Энтропия материясы
Алдыңғы талқылауда біз термодинамиканың екінші заңының бірнеше нақты тұжырымдарын зерттедік. Айта кету керек, бұл нақты тұжырымдар тек белгілі бір қайтымсыз процестерді ғана түсіндіре алады. Клаузиус тұжырымы тек жылу берілуін және оның тоңазытқыштардың жұмыс принципімен байланысын түсіндіреді. Кельвин және Планк тұжырымдары жылу қозғалтқыштарының жұмыс принципіне қатысты . Негізінен, бұл екі тұжырым жылу берілуіне қатысты. Осы екі тұжырымды пайдаланып түсіндіруге болмайтын басқа да көптеген қайтымсыз процестер бар.
Термодинамиканың екінші заңының нақты тұжырымы барлық қайтымсыз процестерді түсіндіре алмайды, сондықтан бізге жалпы тұжырым қажет. Бұл жалпы тұжырым ғаламда болатын барлық қайтымсыз процестерді түсіндіреді деп күтілуде. Термодинамиканың екінші заңының жалпы тұжырымы тек XIX ғасырдың ортасында энтропия (S) деп аталатын шама арқылы тұжырымдалды. Энтропияны ретсіздік өлшемі ретінде қарастыруға болады. Энтропия мөлшерін алғаш рет Клаузиус енгізді және Карно циклінен (мінсіз жылу қозғалтқышы) алынған. Клаузиус бойынша, жүйе тұрақты температурада қосымша жылу (Q) алған кезде жүйе бастан кешіретін энтропияның өзгерісінің шамасы келесі теңдеумен өрнектеледі:
Энтропия - жүйенің микроскопиялық күйін сипаттайтын шама, сондықтан оны тікелей өлшеу мүмкін емес. Біз тек энтропияның өзгеруін ғана қарастырамыз. Ол термодинамиканың бірінші заңындағы энергияның өзгеруіне ұқсас.
1-мысал сұрақ:
Ыдыстағы газ мөлшері адиабаталық кеңеюге ұшырайды. Газдың энтропиясының өзгерісі қандай?
Талқылау
Адиабаталық процесс кезінде жүйеге (газға) жылу кірмейді немесе шықпайды. Q = 0 болғандықтан, Δ S = 0. Жүйенің энтропиясы тұрақты болып қалады. Адиабаталық сығылу туралы не деуге болады? Ол негізінен бірдей. Адиабаталық сығылу кезінде жүйеге жылу кірмейді немесе шықпайды (Q = 0). Сондықтан жүйенің энтропиясы тұрақты.
2-мысал сұрақ:
Карно қозғалтқышы 500 К температурада 2000 Дж жылу алады, 350 К температурада жұмыс істейді және белгілі бір мөлшерде жылуды бөліп шығарады. Бір цикл кезінде қозғалтқыштағы бөлініп шыққан жылу мөлшерін және жалпы энтропияның өзгеруін анықтаңыз.
Талқылау
Егер жүйе жылу алса, Q оң мәнге ие, ал егер жүйе жылу шығарса, Q теріс мәнге ие. Бұл жағдайдағы жүйе - Карно қозғалтқышы.
Бір цикл кезінде Карно қозғалтқышы екі қайтымды изотермиялық процестен (изотермиялық кеңею + изотермиялық қысу) және екі қайтымды адиабаталық процестен (адиабаталық кеңею және адиабаталық қысу) өтеді. Адиабаталық кеңею және қысу процестері кезінде жүйеге жылу кірмейді немесе шықпайды (Q = 0). Q = 0 болғандықтан, адиабаталық процесс кезіндегі энтропияның өзгеруі = 0.
