О необратимости времени в классической механике

Вообще-то время в классической механике обычно обратимо.

Можно объяснить популярно, что понимается под обратимостью. Если мы снимем на кинопленку некоторый процесс, а потом прокрутим эту пленку в обратную сторону, то в увиденном никто не заметит подвоха. Например, если тело падает с укорением на землю, то оно может точно так же подниматься вверх с замедлением; если один шарик ударит другой, и тот покатится, то если шарики будут иметь такие же скорости в другом процессе, какие имели в этом процессе в конце, но в другую сторону, то конечное состояние другого процесса будет такое же, каким было начальное состояние первого процесса, только скорости будут направлены в другую сторону.

В реальных процессах, конечно, подвох легко будет заметен потому, что есть неупругие взаимодействия и сила трения, из-за которых кинетическая энергия превращается в тепло. Понятно, что если кубик скользит по столу и останавливается, то при обратном просмотре получится нереальная ситуация, что кубик ни с того ни с сего начинает движение и разгоняется.

Но если диссипативных сил в системе нет, а все силы консервативны, то вроде бы процессы должны быть обратимы. Но есть и для такого случая пример необратимого процесса.

Пусть некоторое тело закатывается на горку. Если начальная скорость тела такова, что ее как раз хватает, чтобы забраться на вершину горки и там остановиться, то этот процесс получается необратим: если тело находится на вершине горки и покоится там, то, заглянув в карманный справочник "Законы Ньютона", оно читает в первом законе, что если на тело не действуют силы (а на ровной вершине горки сталкивающая сила равна нулю), то тело будет покоиться или продолжать равномерное прямолинейное движение. Так как скорости у тела на вершине нет, то ему ничего не остается, как оставаться навечно там в покое. Это очеивидно хотя бы из соображений симметрии: для тела все равно, в какую сторону скатиться, а если нет конкретного выделенного направления, то ни в одном направлении в классической механике тело не покатится.

Но, может, не бывает таких горок, на вершину которой тело может закатиться за конечное время? Такие горки бывают. Если, например, величина силы пропорциональна расстоянию от вершины в степени от 1 до 2 (F = k * x**alpha, 1 < alpha < 2), то, интегрируя, получаем конечное время закатывания на горку. Желающие легко могут проверить это самостоятельно. При степени 2 или больше получается бесконечное время движения, а при степени 1 и меньше в вершине горки получается излом.

В реальном мире, в неклассической, квантовой физике эти рассуждения уже не работают. Тело может скатиться с потенциальной горки, спонтанно нарушив симметрию. Может даже "просочиться" под барьером, если на вершине горки есть яма. Но в классической модели показанная несимметричность времени есть.

 

Другие заметки

На главную страницу сервера