Ireversibilitate, entropie…


Una din problemele interesante ale fizicii e ireversibilitatea.

Cunoastem cu totii, din clasa a X-a, conceptul. Faimosul ciclu Carnot dar mai ales principiul al II-lea al termodinamicii, care spune ca nu poti transforma integral diferenta de caldura in lucru mecanic (sint nenumarate formulari echivalente – cea mai simpla de inteles fiind aceea ca, fara a depune un lucru mecanic, caldura NU trece de la un corp rece la un corp cald.

Mai tirziu, primim si explicatia, atunci cind ni se explica conceptul de entropie. Entropia e o masura a cantitatii de energie dintr-un sistem ce poate fi transformata in lucru mecanic. Cu cit un sistem are entropia mai mica, cu atit are mai multa energie disponibila.

Exemplul clasic e un pahar cu ceai fierbinte si un cub de gheata. Neglijind transferul de caldura la interfata cu aerul si considerind paharul practic ca un izolator termic perfect singura schimbare este topirea ghetii si racirea ceaiului. Pina la o temperatura de echilibru.

E un lucru de bun simt, cu totii vedem ca se intimpla asa ceva permanent. Cubul de gheata se topeste si raceste. Intotdeauna.

De aceea entropia este singura marime fizica ce pare a indica o directie a timpului. Pentru ca procesul pare ireversibil. Este absolut evident, nimeni nu a pus un pahar de ceai la temperatura camerei si a vazut aparind un cub de gheata si un ceai fierbinte.

Si totusi…. se poate.

Atit doar ca durata de asteptare pentru ca un asemenea fenomen sa se produca este imensa. Cu mult mai mare decit virsta Universului. Dar nu imposibila. Motivatia? Spatiul fazelor. E o reprezentare a tuturor starilor posibile ale unui sistem. Revenind la universul din paharul nostru: sint posibile mai multe stari – un cub de gheata, doua cuburi, samd. Dar gresim daca vedem lucrurile macromolecular. Pentru ca spatiul corect al fazelor se refera la pozitia moleculelor de apa (si a extractelor de cea, pentru rigurozitate stiintifica!). Daca am putea numerota moleculele atunci molecula 1 poate avea N pozitii, N fiind numarul total de molecule. Daca introducem si energia fiecarei molecule, plecind de la o distributie omogena (cantitatea totala de energie o cunoastem, ne-o spune constanta lui Boltzmann) mai avem un element de concepere a spatiului fazelor. Astfel molecula 1 poate avea N pozitii si o distributie a energiei de la zero (in cazul unei temperaturi de zero absolut) pina la a fi singura molecula cu energie, restul fiind la zero absolut (atentie, energia se distribuie in cuante, este discreta deci avem stari distincte!). Numarul total de configuratii posibile se calculeaza matematic si e … imens.

Este acum usor de conceptualizat ca o configuratie particulara, forma cu o molecula care sa contina intreaga energie, celelalte fiind la zero absolut – de exemplu, este un numar infim de mic comparativ cu restul combinatiilor. Cel mai mare numar de combinatii posibile se aduna in zona egalitatii de sanse, cea in care distributia energiei se face in mod egal pe molecule.

Cu alte cuvinte nu este imposibil ca un pahar cu ceai sa nasca spontan un cub de gheata. Dar nici probabil.

Bun. Si ce legatura are asta cu ireversibilitatea? Are. Pentru ca inseamna ca procesele din viata de zi cu zi sint practic ireversibile. Avem o directie a timpului data de aceasta marime numita entropie….

Da, pur teoretic, ar putea fi posibil ca Universul sa o ia razna si sa … mearga inapoi. Dar este atit de improbabil incit, admitind solutia unui univers ciclic, de exemplu, sansa de a se produce ar depasi un numar imens de cicluri ale universului….

De aceea exista un sens al timpului, de aceea Humpty Dumpty nu mai poate fi refacut nici de toti soldatii regelui, de aceea odata ce am facut ceva nu mai putem da inapoi… (bine, teoria relativitatii si o parte din mecanica cuantica au si ele un cuvint de spus).

Ginditi-va ca noi modificam constient viitorul! Putem alege sa scoatem cubul de gheata. Sau sa mai punem unul. In acest fel modificam cursul natural (ma rog, in natura nu prepara nimeni ceai!) al curgerii timpului. O facem constient. Si da, o facem pe cheltuiala altcuiva! Pe energia soarelui (prin fuziune Soarele ne ofera energia necesara sa invingem entropia) obtinem un cub de gheata in congelator, fierbem ceaiul si ne reproducem micul univers cu un cub de gheata si un pahar de ceai fierbinte.

Dar ne este practic imposibil sa extragem cubul de gheata din paharul cu ceai racit.

Anunțuri

One thought on “Ireversibilitate, entropie…

Dacă ai ceva de spus, comentează!

Completează mai jos detaliile tale sau dă clic pe un icon pentru a te autentifica:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s