Изотермиялық кеңею кезінде қозғалтқыш 500 К температурада (T) 2000 Дж жылуды (Q) сіңіреді. Қозғалтқыш жылуды сіңіретіндіктен, Q оң мәнге ие. Изотермиялық кеңею кезінде қозғалтқыштың энтропиясының өзгеруі:
Изотермиялық сығымдау кезінде қозғалтқыш 350 К температурада (T) 1400 Дж жылуды (Q) шығарады. Қозғалтқыш жылуды шығаратындықтан, Q теріс таңбаға ие. Изотермиялық сығымдау кезінде қозғалтқыштың энтропиясының өзгеруі:
Жалпы энтропия өзгерісі = 4 Дж/К ‐ 4 Дж/К = 0
3-мысал сұрақ:
Жылу қозғалтқышы 300 ° C температурада 600 Дж жылу (Q) алады , жұмыс істейді және 100 ° C температурада белгілі бір мөлшерде жылуды бөліп шығарады. Бір цикл кезінде бөлініп шыққан жылу мөлшерін және қозғалтқыштағы жалпы энтропияның өзгеруін анықтаңыз...
Талқылау
T H = 300 K
Q H = 600 Дж
T L = 100 K
Q L = ?
Бір цикл кезінде Карно қозғалтқышы екі қайтымды изотермиялық процестен (изотермиялық кеңею + изотермиялық қысу) және екі қайтымды адиабаталық процестен (адиабаталық кеңею және адиабаталық қысу) өтеді. Адиабаталық кеңею және қысу процестері кезінде жүйеге жылу кірмейді немесе шықпайды (Q = 0). Q = 0 болғандықтан, адиабаталық процесс кезіндегі энтропияның өзгеруі = 0.
Изотермиялық кеңею кезінде қозғалтқыш 300 К температурада (T) 600 Дж жылуды (Q) сіңіреді. Қозғалтқыш жылуды сіңіретіндіктен, Q оң мәнге ие. Изотермиялық кеңею кезінде қозғалтқыштың энтропиясының өзгеруі:
Изотермиялық сығымдау кезінде қозғалтқыш 100 К температурада (T) 200 Дж жылуды (Q) шығарады. Қозғалтқыш жылуды шығаратындықтан, Q теріс таңбаға ие. Изотермиялық сығымдау кезінде қозғалтқыштың энтропиясының өзгеруі:
Жалпы энтропия өзгерісі = 2 Дж/К ‐ 2 Дж/К = 0
2-ші және 3-ші мысал сұрақтарынан қайтымды процесс үшін жалпы энтропияның өзгеруі = 0 екені көрінеді. Басқаша айтқанда, қайтымды процесте жалпы энтропия әрқашан тұрақты болады.
4-мысал сұрақ:
2 кг мұз текшесінің температурасы 0 ° C. Мұз текшесі ыдысқа салынып, күн сәулесіне ұшырайды. Ауа мен күннен түсетін қосымша жылудың әсерінен мұз ериді. Мұздың энтропиясының өзгерісін анықтаңыз. (Судың балқу жылуы = 3,34 x 105 Дж /кг)
Талқылау
Мұздың массасы = 2 кг
Мұз температурасы = 0 o C + 273 = 273 K
Судың балқу жылуы = 3,34 x 105 Дж/кг
2 кг мұзды суға айналдыру үшін қажетті жылу мөлшері:
Q = мл
Q = (2 кг)(3,34 x 10 5 Дж/кг)
Q = 6,68 x 10 5 Дж
Q = 668 x 10 3 Дж
Балқу процесінде (мұздың суға айналуы) температура тұрақты болады. Температура тұрақты болғандықтан, мұздың энтропиясының өзгеруі есептеледі.
5-мысал сұрақ:
26 ° C температурадағы бір стақан су 22 ° C температурадағы бір стақан сумен араластырылған. Егер стақандағы судың массасы 2 кг болса, судың энтропиясының өзгерісін анықтаңыз. Ыстық су мен суық су жабық, жақсы оқшауланған ыдыста араластырылған деп есептейік. Жылу алмасу - қайтымсыз процесс.
Талқылау
Судың меншікті жылу сыйымдылығы (с) = 4180 Дж/кг C o
Судың массасы = 2 кг (су массасымен бірдей).
