Entropia e Materisë
Në diskutimin e mëparshëm, studiuam disa pohime specifike të ligjit të dytë të termodinamikës. Duhet theksuar se këto pohime specifike mund të shpjegojnë vetëm disa procese të pakthyeshme. Pohimi i Klausiusit shpjegon vetëm transferimin e nxehtësisë dhe marrëdhënien e tij me parimin e punës së frigoriferëve. Pohimet e Kelvinit dhe Plankut lidhen me parimin e punës së motorëve të nxehtësisë . Në thelb, këto dy pohime lidhen me transferimin e nxehtësisë. Ka shumë procese të tjera të pakthyeshme që nuk mund të shpjegohen duke përdorur këto dy pohime.
Deklarata specifike e ligjit të dytë të termodinamikës nuk mund të shpjegojë të gjitha proceset e pakthyeshme, kështu që na duhet një deklaratë më e përgjithshme. Kjo deklaratë e përgjithshme pritet të shpjegojë të gjitha proceset e pakthyeshme që ndodhin në univers. Deklarata e përgjithshme e ligjit të dytë të termodinamikës u formulua vetëm në mesin e shekullit të nëntëmbëdhjetë, përmes një sasie të quajtur entropi (S). Entropia mund të mendohet si një masë e çrregullimit. Sasia e entropisë u prezantua për herë të parë nga Clausius dhe u nxor nga cikli Carnot (një motor i përsosur i nxehtësisë). Sipas Clausius, madhësia e ndryshimit në entropi të përjetuar nga një sistem, kur sistemi merr nxehtësi shtesë (Q) në një temperaturë konstante, shprehet me ekuacionin:
Entropia është një madhësi që përshkruan gjendjen mikroskopike të një sistemi dhe për këtë arsye nuk mund të matet drejtpërdrejt. Ne shqyrtojmë vetëm ndryshimin në entropi. Është e ngjashme me ndryshimin në energji në ligjin e parë të termodinamikës.
Shembull pyetjeje 1:
Një sasi gazi në një enë i nënshtrohet zgjerimit adiabatik. Cili është ndryshimi në entropinë e gazit?
Diskutim
Gjatë një procesi adiabatik, asnjë nxehtësi nuk hyn ose del nga sistemi (gazi). Meqë Q = 0, ΔS = 0. Entropia e sistemit mbetet konstante. Po në lidhje me kompresimin adiabatik? Është në thelb e njëjta gjë. Gjatë kompresimit adiabatik, asnjë nxehtësi nuk hyn ose del nga sistemi (Q = 0). Prandaj, entropia e sistemit është konstante.
Shembull pyetjeje 2:
Një motor Carnot merr 2000 J nxehtësi në 500 K, kryen punë dhe largon një sasi të caktuar nxehtësie në 350 K. Përcaktoni sasinë e nxehtësisë së larguar dhe ndryshimin total të entropisë në motor gjatë një cikli.
Diskutim
Nëse sistemi merr nxehtësi, Q është pozitiv, nëse sistemi liron nxehtësi, Q është negativ. Sistemi për këtë rast është një motor Carnot.
Gjatë një cikli, një motor Carnot i nënshtrohet dy proceseve izotermale të kthyeshme (zgjerim izotermik + kompresim izotermik) dhe dy proceseve adiabatike të kthyeshme (zgjerim adiabatik dhe kompresim adiabatik). Gjatë proceseve të zgjerimit dhe kompresimit adiabatik, nuk hyn ose del nxehtësi nga sistemi (Q = 0). Meqenëse Q = 0, ndryshimi në entropi gjatë procesit adiabatik = 0.
