作者void ( avoid)
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标题Re: [讨论] 天能 熵 cf. 粒子自旋
时间Thu Sep 12 09:24:40 2024
Rewrite一下 我重点放在前面 对熵(Entropy)的介绍移到後面想看得自己再看
1. 熵到底是什麽?
Entropy是衡量一个系统的"无序程度"以及系统包含讯息多寡。以热力学系统来说
一个系统的无序程度越高、包含的讯息就会越多、Entropy就会越高
举个例子，你用乐高组成一只恐龙 此时有序程度高，系统资讯较少，Entropy低
你儿子把这只恐龙打落到地上散成一团 此时无序程度高，系统资讯较多，Entropy高
2. 无序程度 跟 资讯量如何连结? 看起来没有直接关系?
有序度高的东西，就代表有规则，规则会限制每个元件(物理学中就是粒子)的排列组合
譬如暴龙上面有了头 下面就一定是手，你不可能乱接一只螺旋桨 这样就不是暴龙了
描述这样的系统 你不用每一个元件的状态都描述 因为它有一些规则 A後面一定得B
所以你不用AB都描述
相对之下散落到地上的一团积木 随便怎麽排都可以 都是"乱"
每块积木自由度都非常之大 但要描述的时候 你每块积木都得描述 所以包含的资讯多
3. 上面积木的例子太日常了 对应到真实物理?
最常见的就是冰和水蒸气。 冰是水的结晶态，有晶格，代表水分子照一定方式排列
物理学上判断方式常见是看对称性 晶格有平移对称性 你平移一个晶格边长
得到的晶格和原来的一模一样 同理某些晶格还会有旋转对称性
有对称性 代表有序度高 代表Entropy低
相反的 水蒸气 没有晶格 每个气体分子都可以乱飞 非常无序 Entropy高
4. OK，阿这些废话跟时间方向有什麽关系?
霍金提出过时间箭头和熵增有关(虽然未获得学界认可)
即时间的方向 就是热力学熵增的方向。基本上天能的脑洞就是从这里立论的:
如果我把熵增变成熵减，那是不是时间就会逆转? (没人知道答案)
5. 为什麽现在世界的时间方向一定是全宇宙熵增?
a. 机率问题
回到上面那个积木恐龙 如果你今天有N块积木随机排列 只有一种排法能排成恐龙
但是有超级多种方法可以排成地上那陀乱七八糟玩意 所以机率来说
当然是变成一堆散落地上的机率大
b. 资讯不可逆
一只积木恐龙 和一只积木鳄鱼 打散到地上以後都散落成一团 你无法分辨
是从恐龙打散的 还是从鳄鱼打散的 因为还原回去需要的重要资讯已经遗失
这是常见的解释 不过没人敢保证一定对
-------------------- 以下是Entropy详细说明 应该没人会看---------
1. 热力学的Entropy
最早是Clausius提出来的 考化热化动一定会痛恨的人物 会提出跟热机有关
很早人们就知道 热机只能由高温到低温的热传递做功 这过程中会有热量传递
(记做Q) 但外界热源给热机的热量传递 最後其实还是会变成废热还回去
然後整个系统能量守恒 所以单独热量的转移并不决定这热机能不能做功
而是要考虑该热量转移时的"温度" 所以他得出了热力学里Entropy的公式
delta S = Q/T 可以看出 把同一份热量Q从高温搬进热机再於低温搬出热机
尽管进来出去的Q抵销 但因为T在分母 整体delta S > 0 这就是热力学第二定律
(我这边讲得非常简略 讲得很不精准 要挑小毛病很容易 但学过就懂我的意思)
2. 夏农熵(Shannon Entropy，又称资讯熵 Information entropy)
这东西是完全独立於热力学熵发展出来的 定义S是一个系统中所含的"资讯"多寡
跟热力学是毫无瓜葛 讲简单点如果一串文字是 "00000" 那它熵很低 因为只包含字元0
一点点资讯 但如果是 "Nolan天能就是在胡诌" 那包含的资讯很多S就高
因为大家可以为了这个吵个万言书 (误)
3. Boltzman Entropy
