Az entrópia témaköre egyszerre lenyűgöző és titokzatos, ugyanis egy olyan fogalomról van szó, amely a világegyetem működésének összetettségére világít rá. Miért tapasztaljuk azt, hogy a dolgok rendezettsége idővel mindig csökken, és mi köze van ennek az idő irányához? Hogyan kapcsolódik az entrópia a mindennapi életünkhöz, a rend és káosz örök harcához, és vajon mit árul el a világ végső sorsáról? Az entrópia nem csupán fizikai fogalom, a biológusokat és a filozófusokat egyaránt foglalkoztatja.
Az entrópia a termodinamika egyik alapvető fogalma, amely a rendezetlenség mértékét írja le egy rendszerben. A magasabb entrópia nagyobb rendezetlenséget jelent, míg az alacsonyabb entrópia rendezettebb állapotot jelöl. A hőtan második főtétele szerint zárt rendszerekben az entrópia idővel növekszik, ami az univerzum irreverzibilis folyamatainak egyik fő hajtóereje.
Idő iránya és az entrópia növekedése: Az entrópia az a fizikai mennyiség, amely kapcsolatba hozható az idő egyirányúságával. A termodinamika második törvénye szerint zárt rendszerekben az entrópia mindig növekszik, és ez az irány az, ami megkülönbözteti a múltat a jövőtől. Az, hogy az entrópia növekedése határozza meg az idő irányát, rendkívül mély jelentést hordoz a természet működésével kapcsolatban.
A rendezetlenség mértéke és a világegyetem sorsa: A természetben a rendezettség csökken, és a rendezetlenség felé haladunk. Ez filozófiai kérdéseket vet fel a világegyetem végső állapotáról. Az entrópia maximális állapotában, amelyet hőhalálnak is neveznek, minden energia egyenletesen oszlik el, és nem történnek többé energiacsere-folyamatok. Az univerzum végéről alkotott teóriák közül jelenleg az úgynevezett hőhalál (avagy maximális entrópia) elmélet a leginkább elfogadott. Eszerint az univerzumban nincs elegendő gravitáció kifejtésére képes anyag ahhoz, hogy a tágulás kozmikus összehúzódássá alakuljon, így a világegyetem örök tágulásra ítéltetett.
Az entrópia matematikailag pontosan definiált, de a mindennapi tapasztalatokkal való kapcsolata nem mindig könnyen érthető. Bár egyszerűen lehet úgy gondolni rá, mint „rendezetlenségre”, a tényleges fogalom ennél sokkal mélyebb és bonyolultabb.
Nézzünk egy példát!
Egy hideg napon a fűtött, 27 °C-os szobából 3000 kJ hő szökik el a -3 °C-os téli környezetbe. Hogyan változik a zárt rendszernek tekinthető szoba és légkör (a világ) teljes entrópiája?
- A) A szoba entrópiája és a légkör entrópiája is növekszik, így a világ entrópiája is.
- B) Bár a szoba entrópiája csökken, a légkör entrópiája nagyobb mértékben növekszik, így a világ entrópiája is növekszik.
- C) Bár a szoba entrópiája növekszik, a légkör entrópiája nagyobb mértékben csökken, így a világ entrópiája is csökken.
- D) A szoba és a légkör entrópiája azonos mértékben változik, így a világ entrópiája állandó.
A helyes válasz: B)
Megoldás:
- Az entrópiaváltozás a rendszer által egy pici, elemi folyamat során felvett/leadott hő és a rendszer hőmérsékletének hányadosa.
- A szoba entrópiaváltozása tehát: -3000 kJ / 300 K = -10 kJ/K
- A légkör entrópiaváltozása: +3000 kJ / 270 K = 11,1 kJ/K
- Azaz a világ teljes entrópiaváltozása: 1,11 kJ/K, ami azt jelenti, hogy a világ entrópiája növekedett, ami összhangban van a hőtan második főtételével.
Ha jobban érdekel a téma olvasd el az alábbi leírást a Netfizika oldalán:
https://www.netfizika.hu/tudas/node/4930
Illetve nagyon részletes és szemléletes a következő TED-Ed videó:
(A borítókép mesterséges intelligencia felhasználásával készült.)
