زمان از دیدگاه ساختی و بررسی نتایج آن

شرح دقیق مسئله

در دهه های گذشته، روللی ملاحظات جدیدی را به موقع در علوم فیزیکی مطرح کرد.[1,2,3] نیوتن در اصول ریاضی فلسفه طبیعی [4] دو تعریف از زمان ارائه کرد: زمان مقداری است که فرد در زمان نیاز به مکان یابی رویدادها معرفی می کند. زمان کمیتی است که حتی در غیاب رویدادها به طور یکنواخت جریان دارد و ساختار توپولوژیکی مناسبی را با متریک کاملاً مشخص ارائه می دهد. سپس، نسبیت خاص فضا و زمان نیوتنی را وارد فضا-زمان مینکوفسکی کرد، در حالی که، در نسبیت عام، تعریف زمان به سمت جنبه‌ای از میدان گرانشی تکامل می‌یابد[1,2,3]. اخیراً، Loop Quantum Gravity رویکردی مرتبط با نسبیت عام معرفی کرده است: زمان ساعت ترجیحی وجود ندارد، اما بسیاری از زمان‌های ساعت توسط ساعت‌های مختلف اندازه‌گیری می‌شوند. علاوه بر این، زمان‌های ساعت مانند هر متغیر دینامیکی دیگری تحت نوسانات کوانتومی استاندارد قرار می‌گیرند. علاوه بر این، برخی ملاحظات ترمودینامیکی در مورد زمان ساعت قابل اندازه گیری در رابطه با ادراک ذهن انسان معرفی شده است. در واقع، زمان ذهن دنباله‌ای از تصاویر است، که نتایج محرک‌های جاری است که توسط اندام‌های حسی درک می‌شود. اشاره شد که چگونه سرعت درک تغییرات در تصاویر ذهنی با افزایش سن کاهش می‌یابد، زیرا چندین ویژگی فیزیکی با سن [7] تغییر می‌کند. این نتیجه با معرفی قانون ساختاری تکامل معماری جریان به دست آمد. در نتیجه این رویکردهای به موقع، یک سوال خود به خود مطرح می شود: ماهیت فیزیکی زمان چیست؟ اخیراً با در نظر گرفتن برهمکنش پیوسته بین امواج الکترومغناطیسی محیطی و ماده، به دلیل وضعیت غیرتعادلی پیوسته واقعیت، رویکرد تحلیلی [9,10,11] را برای برگشت ناپذیری معرفی کرده ایم. به طور خاص، ما جذب-گسیل یک فوتون توسط یک الکترون اتمی را تجزیه و تحلیل کرده ایم و به برگشت ناپذیری موجود در این برهمکنش اشاره کرده ایم. برای انجام این کار، رویکرد قانون ساختی را در مکانیک کوانتومی معرفی کرده‌ایم. قانون ساختی نظریه ترمودینامیکی‌ای است که برای بهینه سازی عملکرد سیستم های جریان ترمو-سیال با تولید هندسه و ساختارهای جریان معرفی شده است. بنابراین، آن را به سمت یک نظریه ترمودینامیکی کلی تر بر اساس تجزیه و تحلیل شار از طریق مرز سیستم های باز توسعه یافته است. در نتیجه، به ما امکان می‌دهد بفهمیم که چگونه خودسازماندهی طبیعی و خود بهینه‌سازی تکامل می‌یابد[12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22]. این نظریه دیدگاه جدیدی را در مورد مرجان ها، پرندگان، جریان جوی و به طور کلی ماشین ها معرفی کرد. اخیراً ما قانون ساختاری را برای تجزیه و تحلیل بنیاد فیزیک اتمی در رابطه با برگشت ناپذیری کوانتومی معرفی کرده ایم تا پاسخی به مشاهدات آلبرت انیشتین در مورد محدودیت تجزیه و تحلیل انرژی در رابطه با برهمکنش فوتون-الکترون اتمی بدون هر گونه توجهی به اثر تکانه، پاسخی به دست آوریم. [23]. برای انجام این کار، ما ملاحظات انیشتین، شرودینگر و گیبس را در مورد برهمکنش بین فوتون‌ها و الکترون‌های اتمی، از دیدگاه میکروسکوپی، و ماده و تشعشعات حرارتی از دیدگاه ماکروسکوپی، دنبال کرده‌ایم. بنابراین، ماهیت ترمودینامیکی اتم‌ها را به‌عنوان سیستم‌های باز با سطوح انرژی توصیف‌شده توسط عدد کوانتومی اصلی n و در برهمکنش مداوم با تابش الکترومغناطیسی محیطی، به دلیل عدم تعادل، برجسته کرده‌ایم. در نتیجه، به دنبال رویکرد انیشتین، ما