Обратимость динамических уравнений и стрела времени

88. О постановке проблемы в рамках эволюционной парадигмы

Более столетия в физике стоит проблема соотношения обратимости уравнений динамики (классической и квантовой), независимости описываемых ими траекторий движения физических систем от знака времени и необратимости термодинамических процессов — наличия в них явного указания на стрелу времени, однозначно задаваемую законом возрастания энтропии. Эта теоретическая проблема становится еще более острой при обращении к эмпирическому опыту — весь окружающий нас мир имеет однозначно выраженное направление движения во времени от прошлого в будущее, особенно при рассмотрении эволюционных процессов.

Попробуем взглянуть на эту проблему с позиции развиваемой в этой книге эволюционной парадигмы. Наличие стрелы времени — это постулируемое положение эволюционизма (подтверждаемое всем нашим опытом существования в Мире). Следовательно, вопрос должен ставиться так: как вообще возможны обратимые динамические уравнения в принципиально необратимом Мире? То есть в эволюционной парадигме теоретически аномальной следует считать именно обратимость, а не указание на наличие выделенного направления времени.

Вполне естественно, что ответом на этот вопрос должно стать указание границ применения динамических уравнений. Так же, как это произошло в начале прошлого века, когда область достоверности классической механики пришлось ограничить лишь макрообъектами, двигающимися со скоростями существенно меньшими скорости света. То есть нам следует показать, что описание Мира как совокупности обратимых траекторий является лишь некоторым приближением и достоверно в рамках фиксированной области применения.

89. Траектории, события, начальные условия

Для поиска этих границ рассмотрим традиционные примеры обратимых динамических процессов: движение маятника, вращение спутников, то есть циклические движения по замкнутой траектории. Все эти процессы объединяет одно: возможность при их описании вывести за рамки анализа циклических движений точек начала и конца траекторий, а точнее, игнорировать события начала и конца движения. Именно идеализация траектории как бесконечно продленной линии создает иллюзию обратимости движения. Именно абстрагирование от событий начала и конца дает возможность применять обратимые динамические уравнения для описания траекторий движения локальных объектов. Но как только мы расширим рассмотрение предмета исследования (скажем, движение маятника), присовокупив к траектории события начала движения (первого толчка) и его остановки, движение перестает быть обратимым. Для описания феномена, включающего траекторию движения и события начала и конца, невозможно применить обратимые динамические уравнения. Речь не идет о вмешательстве свободной воли в виде удара пальцем экспериментатора. Маятник мог начать движение от удара осколка астероида, прилетевшего с окраин солнечной системы. И понятно, что обратное течение событий — удар маятника по осколку и полет астероида вспять — невозможно.

Формально (недекларируемо) отделение объектов изучения от событий начала и конца движения в динамике выражалось в указании начальных (граничных) условий в виде абстрактных силы, импульса, поля. При такой замене конкретного события начала движения граничными условиями проблема обратимости снималась как бы сама собой: вопрос «а что происходит с начальными условиями, то есть с импульсом, силой, полем при движении в обратном направлении?» вполне можно считать абсурдным.

90. Обратимость времени или обратимость знака скорости

Продолжая рассуждения, можно совершенно иначе взглянуть на сам факт обратимости во времени динамических уравнений, а следовательно, и обратимости движения описываемых ими объектов. В ситуации, когда конкретные события начала и конца движения выводятся за рамки теоретического описания, речь вообще не может идти о направлении времени. Факт обратимости динамических уравнений некоего процесса следует трактовать как принципиальную возможность создания таких граничных условий, при которых он в обратном порядке повторит ранее пройденную траекторию. То есть независимость динамических уравнений от направления времени, а точнее от знака скорости движения, выражает не обратимость во времени ряда событий (события в эти уравнения не входят), а лишь обратимость траектории движения между событиями, верней, одинаковую возможность реализации как прямого, так и обратного движения по описываемой уравнением траектории. То есть для любой траектории, описываемой динамическим уравнением, найдутся такие начальные условия, при которых объект повторит движение по траектории в обратном направлении.