Судың массасы бірдей болғандықтан, қоспаның соңғы температурасы = 24 o C (26 o C + 22 o C / 2 = 48 o C / 2 = 24 o C).
Ыстық судың температурасы 26 ° C – 24 ° C аралығында төмендеген кезде бөлінетін жылу мөлшері :
Q = mc Δ T = (2 кг)(4180 Дж/кг C o )(26 o C – 24 o C) = (2 Кг)(4180 Дж/кг C o )(2 o C) = 16720 Дж
Суық судың температурасы 22°C – 24°C аралығында көтерілгенде сіңіретін жылу мөлшері:
Q = mc Δ T = (2 кг)(4180 Дж/кг C o )(24 o C – 22 o C) = (2 кг)(4180 Дж/кг C o )(2 o C) = 16720 Дж
Жалпы энтропияның өзгеруі = Ыстық судың энтропиясының өзгеруі + Суық судың энтропиясының өзгеруі
Ыстық судың орташа температурасы = (26 o C + 24 o C) / 2 = 50 o C / 2 = 25 o C ‐‐‐‐ 25 + 273 = 298 K
Суық судың орташа температурасы = (22 ° C + 24 ° C) / 2 = 46 ° C / 2 = 23 ° C ‐‐‐‐ 23°C + 273 = 296 K
Ыстық су жылу бөледі, сондықтан Q теріс мәнге ие. Керісінше, суық су жылуды сіңіреді, сондықтан Q оң мәнге ие. Q таңбасының конвенциясын (термодинамиканың бірінші заңы) есте сақтаңыз.
Δ S Барлығы = Δ S ыстық су + Δ S суық су
Δ S Барлығы = - 56,107 Дж/К + 56,486 Дж/К
Δ S Барлығы = 0,379 Дж/К
Жалпы энтропия 0,379 Дж/К-ға артады
Жүйенің кейбір бөліктерінің энтропиясы төмендегенімен (-56,107 Дж/К), жүйенің кейбір бөліктерінің энтропиясы үлкенірек мөлшерге (+ 56,486 Дж/К) артады, сондықтан жалпы энтропия әрқашан (+ 0,379 Дж/К) артады.
Қайтымсыз процестегі жалпы энтропияның артуы тек жоғарыда талдаған ыстық және суық су қоспасы арасындағы жылу алмасуға ғана емес, сонымен қатар ғалымдар зерттеген барлық жағдайларға да қатысты. Егер процесс қайтымды болса, жалпы энтропия әрқашан тұрақты болып қалады. Егер процесс қайтымсыз болса, жалпы энтропия әрқашан артады.
Негізінде, біздің күнделікті өміріміздегі барлық табиғи процестер қайтымсыз, сондықтан жалпы энтропия сөзсіз артады. Бұл факт келесі жолмен қорытындыланады:
Қайтымсыз процесте жүйенің және қоршаған ортаның жалпы энтропиясы әрқашан артады.
Бұл курсивпен жазылған сөйлем термодинамиканың екінші заңының жалпы тұжырымы болып табылады. Термодинамиканың екінші заңы физиканың басқа заңдарынан біршама ерекшеленеді. Әдетте, физикалық заңдар теңдеулер (мысалы, Ньютон заңдары) немесе сақталу заңдары (мысалы, энергияның сақталу заңы) түрінде өрнектеледі.
Энтропия - тәртіпсіздіктің өлшемі
Энтропияны ретсіздіктің өлшемі деп санауға болады. Термодинамиканың екінші заңының жалпы тұжырымына қатысты ретсіздік қайтымсыз процестерде артады. Басқаша айтқанда, әрбір қайтымсыз процесс негізінен ретсіздік күйіне әкеледі. Мұндағы ретсіздіктің мағынасы түсініксіз болуы мүмкін, сондықтан ол күнделікті өмірде болатын қайтымсыз процестердің мысалдарын қолдана отырып түсіндіріледі.
