurten partikkelimäärien tapauksessa törmätään mahdottomuuksiin käytännön laskujen kanssa.
Makromaailma on kuin muurahaispesä: ruokaa sekä tavaraa siirtyy aika vauhdilla oikeisiin paikkoihin, rakentaminen sujuu ripeästi ja munat liikkuvat sujuvasti pesäonkalosta toiseen lämpötilan mukaan.
Yksittäinen muurahainen vaikuttaa tarkasteltaessa jokseenkin sattumanvaraiselta hortoilijalta, joka ei näytä päivän mittaan saavan aikaan juurikaan mitään tolkullista. ; )