当然没这个名词 但Boltzman用另一个角度去分析了热力学的Entropy
假设我有一堆粒子 他们各自可以处在N个能态 这些能态每个可以存1个到全部的任意数量
的粒子 那总能量为E下，能有多少种分布? 哪种分布机率最高? 等等
Boltzman直接打通了1的热力学熵和2的夏农商 它从统计热力学出发 证明了两者是相通的
Boltzman的统计分布解释用一个超级不精准而且粗略的 但是最白话的方式解释就是:
假设我有2个粒子A, B 然後有2个能阶由低到高分别是0, 1, 2
那在总能量为零的情况下只能有一种分布 就是A, B通通在能阶0
可是如果总能量为2 那我有三种情况: 可以两个AB都在1，可以A在零B在2，可以B在零A在2
反正Boltzman统计大概是这个意思 而像是气体这类的系统就很符合Boltzman模型的条件
从上面其实可以看出一个粗略的结论就是气体之类的东西 通常温度越高Entropy越大
实际上如果在推广到凝态 就会得出一个常见的状况: 低能量的熵低但是高能熵高
这非总是如此 先写在前免得有人喷我 这只是一种常见的例子 但对於下面要讲的有帮助
实务上常见的状况就是固态昇华 固态的时候常常是结晶 具有高度对称性 代表高有序度
代表熵低 但同时它是处在低能量态；结晶吸收能量(吸热)昇华以後变成气体
气体总能量高但是各个粒子可以自由移度 几乎没有对称性 有序度低 Entropy高
4. Gibbs Free Energy
但实务上 自发(Spontaneous)的状况 既有可能昇华 也有可能凝华 代表单纯熵增与否
不能直接决定非封闭系统的自发方向，所以要用到Gibbs Free Energy判断
这公式是 能量和熵 一起考虑 但如果把外在环境 i.e. 整个宇宙考虑进来 整体熵增
------------------- 进入重点 以上是废话 ---------------------------
讲到这边还没左转或End的 要进入重点了
1. 根据上面的4 某推文说什麽人会让周围环境熵增 是废话 本来就如此
我觉得我说"生物会从周围环境摄入能量 让自己熵降低 但让环境熵增高" 你没看懂
其实蛮多科幻小说都直接让外星人把生物称为低熵体来装逼 我记得三体就有
2. Entropy与时间箭头
这应该是霍金提出的 忘了不确定 又称热力学时间箭头 天能基本上开脑洞的基础在此
热力第二律决定整宇宙熵只增不能减 於是反过来定义时间的方向 没人知道对错或why
但有个直观一点的例子可以理解:
你用乐高堆了一个恐龙 它把在桌子上 整体能量(重力位能)高 有序度高 熵低
你家小屁孩把它推倒全部散落到地上完全解体 这时候能量低 有序度低 熵高
重点来了 同样一只恐龙 推倒一百万次 它可能有一百万次不同的在地上的分布
因为每块积木在地上的分布是随机的 但不影响这一百万种分布它总能量都是零
(因为所有的积木都在地上 同一水平高度 我们先把地面定为重力能零点)
但是你的初始状态 那只恐龙 就只能有一种分布 每块积木必须准确的在那个位置
所以重点1 为什麽宇宙的演化倾向熵增? 因为机率
构成恐龙的构型只有1种 散在地上的构型有一百万种 今天如果各块机率随机摆放
形成恐龙的机率是百万分之一 但形成在地上的乱七八糟机率是999999/百万
你别以为我发明的 这是某派的解释
重点2 为什麽你的恐龙推倒不可逆? 因为资讯遗失
考虑一个状况:你有另外一只乐高鳄鱼 用的积木数量相同
两只都推倒在地上 你完全无法分辨哪一摊是恐龙散掉的 哪一只是鳄鱼散掉的
摊在地上的一团积木所含有的资讯 不足以你重建原来是鳄鱼还是恐龙
一般上面两点就是为何我们认为熵总是会随着时间增加 背後隐含的是:
机率上，混乱的构型数量远多於有序性高的构型 机率大
资讯上，没办法反向从混乱的构型重建有序构型 因为重要的资讯已经遗失
所以天能如果真的能逆熵 你该考虑的 不是逆熵这件事 而是它那台机器可以违反:
