Ich möchte einen naturwissenschaftlichen Artikel schreiben, in dem ich Kollisionen von Gasmolekülen mit denen von Billardkugeln vergleiche. Ein wesentlicher Unterschied besteht natürlich darin, dass Billardkugeln nach einem Stoß nur eine begrenzte Anzahl von Kollisionen ausführen. Wenn diese Anzahl hinreichend groß ist, ist mein Vergleich recht gut geeignet, Vorgänge in idealen Gasen zu veranschaulichen. Nehmen wir an, ich könnte einen Billardspieler überreden herauszufinden, wie viele Kollisionen er mit einem einzigen kräftigen Stoß auslösen kann. Ist dann folgende Vorstellung realistisch? Auf dem Tisch liegen eine Spielkugel und drei Zielkugeln. Nach einem Stoß bewegen sich die Kugeln so, dass jede der Zielkugeln mindestens eine Kollision mit der Bande ausführt. Kann man ein solches Szenario sogar noch steigern: weitere Kollisionen, auch Kollisionen zwischen Kugeln, mehr als drei Zielkugeln?
Was soll denn der tiefere Sinn dahinter sein? Und was soll der Versuch mit dem Spieler „beweisen“?
Ich bin darauf nicht näher eingegangen, weil ich befürchtete, damit Missverständnisse auszulösen. Aber ich will die Frage beantworten: In meinem Artikel geht es um die Zeitsymmetrie der klassischen Mechanik. Man kann das so veranschaulichen: Nehmen wir an, ich lasse ein Video, das einen Ausschnitt aus einem Billard-Spiel zeigt, rückwärts laufen. In manchen Fällen kann man nicht erkennen, dass das Video rückwärts läuft. Die Zuschauer sehen einen Vorgang, der den Gesetzen der klassischen Mechanik entspricht. Wenn man dagegen einen Video-Ausschnitt von einem Anstoß beim Pool-Billard rückwärts laufen lässt, wird das den Zuschauern sofort auffallen. Der gezeigte Vorgang entspricht aber ebenfalls den Gesetzen der klassischen Physik. Allerdings ist er außerordentlich unwahrscheinlich. Wenn ich dieses Beispiel bringe, liegt der Einwand nahe, dass es technisch gar nicht möglich ist, einen „invertierten Anstoß“ mit einem einzigen Stoß auszulösen. Meine Hoffnung ist aber, dass man ein ähnliches Szenario mit einer geringen Anzahl von Kugeln verwirklichen kann. Macht das verständlich, worum es mir geht?
Die „technische Unmöglichkeit“ liegt darin begründet, daß die Kugeln durch Reibung viel zu schnell zum Stillstand kommen, als daß sich solch interessante Kollisionen ergeben könnten. Aber Reibung wird vom Physiker mit nem einfachen Nebensatz ausgeschaltet, und dann rollen die Kugeln ewig.
Insofern zählt die technische Unmöglichkeit nicht.
Zu deiner Eingangsfrage:
Jeder Anfänger schafft einen Anstoß mit drei Spielkugeln, so daß jede Kugel mindestens eine Bande berührt. Mit zunehmender Anzahl von Spielkugeln wird das natürlich schwerer. Aber was genau willst du damit eigentlich bezwecken?
Nicht wirklich. Wo ist denn die Reibung bei deinen zeitsymmetrischen Gasmolekülen?
Btw., selbstverständlich hängt die Anzahl von möglichen Kollisionen von der Heftigkeit des Stoßes ab. Und von der Beshaffenheit der bande. Und von der Reibung des Tuches. Was soll denn da irgendwas beweisen?
