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Datei:Entropy Time Arrow.gif

Aus MOOCsWiki Staging
Entropy_Time_Arrow.gif (768 × 425 Pixel, Dateigröße: 2,91 MB, MIME-Typ: image/gif, Endlosschleife, 200 Bilder, 20 s)
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Beschreibung

Beschreibung
English: Microscopically, Physics has no preference for time to flow forward or backward. But (on average) both cases will evolve toward a situation with higher entropy, which provides us with a macroscopic arrow of time.
Datum
Quelle https://twitter.com/j_bertolotti/status/1513453337676595200
Urheber Jacopo Bertolotti
Genehmigung
(Weiternutzung dieser Datei)
https://twitter.com/j_bertolotti/status/1030470604418428929

Mathematica 13.0 code

(**Velocity Verlet**)

Clear[evo, pos, posold, posoldold, accelerations, oldaccelerations, 
  velocities, halfvelocities, tableForces];
L = 10; (*(Half) Size of the box*)
\[Sigma] = 0.8; (*particle radius*) \[Sigma]plot = 0.55 \[Sigma];(*particle radius for graphing*)
dt = 0.005;
LJforce[p1_, p2_] := 4*2 (12 \[Sigma]^12/Max[Norm[p1 - p2], \[Sigma]]^13) Normalize[p1 - p2];
pos = Flatten[Table[N[{i, j}], {i, -L + 1, 0, L/6}, {j, 0, L - 1, L/6}], 1];
nparticles = Dimensions[pos][[1]]
m = Table[1, {nparticles}];
initialvelocities = Table[0, {j, 1, nparticles}]; initialvelocities[[15]] = {1, 10}; initialvelocities[[4]] = {5, 5};
tableForces = Chop@Table[ LJforce[pos[[i]], pos[[j]]], {i, 1, nparticles}, {j, 1, nparticles}];
MatrixForm[tableForces];
accelerations = Table[Sum[m[[i]]*tableForces[[i, j]], {j, 1, nparticles}], {i, 1, nparticles}];
posold = pos;
oldaccelerations = accelerations;
pos = posold + initialvelocities*dt + accelerations/2 dt^2;
velocities = initialvelocities + (accelerations + oldaccelerations)/2 dt;
nsteps = 1000;
evo1 = Reap[Do[
      tableForces = Chop@Table[ LJforce[pos[[i]], pos[[j]]], {i, 1, nparticles}, {j, 1, nparticles}];
      oldaccelerations = accelerations;
      posold = pos;
      halfvelocities = velocities + accelerations/2 dt;
      
      For[j = 1, j <= nparticles, j++,
       If[pos[[j, 2]] >= L, 
        halfvelocities[[j, 2]] = -Abs[halfvelocities[[j, 2]] ] ];
       If[pos[[j, 2]] <= -L, 
        halfvelocities[[j, 2]] = Abs[halfvelocities[[j, 2]] ] ];
       If[pos[[j, 1]] >= L, 
        halfvelocities[[j, 1]] = -Abs[halfvelocities[[j, 1]] ] ];
       If[pos[[j, 1]] <= -L, 
        halfvelocities[[j, 1]] = Abs[halfvelocities[[j, 1]] ] ];
       ];
      
      pos = posold + halfvelocities dt;
      accelerations = Chop@Table[ Sum[m[[i]]*tableForces[[i, j]], {j, 1, nparticles}], {i, 1, nparticles}];
      velocities = halfvelocities + (accelerations + oldaccelerations)/2 dt;
      Sow[pos];
      , nsteps];][[2, 1]];

dt = -0.005;
pos = Flatten[Table[N[{i, j}], {i, -L + 1, 0, L/6}, {j, 0, L - 1, L/6}], 1];
accelerations = Table[Sum[m[[i]]*tableForces[[i, j]], {j, 1, nparticles}], {i, 1, nparticles}];
posold = pos;
oldaccelerations = accelerations;
pos = posold + initialvelocities*dt + accelerations/2 dt^2;
velocities = initialvelocities + (accelerations + oldaccelerations)/2 dt;
evo2 = Reap[Do[
      tableForces = Chop@Table[ LJforce[pos[[i]], pos[[j]]], {i, 1, nparticles}, {j, 1, nparticles}];
      oldaccelerations = accelerations;
      posold = pos;
      halfvelocities = velocities + accelerations/2 dt;
      