موج الکترومغناطیسی را به عنوان یک شار فوتون در نظر گرفتیم که به اتم ها و مولکول ها (سیستم های باز ما) وارد می شود. از دیدگاه ماکروسکوپی، امواج الکترومغناطیسی از اصل حداقل زمان فرما پیروی می کنند، در حالی که از دیدگاه میکروسکوپی، در سطح اتمی، بور جذب فوتون توسط یک الکترون را به عنوان یک فرآیند تشدید، با حداکثر نرخ جذب توصیف کرد. انرژی. قانون ساختاری به ما این امکان را می دهد که این رویکردها را به هم مرتبط کنیم [24,25,26]، و دیدگاه کاملا جدیدی برای تجزیه و تحلیل سیستم های کوانتومی باز به دست آوریم، و به ما امکان می دهد قضیه گوی-استودولا را نیز به سیستم های کوانتومی [27,28,29] با برخی برنامه های کاربردی برای سیستم های پیچیده مرتبط [30,31,32,33,34,35,36,37] معرفی کنیم. نتایج ما نشان داد که برهمکنش بین یک فوتون و یک الکترون اتمی بر سطح انرژی الکترون و مرکز جرم اتم تأثیر می‌گذارد و تغییر در تکانه و انرژی جنبشی مرکز جرم، ردپای تعامل را نشان می‌دهد. هدف این مقاله نشان دادن این است که این ردپای کوانتومی "منشاء زمان" است و به ویژه این که به دلیل برهم کنش مداوم بین تابش الکترومغناطیسی (فوتون ها) و ایجاد آنتروپی در کیهان، رابطه دقیقی بین زمان و تولید آنتروپی ماده (الکترون اتمی) وجود دارد. در هر علمی، بلکه در زندگی روزمره، زمان نمایانگر یکی از کمیت های اساسی است. بهتر است، هیچ چیز اساسی‌تر از زمان وجود ندارد، زیرا تمام فرآیندهای طبیعت، و همه روابط در زندگی ما، فقط بر اساس زمان تعریف می‌شوند. علاوه بر این، مفهوم زمان برجسته شد که باید از طریق یک رابطه صمیمی مرتبط با جریان ها پدیدار شود. سوال اساسی این است: کدام جریان را باید در نظر بگیریم؟ در اینجا، ما در نظر میگیریم که جهان ما همیشه در حالت عدم تعادل است، بنابراین، شارهای پیوسته انرژی به شکل امواج الکترومغناطیسی (شار فوتون ها از دیدگاه میکروسکوپی) رخ می دهد. در نتیجه، تجزیه و تحلیل برهمکنش‌های بین این امواج و ماده، در تعریف برگشت ناپذیری و خود زمان، اساسی است. نظریه ترمودینامیکی که موضوع تحقیق خود را بر روی شارها متمرکز می کند، قانون سازه است. بنابراین، در این مقاله، ما فقط قانون ساختاری را برای تجزیه و تحلیل برهمکنش‌های بین فوتون‌ها و الکترون‌های اتمی و ارتباط آن‌ها با برگشت ناپذیری و در نتیجه تعریف زمان معرفی کرده‌ایم. در واقع، ما ثابت کرده‌ایم که برهمکنش الکترون فوتون-اتمی یک ردپای انرژی ایجاد می‌کند، که در رابطه زیر بیان شده است، Eftp=ΔEph=ΔECM=⟨ψr,RHψfr,R⟩=meM Eph مطابق با نتایج تجربی به‌دست‌آمده توسطDoyle [39]. علاوه بر این، این نتیجه همچنین پاسخی به سوال مطرح شده توسط انیشتین [23] در مورد تجزیه و تحلیل برهمکنش بین تشعشع و مولکول ها هنگامی که تشعشع حرارتی در نظر گرفته می شود را نشان می دهد. در واقع، انیشتین تأکید کرد که «به طور کلی شخص خود را به بحث در مورد تبادل انرژی محدود می‌کند، بدون اینکه مبادله تکانه را در نظر بگیرد. در این مورد به راحتی این احساس توجیه می شود، زیرا کوچک بودن تکانه های منتقل شده توسط میدان تشعشعی نشان می دهد که تقریباً همیشه می توان آنها را در عمل نادیده گرفت، در مقایسه با سایر اثراتی که باعث حرکت می شوند. با این حال، برای یک بحث نظری، چنین تأثیرات کوچکی باید کاملاً برابر با تأثیر آشکارتر انتقال انرژی تابشی در نظر گرفته شود، زیرا انرژی و تکانه به نزدیکترین راه ممکن به هم مرتبط هستند.» در تحلیل این فرآیند