Theorie der dissipativen Strukturen

PhysikmachtSpaß · Gast

Meine Frage:
Servus, ich bräuchte bitte mal von einigen Physikern hier eine fachgerechte Einschätzung. Und zwar bin ich auf einen Beitrag im "Gute Frage" Forum zum Thema Gravitation gestoßen. Wobei Gravitation hier gar nicht das Thema sein soll.
Mich beschäftigt viel mehr, dass derjenige, der hier die "Hauptantwort" auf die Frage gegeben hat ("Hamburger02), meint, dass so gut wie alle neuen physikalischen Theorien auf den Erkenntnissen von Ilya Prigogine aufbauen würden. Seine Erkenntnisse zu den dissipativen Strukturen hätten quasi die gesamte Physik "revolutiniert". In anderen Beiträgen nennt er auch noch drei verschiedene Paradoxa (Zeitparadoxa in Quantenmechanik, Kosmologie usw.), die quasi nur mittels Prigogines Arbeiten gelöst worden wären.
Zudem würde quasi die gesamte klassische Physik ein Grenzfall der nichtliniaren, dynamischen Physik Prigogines sein....

Jetzt mal ganz ehrlich: ist das seriös und hat er recht, oder ist das unhaltbar?
Mich bitte nicht falsch verstehen, ich will hier niemanden "auseinander nehmen lassen",ich bin einfach an Physik interessiert. Und irgendwie kann ich mir nicht vorstellen, dass Prigogine, auch wenn er einen Nobelpreis hat, quasi alle Fragen beantwortet und die gesamte Physik auf links gedreht hat...

Meine Ideen:
Hier ist noch die Quelle:
gutefrage.net/frage/woher-kommt-die-feldenergie-der-gravitation

PhysikmachtSpaß · Gast

Kann hier wirklich niemand etwas dazu sagen?

Hier nochmal Gedanken von mir: das die klassische Thermodynamik nur für Systeme gilt, die sich zumindest in der Nähe des thermodynamischen Gleichgewichts befinden, ist klar. Diese Limitierung steht auch in jedem Lehrbuch. Ansonsten finde ich diese Behauptung blösinning, zumindest die ganze klassische Mechanik funktioniert doch auch ohne irgendein thermodynamisches Gleichgewicht, sie kennt diesen Begriff ja nicht mal.
Und zu sagen, die bisherige Physik sei gescheitert, weil sie angeblich nicht die Entstehung des Lebens usw. erklären konnte? Denke, dass ist eher das Aufgabenfeld der Biologie...

Kennt hier jemand die drei Paradoxa, die Prigogine der Physik vorwirft? Was denkt ihr dazu? Ich zitiere mal aus dem Wikipedia Artikel über ihn:

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Das hier scheint in dem Zusammenhang interessant zu sein:

https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0218127495000028?journalCode=ijbc
WHY IRREVERSIBILITY? THE FORMULATION OF CLASSICAL AND QUANTUM MECHANICS FOR NONINTEGRABLE SYSTEMS
International Journal of Bifurcation and ChaosVol. 05, No. 01, pp. 3-16 (1995)

Abstract

Nonintegrable Poincaré systems with continuous spectrum (so-called Large Poincaré Systems, LPS) lead to the appearance of diffusive terms in the framework of dynamics. These terms break time symmetry. They lead, therefore, to limitations to classical trajectory dynamics and of wave functions. These diffusive terms correspond to well-defined classes of dynamical processes (i.e., so-called “vacuum-vacuum” transitions). The diffusive effects are amplified in situations corresponding to persistent interactions. As a result, we have to include already in the fundamental dynamical description the two aspects, probability and irreversibility, which are so conspicuous on the macroscopic level. We have to formulate both classical and quantum mechanics on the Liouville level of probability distributions (or density matrices). For integrable systems, we recover the usual formulations of classical or quantum mechanics. Instead of being irreducible concepts, which cannot be further analyzed, trajectories and wave functions appear as special solutions of the Liouville-von Neumann equations.

