Gebruiker:Zapata1000/Arrow of time
De pijl van de tijd, ook wel tijdpijl genoemd, is het concept dat het 'éénrichtingsverkeer' of de 'asymmetrie' van de tijd aanduidt. Het werd in 1927 ontwikkeld door de Britse astrofysicus Arthur Eddington en is een onopgelost algemeen natuurkundeprobleem. Deze richting zou volgens Eddington bepaald kunnen worden door de organisatie van atomen, moleculen en voorwerpen te bestuderen, en zou getekend kunnen worden op een vierdimensionale relativistische wereldkaart ("een massief blok papier"). [1]
Er wordt aangenomen dat fysische processen op microscopisch niveau geheel of grotendeels tijdsymmetrisch zijn: als de richting van de tijd zou omkeren, zouden de theoretische verklaringen die ze beschrijven nog steeds waar zijn. Toch blijkt op macroscopisch niveau vaak dat dit niet het geval is: er is een duidelijke richting (of stroom) van tijd.
Overzicht[bewerken | brontekst bewerken]
De symmetrie van tijd ( T-symmetrie ) kan eenvoudig als volgt worden begrepen: als tijd perfect symmetrisch zou zijn, zou een video van echte gebeurtenissen realistisch lijken, of deze nu vooruit of achteruit wordt gespeeld. [2] De zwaartekracht is bijvoorbeeld een in de tijd omkeerbare kracht. Een bal die wordt opgegooid, vertraagt tot stilstand en weer valt, is een geval waarbij opnames die vooruit of achteruit worden afgespeeld er even realistisch uitzien. Het systeem is T-symmetrisch. Het proces van het stuiteren en uiteindelijk tot stilstand komen van de bal is echter niet omkeerbaar. Vooruitgaand gaat kinetische energie verloren en neemt de entropie toe. Entropie is mogelijk een van de weinige processen die niet omkeerbaar is in de tijd . Volgens de statistische notie van toenemende entropie is de "pijl" van de tijd identiek met een afname van vrije energie. [3]
Eddington[bewerken | brontekst bewerken]
In het boek The Nature of the Physical World uit 1928, dat hielp het concept populair te maken, verklaarde Eddington:
Laten we willekeurig een pijl tekenen. Als we bij het volgen van de pijl steeds meer ongeordendheid in de toestand van de wereld vinden, dan wijst de pijl naar de toekomst; als de ongeordendheid afneemt, wijst de pijl naar het verleden. Dat is het enige onderscheid dat de natuurkunde kent. Dit volgt onmiddellijk als onze fundamentele bewering dat de introductie van willekeur het enige is dat niet ongedaan kan worden gemaakt juist is. Ik zal de uitdrukking 'pijl van de tijd' gebruiken om dit éérichtingsverkeer van de tijd aan te duiden. Dit heeft geen analoog in de ruimte.
Eddington merkt vervolgens drie punten op over deze pijl:
- Hij wordt levendig herkend door bewustzijn.
- Ook ons redeneervermogen dringt er op aan, en zegt ons dat een omkering van de pijl de externe wereld onzinnig zou maken.
- Hij verschijnt nergens in de natuurwetenschappen behalve in de studie van de organisatie van een aantal individuen. (Waarmee hij bedoelt dat het alleen wordt waargenomen in entropie, een statistisch mechanisch verschijnsel dat voortkomt uit een fysisch systeem.)
Volgens Eddington geeft de pijl de richting aan van de geleidelijke toename van ongeordendheid. Na een uitvoerige argumentatie over de aard van de thermodynamica concludeert hij dat, wat de natuurkunde betreft, de pijl van de tijd alleen een eigenschap van entropie is.
Pijlen[bewerken | brontekst bewerken]
Thermodynamische pijl van de tijd[bewerken | brontekst bewerken]
De pijl van de tijd is het "eenrichtingsverkeer" of "asymmetrie" van de tijd. De thermodynamische pijl van de tijd wordt geleverd door de tweede wet van de thermodynamica, die zegt dat in een geïsoleerd systeem de entropie met de tijd toeneemt. Entropie kan worden gezien als een maat voor microscopische wanorde; dus de tweede wet impliceert dat tijd asymmetrisch is met betrekking tot de hoeveelheid orde in een geïsoleerd systeem: naarmate een systeem door de tijd voortschrijdt, wordt het meer statistisch wanordelijk. Deze asymmetrie kan empirisch worden gebruikt om onderscheid te maken tussen toekomst en verleden, hoewel het meten van entropie de tijd niet nauwkeurig meet. Ook kan in een open systeem de entropie met de tijd afnemen.