Gjatë zgjerimit izotermik, motori thith 2000 J nxehtësi (Q) në një temperaturë (T) prej 500 K. Meqenëse motori thith nxehtësi, Q është pozitiv. Ndryshimi në entropinë e motorit gjatë zgjerimit izotermik është:
Gjatë kompresimit izotermik, motori largon 1400 J nxehtësi (Q) në një temperaturë (T) prej 350 K. Meqenëse motori largon nxehtësinë, Q ka shenjë negative. Ndryshimi në entropinë e motorit gjatë kompresimit izotermik është:
Ndryshimi total i entropisë = 4 J/K - 4 J/K = 0
Shembull pyetjeje 3:
Një motor nxehtësie merr 600 xhaul nxehtësie (Q) në një temperaturë prej 300 o C, kryen punë dhe largon një sasi të caktuar nxehtësie në një temperaturë prej 100 o C. Përcaktoni sasinë e nxehtësisë së larguar dhe ndryshimin total të entropisë në motor gjatë një cikli...
Diskutim
T H = 300 K
Q H = 600 J
T L = 100 K
Q L = ?
Gjatë një cikli, një motor Carnot i nënshtrohet dy proceseve izotermale të kthyeshme (zgjerim izotermik + kompresim izotermik) dhe dy proceseve adiabatike të kthyeshme (zgjerim adiabatik dhe kompresim adiabatik). Gjatë proceseve të zgjerimit dhe kompresimit adiabatik, nuk hyn ose del nxehtësi nga sistemi (Q = 0). Meqenëse Q = 0, ndryshimi në entropi gjatë procesit adiabatik = 0.
Gjatë zgjerimit izotermik, motori thith 600 J nxehtësi (Q) në një temperaturë (T) prej 300 K. Meqenëse motori thith nxehtësi, Q është pozitiv. Ndryshimi në entropinë e motorit gjatë zgjerimit izotermik është:
Gjatë kompresimit izotermik, motori largon 200 J nxehtësi (Q) në një temperaturë (T) prej 100 K. Meqenëse motori largon nxehtësinë, Q ka shenjë negative. Ndryshimi në entropinë e motorit gjatë kompresimit izotermik është:
Ndryshimi total i entropisë = 2 J/K - 2 J/K = 0
Nga pyetja shembullore numër 2 dhe pyetja shembullore numër 3, duket se ndryshimi i entropisë totale për një proces të kthyeshëm = 0. Me fjalë të tjera, në një proces të kthyeshëm, entropia totale është gjithmonë konstante.
Shembull pyetjeje 4:
Një kub akulli prej 2 kg ka një temperaturë prej 0 ° C. Kubi i akullit vendoset në një enë dhe ekspozohet ndaj dritës së diellit. Për shkak të nxehtësisë shtesë nga ajri dhe dielli, akulli shkrihet. Përcaktoni ndryshimin në entropinë e akullit. (Nxehtësia e shkrirjes së ujit = 3,34 x 105 J /Kg)
Diskutim
Masa e akullit = 2 kg
Temperatura e akullit = 0 o C + 273 = 273 K
Nxehtësia e shkrirjes së ujit = 3,34 x 105 J/Kg
Nxehtësia e nevojshme për të shkrirë 2 kg akull në ujë:
Q = mL
Q = (2 kg)(3,34 x 105 J /Kg)
Q = 6,68 x 105 J
Q = 668 x 105 J
Gjatë procesit të shkrirjes (nga akulli në ujë), temperatura është konstante. Meqenëse temperatura është konstante, llogaritet ndryshimi në entropinë e akullit.
Shembull pyetjeje 5:
Një gotë me ujë në 26 o C përzihet me një gotë me ujë në 22 o C. Nëse masa e ujit në gotë = 2 kg, përcaktoni ndryshimin në entropinë e ujit. Supozoni se uji i nxehtë dhe uji i ftohtë janë të përzier në një enë të mbyllur dhe të izoluar mirë. Transferimi i nxehtësisë është një proces i pakthyeshëm.
Diskutim
Nxehtësia specifike e ujit (c) = 4180 J/Kg C₂o
Masa e ujit = 2 Kg (e njëjta masë uji).
Meqenëse masa e ujit është e njëjtë, temperatura përfundimtare e përzierjes = 24 o C (26 o C + 22 o C / 2 = 48 o C / 2 = 24 o C).