Энтропия ұғымы бастапқыда тек энергия түрінің өзгеруі мен энергия тасымалын қамтитын қайтымсыз процестермен байланысты болғанын атап өту маңызды. Сабағынан босатылып, жерге тигенше еркін құлағаннан кейін, манго ешқашан жоғары қарай сырғымайды. Біз итеріп, содан кейін тоқтаған кітап ешқашан бізге қарай жылжымайды. Бұл энергия түрінің өзгеруімен және энергияның бір заттан екінші затқа ауысуымен байланысты қайтымсыз процестердің кейбір мысалдары. Бұл процестер тек бір бағытта жүреді, бірақ ешқашан кері бағытта болмайды. Манго ешқашан өздігінен жоғары қарай сырғымайды, себебі оның ішкі энергиясы кинетикалық энергияға айналады . Кітап ешқашан бізге қарай сырғымайды, себебі үйкеліс нәтижесінде пайда болатын жылу кинетикалық энергияға айналады.
Әлемде болып жатқан қайтымсыз процестер тек энергия формаларының өзгеруімен және энергия тасымалымен ғана байланысты емес. Туылғаннан кейін біз нәрестелерге, балаларға, жасөспірімдерге, ересектерге айналамыз, содан кейін қартайып, тозып, ақырында өлеміз 😉 Қарт адамның нәрестеге айналғанын көрдіңіз бе? Ешқашан... Біз қолданатын ұялы телефон уақыт өте келе күңгірттеніп, зақымдалады... Бастапқыда тегіс және қуатты болған жаңа көлік бірнеше жыл пайдаланғаннан кейін тегістігі төмендеп, әлсіз болады. Ескі көліктің кенеттен қайтадан жаңа болып кеткенін көрдіңіз бе? Немесе сүйікті ұялы телефоныңыз күн сайын тегіс және жақсара түседі? Ешқашан... Пайдаланылғаннан кейін ұялы телефон күңгірттеніп, зақымдалады. Көліктер бірдей... Бұл энергия формаларының өзгеруімен және энергия тасымалымен ешқандай байланысы жоқ қайтымсыз процестердің кейбір мысалдары... Енді, әлемде болатын барлық табиғи процестер қайтымсыз екенін түсінгеннен кейін, энтропия ұғымы кеңейе түседі. Талқылау тек термодинамикалық процестерді ғана емес, сонымен қатар әлемдегі басқа да көптеген қайтымсыз процестерді қамтиды.
Енді күнделікті өмірде болатын кейбір қайтымсыз процестерді талқылайық. Алдымен қарапайым қайтымсыз процесті қарастырайық. Бұл тек кіріспе, сондықтан сіз энтропия ұғымын және оның қайтымсыз процестермен байланысын түсінесіз.
Мысалы, сізде бірнеше қызыл және көк шарлар бар делік. Шарлар контейнерге салынған. Көк шарлар төменгі жағында, ал қызыл шарлар жоғарғы жағында ұқыпты орналасқан (сол жақтағы сурет). Шарларыңыздың контейнердегі орналасуы өте реттелген көрінеді... Төменгі жағы толығымен көк, жоғарғы жағы толығымен қызыл.
Келесіде, сіз ыдысты жоғары-төмен шайқайсыз немесе шайқайсыз. Ыдыс жоғары-төмен қозғалғандықтан, бастапқыда өте тұрақты болған шарлардың орналасуы қайтадан дұрыс емес болып өзгереді (оң жақтағы сурет). Қызыл және көк шарлар араласады 😉 Оны неғұрлым көп шайқасаңыз, шарлардың орналасуы соғұрлым дұрыс емес болып кетеді... Шайқағаннан кейін шарлардың орналасуы бұрынғыдай дұрыс болып кетуі мүмкін бе? Бұл мүмкін емес... Сенбесеңіз, дәлелдеңіз. Шарлардың бұрынғыдай дұрыс болып кетуі мүмкін емес... Бұл қайтымсыз процестің мысалы. Қайтымсыз процесті бастан кешіргеннен кейін, бастапқыда өте тұрақты болған шарлардың орналасуы дұрыс емес болып өзгереді. Дұрыстық дұрыс емес болып өзгерді...