1. 机率 2. 无中生有资讯 一直盯着熵减打 见树不见林
: 1. 台词里面提到正向和逆向的两个自己不能发生触碰否则会发生湮灭，是否可以视为
: 正物质与反物质的湮灭？
这东西个人推测是从CPT对称来的 C=charge 电荷 P=parity(镜像对称) T = time 时间
简单说 你如果把一些常见的正物质发生的反应 譬如说beta decay好了 拿去CPT变换
你会发现会变成 反物质 在镜像方向下 时间反演(逆衰变)
所以时间八九Nolan假设了时间反演後 原本的物质变成反物质了
当然啦 要严格检验应该是会怪怪的 但我只能跟你说合理的推测它脑洞应该是这样来的
: 2. 台词也一直提到宿命论，那在影片里面具体上跟因果决定论之间的关联性是？
: 3. 平行世界与多世界诠释之量子力学诠释，叠加态与分裂（再次回到挪威前货柜里的
: 对话）
: 4. 上帝会不会掷骰子？自由意志是否存在？是不是上面第三点的塌缩？
: 5. 在生物学的基因工程里，我们等於是在扮演上帝，所以我们非常重视因果决定论与
: 自由意志/宿命论。
剩下的我都看不懂 不评论了
讲了一堆废话 我觉得你要讨论就像这样 好好的把你的推论写完整
不然说实在 我不认为有人看得懂你在讲啥
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※ 文章网址: https://webptt.com/cn.aspx?n=bbs/movie/M.1726104282.A.545.html
1F：推 NG1028 : 同意，原po八成是fb常见的那种台湾老人 09/12 09:34
2F：推 pttnobody76 : 每个字都认识 合在一起看不懂说啥 09/12 09:35
修改了一下 从中间分隔线开始看就好
3F：推 xsion : 我看得懂你在说啥 但我看不懂上一篇原po在说啥 09/12 10:16
4F：推 j022015 : 我也觉得那台机器太作弊了 09/12 10:31
5F：→ kawazakiz2 : 我看完前三行後面就全部看不懂了 哈哈 09/12 10:35
6F：推 mefifthfloor: 跟我想的差不多 09/12 11:36
7F：推 pttnobody76 : 不是排版的问题啦 哈哈 09/12 11:56
8F：→ pttnobody76 : 是我没这方面的知识 09/12 11:56
9F：推 polo007 : 还是看不懂...我觉得我选择感受它 09/12 13:02
10F：推 Nemophila : 就是说即便熵增减可以让时间逆行 回到五分钟前原本 09/12 13:44
11F：→ Nemophila : 的主角也未必是五分钟前的他 09/12 13:45
以电影设定来说 一定不是 都演给你看了
※ 编辑: void (69.181.1.230 美国), 09/12/2024 14:03:07
12F：推 airmike : 你真认真，我推文的第一句有说到用一台机器用巨观的 09/12 14:02
13F：→ airmike : 熵增减能操控到微观的行为逆推重塑无法理解，这跟你 09/12 14:04
14F：→ airmike : 结论是一致的。後面只是我脑洞大开如果要熵减，是不 09/12 14:05
15F：→ airmike : 是直接让物质消失比较快? 09/12 14:05
看怎麽消失法 你一开始说的Thanos剩粉法只会让Entropy变大 原理跟上面积木例子一样
如果是物质消失 假设你还想维持质能守恒(如果连这条也要打破就要开更多脑洞)
那现在最新的物理学已经有一个吵得不可开交的现成例子 叫做 黑洞资讯悖论
内容:
1. 根据黑洞无毛定理 黑洞有且只有三个物理量: 质量 角洞量 电荷
2. 也就是说黑洞所包含的资讯很少 Entropy很低
3. 那它吸进一堆Entropy很高的物质 那些Entropy去哪了?