Sasia e nxehtësisë që çlirohet nga uji i nxehtë kur temperatura e tij bie nga 26 ° C në 24 ° C:
Q = mc Δ T = (2 kg)(4180 J/kg C o )(26 o C – 24 o C) = (2 Kg)(4180 J/kg C o )(2 o C) = 16720 J
Sasia e nxehtësisë e absorbuar nga uji i ftohtë kur temperatura e tij rritet nga 22°C në 24°C:
Q = mc Δ T = (2 kg)(4180 J/kg C o )(24 o C – 22 o C) = (2 kg)(4180 J/kg C o )(2 o C) = 16720 J
Ndryshimi total i entropisë = Ndryshimi në entropinë e ujit të nxehtë + ndryshimi në entropinë e ujit të ftohtë
Temperatura mesatare e ujit të nxehtë = (26 o C + 24 o C) / 2 = 50 o C / 2 = 25 o C ‐‐‐‐ 25 + 273 = 298 K
Temperatura mesatare e ujit të ftohtë = (22 o C + 24 o C) / 2 = 46 o C / 2 = 23 o C - - - - 23 + 273 = 296 K
Uji i nxehtë çliron nxehtësi, kështu që Q është negativ. Anasjelltas, uji i ftohtë thith nxehtësi, kështu që Q është pozitiv. Mbani mend konventën e shenjës Q (ligji i parë i termodinamikës).
ΔS Totali = ΔS ujë i nxehtë + ΔS ujë i ftohtë
Δ S Total = ‐ 56,107 J/K + 56,486 J/K
ΔS Totali = 0,379 J/K
Entropia totale rritet me 0,379 J/K
Edhe pse entropia e disa pjesëve të sistemit zvogëlohet (‐56,107 J/K), entropia e disa pjesëve të sistemit rritet me një sasi më të madhe (+ 56,486 J/K) kështu që entropia totale rritet gjithmonë (+ 0,379 J/K).
Rritja e entropisë totale në një proces të pakthyeshëm nuk është e zbatueshme vetëm për transferimin e nxehtësisë midis përzierjes së ujit të nxehtë dhe të ftohtë që analizuam më sipër, por vlen edhe për të gjitha rastet e studiuara nga shkencëtarët. Entropia totale mbetet gjithmonë konstante nëse procesi është i kthyeshëm. Nëse procesi është i pakthyeshëm, entropia totale rritet gjithmonë.
Në thelb, të gjitha proceset natyrore në jetën tonë të përditshme janë të pakthyeshme, kështu që entropia totale rritet në mënyrë të pashmangshme. Ky fakt përmblidhet në rreshtin e mëposhtëm:
Në një proces të pakthyeshëm, entropia totale e sistemit dhe e mjedisit përreth rritet gjithmonë.
Kjo fjali e shkruar në italikë është një pohim i përgjithshëm i ligjit të dytë të termodinamikës. Ligji i dytë i termodinamikës është disi i ndryshëm nga ligjet e tjera të fizikës. Zakonisht, ligjet fizike shprehen si ekuacione (p.sh., ligjet e Njutonit) ose si ligje të ruajtjes (p.sh., ligji i ruajtjes së energjisë).
Entropia është një masë e çrregullimit
Entropia mund të konsiderohet si një masë e çrregullimit. Në lidhje me pohimin e përgjithshëm të ligjit të dytë të termodinamikës, çrregullimi tenton të rritet në proceset e pakthyeshme. Me fjalë të tjera, çdo proces i pakthyeshëm në thelb çon në një gjendje çrregullimi. Kuptimi i çrregullimit këtu mund të jetë i paqartë, kështu që do të shpjegohet duke përdorur shembuj të proceseve të pakthyeshme që ndodhin në jetën e përditshme.
