Warum nimmt die Entropie zu und nicht ab?
7 Antworten
mit Ordnung bezeichnet man genau einen Zustand des Systems, mit Unordnung jedoch sehr viele andere Zustände. Wenn das System nun ständig zufällig Zustände wechselt, ist es fast unmöglich, dass es in dem einen bleibt, der ordentlich genannt wird.
Entropie oder Unordnung können natürlich abnehmen, wenn einem System kohärente oder nicht zufällige Energie zugeführt wird, aber in einem geschlossenen System nimmt die Unordnung mit der Zeit zu, weil alles darin von inkohärenter Energie oder zufälligen Fluktuationen des leeren Raums umgeben ist.
Wenn das Universum also ein geschlossenes System ist, wird die Entropie niemals abnehmen und alles wird schließlich aufhören, sich zu bewegen. Aber wenn das Universum kein geschlossenes System ist, dann kann die Entropie über einige Längenskalen abnehmen und über andere zunehmen, da die Energie an einigen Stellen Kohärenz und an anderen Inkohärenz annimmt.
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik ist ein großer, fetter Hinweis darauf, dass Energie aus dem Universum entweicht und dass Energieerhaltung nicht das Gesetz ist. Es ist in den meisten Situationen nur eine nützliche Annäherung, denn wenn Energie nicht mehr „nützlich“ ist, ist sie so gut wie weg.
An dieser Stelle möchtest du vielleicht schreien, dass das, was ich gerade geschrieben habe, im Widerspruch dazu steht, wie dieses Thema allgemein gelehrt wird, aber ich hoffe, dass du nach dem Weiterlesen verstehst, warum dies keine schreckliche Heuristik ist.
In einem Physiklehrbuch findest du so etwas wie:
-Energieerhaltung bedeutet, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur von einer Form in eine andere übertragen werden kann.
- Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die aus einer Quelle gewonnene Energie nicht vollständig in Arbeit umgewandelt werden kann.
Beide Prinzipien sind erfüllt, da die gesamte aus der Quelle entnommene Energie gleich der geleisteten Arbeit plus der in die Senke zurückgeführten Energie ist.
Der Teil der Geschichte, der nicht genug betont wird, ist, dass die Energie, die in der Spüle landet, oft nicht mehr nutzbar ist und Energie, die nicht nutzbar ist, nicht mehr wirklich Energie ist, oder?
Der andere Teil der Geschichte, der erzählt werden muss, ist, warum geordnete Systeme mehr potentielle Energie enthalten als ungeordnete Systeme. Der Grund dafür ist, dass geordnete Dinge, die sich synchron bewegen, kohärente Energie ausstrahlen und kohärente, koordinierte, phasengleiche Energiepakete mehr Schlagkraft haben als inkohärente Energie, die aus Kraftstößen besteht, die in zufälligen Intervallen abgegeben werden. Leerer Raum besteht nur aus völlig inkohärenter, zufällig orientierter Energie – was überhaupt nichts entspricht.
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik ist ein großer, fetter Hinweis darauf, dass Energie aus dem Universum entweicht und dass Energieerhaltung nicht das Gesetz ist.
Das sind zwei unterschiedliche Sätze erster und zweiter Hauptsatz.
Die Energieerhaltung (erster Hauptsatz) folgt direkt aus dem Noether Theorem.
Was soll die Unterscheidung zwischen kohärenter und inkohärenter Energie. Energie ist Energie egal wie diese gespeichert ist.
Der zweite Hauptsatz sagt diesbezüglich nur aus, dass Wärmeenergie aus dem genannten Gründen nicht vollständig in andere Energieformen umgewandelt werden kann. Die Entropie kann nur zunehmen.
Wenn man die Entropie plump gesagt als eine Art "Maß der Unordnung" versteht, dann wird es alleine schon dadurch klar, dass es statistisch mehr Möglichkeiten für ungeordnete Zustände gibt als geordnete Zustände je größer der Raum also die Verteilungsmöglichkeit wird.
Da das Universum expandiert muss die Entropie also zunehmen, das ist die logische Konsequenz.
Auf den Luftballon wollte ich auch nicht Hinaus. der Raum expandiert jedoch trotzdem das heißt der Raum wird größer. die Kraft die die Dinge auseinander treibt ist jedoch wesentlich kleiner als die Gravitation, deshalb werden die Dinge lokal zusammengehalten während sie außerhalb auseinander driften. die Abstände sind dort zu groß als das die Gravitation hier die Oberhand behalten kann, da sie Quadratisch zum Abstand fällt.
Die Form des Universums also, ob es eine Kugel, eine Sattelform oder ob sie Flach ist hängt von der Kosmologischen Konstante ab die 1, -1 oder 0 sein kann.
Das widerspricht aber nicht der größer werdenden Entropie.
Sry aber genau das ist das Problem. Wohin wird denn der Raum größer?
Wir sitzen hier in Unserem Universum in einer Black Box und beobachten etwas. Diese Beobachtung aber in unsere Alltagswelt zu übertragen das sich etwas irgendwo hin ausdehnt und größer wird kann komplett falsch sein.
Daher habe ich auch etwas Bauchschmerzen das mit der Entropie in Zusammenhang zu bringen.
Ja was passiert nun mit unserer Box wenn wir immer mehr Energie in das System stecken? Der druck steigt, denn druck ist Energie pro Volumen.
Das Ding muss also expandieren. Mit dem Universum verhält es sich genauso. Zumindest ist dies die Annahme und die Beobachtungen scheinen das zu bestätigen.
Wohin das Universum expandiert kann uns egal sein weil Fakt ist, dass außerhalb die Kraft die auf das Universum wirkt 0 ist.
Ein statisches Universum ist extrem unattraktiv weil es gegen den 2. Hauptsatz der Thermodynamik verstößt.
In welchem Fall?
Wenn du das bestreben eines Systems zur maximalen Entropie meinst dann ist das genau der zweite Hauotsatz der Thermodynamik.
Dieser ist im Grunde aber nur eine durch Experimente nahegelegte Eigenschaften kann aber im Gegensatz zum ersten Hauptsatz nicht hergeleitet werden.
In dem Fall verweise ich wie gesagt auf den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik.
Die Entropie nimmt aus reiner Logik heraus zu. Würde sie abnehmen wäre das sehr ungewöhnlich oder zufällig. Kommt aber auch vor, wie z.B. bei Lebewesen, welche ihre Struktur erhalten (jedoch nur mit Energiezufuhr durch einen Stern).
Warum nimmt sie nun aus der Logik heraus zu? Weil die Entropie nur eine Beschreibung für die Unordnung ist oder genauer gesagt für die Varietät an Möglichkeiten. Für ungeordnete Zustände gibt es mehr Möglichkeiten, da Teilchen dazu neigen sich im Raum auszubreiten. Was wiederum an der Anzahl am Möglichkeiten oder genauer möglichen Positionen liegt
An der Stelle wäre ich vorsichtig. Das könnte ein Zirkelschluss sein.
Die Ausdehnung des Universums funktioniert möglicherweise nicht so wie wenn man ein Luftballon aufpustet.