کوانتومی، زمان هرگز ظاهر نمی شود. اما، می توان آن را با معرفی رابطه بین ردپای انرژی و توانی که فرآیند تولید می کند، یعنی قدرت موج الکترومغناطیسی مربوط به جریان فوتون تعریف کرد. به طور خلاصه، زمان به عنوان ردپای برگشت ناپذیری منتج می شود. اما برگشت ناپذیری با استفاده از آنتروپی توصیف می شود. در نتیجه، ما یک بیان ترموفیزیکی زمان را با استفاده از تولید آنتروپی، معادله t=SS به دست آورده‌ایم. بحث تعریف و درک ماهیت زمان دشوار است، اما به دلیل نقش اساسی آن در فیزیک و علم بسیار مهم است. در واقع، همه چیز در زمان تکامل می یابد. در فیزیک نیوتنی، زمان یک متغیر ریاضی است. هر گونه تغییر در مقادیر فیزیکی به آن اشاره دارد. اما، چیزی واقعی نیست: فقط یک متغیر ریاضی باقی می ماند[40]. همزمانی و مدت زمان پدیده ها مطلق است: مدت زمان خاصیت انتزاعی کل است. بنابراین، عمر یک ذره رادیواکتیو یک فاصله زمانی بین دو لحظه ریاضی است که توسط یک ساعت جهانی [40] اندازه گیری می شود. اینشتین یک رویکرد کاملاً جدید به زمان در نسبیت ارائه کرد. در نسبیت، مفهوم زمان نتیجه اصل تغییرناپذیری سرعت نور است که نسبیت همزمانی از آن پیروی می کند. بنابراین، دو ناظر اینرسی در حالت‌های مختلف حرکت، در لحظه‌هایی که فاصله زمانی یک رویداد را مشخص می‌کنند، توافق ندارند. لحظه ها و مدت زمان به ناظر بستگی دارد. جهان فیزیکی فضا-زمان است، فضایی ریاضی که به طور پیوسته با ساعت های ایده آل پر شده است. این ساعت ها همگی با توجه به یک ناظر مشخص هماهنگ می شوند، که مدت زمان یک پدیده را از طریق دو ساعت واقع در مکان هایی که پدیده شروع و پایان می یابد اندازه گیری می کند. بنابراین، ناظر اینرسی دیگری، در حرکت نسبت به اولی، بر مختصات فضا-زمان همان رویدادها توافق ندارد. در نتیجه، این پدیده نسبت به آنها مدت زمان متفاوتی را نشان می دهد. بنابراین، طول عمر متوسط یک ماده رادیواکتیو مطلق نیست [40,41]. در رابطه با آزمایش‌های تجربی در مورد اتساع زمان نسبیتی، به نیاز به تمایز واضح بین اثر اتساع زمان و اثر ساعت اشاره شده است. در نتیجه این تمایز، لازمه تعریف زمان فیزیکی پدیدار می شود[40]. به طور خلاصه، در فیزیک نیوتنی، زمان به طور مستقل توسط ناظران با سرعت ثابتی جریان دارد. برعکس، در نسبیت خاص، با نرخ های متفاوتی برای ناظران مختلف جریان دارد. در نهایت، در نسبیت عام، اثر جریان زمانی در حضور میدان‌های گرانشی تحلیل می‌شود. بنابراین، در نسبیت، زمان ارتباط تنگاتنگی با فضا دارد و مفهوم فضا-زمان را پدید می‌آورد که در آن فضا و زمان را نمی‌توان به عنوان موجودیت‌های مجزا در نظر گرفت. زمانی که زمان در ساختار مناسب فضا-زمان گنجانده می شود، به کمیت هندسی تبدیل می شود که بر تمام پدیده های طبیعی، از جمله فرآیندهای کوانتومی، تأثیر می گذارد. براون[44] در توافق با بل [42] و پائولی [43] تاکید کرده است که ساعت‌ها زمان را اندازه‌گیری نمی‌کنند، اما رفتار آن‌ها با برخی از جنبه‌های فضازمان مرتبط است. ساعت‌های نسبیتی مدت‌های متفاوتی را بین دو رویداد ثبت می‌کنند، تنها در صورتی که در پتانسیل‌های گرانشی متفاوت باشند. علاوه بر این، سیستم های فیزیکی در فضای فاز به دنبال مسیر تکامل می یابند که آنتروپی را افزایش می دهد. در ارتباط با این افزایش، پیکان زمان ظاهر می شود، بنابراین این موضوعی را نشان می دهد که برگشت ناپذیری ترمودینامیکی را با فیزیک کوانتومی پیوند می دهد. این ملاحظات نیاز به تعریف فیزیکی زمان