Është e rëndësishme të theksohet se koncepti i entropisë fillimisht shoqërohej vetëm me procese të pakthyeshme që përfshinin ndryshime në formën e energjisë dhe transferimin e energjisë. Pasi lirohet nga kërcelli i tij dhe bie lirisht derisa të godasë tokën, një mango nuk rrëshqet kurrë lart. Një libër që e shtyjmë dhe pastaj ndalet nuk lëviz kurrë prapa drejt nesh. Këto janë disa shembuj të proceseve të pakthyeshme që lidhen me ndryshimet në formën e energjisë dhe transferimin e energjisë nga një objekt në tjetrin. Këto procese ndodhin vetëm në një drejtim, por kurrë në drejtimin e kundërt. Një mango nuk rrëshqet kurrë lart vetë sepse energjia e tij e brendshme shndërrohet në energji kinetike . Një libër nuk rrëshqet kurrë drejt nesh sepse nxehtësia e gjeneruar nga fërkimi shndërrohet në energji kinetike.
Proceset e pakthyeshme që ndodhin në univers nuk lidhen vetëm me ndryshimet në format e energjisë dhe transferimin e energjisë. Pasi lindim, ne rritemi në foshnje, fëmijë, adoleshentë, të rritur, pastaj plakemi dhe kalbëzohemi dhe në fund vdesim 😉 A keni parë ndonjëherë një të moshuar të shndërrohet në një foshnjë? Kurrë… Telefoni celular që përdorim bëhet i zbehtë dhe i dëmtuar me kalimin e kohës… Një makinë e re që fillimisht ishte e lëmuar dhe e fuqishme bëhet më pak e lëmuar dhe e dobët pasi e përdorni për disa vite. A keni parë ndonjëherë një makinë të vjetër papritmas të bëhet përsëri e re? Apo telefoni juaj i preferuar bëhet më i butë dhe më i mirë çdo ditë? Kurrë… Pasi përdoret, telefoni celular bëhet i zbehtë dhe i dëmtuar. Makinat janë të njëjta… Këto janë disa shembuj të proceseve të pakthyeshme që nuk kanë të bëjnë fare me ndryshimet në format e energjisë dhe transferimin e energjisë…. Tani, pasi kuptuam se të gjitha proceset natyrore që ndodhin në univers janë të pakthyeshme, koncepti i entropisë bëhet më i gjerë. Diskutimi nuk mbulon vetëm proceset termodinamike, por përfshin edhe shumë procese të tjera të pakthyeshme në univers.
Tani le të diskutojmë disa procese të pakthyeshme që ndodhin në jetën e përditshme. Së pari, le të shqyrtojmë një proces të thjeshtë të pakthyeshëm. Ky është vetëm një hyrje, në mënyrë që ta kuptoni konceptin e entropisë dhe marrëdhënien e saj me proceset e pakthyeshme.
Për shembull, supozojmë se keni disa topa të kuq dhe blu. Topat janë vendosur në një enë. Topat blu janë të rregulluar me kujdes në fund, ndërsa topat e kuq janë të rregulluar me kujdes në krye (imazhi majtas). Renditja e topave tuaj në enë duket shumë e rregullt… Pjesa e poshtme është e gjitha blu, pjesa e sipërme është e gjitha e kuqe.