      For[j = 1, j <= nparticles, j++,
       If[pos[[j, 2]] >= L, 
        halfvelocities[[j, 2]] = Abs[halfvelocities[[j, 2]] ] ];
       If[pos[[j, 2]] <= -L, 
        halfvelocities[[j, 2]] = -Abs[halfvelocities[[j, 2]] ] ];
       If[pos[[j, 1]] >= L, 
        halfvelocities[[j, 1]] = Abs[halfvelocities[[j, 1]] ] ];
       If[pos[[j, 1]] <= -L, 
        halfvelocities[[j, 1]] = -Abs[halfvelocities[[j, 1]] ] ];
       ];
      
      pos = posold + halfvelocities dt;
      accelerations = Chop@Table[Sum[m[[i]]*tableForces[[i, j]], {j, 1, nparticles}], {i, 1, nparticles}];
      velocities = halfvelocities + (accelerations + oldaccelerations)/2 dt;
      Sow[pos];
      , nsteps];][[2, 1]];

frames3 = Table[
   Graphics[{
     Disk[#, \[Sigma]plot] & /@ evo1[[j]], 
     Disk[#, \[Sigma]plot] & /@ (({2.5 L, 0} + #) & /@ evo2[[j]])
     ,
     Line[{{-L - \[Sigma]plot, -L - \[Sigma]plot}, {-L - \[Sigma]plot, L + \[Sigma]plot}, {L + \[Sigma]plot, L + \[Sigma]plot}, {L + \[Sigma]plot, -L - \[Sigma]plot}, {-L - \[Sigma]plot, -L - \[Sigma]plot}}],
     Line[({2.5 L, 0} + # &) /@ {{-L - \[Sigma]plot, -L - \[Sigma]plot}, {-L - \[Sigma]plot, L + \[Sigma]plot}, {L + \[Sigma]plot, L + \[Sigma]plot}, {L + \[Sigma]plot, -L - \[Sigma]plot}, {-L - \[Sigma]plot, -L - \[Sigma]plot}}]
     ,
     Text[ Style["Time flows forward", Bold, Black, FontSize -> 15], {0, 1.2 L}],
     Text[ Style["Time flows backward", Bold, Black, FontSize -> 15], {2.5 L, 1.2 L}],
     Text[ Style["Identical initial conditions", Bold, Black, FontSize -> 16], {1.2 L, L + 4.5}]
     }, PlotRange -> {{-L - 1, 3.5 L + 1}, {-L - 1, L + 5}}, 
    ImageSize -> Large]
   , {j, 1, nsteps}];
ListAnimate[frames3]

Lizenz

Ich, der Urheber dieses Werkes, veröffentliche es unter der folgenden Lizenz:
Creative Commons CC-Zero Diese Datei wird unter der Creative-Commons-Lizenz CC0 1.0 Verzicht auf das Copyright zur Verfügung gestellt.
Die Person, die das Werk mit diesem Dokument verbunden hat, übergibt dieses weltweit der Gemeinfreiheit, indem sie alle Urheberrechte und damit verbundenen weiteren Rechte – im Rahmen der jeweils geltenden gesetzlichen Bestimmungen – aufgibt. Das Werk kann – selbst für kommerzielle Zwecke – kopiert, modifiziert und weiterverteilt werden, ohne hierfür um Erlaubnis bitten zu müssen.

Kurzbeschreibungen

Ergänze eine einzeilige Erklärung, was diese Datei darstellt.
Macroscopically, the time arrow is given by the increase of entropy

In dieser Datei abgebildete Objekte

Motiv

Einige Werte ohne einen Wikidata-Eintrag

3.050.453 Byte

425 Pixel

768 Pixel

image/gif

4a2dbc7cc88daf7b42f95f5a6a3f3ca300c47861

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