De Britse natuurkundige Sir Alfred Brian Pippard schreef: 'Er is dus geen rechtvaardiging voor de vaak herhaalde opvatting dat de tweede wet van de thermodynamica alleen statistisch waar is, in die zin dat microscopisch kleine schendingen herhaaldelijk voorkomen, maar nooit schendingen van enige omvang. Integendeel, er is nooit bewijs geleverd dat de Tweede Wet onder wat voor omstandigheid dan ook niet opgaat." [4] Er zijn echter een aantal paradoxen met betrekking tot de schending van de tweede wet van de thermodynamica, één ervan vanwege de recurrentiestelling van Poincaré.
Deze pijl van de tijd lijkt verband te houden met alle andere pijlen van tijd en ligt aantoonbaar onder sommige ervan, met uitzondering van de zwakke pijl van tijd .
Harold Blum's boek uit 1951 Time's Arrow and Evolution [5] 'onderzocht de relatie tussen de pijl van de tijd (de tweede wet van de thermodynamica) en organische evolutie.' Deze invloedrijke tekst onderzoekt 'onomkeerbaarheid en richting in evolutie en orde, negentropie en evolutie'.[6] Blum stelt dat evolutie specifieke patronen volgde die vooraf bepaald waren door de anorganische aard van de aarde en haar thermodynamische processen.[7]
Kosmologische pijl van de tijd[bewerken | brontekst bewerken]
De kosmologische pijl van de tijd wijst in de richting van de uitdijing van het universum. Hij kan gerelateerd zijn aan de thermodynamische pijl, waarbij het universum op weg is naar een warmtedood (Big Chill of Big Freeze) en de hoeveelheid bruikbare energie verwaarloosbaar klein wordt. Het zou ook een effect kunnen zijn van onze plek in de evolutie van het universum (zie de antropische bias ), waarbij deze pijl omkeert als de zwaartekracht alles terugtrekt in een grote crunch .
Als deze pijl van de tijd gerelateerd is aan de andere pijlen van de tijd, dan is de toekomst per definitie de richting waarin het universum groter wordt. Het universum breidt dus per definitie uit - in plaats van dat het krimpt.
Men denkt dat de thermodynamische pijl van de tijd en de tweede wet van de thermodynamica een gevolg zijn van de initiële condities in het vroege heelal.[8] Daarom komen ze uiteindelijk voort uit de kosmologische begintoestand.
Radiatieve pijl van de tijd[bewerken | brontekst bewerken]
Golven, van radiogolven tot geluidsgolven tot golven op een vijver na het gooien van een steen, breiden zich naar buiten uit vanaf hun bron, ook al geven golfvergelijkingen oplossingen voor zowel convergente als radiatieve oplossingen. Deze pijl is omgedraaid in zorgvuldig uitgevoerde experimenten die convergente golven veroorzaakten,[9] dus deze pijl volgt waarschijnlijk uit de thermodynamische pijl, omdat het voldoen aan de voorwaarden om een convergente golf te produceren meer orde vereist dan de voorwaarden voor een radiatieve golf. Anders gezegd, de kans op initiële condities die een convergente golf produceren is veel lager dan de kans op initiële condities die een radiatieve golf produceren. In feite vergroot normaal gesproken een radiatieve golf de entropie, terwijl een convergente golf deze vermindert, waardoor het laatste in strijd is met de tweede wet van de thermodynamica onder normale omstandigheden.
Causale pijl van de tijd[bewerken | brontekst bewerken]
[[Categorie:Wikipedia:Pagina's met vertalingen die niet zijn nagekeken]]
- ↑ Weinert, Friedel (2005), The scientist as philosopher: philosophical consequences of great scientific discoveries. Springer, pp. 143. ISBN 978-3-540-21374-1.
- ↑ David Albert on Time and Chance
- ↑ Tuisku, P. (2009). In the light of time. Proceedings of the Royal Society A 465 (2104): 1173–1198. DOI: 10.1098/rspa.2008.0494.
- ↑ A. B. Pippard, Elements of Chemical Thermodynamics for Advanced Students of Physics (1966), p.100.
- ↑ Blum, Harold F. (1951), Time's Arrow and Evolution, First. ISBN 978-0-691-02354-0.
- ↑ Morowitz, Harold J. (September 1969). Book review: Time's arrow and evolution: Third Edition. Icarus 11 (2): 278–279. PMC 2599115. DOI: 10.1016/0019-1035(69)90059-1.
- ↑ McN., W. P. (November 1951). Book reviews: Time's Arrow and Evolution. Yale Journal of Biology and Medicine 24 (2): 164. PMC 2599115.
- ↑ Susskind, Leonard, Boltzmann and the Arrow of Time: A Recent Perspective. Cornell University. Cornell University. Geraadpleegd op June 1, 2016.
- ↑ Mathias Fink, Time-Reversed Acoustic (30 november 1999). Gearchiveerd op 31 december 2005. Geraadpleegd op 27 May 2016.