Pastaj, e tundni ose tundni enën lart e poshtë. Për shkak se ena lëviz lart e poshtë, rregullimi i mermerëve, i cili fillimisht ishte shumë i rregullt, ndryshon për t'u bërë përsëri i parregullt (fotoja djathtas). Mermerët e kuq dhe blu përzihen së bashku 😉 Sa më shumë ta tundni, rregullimi i mermerëve bëhet më i parregullt… A është e mundur që pasi të tunden, rregullimi i mermerëve të bëhet i rregullt si më parë? Është e pamundur… Ju lutem vërtetojeni nëse nuk e besoni. Është e pamundur që mermerët të bëhen të rregullt si më parë… Ky është një shembull i një procesi të pakthyeshëm. Pas përjetimit të një procesi të pakthyeshëm, rregullimi i mermerëve, i cili fillimisht ishte shumë i rregullt, ndryshon për t'u bërë i parregullt. Rregullsia është ndryshuar në parregullsi…
E njëjta gjë ndodh edhe në procese të tjera të pakthyeshme. Kur prekim një objekt të nxehtë dhe një objekt të ftohtë, nxehtësia do të rrjedhë automatikisht nga objekti i nxehtë në objektin e ftohtë… Nxehtësia ndalon së rrjedhuri pasi dy objektet në kontakt arrijnë të njëjtën temperaturë. Ky proces është i pakthyeshëm… Epo, fillimisht kemi dy rregullime molekulash, përkatësisht molekulat që kanë një energji kinetike mesatare të madhe (molekulat që përbëjnë objektin e nxehtë) dhe molekulat që kanë një energji kinetike mesatare të vogël (molekulat që përbëjnë objektin e ftohtë). Pasi objekti i nxehtë dhe objekti i ftohtë arrijnë të njëjtën temperaturë (molekulat kanë të njëjtën energji kinetike mesatare), nuk mund t'i dallojmë më dy rregullimet e molekulave. Rregullimi i molekulave që fillimisht ishte i rregullt ndryshon për t'u bërë i parregullt. Ngjashëm me rregullimin e mermereve më sipër… Pasi dy objektet arrijnë të njëjtën temperaturë, rregullimi i rregullt i molekulave ndryshon në parregullsi (parregullsia rritet për shkak të transferimit të pakthyeshëm të nxehtësisë).
Për më tepër, rrjedha e nxehtësisë nga një objekt i nxehtë në një objekt të ftohtë mund të mendohet si rrjedha e nxehtësisë nga një rajon me temperaturë të lartë në një rajon me temperaturë të ulët në një motor nxehtësie. Rrjedha e nxehtësisë nga një rajon me temperaturë të lartë në një rajon me temperaturë të ulët lejon që një motor nxehtësie të kryejë punë. Një motor nxehtësie nuk mund të kryejë punë pa rrjedhë nxehtësie. Kështu, ne mund të krijojmë një marrëdhënie midis madhësisë së çrregullimit dhe aftësisë për të kryer punë. Pas arritjes së të njëjtës temperaturë, nuk ka më rrjedhë nxehtësie nga objekti i nxehtë në objektin e ftohtë (çrregullimi rritet). Meqenëse mungesa e rrjedhës së nxehtësisë e pengon një motor nxehtësie të kryejë punë, mund të themi se një sistem që nuk mund të kryejë punë ka çrregullim të lartë, ndërsa një sistem që mund të kryejë punë ka çrregullim të ulët…
Nga këto rezultate, mund të nxjerrim përfundime rreth marrëdhënies midis formave të energjisë dhe masës së çrregullimit. Në thelb, forma e energjisë që mund të përdoret për të kryer punë është energjia potenciale. Energjia potenciale gravitacionale e ujit mund të përdoret për të lëvizur një turbinë. Energjia potenciale kimike në naftë mund të përdoret për të lëvizur një automjet. Energjia potenciale kimike në trupat tanë mund të përdoret për të bërë punë, për të udhëtuar, për të studiuar… Energjia potenciale gravitacionale e një mangoje mund të përdoret për të riparuar një rrjedhje në çatinë e një shtëpie 😉 Meqenëse format e dobishme të energjisë mund të përdoren për të kryer punë, mund të themi se format e dobishme të energjisë janë më të rregullta, ndërsa format e padobishme të energjisë janë më të çrregullta. Format e energjisë së padobishme janë energjia e brendshme dhe nxehtësia… Pasi godet tokën, mango nuk rrëshqet më lart sepse energjia e brendshme shndërrohet në energji kinetike…
