Ինչ է էնտրոպիան և ինչու է այն կարևոր ֆիզիկայում
Էնտրոպիան գիտության ամենահաճախ սխալ հասկացված գաղափարներից է, սակայն այն չի նշանակում պարզապես «խառնաշփոթ»։ Ֆիզիկայում այս մեծությունը նկարագրում է, թե համակարգի բաղադրիչները քանի տարբեր ձևով կարող են դասավորվել՝ առանց փոխելու ընդհանուր վիճակը։ Հենց այդ պատճառով էնտրոպիան կապում է ատոմների անտեսանելի շարժումը մեզ տեսանելի աշխարհի հետ։
Էնտրոպիան ֆիզիկայի այն հասկացություններից է, որը հաճախ ներկայացվում է չափազանց պարզեցված ձևով։ Սովորաբար այն կապում են կարգուկանոնի անկման կամ խառնաշփոթի աճի հետ, սակայն այդ բացատրությունը լրիվ չէ։ Իրականում էնտրոպիան նկարագրում է, թե միևնույն վիճակը քանի տարբեր միկրոսկոպիկ տարբերակներով կարող է գոյություն ունենալ։
Միկրոաշխարհից դեպի տեսանելի իրականություն
Պատկերացնենք գազով լցված փակ տուփ։ Ատոմներն ու մոլեկուլները այնտեղ անընդհատ շարժվում են, և յուրաքանչյուր պահի նրանց դիրքն ու արագությունը կարող են դասավորվել հազարավոր ու անհամար տարբեր ձևերով։ Այդ յուրաքանչյուր հնարավոր դասավորություն միկրովիճակ է, մինչդեռ մեզ համար դիտելի է միայն ընդհանուր պատկերը՝ օրինակ՝ ճնշումը կամ ջերմաստիճանը։
Եթե տուփը գտնվում է ծովի մակարդակում և փակ է, ապա օդի ճնշումը կարող է մնալ մոտավորապես նույնը՝ 14.7 ֆունտ մեկ քառակուսի դյույմի վրա։ Տեղի ունեցող միկրոփոխությունները սովորաբար չեն փոխում այդ ընդհանուր մեծությունը, ուստի շատ տարբեր միկրովիճակներ միավորվում են նույն մակրովիճակի մեջ։ Ահա այստեղ է, որ էնտրոպիան դառնում է կամուրջ անտեսանելի մասնիկային աշխարհից դեպի մեր չափելի իրականությունը։
Ինչու է հավանականությունը կարևոր
Էնտրոպիան սերտորեն կապված է հավանականության հետ։ Որոշ վիճակներ պարզապես շատ ավելի հավանական են, քան մյուսները, քանի որ դրանց հասնելու ուղիները անհամեմատ շատ են։ Այդ պատճառով բնության մեջ համակարգերը հակված են շարժվելու դեպի այն վիճակները, որոնք ունեն ավելի մեծ թվով հնարավոր դասավորություններ։
Ջերմության փոխանցման հայտնի օրինակում տաք մարմինը կարող է ջերմություն տալ սառը մարմնին, մինչև երկուսն էլ մոտենան նույն ջերմաստիճանին։ Թեև անհատական մոլեկուլների շարժումները պատահական են, այդ գործընթացի ընդհանուր ուղղությունը գրեթե միշտ նույնն է, քանի որ հավասարակշռության վիճակը շատ ավելի հավանական է, քան հակառակ ընթացքը։ Այս իմաստով երկրորդ օրենքը ոչ թե մեխանիկական արգելք է, այլ բնության վիճակագրական նկարագրություն։
Ինչ է ասում երկրորդ օրենքը
Երկրորդ օրենքը հաճախ ներկայացվում է որպես անշրջելիության խիստ կանոն, սակայն դրա հիմքում հավանականությունն է։ Փակ համակարգերում էնտրոպիան ժամանակի ընթացքում, ընդհանուր առմամբ, աճելու միտում ունի, որովհետև այդ համակարգերն ավելի ու ավելի մոտենում են առավել հավանական դասավորություններին։ Սա է պատճառը, որ ջերմությունը գրեթե միշտ անցնում է տաք մարմնից դեպի սառը մարմին։
Այդուհանդերձ, կարևոր է հասկանալ, որ էնտրոպիան չի նշանակում պարզ «խառնաշփոթ» և չի սահմանափակվում առօրյա պատկերներով։ Այն գիտական ու մաթեմատիկական գործիք է, որը բացատրում է, թե ինչպես է նյութի մանրաշխարհը ձևավորում մեր տեսած ֆիզիկական իրականությունը։ Այդ առումով էնտրոպիան մնում է ոչ միայն հիմնարար, այլև բացառիկ նրբին հասկացություն ժամանակակից ֆիզիկայում։
Աղբյուր՝ Wired