Ich habe mich inzwischen mit einem Billard-Club in Verbindung gesetzt und eine zielführende Antwort von einem Mitglied, einem Physiker, erhalten. Man kann mit dem Versuch, den ich im Sinn habe, natürlich nichts beweisen, aber etwas veranschaulichen: Es geht um die Lösung des Problems, wie in einem System, für das die zeitsymmetrischen Gesetze der klassischen Mechanik gelten, ein zeitlich asymmetrischer Vorgang entstehen kann. Der Lösungsansatz ist ein Verweis auf die Anfangsbedingungen des Prozesses. Im kosmologischen Maßstab: Die äußerst geringe Anfangsentropie des Universums führt mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem Anstieg der Entropie. Beim Billard: Die äußerst geringe Entropie beim Anstoß (Kugeln geordnet) führt mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einer höheren Entropie (Kugeln ungeordnet). Der Witz an meinem Beispiel: Der umgekehrte Vorgang ist beim Billard sehr unwahrscheinlich, aber physikalisch und auch technisch (!!!) möglich (keine unüberwindlichen Reibungskräfte). Der umgekehrte kosmologische Vorgang ist ebenfalls möglich, aber sehr unwahrscheinlich. Er würde dazu führen, dass es in unserer Welt niemanden gäbe, der sich mit Fragen der Physik beschäftigt. Alles klar?
Îch dachte, du wärest einer.
Am Anfang jedenfalls.
Naja, hier hast du auch eine Antwort von einem Physiker bekommen.
Welcher Vorgang genau?
Es mag eine verschwindend geringe Möglichkeit geben, daß die Kugeln aus allen Richtungen so zusammenfinden, daß die Spielkugeln in der dreieckigen Startposition liegen bleiben, und die weiße Kugel Richtung Queue davon saust.
Das Video davon rückwärts abgespielt wird auf den ersten Blick aussehen wie ein normaler Anstoß. Auf den zweiten aber doch merkwürdig. Denn: Die weiße Kugel wird vom Queue gestoßen, und rollt auf die Spielkugeln zu, wird dabei immer schneller. Nach dem Stoß rollen die Spielkugeln zunächst langsam, dann immer schneller davon.
Merke: Sobald Reibung ins Spiel kommt, ist auch klassische Mechanik nicht mehr zeitsymmetrisch!
Schaltest du die Reibung ab, sieht das ganze schon anders aus. Dadurch verbietet sich aber die Frage nach der technischen Möglichkeit.
Und die Energie, die du rein stecken musst, damit alle Spielkugeln am Ende wieder zusammen finden, wird wahrscheinlich groß genug sein, um mindestens eine Kugel zerspringen zu lassen.
Aber du solltest dich nicht zu sehr auf all das versteifen. Das Billard-Spiel ist wie du sagst sehr gut geeignet als anschauliches Beispiel, und der Hinweis, daß auch das Billardspiel gar nicht zeitsymmetrisch ist, ist doch nur von Vorteil.
Das hat er gesagt? Und er ist Physiker? Mir kam komischerweise direkt der zweite Hauptsatz der Thermodynamik in den Sinn, der zwar der Aussage nicht unmittelbar nicht widerspricht, aber den Begriff „hohe Wahrscheinlichkeit“ in ein anderes Licht rückt als ihn die meisten Nichtnaturwissenschaftler interpretieren würde.
Vielen Dank für deinen anregenden Beitrag. Ich hatte auch Bedenken im Hinblick auf die Kraft, die man für den Versuch aufwenden muss, die Kugeln in die dreieckige Startposition zu stoßen. Der Experte vom Billard-Club war allerdings erstaunt darüber, dass ich das als problematisch ansehe. Er sandte mir ein Video zu, das seine Auffassung zu stützen scheint. Die Reibungskräfte, auf die du mich hinweist, sind allerdings wirklich problematisch. Ich habe das Video des Experten rückwärts laufen lassen. Man nimmt tatsächlich eine scheinbare Beschleunigung der Kugeln wahr. Wenn man die Zuschauer täuschen will, muss man also noch eine progressive Zeitlupe verwenden. Das Trick-Video darf natürlich nur einen geeigneten Ausschnitt des Vorgangs zeigen. Wenn der Queue sichtbar wird, fliegt der Schwindel sofort auf.