Pasi e shtyjmë librin, libri lëviz. Prania e fërkimit bën që libri të ndalojë së lëvizuri… Në këtë rast, energjia kinetike e librit është shndërruar në nxehtësi (nxehtësia lind për shkak të fërkimit). Në realitet, libri që është ende nuk rrëshqet prapa drejt nesh sepse nxehtësia është shndërruar në energji kinetike… Këto dy shembuj tregojnë se nxehtësia është dy forma të padobishme të energjisë. Format e padobishme të energjisë nuk mund të përdoren për të bërë punë. Kështu, mund të themi se nxehtësia dhe energjia e brendshme kanë parregullsi të lartë…
Në thelb, procesi i ndryshimit të formës së energjisë, nga një formë e dobishme energjie në një formë të padobishme energjie, gjithmonë rrit çrregullimin… Në zhargon, entropia gjithmonë rritet gjatë procesit të ndryshimit të formës së energjisë… Meqenëse entropia gjithmonë rritet me kalimin e kohës, të gjitha format e dobishme të energjisë do të shndërrohen në forma të padobishme. Energjia gjithmonë do të ruhet në procesin e ndryshimit të formës së energjisë, por forma e energjisë që është e rregullt dhe mund të përdoret për të bërë punë ndryshon në një formë të parregullt dhe nuk mund të përdoret për të bërë punë…
Entropia dhe statistika
Më parë, diskutuam se entropia është një masë e çrregullimit. Çdo proces i pakthyeshëm në thelb çon në një gjendje të çrregullimit të lartë. Kjo ide mund të duket abstrakte dhe e paqartë. Për të kuptuar më mirë konceptin e entropisë, mund të përdorim një qasje statistikore. Kuptimi i konceptit të entropisë duke përdorur një qasje statistikore u përdor për herë të parë nga Ludwig Boltzmann (1844–1906).
Në fillim të këtij artikulli, u shpjegua se entropia është një madhësi që përshkruan gjendjen mikroskopike të një sistemi. Madhësitë që përshkruajnë gjendjet makroskopike mund të njihen drejtpërdrejt, por madhësitë që përshkruajnë gjendjet mikroskopike nuk munden. Për të kuptuar gjendjen mikroskopike, mund të shqyrtojmë marrëdhënien midis gjendjeve makroskopike dhe mikroskopike.
A keni një monedhë prej njëqind rupish? Një monedhë prej njëqind rupish ka dy anë: njëra anë përshkruan një zog Garuda dhe ana tjetër përshkruan fjalën 100 rupish. Pra, për shembull, nëse keni katërqind monedha rupish… nëse i hidhni të katërqind monedhat rupish në dysheme, do të ketë pesë rezultate të ndryshme në një hedhje të vetme:
Së pari, shfaqen të gjitha imazhet e zogut Garuda (4 imazhe);
Së dyti, shfaqen 3 fotografi të zogut Garuda, 1 shkrim prej njëqind rupish (3 fotografi, 1 shkrim);
Së treti, shfaqen 2 imazhe të zogut Garuda, 2 fjalë njëqind rupiah (2 imazhe, 2 fjalë);
Së katërti, shfaqet 1 imazh i një zogu Garuda, shfaqen 3 fjalë njëqind rupiah (1 imazh, 3 fjalë);
Së pesti, shfaqen fjalët njëqind rupiah (4 fjalë)...
Ne i quajmë këto pesë imazhe ose shkrime të mundshme gjendje makroskopike (makro = e madhe). Anasjelltas, nëse i përfaqësojmë katër monedhat si imazhe ose shkrime, po deklarojmë gjendje mikroskopike (mikro = e vogël).
Në një hedhje, ka 16 gjendje të mundshme mikroskopike (Çdo monedhë ka dy shanse. Katër monedha kanë 16 shanse = 2 x 2 x 2 x 2 = 2 4 = 16). Probabiliteti më i madh është që të shfaqen 2 fotografi dhe 2 shkrime (Ka 6 gjendje të mundshme mikroskopike nga një total prej 16 gjendjesh mikroskopike - 6/16 x 100% = 37,5%). Nga ana tjetër, probabiliteti më i vogël është që të shfaqen 4 fotografi ose 4 shkrime (Secila ka 1 gjendje të mundshme mikroskopike - 1/16 x 100% = 6,25%). Ajo që po diskutojmë këtu është vetëm shansi ose probabiliteti... Nëse hedhim monedha 16 herë, nuk është e sigurt që 2 fotografi dhe 2 shkrime do të shfaqen 6 herë. Por nëse hedhim monedha mijëra herë, probabiliteti që të shfaqen 2 fotografi dhe 2 shkrime mund të afrohet në 37,5%.