را برجسته می کند. نتیجه ما به این نیاز پاسخ می دهد. در واقع، نتایج به‌دست‌آمده در اینجا در بخش روش به ما این امکان را می‌دهد که اشاره کنیم که زمان به دلیل تعامل بین سیستم (اتم در تجزیه و تحلیل ما) و محیط آن، ردپایی از برگشت ناپذیری است. نتایج ما از توزیع آماری ردپاها مطابق با ترمودینامیک، فقط بر اساس توصیف ماکروسکوپی توزیع آماری مقادیر فیزیکی پشتیبانی می‌کند. بنابراین، زمان ماکروسکوپی توصیف ماکروسکوپی توزیع آماری ردپای انرژی به دلیل برهمکنش‌های برگشت‌ناپذیر پیوسته بین تابش الکترومغناطیسی و ماده (فوتون‌ها و الکترون‌های اتمی یا مولکولی) به دلیل وضعیت غیرتعادلی جهان ما است. به ویژه وجود شارهای انرژی (و ماده) راه برهم کنش است. بنابراین، در تحلیل خود می توانیم مواردی را در نظر بگیریم: اتم بدون برهمکنش را می توان یک سیستم ایزوله در نظر گرفت و هر فرآیندی در داخل آن کاملاً برگشت پذیر است. اتم در برهمکنش با فوتون یک سیستم باز است که در آن شار رخ می دهد: در این حالت یک فوتون می تواند جذب شود و الکترون اتمی می تواند یک انتقال انرژی داشته باشد، سپس الکترون می تواند در حالت انرژی بنیادی خود به پایین بپرد، با گسیل فوتون مرتبط. : سیستم در معرض جریان و خروج فوتون ها قرار می گیرد. اتم در برهمکنش تحت فرآیند برگشت ناپذیر آشفتگی مرکز جرم خود قرار می گیرد: این اتم باز برگشت ناپذیر است، فقط به این دلیل که در تعامل با محیط است و در معرض شار قرار می گیرد. در نهایت، از نقطه نظر ترمودینامیکی فقط مدت زمان در رابطه با زمان فیزیکی معنا دارد. بنابراین، فقط مدت زمان قابل اندازه گیری است. در واقع، تعریف ما از زمان مربوط به تولید آنتروپی است، که تغییر آنتروپی به دلیل برگشت ناپذیری ایجاد شده در طول تعامل است. با توجه به این ملاحظات، می توان این نکته را برجسته کرد که اگر سیستم تحت فرآیندهای برگشت پذیر قرار گیرد، برگشت ناپذیری رخ نمی دهد و در روابط زیر و t=SS ردپای برگشت ناپذیری از بین می رود و زمان پوچ می شود. بنابراین، در فرآیندهای کاملاً برگشت‌پذیر، سیستم‌ها فقط در مولفه فضایی فضا-زمان حرکت می‌کنند، بدون اینکه حرکتی در اجزای زمانی داشته باشند. بنابراین، به نظر می رسد هر سیستم کاملاً برگشت پذیر می تواند در موقعیت فضایی ناپدید شود و بدون صرف زمان در هر موقعیت فضایی دیگری ظاهر شود. t=EftpQ=meM Eph12ε0cEel2+12μ0cBm2A منابع و ارجاعات 1. Rovelli, C. Quantum mechanics without time: a model. Physical Review D 42, 2638 (1991). 2. Rovelli, C. Time in quantum gravity: an hypothesys. Physical Review D 43, 442 (1991). 3. Rovelli, C. Statistical mechanics of gravity and the thermodynamic origin of time. Classical and Quantum Gravity 10, 1549 (1993). 4. Newton, I. (translated by Cohen, I. B. & Whitman, A.). Te Principia, 3rd Edition (1726) (University of California Press, Berkeley, 1999). 5. Bejan, A. Why the Days Seem Shorter as We Get Older. European Review 27, 187–194 (2019). 6. Bejan, A. Te golden ratio predicted: Vision, cognition and locomotion as a single design in nature. International Journal of Design & Nature adn Ecodynamics 4, 97–104 (2009). 7. Bejan, A. Why the bigger live longer and travel farther: Animals, vehicles, rivers and the winds. Scientifc Reports 2, 594 (2012). 