Следует особо подчеркнуть, что такая трактовка обратимости динамических уравнений исключает необходимость введения обратимости времени. Поскольку начальные условия для обратного движения по траектории в общем случае не совпадают с конечными условиями движения объекта в прямом направлении, то есть события начала обратного движения и конца прямого не могут быть одинаковыми. Следовательно, феномены, включающие в себя события начала и конца движения, и само движение по траектории для прямого и обратного движения принципиально не совпадают и не могут рассматриваться как обратные друг другу во времени.

Особняком стоят лишь циклические движения, для которых в любой точке траектории начальные и конечные условия совпадают, и поэтому возникает иллюзия обратимости движения во времени. Однако именно вследствие совпадения начальных и конечных условий на зацикленном отрезке траектории мы не вправе говорить об обратимости во времени, а можем лишь констатировать факт совпадения событий во времени и пространстве при реализации прямой и обратной траектории движения. Кроме того, следует понимать, что для любого циклического движения существует некое событие его начала (первый толчок), и включение этого события в анализируемый феномен, как уже отмечалось, не позволяет говорить об обратимости в целом.

91. Заключительное суждение

Итак, мы имеем два вывода: (1) обратимость уравнений динамики следует понимать лишь как принципиальную осуществимость обратных траекторий движения объекта (то есть со сменой знака скорости), и (2) область достоверности динамики следует ограничить лишь описанием траекторий движения объектов вне рассмотрения реальных событий, вызвавших начало и завершение движения. Эти два тезиса позволяют нам сделать заключение, что из обратимых уравнений динамики принципиально не могут быть выведены необратимые уравнения термодинамики и, в частности, закон возрастания энтропии, обосновывающий наличие стрелы времени. У динамики и термодинамики различные области достоверности и различный предмет исследований: у первой — единичные траектории, у второй — совокупность событий. Правда, следует заметить, что в рамках эволюционной парадигмы перед нами и не стоит проблема обоснования наличия стрелы времени — в ней это положение постулируется.


Предыдущий текст разделе: « Глобальный принцип относительности
Последующий текст в разделе: » О синергетике как точной науке и философии. Вводные суждения о синергетике

16 Март 2007 |
Подписаться на сообщения RSS 2.0

Опубликовано в разделах: Новации (книга), эволюционизм



6 коммент. к “Обратимость динамических уравнений и стрела времени”

  1. 1 alex volinsky 3 Май 2007 @ 08:33

    Может я чего не понял или забыл
    Обратимость времени это не обратимость процессов. отрицательное время в формуле движения это не движение в обратном направлении это возможность посмотреть фильм назад.
    В цикле Карно времени вообще нет. Там есть необратимые потери энергии на уменьшение градиента между холодильником и нагревателем.
    Эволюция нарушает не симметрию времени ( как думают адепты стрелы времени) а закон возростания энтропии.
    Тут я хочу сказать несколько слов о вероятности. Теория вероятности оперирует особым классом это СОБЫТИЯ. Вот чегото не было , а теперь оно есть. Время в теории вероятности имеет совершенно другой смысл чем в механике.
    Системный подход позволяет прояснить как столь маловероятные события как появление организмов , механизмов , текстов вообще возможны в физическом мире.
    Место где вероятность встроена во время это уравнение Шредингера. Само это уравненение внутренне противоречиво - оно связывает некую квантовую функцию с операторами классической механики. там все нормально пока система замкнута. кода появляется наблюдатель или прибор волновая функция редуцируется.
    Пригожин говорит что любой отход от идеализации вызывает необратимость. Но это очень формальное утверждение.
    У меня нет альтернативных теорий , но постулат стрелы времени вполне заменим постулатом ОТКРЫТОСТИ СИСТЕМЫ.

