A folyamatok megfordíthatatlansága és a Loschmidt paradox
A folyamatok megfordíthatatlansága és a Loschmidt paradoxon
Zhang Yu Jie
12. osztályos tanuló, Budapesti Fazekas Mihály Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium
Konzulens: Simon Ferenc, Természettudományi Kar, Fizika Tanszék
Az idő haladásának az iránya a természetben szinte megkérdőjelezhetetlen hiszen a hétköznapi jelenségek, mint a vízbe ejtett tintacsepp eloszlása vagy két különböző hőmérsékletű testek összeérintése esetén a hőmérséklet kiegyenlítődése, egy irányba zajlanak és megfordításuk egyből szemet szúrna. Ezen hétköznapi megfigyelések fizikáját a hőtan második főtétele írja le. A tétel szerint az entrópia folyamatosan növekszik és a folyamatok egy irányba zajlanak le, vagyis irreverzibilisek. A Loschmidt-paradoxon – mely azt mondja ki, hogy bár a mikroszkopikus folyamatok időben szimmetrikusak, a makroszkopikus folyamatok iránya mégis egyértelmű – felveti a kérdést, hogy létezik-e olyan rendszer, amely ezt meghazudtolja.
Ebben a dolgozatban olyan rendszerekre vagyok kiváncsi ahol megvalósul a Loschmidt echo, azaz valamilyen fizikai folyamat után a rendszer legalább részlegesen visszahozható az eredeti állapotba. A Loschmidt-echo létezését olyan rendszerekben várjuk, ahol az információvesztés részlegesen vagy lassan vész el, ezzel lehetővé téve egy trükk alkalmazását, amellyel visszafordíthatjuk a rendszer majdnem tökéletes kiinduló állapotába. Pár ilyen rendszert ismerünk, mint például a tautochrone görbén egymás szemben guruló golyók, a Newton-bölcső, a mágneses rezonanciás spin-echo, illetve az itt vizsgált lamináris áramlás is.
A Loschmidt echót demonstráló kísérleteimben hideg glicerint helyeztem két plexihenger közé, majd ezt követően belehelyeztem különböző színű cseppeket. Ezután a plexihengert valamelyik irányba adott sebességgel forgatva, a festék szétkenődik. Ezt követően az eredeti iránnyal ellentétes irányba ugyanazzal a sebességgel forgatva a kart, majd miután a belső henger visszatér az eredeti pozícióba, a színes cseppek is “visszajönnek”, megvalósítva ezzel a Loschmidt-echót. A legjobb eredményt egy illetve két teljes körül forgatással értem el, míg három vagy több forgatás esetén a festékcseppek jobban szétkenődnek, és kevésbé alakíthatók vissza az eredeti állapotukba. A folyamatot a Taylor-Couette lamináris áramlás segítségével modelleztem.
