Diş macununu kolayca tüpe geri koyamazsınız. Buhar moleküllerinin bir su topu oluşturmak için kendiliğinden geri dönmesini bekleyemezsiniz . Bir grup corgi yavrusunu bir tarlaya bırakırsanız, çok fazla iş yapmadan hepsini bir sandıkta bir araya getirme ihtimaliniz çok düşüktür. Bunlar, Entropi Yasası olarak da bilinen Termodinamiğin İkinci Yasası ile ilişkili sorunlardır.
Termodinamiğin İkinci Yasası
Termodinamik, mühendislikten doğa bilimlerine, kimyaya, fiziğe ve hatta ekonomiye kadar çeşitli bilimsel disiplinler için önemlidir. Termodinamik sistem, enerjinin girip çıkmasına izin vermeyen sınırlı bir alandır.
Termodinamiğin birinci yasası enerjinin korunumu ile ilgilidir - muhtemelen daha önce kapalı bir sistemdeki enerjinin sabit kaldığını ("enerji yaratılamaz veya yok edilemez"), dışarıdan değiştirilmediği sürece duyduğunuzu hatırlarsınız. Bununla birlikte, enerji sürekli olarak biçim değiştirir - bir yangın, bir bitkiden gelen kimyasal enerjiyi termal ve elektromanyetik enerjiye dönüştürebilir. Bir pil, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Dünya dönüyor ve enerji daha az organize oluyor.
Münih Teknik Üniversitesi Yaşam Bilimleri Fakültesi Biyotermodinamik alanında doktora sonrası araştırmacı olan Marko Popoviç bir e-postada "Termodinamiğin ikinci yasasına entropi yasası denir," dedi. "Doğadaki en önemli kanunlardan biridir."
Entropi, kapalı bir sistemdeki bozukluğun bir ölçüsüdür. İkinci yasaya göre, bir sistemdeki entropi neredeyse her zaman zamanla artar - bir sistemde düzen oluşturmak için çalışabilirsiniz, ancak yeniden sıraya koyulan iş bile, genellikle ısı biçiminde bir yan ürün olarak düzensizliği artırır. Entropinin ölçüsü olasılıklara dayandığından , entropinin bir sistemde zaman zaman azalması elbette mümkündür , ancak bu istatistiksel olarak pek olası değildir.
Bozukluğun Tanımı
Enerjinin dışarı çıkmasına veya içeri girmesine izin vermeyen bir sistem bulmak düşündüğünüzden daha zordur - evrenimiz sahip olduğumuz kadar iyi bir örnektir - ancak entropi, evren kadar büyük bir sistemde düzensizliğin nasıl meydana geldiğini açıklar. kahve dolu bir termos kadar küçük.
Ancak entropinin, bir grup şempanzeyi mutfağa kilitlediğinizde düşündüğünüz rahatsızlık türüyle ilgisi yoktur. Bu, ne kadar büyük bir karmaşanın mümkün olabileceğinden ziyade, o mutfakta kaç tane olası dağınıklık permütasyonu yapılabileceğiyle daha fazla ilgisi var . Elbette entropi birçok faktöre bağlıdır: Kaç tane şempanze olduğu, mutfakta ne kadar eşya depolandığı ve mutfağın ne kadar büyük olduğu. Öyleyse, iki mutfağa bakacak olursanız - biri çok büyük ve solungaçlara kadar dolu, ancak titizlikle temiz, diğeri ise daha az şeyle daha küçük, ancak şempanzeler tarafından çoktan çöpe atılmış - dağınık odada daha fazlası olduğunu söylemek cazip geliyor. entropi, ancak durum bu olmak zorunda değildir. Entropi, kaç farklı durumun mümkün olduğu ile daha çok ilgilenirşu anda ne kadar düzensiz olduğundan; Bu nedenle bir sistem, içinde daha fazla molekül ve atom varsa ve daha büyükse daha fazla entropiye sahiptir. Ve daha fazla şempanze varsa.