Басқа қайтымсыз процестерде де дәл осындай жағдай орын алады. Ыстық және суық заттарға тигенде, жылу ыстық заттардан суық заттарға автоматты түрде ағады... Жанасып тұрған екі зат бірдей температураға жеткеннен кейін жылу ағымы тоқтайды. Бұл процесс қайтымсыз... Бастапқыда бізде молекулалардың екі орналасуы болады, атап айтқанда, орташа кинетикалық энергиясы үлкен молекулалар (ыстық затты құрайтын молекулалар) және орташа кинетикалық энергиясы аз молекулалар (суық затты құрайтын молекулалар). Ыстық және суық заттар бірдей температураға жеткеннен кейін (молекулалардың орташа кинетикалық энергиясы бірдей), біз енді молекулалардың екі орналасуын ажырата алмаймыз. Бастапқыда тұрақты болған молекулалардың орналасуы дұрыс емес болып өзгереді. Жоғарыдағы мәрмәрлердің орналасуына ұқсас... Екі зат бірдей температураға жеткеннен кейін, молекулалардың тұрақты орналасуы дұрыс емес болып өзгереді (жылудың қайтымсыз берілуіне байланысты дұрыс еместік артады).
Сонымен қатар, ыстық заттан суық затқа жылу ағынын жылу қозғалтқышындағы жоғары температуралы аймақтан төмен температуралы аймаққа жылу ағыны деп санауға болады. Жоғары температуралы аймақтан төмен температуралы аймаққа жылу ағыны жылу қозғалтқышына жұмыс орындауға мүмкіндік береді. Жылу қозғалтқышы жылу ағынынсыз жұмыс орындай алмайды. Осылайша, біз бұзылыстың мөлшері мен жұмыс орындау мүмкіндігі арасындағы байланысты орната аламыз. Бірдей температураға жеткеннен кейін, ыстық заттан суық затқа жылу ағыны болмайды (бұзылыс артады). Жылу ағынының болмауы жылу қозғалтқышының жұмыс істеуіне кедергі келтіретіндіктен, жұмыс орындай алмайтын жүйенің жоғары ретсіздігі бар, ал жұмыс орындай алатын жүйенің төмен ретсіздігі бар деп айтуға болады...
Осы нәтижелерден энергия түрлері мен ретсіздік өлшемі арасындағы байланыс туралы қорытынды жасай аламыз. Негізінен, жұмыс істеу үшін пайдаланылатын энергия түрі - потенциалдық энергия. Судың гравитациялық потенциалдық энергиясын турбинаны қозғалту үшін пайдалануға болады. Мұнайдағы химиялық потенциалдық энергияны көлік құралын қозғалту үшін пайдалануға болады. Денеміздегі химиялық потенциалдық энергияны жұмыс істеу, саяхаттау, оқу үшін пайдалануға болады... Мангоның гравитациялық потенциалдық энергиясын үйдің шатырындағы ағып кетуді жөндеу үшін пайдалануға болады 😉 Пайдалы энергия түрлерін жұмыс істеу үшін пайдалануға болатындықтан, пайдалы энергия түрлері ретсіз, ал пайдасыз энергия түрлері ретсіз деп айтуға болады. Пайдасыз энергия түрлері - ішкі энергия және жылу... Жерге тигеннен кейін, манго ешқашан жоғары қарай сырғымайды, себебі ішкі энергия кинетикалық энергияға айналады...
Кітапты итергеннен кейін кітап қозғалады. Үйкеліс күшінің болуы кітаптың қозғалысын тоқтатады... Бұл жағдайда кітаптың кинетикалық энергиясы жылуға айналды (жылу үйкеліс салдарынан пайда болады). Шын мәнінде, кітап әлі де бізге қарай сырғып кетпейді, себебі жылу кинетикалық энергияға айналды... Бұл екі мысал жылудың екі пайдасыз энергия түрі екенін көрсетеді. Пайдасыз энергия түрлерін жұмыс істеу үшін пайдалануға болмайды. Осылайша, жылу мен ішкі энергияның жоғары біркелкі еместігі бар деп айта аламыз...