This extension of classical and quantum dynamics permits us to unify the two concepts of nature we inherited from the 19th century, based on the one hand on dynamical time-reversible laws and on the other on an evolutionary view associated to entropy. It leads also to a unified formulation of quantum theory avoiding the conventional dual structure based on Schrödinger’s equation on the one hand, and on the “collapse” of the wave function on the other. A dynamical interpretation is given to processes such as decoherence or approach to equilibrium without any appeal to extra dynamic considerations (such as the many-world theory, coarse graining or averaging over the environment). There is a striking parallelism between classical and quantum theory. For LPS we have, in general, both a “collapse” of trajectories and of wave functions for LPS. In both cases, we need a generalized formulation of dynamics in terms of probability distributions or density matrices.

Since the beginning of this century, we know that classical mechanics had to be generalized to take into account the existence of universal constants. We now see that classical as well as quantum mechanics also have to be extended to include unstable dynamical systems such as LPS. As a result, we achieve a new formulation of "laws of physics" dealing no more with certitudes but with probabilities. The formulation is appropriate to describe an open, evolving universe.

PhysikmachtSpaß · Gast

Vielen vielen Dank für die Einschätzung! Dann habe ich es ja hier mit einem richtigen Experten in Sachen Teilchenphysik zu tun Respekt!

Den Abstract habe ich mir gerade mal durchgelesen. Ohne jetzt im speziellen auf dieses Werk einzugehen: es stammt von 1995, und nun, fast 30 Jahre später, ist man an dieser Stelle noch nicht wesentlich weiter. Zumindest habe ich den Eindruck. Deshalb denke ich, kann hier noch nicht der Weisheit letzter Schluss gefunden worden sein.

Ich will Prigogines Werke auch gar nicht in Abrede stellen, er hat sich in der Biochemie bzw Nichtgleichgewichtsthermodynamik viel geleistet. Aber zu behaupten, er hätte die Physik komplett revolutioniert....das finde ich viel zu hoch gegriffen. Ebenfalls die These, dass die komplette Chaosforschung ohne ihn nicht möglich gewesen wäre.

Aber nun gut. Mal eine andere Frage. Weißt du zufällig, wie man dieses Paradoxon auflöst (Quelle: Uni Kiel tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw1_ge/kap_5/advanced/t5_2_1.html ):

"Entropie ist eigentlich in voller Schärfe nur für das thermodynamische Gleichgewicht (TD GG) definiert. Die Entropie von Systemen, die nicht im TD GG sind, ist erst mal nicht klar definiert.
Im TD GG gibt es aber gar keine Zeit mehr! Nichts ändert sich mehr, und deshalb kommt die Zeit als Variable auch nirgendwo mehr vor."

Vor allem ist es so, dass es keine Zeit mehr in Systemen, die sich im thermischen Gleichgewicht befinden, gibt? Da hat doch sicher auch die Relativitätstheorie ein Wort mitzureden...

Danke für die Hilfe![/quote]

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Ich würde das Problem etwas anders darstellen.

Die Relativitätstheorie betrachtet zunächst gar keinen Prozess, der eine reale Zeit definiert. Es gibt zwei Zeitbegriffe, nämlich die Koordinaten- und die Eigenzeit. Erstere ist eine reine Rechengröße, letztere ist das, was man Uhren oder alternden Beobachtern zuschreibt. Aber der Prozess selbst (die Schwingung eines Quarzes, die Zellalterung …) ist nicht Gegenstand der Relativitätstheorie, sondern einer anderen Theorie, die diese Vorgänge beschreibt (natürlich im Rahmen der RT).

Wenn du keinen geeigneten Prozess hast, dann hast du auch keine Zeit. Die Diffusion eines Gases würde ein (sehr unpraktisches) Zeitnormal beschreiben, ein Gas im thermodynamischen Gleichgewicht nicht.

PhysikmachtSpaß · Gast

Ok danke, das leuchtet schon ein.