  2. 2 boldachev 3 Май 2007 @ 10:59

    Извините. Но я совершенно не в состоянии поддерживать беседу, в которой постоянно идет отсылка к каким-то “адептам стрелы времени”, к “постулату стрелы времени”, к “постулату открытости систем”, к “системному эволюционизму”, к “системному подходу”, который “позволяет прояснить как столь маловероятные события как появление организмов… возможны в физическом мире” и т.д.
    Приведенные понятия, как и некоторые другие, используемые вами, не являются на данный момент не то что общепризнанными, а и хоть сколько-нибудь серьезно разработанными. Поэтому, прошу вас, если вам интересно прояснить свою позицию, объясняйте, что прячется за этими словосочетаниями. А лучше ссылайтесь на конкретные тексты, конкретных авторов, которые, по вашему мнению наиболее точно представляют, к примеру, ту же концепцию “системного эволюционизма”. Например, кто и в какой работе решил проблему появления организмов, текстов и т.д.?

    Обратимость времени это не обратимость процессов. отрицательное время в формуле движения это не движение в обратном направлении это возможность посмотреть фильм назад.

    Какой фильм? То есть вы жестко связываете проблему обратимости времени с наличием наблюдателя? Речь идет не самих процессах, а лишь об их отражении в нашем сознании? Но в этом смысле любые процессы развития и эволюции обратимы: снимите на пленку всю жизнь бабочки от яйца до взрослой особи, а потом прокручивая пленку в обратном направлении и наслаждаясь видом сворачивания бабочки в кокон, утверждайте, что это обратимый процесс.

  3. 3 alex volinsky 3 Май 2007 @ 22:22

    А лучше ссылайтесь на конкретные тексты, конкретных авторов, которые, по вашему мнению наиболее точно представляют, к примеру, ту же концепцию “системного эволюционизма”. Например, кто и в какой работе решил проблему появления организмов, текстов и т.д.?

    Берталанфи Турчин Пригожин как я их понял

    Про обратимость
    Обратимость времени подразумевает возможность расчитать процесс “назад” если он описывается той же формулой. Коконы и бабочки вобще никакими формулами не описываются.

    Про открытость
    Понятие Открытая система довольно распрстранено я его не выдумал но если Вы не признаете открытых систем это Ваше право.

    Я не против стрелы времени я просто считаю ее лишней сущностью

  4. 4 boldachev 3 Май 2007 @ 23:40

    К сожалению Турчин и Пригожин только лишь двигались в направлении решения эволюционных проблем (а Берталанфи вообще не занимался эволюцией, а лишь пытался обозначить контуры теории систем, которая до сих пор так и не стала теорией). Из работ Турчина можно вынесли лишь понятие о “метасистемном переходе”, который скорей можно рассматривать как эмпирическое обобщение, чем теоритический метод. Пригожин - один из авторов неравновесной динамики (синергетики), предметом которой вообще не являются сложные системы как целые, а лишь некоторые процессы в них да и то в специфических условиях (неравновесные среды, потоки и т.д.). Да, синергетика показало, что в некоторых случаях в хаотичных средах могут образовываться регулярные, так называемые диссипативные структуры. Но вы, надеюсь, понимаете, что от ячеек Бенара (регулярных вихрей в тонком слое масла) до “объяснения появление организмов” неимоверная пропасть.
    Ни Турчин, ни Пригожин да и вообще никто из эволюционистов не вводил термина “системный эволюционизм”, который вы постоянно используете. Просто потому, что никакого другого эволюционизма - не системного - и быть не может.
    Хотя возможно я что-то пропустил - приведите конкретные места в работах перечисленных вами авторов, где разрешен вопрос “появления организмов и пр.” (или мнение других, считающих что это вопрос уже решен).

    Понятие Открытая система довольно распрстранено…

    Извините, что такое “открытая система”, наверное, понятно и школьнику. Меня заинтересовало какой смысл вы вкладываете в понятие “постулат открытости систем”, с которым я ранее не сталкивался.