为了解释这个现在比较主流的解释是霍金辐射出来的粒子 与黑洞有量子纠缠
携带了一些资讯....那些物质的Entropy还留在黑洞视界面 随着黑洞表面积增大而增加
所以黑洞不违反热力学第二定律...云云
这不用科幻或啥脑洞 物理学家自己正对这问题玩的不亦乐乎
其实一堆理论物理学家的脑洞根本都比多数科幻电影编剧脑洞还大
什麽重整化 高维空间卷曲 多宇宙诠释 乱七八糟的东西多的很XD
16F：→ airmike : 熵减不能就不是重点 因为解释不了为什麽变成个体还 09/12 14:06
17F：→ airmike : 有他碰的某些东西可以逆行(汽车 手枪) 有些又不行? 09/12 14:06
※ 编辑: void (69.181.1.230 美国), 09/12/2024 14:14:48
18F：→ airmike : 看天能时，女科学家对开头解释子弹逆行那段，我大概 09/12 14:07
19F：→ airmike : replay了30遍 最後她下句说不用理解 感受就好=___= 09/12 14:08
20F：推 xsion : 时间逆行如果在平行宇宙还说得通 但在同一个宇宙就 09/12 14:25
21F：→ xsion : 永远解释不通 怎麽推导都是矛盾 导演也呛很明了 感 09/12 14:25
22F：→ xsion : 受这部电影 别再推敲原理了www 09/12 14:25
23F：推 airmike : 这就是黑洞证实存在後 天文物理学迷人的地方 09/12 14:42
24F：→ airmike : 搞不好我们的宇宙只是高维人的水族箱 黑洞是运用重 09/12 14:43
25F：→ airmike : 力在这个水族箱进行重整和创造的环节 甚至物质可能 09/12 14:44
26F：→ airmike : 流出这个水族箱外有一些处理 (类多宇宙/宇宙外互动) 09/12 14:45
27F：→ airmike : 百花争鸣的理论发想 09/12 14:46
28F：推 dbwu : 推解释好文 09/12 15:12
29F：推 cloud1030 : 是跟我想的差不多 但电影我还是看不懂 09/12 16:04
30F：推 cokecolatw : 推譬喻好懂 09/12 16:16
31F：推 Tommy14 : 未看先猜有人会推荐李永乐老师科普 09/12 16:32
32F：推 jamescle23 : 分析整合有料 09/12 16:34
33F：推 steven9927 : 跟我想的差不多 09/12 18:16
34F：推 km612tw : 推 09/12 18:49
35F：推 fmatt : 有料 09/12 22:18
36F：推 kiuygtde : 有料给推 09/13 01:31
37F：推 sg1987 : 好文推 09/13 10:46
38F：推 zhoyo99 : 高级回文，帮推 09/13 11:30
39F：推 xxx22088 : 我文组，看文章头有点晕 09/13 12:51
40F：推 eugeniajim : 因为你说的很好所以可以理解，但有个问题，组成恐 09/13 14:34
41F：→ eugeniajim : 龙的积木跟组成鳄鱼的积木是否有可能做标记？ 09/13 14:34
物理学上同一类的基本粒子每个都是相同的无法区分 这叫全同粒子
※ 编辑: void (67.188.8.241 美国), 09/13/2024 16:11:20
43F：推 airwaves06 : 我看到一半的时候还拉上去确认是不是张阿月红茶冰 09/13 23:52
44F：推 AntiEntropy : 1.我觉得天能本身是个闭环而且是命定论，那就不用 09/13 23:55
45F：→ AntiEntropy : 在意时间是正是反，是否是无中生有 09/13 23:55
46F：→ AntiEntropy : 2.不过我还是无法理解，老化没被逆转就是了，这篇 09/13 23:56
47F：→ AntiEntropy : 的假设也没提到 09/13 23:56
48F：推 AntiEntropy : 3.能不能做标记不知道，我们其实看不到这个世界的 09/13 23:58
49F：→ AntiEntropy : 後台程式码 09/13 23:58
50F：推 yymmdd : 楼上我现在知道你在乎的是什麽，电影只给物理画面， 09/14 10:07
51F：→ yymmdd : 如果是故意不给化学画面，你要的答案应该是"不是" 09/14 10:08
52F：→ prawinra : 逆时画面很简单；来猜如果要还原生锈的铁铜器要多久 09/15 22:06
53F：推 zhoyo99 : 科学家真的是会想一堆超难理解的假设 09/18 10:48
54F：→ zhoyo99 : 之前看霍金就有看到膜空间模型 09/18 10:48
55F：→ zhoyo99 : 到後来还有弦跟超弦理论这种重力痕迹 09/18 10:48
56F：→ zhoyo99 : 量子也是愈来愈扑朔迷离，彩蛋愈挖愈多 09/18 10:48
57F：→ zhoyo99 : 似乎注定人类永远解不开宇宙的谜底一样 09/18 10:48
58F：推 xsion : 本来目的是想找到至极至简的大一统理论 结果反而越 09/18 11:35
59F：→ xsion : 搞越复杂 搞到现在超弦理论也是冷却下去了 09/18 11:35