W potocznym rozumieniu wzrost entropii kojarzy się z nieporządkiem.

 

1. 

   Zdziwiony 

   ad...;

   W potocznym rozumieniu wzrost entropii kojarzy się z nieporządkiem. II zasada termodynamiki często jest przedstawiana jako nieuchronne dążenie otaczającego nas świata do chaosu. Co więcej, drugą zasadę termodynamiki rozciąga się
   (niesłusznie) na cały Wszechświat prorokując tzw. śmierć cieplną Wszechświata
   równomiernie wypełnionego promieniowaniem i materią. Są to poglądy sprzeczne
   z założeniami termodynamiki, mechaniką statystyczną oraz symulacjami komputerowymi
   i eksperymentem. Główny błąd polega na przykładaniu potocznego rozumienia
   porządku do ścisłej definicji entropii oraz rozciąganiu drugiej zasady termodynamiki
   poza zakres jej stosowalności.
   Przykładów na potoczne rozumienie porządku i nieporządku jest wiele. Jeśli
   rzeczy w pokoju są poukładane w równe kupki to mówimy o porządku, jeśli zaś
   porozrzucane to mówimy o nieporządku. Gdy żonierze stoją w dwuszeregu to
   mowimy o porządku a jesli rozejdą się po placu apelowym to postrzegamy ten
   stan w oddziale jako nieuporządkowany. Kryształ jest bardziej uporządkowany niż
   ciecz otrzymana po jego stopieniu ponieważ atomy w krysztale tworzą struktury
   regularne, tzn takie że każdy z atomów zajmuje określone miejsce w przestrzeni,
   tak jak równo rozstawieni na placu żołnierze. Natomiast w cieczy (n.p. woda)
   każda cząsteczka (n.p. H2O) może swobodnie poruszać się w całej przestrzeni i
   dlatego postrzegamy ten stan jako stan nieporządku. Łączymy pojęcie porządku
   z przestrzennym ładem i symetrią. Czy entropia i II zasada termodynamiki ma
   coś wspólnego z potocznie rozumianym porządkiem? II zasada mówi, że każdy
   ukad izolowany dąży do takiego stanu, ktorego entropia jest największa. Stan
   ten nazywamy stanem rownowagi termodynamicznej. Nie ma w drugiej zasadzie
   termodynamiki ustalenia co do porządku lub nieporzadku stanu równowagi
   termodynamimicznej. Co więcej nie pojawia się też w ramach termodynamiki żadna scisła
   definicja tych dwóch pojęć.
   Biorąc dwa bardzo popularne podręczniki akademickie: z chemii (P.W.Atkinsa
   Chemia Fizyczna) oraz z fizyki (R.Feynmanna Wyklady z Fizyki tom I), aby
   sprawdzić jak został tam przedstawiony zwiazek między entropią a porządkiem.
   Pierwszy z nich (P.W. Atkins) napisał: Ponieważ w trakcie krzepnięcia stopień
   uporządkowania cząsteczek drastycznie się zmienia , można oczekiwać, że przemianom
   fazowym towarzyszy zmiana entropii. Jeśli przemiana jest egzotermiczna
   jak w przypadku krzepnięcia to zmiana entropii jest ujemna. Spadek entropii jest
   zgodny z procesem uporządkowania układu. Z kolei R.Feynmann był dużo bardziej
   ostrożny w formułowaniu związku między entropią i porządkiem. Przede wszystkim
   podał jak należy rozumieć porządek i nieporządek. Oto co napisał: ”Nieporządek
   mierzymy liczbą sposobów, w które można poustawiać składniki, nie naruszając
   wyglądu zewnętrznego ciała. Przy pomocy tej technicznej definicji nieporządku możemy
   zrozumieć twierdzenie o entropii. Przez porządek nie rozumiemy przyjemnego
   ładu, ale to że liczba różnych sposobów, na które możemy go zmienić nie naruszając
   wyglądu zewnętrznego jest względnie ograniczona.
   Aby zrozumieć techniczną stronę definicji Feynmanna popatrzmy na świat
   mikroskopowo. W jednej małej łyżeczce wody znajduje się astronomiczna liczba
   cząsteczek H2O (około 10 do potg 24, a dla porównania liczba ludzi na Ziemi jest rzędu 10 do potg 9, czyli cząsteczek jest milion miliardów razy więcej).
   Cząsteczki te są w nieustannym ruchu.
   Cały czas zmieniają swoje położenie w przestrzeni. Jednak ich ruch
   wcale nie wpływa na kroplę wody. Jest cały czas taka sama, nie porusza się i
   nie zmienia swego wyglądu zewnętrznego, pomimo że czasteczki wody poruszają
   się z prędkościami kilkuset metrów na sekundę. Cząsteczki wody cały czas zamieniają się miejscami. Gdybyśmy mogli na chwilę zatrzymac cząsteczki i zrobić
   im zdjęcie to taki obraz nazwalibyśmy mikrostanem lub jak napisał Feynmann jednym
   ze sposobów poustawiania składników kropli wody bez naruszania jej wyglądu
   zewnętrznego. Liczba mikrostanów, nazwijmy ją W, jest astronomiczna, dużo
   większa niż liczba samych cząsteczek. Można ją policzyć w ramach mechaniki
   statystycznej. Pod koniec XIX wieku austriacki fizyk Ludwig Boltzmann podał
   związek pomiędzy entropią (wielkością termodynamiczną) a liczbą mikrostanów
   (czyli wielkością statystyczną):

   S = kB lnW

   Entropia jest równa logarytmowi naturalnemu z liczby mikrostanów pomnożonemu
   przez stałą Boltzmanna, kB. Ta ostatnia ma prostą interpretację: 3kBT/2 gdzie
   T jest temperaturą, jest równe średniej (typowej) energii kinetycznej atomu.
   Wyobrażmy sobie, że nasze ciało składające się z N elementów ograniczymy w
   ten sposób, że każdy z nich zajmuje określone miejsce w przestrzeni np. żołnierze
   na placu apelowym stoją wszyscy nieruchomo na bacznosć. Entropia takiego układu
   jest zero bo sposób ustawienia żołnierzy jest tylko jeden, zgodnie ze wzorem na entropię S
   (logarytm z jedynki jest zero).
   Po chwili zwalniamy ograniczenie i pada komenda ”rozejść się”. Żołnierze zaczynają
   się poruszać po placu bez celu. Powoli równomiernie wypełniają plac. Entropia
   wzrasta, bo liczba sposobów rozmieszczenia żołnierzy na placu wzrasta. Inny
   przykład to przyjęcie noworoczne u prezydenta. Najpierw wszyscy stoją nieru-
   chomo pod ścianą a prezydent składa życzenia. Znów mamy tylko kilka sposobów
   na przestawienie ludzi tak by nie zmienić wyglądu zewnętrznego w sali. W chwilę
   póżniej wszyscy rozchodzą i każdy stara się każdemu złożyć życzenia, sala się wypełnia.
   Teraz można przestawiać ludzi na wiele sposobów nie zmieniając wyglądu
   zewnętrznego sali z ludżmi.
   Jak w tym kontekście rozumieć porządek i nieporządek? Otóż początkowo
   mieliśmy tylko jeden stan w jakim był nasz układ. Mieliśmy o nim pełną informację.
   Można tu mówić o porządku. Gdy jednak pozwoliliśmy na swobodne rozmieszczenie
   ludzi w sali, żołnierzy na placu czy kulek w naczyniu to okazało się, że liczba sposobów
   rozłożenia wzrosła a więc wzrósł nieporządek.

   I w tym sensie entropia jest miarą nieporządku.