Është më mirë ta provosh... Ju lutem hidhni katërqind monedha rupi 100 herë (1000 herë nëse mundeni 😉). Regjistroni të dhënat e marra në një hedhje... Pasi t’i keni hedhur monedhat 100 herë, do të zbuloni se 2 imazhe dhe 2 shkrime shfaqen më shpesh. Sa më shumë të jetë numri i hedhjeve, probabiliteti për të marrë 2 imazhe dhe 2 shkrime i afrohet 37,5% të numrit total të hedhjeve.
Më parë shqyrtuam vetëm 4 monedha. Nëse e rrisim numrin e monedhave, atëherë numri i gjendjeve mikroskopike rritet. Për shembull, kemi 100 monedha… Me një hedhje, ka 2 100 = 1,27 x 10 30 gjendje të mundshme mikroskopike… Probabiliteti më i madh është që të shfaqen 50 fotografi dhe 50 shkrime (Ka 1,01 x 10 29 gjendje të mundshme mikroskopike nga një total prej 1,27 x 10 30 gjendjesh mikroskopike). Anasjelltas, probabiliteti më i vogël është që të shfaqen 100 fotografi ose 100 shkrime (Secila ka vetëm 1 gjendje të mundshme mikroskopike nga një total prej 1,27 x 10 30 gjendjesh mikroskopike). Shumë e vogël dhe pothuajse e pamundur… Nëse kemi 1000 monedha, probabiliteti që të shfaqen 1000 fotografi ose 1000 shkrime është sigurisht edhe më i vogël dhe gjithnjë e më i pamundur.
Për ta lidhur këtë me konceptin e entropisë, mund të supozojmë se të gjitha imazhet ose i gjithë teksti janë në një rregullim të rregullt, ndërsa gjysma e imazheve dhe gjysma e tekstit janë në një rregullim të parregullt. Sa më i madh numri i monedhave, aq më i vogël bëhet probabiliteti ose shansi për të marrë një rregullim të rregullt (të gjitha imazhet ose i gjithë teksti), dhe kjo bëhet pothuajse e pamundur. Anasjelltas, një rregullim i parregullt (gjysma e imazheve dhe gjysma e tekstit) ka një probabilitet ose shans shumë më të madh. Nga ky rezultat, duket se parregullsia është e lidhur ngushtë me probabilitetin. Gjendja më e mundshme është një gjendje e parregullt, ndërsa gjendja më e pamundur është një gjendje e rregullt.
Deklarata e përgjithshme e ligjit të dytë të termodinamikës, të cilën e diskutuam më parë, pohon se entropia, ose çrregullimi, rritet gjithmonë në çdo proces të pakthyeshëm. Kjo deklaratë e ligjit të dytë të termodinamikës mund të kuptohet si një deklaratë probabiliteti. Kjo do të thotë që çdo proces që ndodh në univers është ai me probabilitetin ose mundësinë më të madhe. Ligji i dytë i termodinamikës nuk ndalon një ulje të entropisë në çdo proces të pakthyeshëm, por probabiliteti është shumë i vogël, madje pothuajse i pamundur. Anasjelltas, një rritje e entropisë ka një probabilitet shumë më të madh. Numri i qindarkave që morëm në konsideratë më parë ishte vetëm 100… në realitet, ka 6,02 x 1023 molekula në një mol … ky është një numër shumë i madh. Gjendjet e mundshme mikroskopike të këtij numri janë sigurisht shumë të mëdha, kështu që probabiliteti i rendit është shumë i vogël, pothuajse i pamundur…
Nëse hedhim një gotë në dysheme, fragmentet e qelqit të shpërndara në dysheme mund të mblidhen përsëri dhe të formojnë një gotë të tërë si më parë. Por mundësia që kjo të ndodhë është aq e vogël sa është e pamundur… kur qelqi është ende i paprekur, pozicioni i molekulave është më i rregullt. Kur qelqi bie derisa të thyhet në mënyrë që fragmentet e qelqit të shpërndahen në tokë, pozicioni i molekulave bëhet i çrregullt. Mundësia për t'u rikthyer në një pozicion të rregullt është aq e vogël sa të presësh që molekulat e qelqit të mblidhen përsëri është e pamundur. Nëse prekim një objekt të nxehtë dhe një objekt të ftohtë, nxehtësia do të rrjedhë vetë nga objekti i nxehtë në objektin e ftohtë… objektet e nxehta kanë molekula që lëvizin rastësisht dhe shpejt, nga ana tjetër lëvizja e molekulave që përbëjnë objektet e ftohta nuk është shumë e shpejtë. Mundësia që këto molekula që lëvizin shpejt të përplasen me njëra-tjetrën ose të kalojnë në objektin e ftohtë është shumë më e madhe se mundësia e molekulave që lëvizin ngadalë… kushdo që është i shpejtë e merr 😉 nxehtësia mund të lëvizë nga një objekt i ftohtë në një objekt të nxehtë, por mundësia që kjo të ndodhë është shumë më e vogël.