8. Lorenzini, G. & Biserni, C. Te constructal law: From design in nature to social dynamics and wealth as physics. Physics of Life Reviews 8, 259–260 (2011). 9. Lucia, U. Electron-photon interaction and thermal disequilibrium irreversibility. International Journal of Quantum Foundations 3, 24–30 (2017). 10. Lucia, U. Macroscopic irreversibility and microscopic paradox: A constructal law analysis of atoms as open systems. Sci. Rep. 6, 35792 (2016). 11. Lucia, U. Unreal perpetual motion machine, Rydberg constant and Carnot non-unitary efciency as a consequence of the atomic irreversibility. Physica A 492, 962–968 (2018). 12. Bejan, A. Shape and Structure, from Engineering to Nature (Cambridge University Press, Cambridge, 2000). 13. Bejan, A. & Lorente, S. Design with Constructal Teory (John Wiley & Sons, Hoboken, 2008). 14. Bejan, A. & Lorente, S. Te constructal law and the evolution of design in nature. Phil. Trans. B 1545, 365 (2010). 15. Reis, A. H. Constructal theory: from engineering to physics, and how fow systems develop shape and structure. Appl. Mech. Rev. 59, 262–282 (2006). 16. Miguel, A. F. Te physics principle of the generation of fow confguration. Phys. Life Rev. 8, 243–244 (2011). 17. Miguel, A. F. & Bejan, A. Te principle that generates dissimilar patterns inside aggregates of organisms. Physica A 388, 727–731 (2009). 18. Bejan, A. Advanced Engineering Termodynamics (John Wiley, New York, 2006). 19. Reis, A. H. Design in nature, and the laws of physics. Phys. Life Rev. 8, 255–256 (2011). 20. Bejan, A. Te constructal law of organization in nature: Tree-shaped fows and body size. J. Exp. Biol. 208, 1677–1686 (2005). 21. Bejan, A. & Lorente, S. Te Physics of Life: Te Evolution of Everything (St. Martin’s Press, New York, 2016). 22. Reis, A. H. Use and validity of principles of extremum of entropy production in the study of complex systems. Ann. Phys. 346, 22–27 (2014). 23. Einstein, A. Zur Quantentheorie der Strahlung (on the Quantum Teory of Radiation). Physikalische Zeitschrif 18, 121–128 (1917). 24. Lucia, U. Considerations on non equilibrium thermodynamics of interactions. Physica A 447, 314–319 (2016). 25. Lucia, U. Quanta and entropy generation. Physica A 419, 115–121 (2015). 26. Lucia, U. Second law considerations on the third law: From boltzmann and loschmidt paradox to non equilibrium temperature. Physica A 444, 121–128 (2016). 27. Lucia, U. Te gouy-stodola theorem as a variational principle for open systems. Atti dell’Accademia Peloritana dei Pericolanti 94, A4 (2016). 28. Lucia, U. Some considerations on molecular machines and loschmidt paradox. Chemical Physics Letters 623, 98–100 (2015). 29. Lucia, U. Entropy production and generation: clarity from nanosystems considerations. Chemical Physics Letters 629, 87–90 (2015). 30. Lucia, U. & Açıkkalp, E. Irreversible thermodynamic analysis and application for molecular heat engines. Chemical Physics 494, 47–55 (2017). 