Entropi kafa karıştırıcıdır
Entropi, en az insanın gerçekten anladığı en gerçek bilimsel kavram olabilir. Entropi kavramı çok kafa karıştırıcı olabilir - kısmen de aslında farklı türler olduğu için . Macar matematikçi John von Neumann duruma şu şekilde yakınıyordu: "Bir tartışmada 'entropi' terimini kim kullanırsa, her zaman kazanır çünkü kimse entropinin gerçekte ne olduğunu bilmiyor, bu yüzden bir tartışmada her zaman avantajı vardır."
Popoviç, "Entropiyi tanımlamak biraz zor" diyor. "Belki de en iyi şekilde, yararlı işe dönüştürülemeyen bir sistemin enerjisinin bir bölümünü temsil eden negatif olmayan bir termodinamik özellik olarak tanımlanır. Bu nedenle, bir sisteme herhangi bir enerji ilavesi, enerjinin bir kısmının dönüştürüleceğini gösterir. entropiye dönüşür, sistemdeki düzensizliği arttırır. Dolayısıyla, entropi bir sistemin düzensizliğinin bir ölçüsüdür. "
Ancak kafanız karıştıysa kendinizi kötü hissetmeyin: Tanım, o anda hangi disiplinin kullandığına bağlı olarak değişebilir:
19. yüzyılın ortalarında , termodinamik kavramının kurucularından Rudolph Clausius adında bir Alman fizikçi , buhar motorlarında verimlilikle ilgili bir sorun üzerinde çalışıyordu ve dönüştürülemeyen faydasız enerjiyi ölçmeye yardımcı olmak için entropi kavramını icat etti. faydalı iş. Birkaç on yıl sonra, Ludwig Boltzmann (entropinin diğer "kurucusu") bu kavramı muazzam sayıda atomun davranışını açıklamak için kullandı: bir bardak sudaki her parçacığın davranışını tanımlamak imkansız olsa da, tahmin etmek hala mümkün. entropi için bir formül kullanarak ısıtıldıklarında kolektif davranışları.
Popovic, " 1960'larda Amerikalı fizikçi ET Jaynes , entropiyi bir sistemdeki tüm parçacıkların hareketini belirlemek için kaçırdığımız bilgi olarak yorumladı" diyor. "Örneğin, bir mol gaz 6 x 10 23 partikülden oluşur . Bu nedenle, bizim için her partikülün hareketini tarif etmek imkansızdır, bu yüzden bir sonraki en iyi şeyi, gazın hareketiyle değil, gazı tanımlayarak yaparız. her bir parçacık, ancak birleşik tüm parçacıkların özellikleri sayesinde: sıcaklık, basınç, toplam enerji. Bunu yaptığımızda kaybettiğimiz bilgilere entropi denir. "
Ve korkunç "evrenin ısı ölümü" kavramı, entropi olmadan mümkün olamazdı. Evrenimiz büyük olasılıkla bir tekillik olarak başladığı için - sonsuz derecede küçük, düzenli bir enerji noktası - balonlaştı ve her zaman genişlemeye devam ediyor, entropi evrenimizde sürekli büyüyor çünkü daha fazla alan ve dolayısıyla daha fazla potansiyel düzensizlik durumu var. atomlar burada benimsenecek. Bilim adamları, sen ve ben gittikten çok sonra, evrenin eninde sonunda bir düzensizlik noktasına ulaşacağını, bu noktada her şeyin aynı sıcaklıkta olacağını ve hiçbir düzen (yıldızlar ve şempanzeler gibi) bulunmayacağını varsaydılar.
Ve eğer olursa, buna teşekkür etmemiz gereken bir entropimiz olur.
Şimdi Bu İlginç
Yirminci yüzyıl bilim adamı Sir Arthur Eddington, entropi kavramının bilim için o kadar önemli olduğunu düşündü ki , 1928'de The Nature of the Physical World'de şöyle yazdı : "Entropinin her zaman arttığı yasa, bence, Doğa yasaları arasındaki en yüksek konumu tutuyor. ... Teoriniz Termodinamiğin İkinci Yasasına aykırı bulunursa, size umut veremem; en derin aşağılanmada çökecek hiçbir şey yok. "
