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为什么扭转扩散方向并不比扭转时间流逝容易?

2024-09-30科学

让我们同时讨论两个有趣的相关物理现象。其中之一是众所周知的扩散,它涉及通过不同级别的粒子自发运动来相互混合材料。第二个是一个非常难理解的东西,叫做熵。

瓶内反向扩散

根据经典概念,扩散过程的方向和扩散本身的驱动力是从有序状态向有序状态转变的愿望,或者更常说的,是系统熵的增加。

而且,人们似乎相信熵的方向总是相同的。从更有序的状态到不太有序的状态。但有一天,伟大的物理学家麦克斯韦提出了一个概念,称为麦克斯韦妖。

根据这个逻辑,如果你在一个封闭的系统中隐藏一些恶魔,并迫使它改变粒子的方向到所需的方向(这个逻辑有不同的解释),你将能够违反热力学定律,并且在同时发明了永动机。

恶魔必须在正确的时刻打开窗户,让高能粒子通过,将其与总质量分离

当这个逻辑被提出时,量子物理学正处于其发展的最初阶段。如果我们现在回到这个逻辑怎么办?也许新知识能让我们逆转扩散?

从理论上讲 ,是的,这是可能的,但实际上不可能。 你必须首先扭转所有导致扩散的因素。

将扩散想象为将一滴碘滴入一杯水中。酒精分子扩散,与水分子混合,直至分布均匀,得到固液。

反扩散就像试图神奇地分离碘溶液和水,将所有溶液分子带回到一个浓缩部分。这是一个新水平上的魔法,而量子力学即使完全控制了波函数的塌缩,也无法完全达到这个水平。

问题在于波函数塌缩的本质。当你测量一个量子系统时,它的波函数(描述其所有可能的状态)会塌缩成一种特定的状态。这种崩溃本质上是随机的:你可以影响概率,但无法预测确切的结果。

在这里,值得记住我的视频「事故并非偶然」。但即使你能以某种方式控制每一次崩溃,你仍然必须每次都进行测量。

扭转扩散需要极高的精确度和协调性。您必须完美地组织无数的测量才能将系统恢复到原始状态。这在理论上是不错的,但以目前的技术发展水平来说是不可行的。

这就像试图将十亿只猫放进一个小盒子里,每只猫都有自己的议程。从理论上讲这是可能的,但可能性对你不利。

信息丢失也会发生。这是一个艰难的时刻,我自己也无法完全描述,我也写了相关材料。众所周知,当波函数崩溃时,有关系统其他可能状态的信息就会丢失。逆转扩散需要恢复丢失的信息,这就像试图打开鸡蛋的包装一样。我们不了解信息的物理本质,更不知道如何从虚无中恢复信息。

事实证明,加深我们在量子力学领域的知识并没有给我们带来多大帮助。这里有一个非常有趣的点。我们已经讨论过好几次了,时间是一个难以理解的东西,时间旅行更可能属于科幻小说。但即使我们对简单物质有更深入的了解,我们也无法逆转扩散。有一个假设,熵的过程与时间的过程有着千丝万缕的联系,如果我们现在了解扩散逆转的本质,那么也许有一天我们能够找到时间流动的一些「基本」本质。相似性原则在这里也适用。