Was mich persönlich noch etwas zum Nachdenken anregt: wenn die Entropie theoretisch nur für das thermische Gleichgewicht definiert ist, warum kann ich dann dennoch Prozesse berechnen, die sich nicht vollständig im thermischen Gleichgewicht befinden?

Ich denke da gerade zum Beispiel an den Otto-Prozess. Im oberen Totpunkt, kurz vor Beginn der Zündung (im Idealprozess die isochore Wärmezufuhr), ist das Kraftstoff-Luftgemisch auch turbulenten Strömungen unterworfen, und zum Beispiel bei Schichtladung inhomogen. Trotzdem kann man hier auch die Entropie bestimmen und entsprechende Berechnungen anstellen.

Ist eine scharfe Grenze bekannt, bis zu welchem Grad die Gleichgewichtsthermodynamik noch für solche genannten Problemstellungen funktioniert?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Was im Rahmen der Gleichgewichts-Thermodynamik gut funktioniert sind adiabatische Zustandsänderungen.

Zur Thermodynamik (weit) jenseits des Gleichgewichts kenne ich mich nicht aus.

Ein zentraler Punkt dabei ist wohl, dass man nicht mehr strikt von Thermodynamik sprechen kann. Die Idee der Thermodynamik ist, dass der momentane Zustand eines Systems durch einen Punkt im Zustandsraum mittels weniger makroskopischer Größen (Druck, Temperatur, Magnetisierung …) beschrieben werden kann; das trifft abseits des Gleichgewichts nicht mehr zu. Einfaches Beispiel: man kann den Zusammenhang zwischen den genannten Größen für diverse Substanzen makroskopisch beschreiben aber nur unzureichend erklären. Mittels mikroskopischer (quantenmechanischer) Modelle kann man diese Zusammenhänge jedoch verstehen, jedoch nicht mehr im Rahmen der Thermodynamik.

PhysikmachtSpaß · Gast

Ja, das leuchtet ein, was du sagst.

Hier habe ich auch nochmal eine interessante Arbeit zur Nichtgleichgewichtsthermodynamik gefunden. Dort heißt es sogar, man habe die analytische Mechanik mit der Thermodynamik vereinen können - von so einem unterfangen habe ich nun zum ersten mal gelesen...zudem habe man daraus den ersten und zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ableiten können. Eigentlich dachte ich, dass diese bis heute eher ein Axiom wären?
Da habe ich mich wohl geirrt bzw. wurde es mir so damals gelehrt. Vielleicht wird auch manchmal veraltetes Wissen gelehrt.

api-depositonce.tu-berlin.de/server/api/core/bitstreams/81b60bd8-ad40-4f29-a417-b88e66bb8567/content

PhysikmachtSpaß · Gast

Hallo, nochmal kurz eine Frage. Sind die drei genannten Paradoxa von Prigogine überhaupt richtige Paradoxa? Ich sehe da eigentlich überhaupt keine Probleme....für die Physik ist es ja auch nicht notwendig, ein Ereignis zu definieren. Und nur zu behaupten, weil die Physik nicht Ereignisse definiere, könne zb der Urknall nicht erfolgt sein...das kommt mir irgendwie absurd vor.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Kannst du diese Paradoxa bitte nochmal kurz zusammenfassen?

PhysikmachtSpaß · Gast

Ich versuche es mal. Ich habe leider nur Wikipedia als Quelle.

Mit dem Zeitparadoxon meint er glaube ich, dass die klassische Physik, stat. Mechanik und Quantenmechanik zeitinvariant ist. Es fehlt also der Punkt, an dem die Irreversibilitäten ins Spiel kommen.

Mit dem Quantenparadoxon ist vermutlich der Messprozess gemeint.

Und was das Kosmologische Paradoxon sagen soll, ist mir etwas schleierhaft. Angeblich könnte der Urknall nicht stattgefunden haben, da es in der "Zeitauffassung der Physik" keine Ereignisse gibt (laut Wikipedia Artikel).