    Я не против стрелы времени я просто считаю ее лишней сущностью

    Не понял. “Стрела времени” - это не сущность, это образное обозначение феномена направленности необратимых процессов, введеное в позапрошлом веке. Так вот с той поры идет спор: одни говорят, что все физические процессы обратимы, и нет выделенного направления во времени, а следовательно и нет некой стрелы времени, а другие - что движение Мира необратимо, то есть однозначно движется от прошлого к будущему, то есть в направлении, указуемом “стрелой времени”. Так что проблема не в “стреле”, а в обратимости. Да в принципе, никто из ученых и не отрицает наличия выделенного направления во времени - проблема в том, что из обратимых физических уравнений, которые до сих пор многими считаются основой мироздания, ни как не следует эмпирически наблюдаемая направленность мировых процессов.
    Мне бы хотелось уточнить, как вы решили для себя эту проблему, если делаете утверждение о “стреле времени как лишней сущности”?

    Но безусловно, мои вопросы - в большей степени риторические. Мне, конечно, интересен ход чужой мысли. Однако отвечайте, лишь если он и вам интересен. :-)

  5. 5 alex volinsky 4 Май 2007 @ 11:31

    В последнем Вашем посте подписываюсь под всеми словами. К сожалению из-за работы только начал систематическое изучение Новаций . Это займет время.

    Противоречия между “физикой” и условно говоря “биологией” действительно выглядят вопиюще. Формально научного разрешения этого противоречия придется ждать довольно долго (ну вот теорему Ферма вроде раскололи через пару столетий).
    Бурное развитие молекулярной генетики и методов бионаблюдений , качественные скачки в палеонтологии , при явном застое в теоретической физике , способствуют биологизации научной парадигмы.
    Большая История Системный эволюционизм и прочие Метафизические изыски это проявления “биологизациии” (были периоды “механизации” ” электризации” “энергетизации” “кибернетизации”) Не поймите меня так что я против “биологизации” просто в метафизике надо ценить метафизику. Наше сознание цельно и сталкиваясь с проблемой немедленно начинает привязывать его к уже известным объектам (так устроены нейронные сети) метафизика заполняет информационный вакуум сознания. Тут есть один неприятный момент , необходимость замены привычной или симпатичной метафизической доктрины вызывает буквально физическую боль , как смерть близкого человека. Признание ошибок это серьезная психологическая травма.
    Я не люблю травм и взял себе за правило сомневаться во всем кроме своего существования. Это мешает мне формулировать собственные концепции ибо слово произнесенное есть неправда.

    Занялся я как то Демоном Максвела. Демон это грубо говоря такая программа которая умеет отделять быстрые молекулы от медленных. Разумеется , что эта программа не является частью закрытой термодинамической системы. Но если Демон заслан снаружи , значит Система ОТКРЫТА. А закон возростания энтропии действителен для закрытых термодинамических систем.
    Как назвать то что находится снаружи системы , биологи пользуются понятием среда (физики тоже пользуются но физическая среда это часть моделируемой системы , воздушная среда для самолета это условие для возникновения подъемной силы). Если взять теорию “Геи” (саморегулирущийся комлекс в духе Вернадского) то активная роль среды очевидна. Очевидна и обратная связь Среда- Система образующая новую систему.
    В Вашем примере “необратимости” кокон-бабочка все не так просто. Бабочка не влезет снова в кокон но бабочка снесет яйца , из яиц появится личинка , личинка станет бабочкой. Вот я сделал фотографию первой бабочки , потом второй. Вы не знаете последовательность бабочек. Вопрос кокон был до конкретной фотографии или после.
    Все это уже интуитивно прочувствовано Гегелем в законе отрицания-отрицания , самом загадочном законе дилектики.
    Закон Единства и Борьбы это описание на языке Гегеля взаимоотношений между элементом и системой или системой и подсистемой или системой и надсистемой.
    тезис-жизнь антитезис-смерть , если жизнь это организм а смерть это неорганизм то что такое синтез как не обмен веществ между организмом и средой в рамках биосферы. отрицание смерти возможно за счет появления нового организма.
    тезис- разум антитезис-среда синтез-культура и так далее и тому подобное.
    Для Новаций интересен в основном закон перехода колличества в качество. Тут метасистемный переход Турчина выглядит очень соблазнительно , но у него слишком кибернетический уклон. Почему новую иерархию создает уровень Управления. Какое “управление” в самоорганизующихся системах.
    Я лично моделирую такую картинку. Есть количество-энергия-потоки. Есть качество-информация-структуры. Система это структуированный поток (качественное количество или информатизированная энергия) Открытая система получая дополнительную энергию или сбрасывая лишнюю может менять свою структуру. Почему не знаю . но как говорят на юге ” Таки меняет”.
    Демон Максвела расширяет формулировку Гегеля переводя качество в количество за счет внедрения внешнего качества.