Негізінде, энергия түрін пайдалы энергия түрінен пайдасыз энергия түріне өзгерту процесі әрқашан ретсіздікті арттырады... Сленгте энергия түрін өзгерту процесінде энтропия әрқашан артады... Энтропия уақыт өте келе әрқашан артатындықтан, энергияның барлық пайдалы түрлері пайдасыз түрлерге айналады. Энергия түрін өзгерту процесінде энергия әрқашан сақталады, бірақ реттелген және жұмыс істеу үшін пайдаланылуы мүмкін энергия түрі ретсіз түрге айналады және жұмыс істеу үшін пайдаланылуы мүмкін емес...
Энтропия және статистика
Бұрын біз энтропияның ретсіздіктің өлшемі екенін талқыладық. Әрбір қайтымсыз процесс негізінен жоғары ретсіздік күйіне әкеледі. Бұл идея абстрактілі және түсініксіз болып көрінуі мүмкін. Энтропия ұғымын жақсырақ түсіну үшін біз статистикалық тәсілді қолдана аламыз. Энтропия ұғымын статистикалық тәсілді қолдана отырып түсінуді алғаш рет Людвиг Больцман (1844–1906) қолданған.
Осы мақаланың басында энтропия жүйенің микроскопиялық күйін сипаттайтын шама екені түсіндірілді. Макроскопиялық күйлерді сипаттайтын шамаларды тікелей білуге болады, бірақ микроскопиялық күйлерді сипаттайтын шамаларды білу мүмкін емес. Микроскопиялық күйді түсіну үшін біз макроскопиялық және микроскопиялық күйлер арасындағы байланысты қарастыра аламыз.
Сізде жүз рупия тиын бар ма? Жүз рупия тиынның екі жағы бар: бір жағында Гаруда құсы, ал екінші жағында 100 рупия сөзі бейнеленген. Мысалы, егер сізде төрт жүз рупия тиын болса... егер сіз барлық төрт жүз рупия тиындарын еденге лақтырсаңыз, бір лақтыруда бес түрлі нәтиже болады:
Алдымен Гаруда құсының барлық суреттері пайда болады (4 сурет);
Екіншіден, Гаруда құсының 3 суреті пайда болады, жүз рупияның 1 жазуы (3 сурет, 1 жазу);
Үшіншіден, Гаруда құсының 2 бейнесі пайда болады, 2 сөз жүз рупия (2 бейне, 2 сөз);
Төртіншіден, Гаруда құсының 1 суреті пайда болады, жүз рупияның 3 сөзі пайда болады (1 сурет, 3 сөз);
Бесіншіден, жүз рупия деген сөздер пайда болады (4 сөз)...
Біз бұл бес мүмкін кескінді немесе жазуды макроскопиялық күйлер деп атаймыз (макро = үлкен). Керісінше, егер біз төрт тиынды кескіндер немесе жазулар ретінде көрсетсек, біз микроскопиялық күйлерді көрсетеміз (микро = кішкентай).
Бір лақтыруда 16 мүмкін микроскопиялық күй болуы мүмкін (Әрбір монетаның екі мүмкіндігі бар. Төрт монетаның 16 мүмкіндігі бар = 2 x 2 x 2 x 2 = 2 4 = 16). Ең үлкен ықтималдық - 2 сурет пен 2 жазудың пайда болуы (16 микроскопиялық күйдің 6 мүмкін микроскопиялық күйі бар - 6/16 x 100% = 37,5%). Екінші жағынан, ең аз ықтималдық - 4 сурет немесе 4 жазудың пайда болуы (Әрқайсысында 1 мүмкін микроскопиялық күй бар - 1/16 x 100% = 6,25%). Біз мұнда тек мүмкіндік немесе ықтималдықты талқылап отырмыз... Егер біз монеталарды 16 рет лақтырсақ, 2 сурет пен 2 жазудың 6 рет пайда болатыны белгісіз. Бірақ егер біз монеталарды мыңдаған рет лақтырсақ, 2 сурет пен 2 жазудың пайда болу ықтималдығы 37,5%-ға жақындауы мүмкін.