Gurët blu dhe të kuq në ilustrimin e mësipërm mund të kthehen në rregullimin e tyre origjinal dhe të rregullt. Por mundësia për t'u rikthyer në një rregullim të rregullt është shumë më e vogël. Një rregullim i çrregullt ka një shans shumë më të madh. Po kështu, me zgjerimin e lirë që përjeton gazi në një enë të mbyllur. Ena ka dy dhoma, ku dy dhomat janë të ndara nga një barrierë. Fillimisht, gazi është në dhomën e majtë. Kur hiqet barriera, molekulat e gazit do të grumbullohen për të kaluar në dhomën e djathtë. Dhoma e djathtë është bosh, ndërsa dhoma e majtë përmban molekula që lëvizin rastësisht. Kur hiqet barriera, molekulat kanë një shans të madh për të kaluar në dhomën bosh. Pasi molekulat të mbushin të gjithë vëllimin e enës që ka dy dhoma, a është e mundur që të gjitha molekulat të mbushin përsëri dhomën e majtë? Është e mundur, por probabiliteti është shumë i vogël. Vetëm në një mol, ka 6,02 x 1023 molekula ... probabiliteti që të gjitha molekulat të jenë në dhomën e majtë është 1 në një milion mundësi. Një në një milion është një shans shumë i vogël dhe pothuajse i pamundur...
Ligji i dytë i termodinamikës na tregon se çdo proces që ndodh në univers është procesi më i mundshëm. Drejtimi në të cilin zhvillohet një proces në natyrë (drejt entropisë më të lartë) përcaktohet nga rastësia ose probabiliteti… çrregullimi ka një probabilitet shumë më të madh të ndodhë dhe për këtë arsye ka më shumë gjasa të ndodhë…
Entropia = shigjeta e kohës
Entropia quhet edhe shigjeta e kohës sepse na tregon drejtimin në të cilin kalon koha. Drejtimi i çdo procesi natyror është drejt çrregullimit. Nëse vërejmë të kundërtën, domethënë vetë çrregullimin që shndërrohet në rregull, mund të themi se ngjarja është e përmbysur. Nëse shohim fragmente qelqi të shpërndara në dysheme që mblidhen përsëri dhe formojnë përsëri një gotë të tërë, mund të themi se ngjarja është e përmbysur. Kjo nuk ndodh kurrë në jetën tonë të përditshme, dhe nëse do të ndodhte, do të shkelte ligjin e dytë të termodinamikës. Në këtë rast, koha nuk lëviz kurrë prapa dhe çrregullimi nuk ndryshon kurrë automatikisht në rregull. Ngjarja më e mundshme dhe e vazhdueshme në jetën tonë është se rendi lëviz gjithmonë drejt çrregullimit; koha lëviz gjithmonë përpara, jo prapa. Nëse një person i moshuar shndërrohet në një foshnjë, ne do ta konsideronim këtë anormale dhe një shkelje të ligjit të dytë të termodinamikës.