    Жизнь и Разум возникли и существуют в открытых системах уже структуированых “Законами Природы” . Откуда взялись “Законы”. Я думаю они имманентны Природе. Вот предположим что была Сигулярность. Произнося Была я уже подразумеваю “Закон сингулярности” То что мы делим Мир на количество , качество , системы , структуры , законы это проблема не Мира а нашего сознания. Корпускулярно-волновой дуализм это не реальность а способ ее восприятия.
    Мой вялый агностицизм не должен пониматься как приговор. Наука будет искать новые феномены и связи , метафизика будет их структуировать.
    Возьмем текст. Автор это демон структуирующий общепринятые елементы в новую систему ( при удачном стечении обстоятельств текст может стать элементом системы более высокого порядка) Если элементы текста не общепонятны (автор вкладывает в них не проясненный смысл ) весь проект рушится . Система нежизнеспособна ибо не соответствует Среде.
    Философия это система текстов сформированных культурной средой их авторов. Если абстрагироваться от Среды то останется система подсознательных структур Познания или “чистые формы” или “врожденные идеи” или “преднатальные нейронные сети”

    Нет времени “вообще” есть наше “ощущение ” времени. Если время обратимо в формулах механики то это “механическое время”. То что называют временем в биологии это причинно-следственные связи. Новое следствие это всегда вероятностное СОБЫТИЕ , а движение физического тела это ДЕТЕРМИНИРОВАННАЯ траектория.

    В механическом мире действует “машина времени” Лапласа , там Стрелы времени нет но там нет Среды. В квантовой механике есть вероятности , но они проявляются только во взаимодействии квантовых объектов со Средой. Термодинамика это не динамика во времени , а динамика фазового пространства.

    Предположим , что в открытой системе произошла “новация”. Повлияет она на Среду. Видимо да иначе внешний наблюдатель ее не обнаружит. Говоря слова “повлияет” “новация” я подразумеваю причины и следствия. Стрела времени подменяет слово Эволюция и вызывает лишние (по моему мнению) заблуждения.

  6. 6 boldachev 4 Май 2007 @ 23:44

    Что я думаю по некоторым из обозначенных вами проблем, найдете в книжке. Вообщем - читайте, если интересно.
    Лишь только замечу по поводу Гегеля.

    Закон Единства и Борьбы это описание на языке Гегеля…
    Для Новаций интересен в основном закон перехода количества в качество.

    Никаких таких законов у Гегеля нет. “Законы диалектики” - это популяризаторская, упрощенная и в значительной мере искаженная интерпретация диалектики Энгельсом. (Сейчас это не сложно проверить и не читая Гегеля - скачайте “Логику” и сделайте поиск по слову “закон” - думаю, результат будет очень показателен.) Но это отдельная тема, отдельной книжки… ;-)

URL этой страницы: http://www.boldachev.com/novations_book/88-91/



Искать On-line кабинет Александра Болдачева

рабочий кабинет

архив

Собеседникам

  • Войти
  • [После регистарции и входа вам не надо будет каждый раз набирать свои данные при оставлении комментариев.]

RSS сообщений
RSS комментариев

выбрать септик цена ; Элеватopмельмаш строительная компания Екатеринбург

Вы можете получать информацию об обновлении сайта по e-mail

Рассылки Subscribe.Ru

Наверх . Рабочий стол . Статьи . Библиотека .
On-line кабинет Александра Болдачева © 2007