Die reduktive Standard-Erklärung für den 2. Hauptsatz der Thermodynamik ist tatsächlich probabilistisch. Dabei ist allerdings von überwältigenden Wahrscheinlichkeiten Rede. David Albert vertritt dagegen einen deterministischen Ansatz auf der Grundlage der GRW-Theorie der Quantenmechanik. Einen Überblick dazu findest du hier:
https://plato.stanford.edu/entries/time-thermo/
Zur Vertiefung findest du in diesem Artikel zahlreiche Literaturhinweise. Die Stanford Encyclopedia of Philosophy ist übrigens, anders als übliche Artikel im Web, zitierfähig für wissenschaftliche Arbeiten.
Ich fasse zusammen: Du stellst eine Frage, fragst einen angeblichen Physiker, dessen hier wiedergegebene, angebliche Aussage eher fragwürdig ist und belehrst diejenigen, die hier geantwortet haben mit dieser, und belehrst mich anschließend über die Hintergründe der eher fragwürdigen, angeblichen Aussage des angeblichen Physikers.
Da kommt bei mir eine Frage auf: warum fragst Du hier eigentlich?
Deinem Beitrag entnehme ich, dass dich meine Beiträge ärgern. Das tut mir leid. In einem solchen Fall versuche ich, zu deeskalieren. Also: 1. Deine Begründung, warum du verärgert bist, verstehe ich nicht. Ich übernehme die Verantwortung dafür und unterstelle, dass es nicht an dir legt, wenn ich deine Begründung nicht verstehe, sondern an mir. 2. Wenn du in diesem Zusammenhang die Ausdrücke „angeblich“ und „fragwürdig“ verwendest, machst du von deinem Recht auf freie Meinungsäußerung Gebrauch, wie ich, nebenbei bemerkt, auch. Das ist in Ordnung. 3. Warum ich hier frage: Ich hatte ursprünglich meine Frage in dieser Gruppe platziert. Erst später kam ich auf die Idee, mich an einen Billard-Club zu wenden. Im Nachhinein stelle ich fest, dass es keine schlechte Idee war, die Frage hier zu stellen, da ich anregende Rückmeldungen erhielt, insbesondere von sweber.
Schau mal. Leider habe ich keine Möglichkeit gefunden, Videos hochzuladen. Ersatzweise diese Bildsequenz. Diese Bilder habe ich mit einem geeigneten Programm zu Videos verbunden, einmal vorwärts, einmal rückwärts, und zwar so, dass das reibungsbedingte Abbremsen und die scheinbare Beschleunigung verdeckt sind. Ich zeige dir das nicht, um deinen berechtigten Bedenken zu widersprechen, sondern weil ich den „invertierten Anstoß“ für amüsant halte. Nun wünsche ich dir alles Gute zum Jahresende und zum Neuen Jahr und viele weiter anregenden Diskussionen bei wer-weiss-was.
Der guten Ordnung halber noch die Quellenangabe zu den Bildern: nach einem Video von pgg922.
pgg922?
Da finde ich auf Youtube das hier:
Hier wird mit schwarzen Löchern gearbeitet. Das im rechten vorderen Loch funktioniert nicht so gut, es frisst nicht alle Kugeln, sondern lässt die halbe gelbe passieren.
Genial ist das vor der vordersten Kugelreihe (von der Kamera aus) in die Platte eingearbeitete schwarze Loch, das einige der Kugeln der vorderen Reihe einfach unauffällig schluckt. Sieht man aber nur in der Zeitlupe.
Du kennst dich anscheinend mit Billard aus. Das Video gefällt mir besser als das, was ich bearbeitet habe. Allerdings kann ich es nicht herunterladen. Ich habe ein Programm, mit dem ich mir einzelne Bilder eines Videos anschauen und sie kopieren kann.
Der einzige mögliche Hinweis auf eine Quelle auf dem Video ist „pgg922“. Beim Googeln findet man ein Unternehmen, das lustige Videos verbreitet. Anscheinend ist es wirklich eine Quellenangaben.