Re: [請益] 為何光速乃宇宙中最快速?

[pipidog (如果狗狗飛上天)]

好像有點lag,現在才注意到這篇文章. 沒太多要說,只想提供另一種觀點.

看到這篇文章多半都是從粒子或是相對論的觀點入手.但是本人是學凝態

的,所以實在搞不懂太高深的物理. 僅提供一種作凝態的人的觀點. 當然

這種觀點姑且聽之,茶餘飯後就好. 我自己都沒把握能對幾分,甚至很荒謬

也說不定.如果有先進有點想法歡迎指正.

對作凝態的人來講,比較喜歡的還是電啊,熱啊,光啊,這類的觀念,我個人比

較想從熱力學的觀點來切入這個關於光速問題.在開始討論之前,我想把光

速是極限這件事情分成兩件事來討論,第一是,這個宇宙間的速度,該不不該

有一個上限.第二個是,如果有,那為什麼是光.

先回答第二點,為什麼是光? 我的回答很簡單,因為光的質量等於零.而我們

對質量最古典的定義,本來就是物質在空間變換速度的難易程度.從這

觀點來看,猜測是質量=0的跑最快,似乎也滿合理的. (當然我知道這解釋你

肯定不會滿意,不過容我不在這問題上糾纏,我想講的是另一個問題.)

所以另一個問題是,那這個世界上訊息傳遞的速度,該不該有一個上限?

這裡我想企圖在一種純古典的概念下,也就是相對論出來前的認知下

闡述這件事情:

"如果宇宙間的速度沒有上限.我們將可能得到一台完美的卡諾熱機!"

但是卡諾熱機顯然是只存在於理想中的東西,現實生活中是不存在的.因此

只能否定速度可以無窮大這種事情了.

我們知道,相對論其實並不否定這世界上有超光速的事實. 例如光的相速

度就是可以超光速的. 但是群速度始終都是不可超越光速. 這其實不難理

解,因為平面波本身並不帶有訊息,是波包才帶有訊息. 而相對論真正約束

的,其實是訊息傳播的速度. 那麼,什麼是訊息呢?

如果有學過深一點的熱力學的人一定都知道,訊息指的是一種系統中出現

局域的負熵的狀態. 有些人更直接用"負熵流"來描述訊息的產生與散失.

如果從這個觀點來看的話,相對論似乎給了這種狀態的傳播一種上限.不過

這當然並不是很精確,因為相對論指的是一種微觀的行為,而負熵指的卻是

一種多粒子宏觀的行為.但是這個宏觀的行為仍不可超光速應仍是正確的.

那麼,假如宇宙間的速度並沒有上限,這也就是說,我可能創造出一個局域的

負熵態,而且將這個局域的負熵傳遞到很遠的地方去,而所需的時間為0.

假定熱力學的經驗法則正確,且適用於所以系統,那麼我們知道,所有的熱平

衡反應都是需要時間的.從資訊的觀點來看,熱平衡這件事情就是在訊息中不

斷的添加"噪音".當熵極大時,等於訊息完全被抹去,只剩噪音了.

這也就是說,我把一個負熵的局域態傳遞到另一個地方.這過程中將可以避開

熱平衡.這也就是說,我把訊息從A傳到B,這個過程中並沒有任何訊息的流失,

換言之,不存在熵增.宇宙間無所不在的"噪音"(熵增)並沒有被摻雜進我的

訊息之中.

我對訊息進行了某種操作,可是訊息卻毫無流失,這意味著在F=U-TS的過程中,

內能的變化完全等於自由能的變化.這顯然怪怪的,怎麼可能從A點傳播資訊到

B點,過程中完全沒有添加噪音呢? 從卡諾機的觀點來看,這等於是有了一台

美的卡諾機了

但妙就妙在,傳統上我們怎麼創造一台卡諾機呢? 考慮到熱平衡總之需要時

間的,所以我們在想像卡諾機的時候,必須假想我們的卡諾循環進行的非常非常

慢,對於每一步我們都要求要無窮長的時間. 這等於和我們前面假想的完全相

反了.

不過速度無限大的訊息傳遞也好,無限慢的卡諾循環也罷. 這都只能是假想.

熱力學的第二定律總是要求熵增的. 完美的卡諾機只能存在於教科書中.

提供另一種觀點來看光速傳遞的問題. 不曉得說不說的通就是了. 不過從這

個觀點切入,只是想凸顯"訊息"的傳遞跟熱力學中的"負熵"間的關聯. 當然

這樣的想像並無助於回答速度能不能非常接近無限大但不是無限大這類的問

題. (也就是上面那台假訊息傳播的想熱機,是否其效率是否有比1更低許多的

真實上限) 只是純粹提供另一種從熱力學看光速有限的觀點.

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不過個人覺得從熵的觀點入手來理解許多宇宙間的大問題都是很值得期待的.

例如霍金從研究黑洞的高負熵來得出關於黑洞蒸發的理論. 例如熵增的不可逆

性給出了時間一個明確的方向,而這個不可逆和微觀的時間反演對稱該如何調

合目前仍在爭論不休. 當然前幾年最引人注意的話題,莫過於是透過熵力概念

來解釋引力,竟然也得到了滿令人意外的成果.

從1877波茲曼提出s=klnW到今天也過了135年了.這麼長的時間過去,許多物理學

上的難題都被破解了,但我想大多數人還是在問同一個問題:

到底什麼是熵?

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◆ From: 128.120.178.195
※ 編輯: pipidog         來自: 128.120.178.195      (10/09 12:57)
推 emind:匈牙利人也說nobody knows what entropy really is
推 zealeliot:推熱力學觀點 來好好想想
推 jass970991:好棒!!!!!!!!!
推 Hurwitz:推!
推 Entropy1988:P大文常讓我覺得當初取帳號取得很天真
推 FantasyNova:QB知道 (靠我走錯板惹)
推 waddler:倒覺得熵沒有太多疑義.... 比較有問題的是 時間
→ waddler:如果時間依賴熵來定義 那要如何定義訊息熵的傳播速度?
推 ijsfkira:推
推 jksen:推
推 leo80042:推
推 herbert570:推
推 coda17:)
推 Frobenius:真特別的觀點 Good Job!
推 justsaygood:微離題一下,光在"跑" 是啥麼趨動它跑的?
推 a0184030:推
推 eighchin:先推在看
推 ooox:推
推 ToMoveJizz:說學凝態搞不懂高深的物理實在是謙虛了.......
推 louis925:推!! 第一次看到這樣從凝態出發的觀點!
推 laertes:推一下
推 rupcj8:真有趣的出發點
推 JohnMash:訊息=秩序=負熵流?
推 todaies:推  說得很好
→ pipidog:@JohnMash:是的,1bit=-kln2的熵.這是熱力學可推導出的.
→ pipidog:不過要在比較深的熱力學書,才會介紹到Shannon entropy
→ pipidog:我記得Carter的最後一章也有粗淺的介紹.
→ pipidog:資訊=負熵的精神在於,要產生資訊,一定要作功,資訊絕不可能
→ pipidog:無中生有.而且不只產生資訊要功,要保存資訊也需要作功.
→ pipidog:因此一個熱寂了的宇宙,不只時間沒了方向,宇宙間也不存在任
→ pipidog:何的資訊了.
→ pipidog:一個沒了資訊可以傳遞的宇宙,該怎麼談光速有限,滿有趣的
推 JohnMash:作功以及不可逆
→ Landau:大推