Дәлелдеген дұрыс... Төрт жүз рупия тиынды 100 рет лақтырыңыз (мүмкіндігіңіз болса 1000 рет 😉). Алынған деректерді бір лақтыруда жазыңыз... Тиындарды 100 рет лақтырғаннан кейін, 2 сурет пен 2 жазу жиі кездесетінін көресіз. Лақтыру саны неғұрлым көп болса, 2 сурет пен 2 жазу алу ықтималдығы лақтырулардың жалпы санының 37,5%-ына жақындайды.
Бұрын біз тек 4 тиынды қарастырдық. Егер тиындар санын көбейтсек, микроскопиялық күйлер саны артады. Мысалы, бізде 100 тиын бар... Бір лақтыруда 2 100 = 1,27 x 10 30 мүмкін микроскопиялық күйлер бар... Ең үлкен ықтималдық - 50 сурет пен 50 жазу пайда болады (Барлық 1,27 x 10 30 микроскопиялық күйден 1,01 x 10 29 мүмкін микроскопиялық күйлер бар). Керісінше, ең кіші ықтималдық - 100 сурет немесе 100 жазу пайда болады (Әрқайсысында барлығы 1,27 x 10 30 микроскопиялық күйден тек 1 мүмкін микроскопиялық күй бар). Өте аз және мүмкін емес дерлік... Егер бізде 1000 тиын болса, 1000 суреттің немесе 1000 жазудың пайда болу ықтималдығы, әрине, одан да аз және барған сайын мүмкін емес.
Мұны энтропия ұғымымен байланыстыру үшін, барлық кескіндер немесе барлық мәтін реттелген орналасуда, ал кескіндердің жартысы және мәтіннің жартысы дұрыс емес орналасуда деп болжауға болады. Монеталардың саны неғұрлым көп болса, реттелген орналасуды (барлық кескіндер немесе барлық мәтін) алу ықтималдығы немесе мүмкіндігі соғұрлым аз болады және бұл мүмкін емес дерлік болады. Керісінше, дұрыс емес орналасудың (кескіндердің жартысы және мәтіннің жартысы) ықтималдығы немесе мүмкіндігі әлдеқайда жоғары. Осы нәтижеден дұрыс еместік ықтималдықпен тығыз байланысты екені көрінеді. Ең ықтимал күй - дұрыс емес күй, ал ең ықтимал емес күй - реттелген күй.
Термодинамиканың екінші заңының жалпы тұжырымында, біз бұрын талқылағандай, энтропия немесе ретсіздік әрқашан әрбір қайтымсыз процесте артады делінген. Термодинамиканың екінші заңының бұл тұжырымын ықтималдық тұжырымы ретінде түсінуге болады. Бұл ғаламда болып жатқан әрбір процесс ең үлкен ықтималдыққа немесе мүмкіндікке ие дегенді білдіреді. Термодинамиканың екінші заңы әрбір қайтымсыз процесте энтропияның төмендеуіне тыйым салмайды, бірақ ықтималдық өте аз, тіпті мүмкін емес дерлік. Керісінше, энтропияның арту ықтималдығы әлдеқайда жоғары. Біз бұрын қарастырған тиындар саны небәрі 100 болды... шын мәнінде, бір молда 6,02 x 1023 молекула бар ... бұл өте үлкен сан. Бұл санның мүмкін болатын микроскопиялық күйлері, әрине, өте үлкен, сондықтан реттілік ықтималдығы өте аз, мүмкін емес дерлік...
