Участник:Touol/Объединение термодинамики и механики

	Базовый уровень статей Выделить только проверенную информацию
	Создать черновик

Авторская работа Автор: Touol Работа не имеет рецензии.

Этот раздел содержит гипотетические предположения, которые на данный момент не имеют подтверждения или не признаны научным сообществом.

Аннотация

Получен и объяснен основной принцип механики - принцип минимума действия из принципа максимума энтропии.

Киты современной физики

Современная физика основана на 4 физических теориях: классическая механика на принципе минимума действия, термодинамика с принципом максимума энтропии, теория относительности и квантовая механика.

Весь 20 век все ожидали прорыва от объединения теории относительности и квантовой механики. Которое все не получается и не получается. Но я, думаю, что объединить эти теории невозможно без учета темодинамики, которую многие, думаю, ошибочно, считают следствием механики. Ниже, покажем, что механика на принципе минимума действия следствие термодинамики.

Принцип минимума информации о системе

Рассмотрим какую-либо физическую систему, состоящию из N частиц с 3N координатами и 3N импульсами. Чем больше параметров системы, координат и импульсов, нам не известно, тем больше энтропия рассматривоемой системы. То есть, чтобы предсказать динамику системы, нам нужно произвести суммирование по всем возможным неизвестным параметрам системы. Чем больше информаци, параметров системы, известно окружению системы, тем меньше доступная системе этропия. Соответственно можно сделать вывод, что информация о системе стремится к миниму как следствие принципа максимума энтропии.

$H\to max\Rightarrow I\to min$

Для энтропии выбранно обозначение $H$, чтобы не путать ее с обозначением механического действия $S$.

Механическое действие и Первое начало термодинамики

Сравним механическое действие и первое начало термодинамики?

$S=T-U_{p}$ (1)

$\delta Q=dU_{in}+\delta A$ (2)

Обе формулы следствие закона сохранения энергии. В (1), при отрицительном $S$ и увеличении $U_{p}$, кинетическая энергия $T$ расходуется на преодаление потенцильного барьера $U_{p}$. В (2), при отрицительном $\delta Q$ и расширении, внутренняя энергия $dU_{in}$ расходуется на работу совершаемую телом.

Обе формулы (1) и (2) определяют получение или отдачу энергии тела(системы) в(из) внешнию систему (окружение).

Upd. А вот и косяк $S=T-U_{p}$ - формула типа энергии, но вопрос равно ли действие отдаваемой или получаемой энергии? Над этим надо подумать. В общем тут пробел в док-вах.

Кинетическую энергию $T$ - можно сопоставить внутренней энергии $\delta U_{i}n$. Это как бы собственная энергия частицы.

Потенциальная энергия $dU_{p}=-Fdx$. А $\delta A=P\delta V$. Потенциальная энергия $dU_{p}=-Fdx$ - это работа против внешних сил.

Формулы похожи, но все таки $dU_{p}$ потенциальная энергия идет с минусом, а работа с плюсом.

То есть, $\delta Q=\delta U_{i}n+\delta A$ соответствует полная энергия частицы $E=T+U_{p}$. Док-во идеи разрушенно :-). И все что ниже не доказано.

Но если предположить, что механика все-таки следствие термодинамики, то можно сделать обратный вывод: информация о системе пропорциональна действию, а не энергии :-).

Upd2. Вспомним интеграл по путям Фейнмана

из w:Формулировка_квантовой_теории_через_интегралы_по_траекториям

Вклад истории в амплитуду пропорционален $e^{iS/\hbar }$, где $\hbar$ — постоянная Планка

То есть:

$\int Dx\,e^{iS[x]/\hbar }$

Можно переформулировать и уточнить гипотезу: получаемая информация о системе равна действию деленному на постоянную Планка.

$I=S/\hbar ,$

Информация о системе получается порциями - квантами действия. 1 квант - 1 бит информации. Информация выражается в битах.

Теперь гипотеза связи действия и информации, даже кажется очевидной. Из квантовой механики энергия излучается физическим телом порциями-квантами. Чему равна получаемая информация? Числу полученных квантов!!!

Для чистоты вывода механики из термодинамики, желательно, доказать гипотезу. То есть, показать, что, исходя из термодинамики, действие имеет структуру

$S=T-U_{p}$

Кинетическая(внутренняя) энергия минус потенциальная энергия(работа).

Это, наверно, возможно, но пока не понятно как. Очевидно нужно исходить из квантовой статистики. Неа!!! Все просто!!! Только запутался с плюсами-минусами.

Потенциальная энергия $dU_{p}=-Fdx$ - это работа внешних сил над системой. А термодинамическая работа $\delta A=P\delta V$ - это работа системы над внешними силами. То есть, $\delta A\iff -dU$. Формулы (1)(2) полностью аналогичны.

Действие - это энергия отдаваемая(получаемая) системой из вне.

Гипотеза связи отдаваемой получаемой энергии с информацией о системе

Информация о системе получается из взаимодействия системы с окружением. Предположим, что информация о системе пропорциональна энергии получаемой или отдаваемой системой.

$I\sim |\delta Q|=|S|$ (3)

Тогда принцип минимума действия, следствие принципа минимума информации о системе:

$H\to max\Rightarrow I\to min\Rightarrow S\to min$ (4)

Выводы

Хотя, считалось, что термодинамика следствии механики при учете статистики микро и макро состояний, полученно, что механика следствие термодинамики :-)!!! Это кажется неожиданным результатом, но исходя из опыта попыток изучения квантовых измерений я, подобное, уже искал и в итоге нашел :-).

Я практически уверен в справедливости (4), но как всегда для физики нужен практический опыт доказывающий теорию. Объединение термодинамики и механики получилось как вбоквел от попытки объединения термодинамики и теории гравитации, что я сейчас пытался разработать. Это будет уже счетная идея-теория и ее можно будет проверить. Только не хватает, наверно, нескольких моментов.