31. Lucia, U. A link between nano- and classical thermodynamics: Dissipation analysis (the entropy generation approach in nanothermodynamics). Entropy 17, 1309–1328 (2015). 32. Lucia, U. & Grisolia, G. Second law efciency for living cells. Frontiers of Bioscience 9, 270–275 (2017). 33. Lucia, U. Entropy generation and the fokker-planck equation. Physica A 393, 256–260 (2014). 34. Lucia, U. & Grisolia, G. Constructal law and ion transfer in normal and cancer cells. Proceedings of the Romanian Academy A Special Issue, 213–218 (2018). 35. Lucia, U., Grisolia, G., Ponzetto, A. & Deisboeck, T. S. Termodynamic considerations on the role of heat and mass transfer in biochemical causes of carcinogenesis. Physica A 490, 1164–1170 (2018). 36. Lucia, U., Grisolia, G. & Astori, M. R. Constructal law analysis of cl- transport in eyes aqueous humor. Scientifc Reports 7, 6856 (2017). 37. Lucia, U., Ponzetto, A. & Deisboeck, T. S. A thermo-physical analysis of the proton pump vacuolar-atpase: Te constructal approach. Scientifc Reports 4, 6763 (2014). 38. Lobo, F. & Crawford, P. Time, closed timelike curves and causality. NATO Sci. Ser. II 95, 289 (2003). 39. Doyle, R. O. Te continuous spectrum of the hydrogen quasi-molecule. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 492, 1555–1569 (1968). 40. Borghi, C. A critical analysis of the concept of time in physics. Annales de la Fondation Louis de Broglie 41, 99–130 (2016). 41. Hafele, J. C. & Keating, R. E. Around-the-World Atomic Clocks: Predicted Relativistic Time Gains. Science 177, 166–168 (1972). 42. Bell, J. S. Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics (Cambridge University Press, Cambridge, 1987). 43. Pauli, W. Encyklopaedie der matematischen Wissenschafen, mit Einschluss ihrer Anwendungen, Vol. 5, Relativitatstheorie (B. G. Teubner Verlag, Leipzig, 1921). 44. Brown, H. R. Te behaviour of rods and clocks in general relativity, and the meaning of the metric feld. Einstein Studies 14, 151–66 (2018). 45. Alonso, M. & Finn, E. J. Fundamental University Physics. Vol. III. Quantum and Statistical Physics (Addison Wesley, Boston, 1968). 46. Landau, L. D. & Lifshitz, E. M. Quantum Mechanics (Pergamon Press, Oxford, 1965). 47. Feynman, R., Leighton, R. B. & Sans, M. Te Feynman Lectures on Physics. Vol. III (Addison Wesley, Boston, 1964). 48. Doyle, R. O. Great Problems in Philosophy & Physics - Solved? (Information Philosopher, Cambridge, 2016). 49. Doyle, R. O. Te Origin of Irreversibility (Information Philosopher, www.informationphilosopher.org, 2019 (Last access)). 50. Feynman, R., Leighton, R. B. & Sans, M. Te Feynman Lectures on Physics. Vol. II (Addison Wesley, Boston, 1964). 51. Lucia, U. & Grisolia, G. Time: A footprint of irreversibility. Atti dell’Accademia Peloritana dei Pericolanti 97, SC1–SC4 (2019). 52. Beretta, G. P. & Gyfopoulos, E. P. Electromagnetic Radiation: A Carrier of Energy and Entropy. Journal of Energy Resources Technology 137, 021005 (2015).