Егер біз еденге стаканды түсіріп алсақ, еденге шашыраған әйнек сынықтары қайтадан жиналып, бұрынғыдай тұтас стакан түзуі мүмкін. Бірақ мұның болу мүмкіндігі соншалықты аз, бұл мүмкін емес... әйнек әлі бүтін болған кезде, молекулалардың орналасуы реттелген болады. Әйнек сынғанша құлап, әйнек сынықтары жерге шашыраған кезде, молекулалардың орналасуы ретсіз болады. Реттелген қалыпқа оралу мүмкіндігі соншалықты аз, әйнек молекулаларының қайтадан жиналуын күту мүмкін емес. Егер біз ыстық және суық затқа тисек, жылу ыстық заттан суық затқа өздігінен ағады... ыстық заттардың молекулалары кездейсоқ және тез қозғалады, ал суық заттарды құрайтын молекулалардың қозғалысы өте жылдам емес. Бұл жылдам қозғалатын молекулалардың бір-біріне соғылу немесе суық затқа өту мүмкіндігі баяу қозғалатын молекулалардың мүмкіндігінен әлдеқайда жоғары... кім жылдам болса, соны алады 😉 жылу суық заттан ыстық затқа ауыса алады, бірақ бұл мүмкіндік әлдеқайда аз.
Жоғарыдағы суреттегі көк және қызыл мәрмәрлер бастапқы, тұрақты орналасуына оралуы мүмкін. Бірақ реттелген орналасуға оралу мүмкіндігі әлдеқайда аз. Ретсіз орналасудың мүмкіндігі әлдеқайда жоғары. Сол сияқты, жабық ыдыстағы газдың еркін кеңеюімен. Ыдыста екі камера бар, онда екі камера тосқауылмен бөлінген. Бастапқыда газ сол жақ камерада болады. Тосқауыл жойылған кезде, газ молекулалары оң жақ камераға өту үшін ағылады. Оң жақ камера бос, ал сол жақ камерада кездейсоқ қозғалатын молекулалар бар. Тосқауыл жойылған кезде, молекулалардың бос камераға өту мүмкіндігі жоғары. Молекулалар екі камерасы бар ыдыстың бүкіл көлемін толтырғаннан кейін, барлық молекулалардың сол жақ камераны қайтадан толтыруы мүмкін бе? Бұл мүмкін, бірақ ықтималдық өте аз. Тек бір молда 6,02 x 1023 молекула бар ... барлық молекулалардың сол жақ камерада болу ықтималдығы миллион мүмкіндіктен 1-ге тең. Миллионнан біреуі өте аз мүмкіндік және мүмкін емес дерлік...
Термодинамиканың екінші заңы бізге Әлемде болып жатқан әрбір процесс ең ықтимал процесс екенін айтады. Табиғаттағы процестің бағыты (жоғары энтропияға қарай) кездейсоқтықпен немесе ықтималдықпен анықталады... тәртіпсіздіктің пайда болу ықтималдығы әлдеқайда жоғары және сондықтан оның пайда болу ықтималдығы жоғары...
Энтропия = уақыт көрсеткісі
Энтропия уақыт көрсеткісі деп те аталады, себебі ол бізге уақыттың қай бағытта өтетінін көрсетеді. Әрбір табиғи процестің бағыты тәртіпсіздікке қарай. Егер біз керісінше, яғни тәртіпсіздіктің өзінің тәртіпке айналғанын байқасақ, оқиға керісінше деп айта аламыз. Егер едендегі шашыраңқы шыны сынықтарының қайтадан жиналып, тұтас әйнекті құрайтынын көрсек, оқиға керісінше деп айта аламыз. Бұл біздің күнделікті өмірімізде ешқашан болмайды, егер солай болса, термодинамиканың екінші заңын бұзар еді. Бұл жағдайда уақыт ешқашан артқа жылжиды, ал тәртіпсіздік ешқашан автоматты түрде тәртіпке өзгермейді. Біздің өміріміздегі ең ықтимал және тұрақты құбылыс - тәртіп әрқашан тәртіпсіздікке қарай жылжиды; уақыт әрқашан алға жылжиды, кері емес. Егер қарт адам нәрестеге айналса, біз мұны қалыптан тыс және термодинамиканың екінші заңын бұзу деп санар едік.
