Τι είναι η εντροπία και γιατί πρέπει να μας ενδιαφέρει; (1)

Στη θερμοδυναμική, εντροπία είναι η έννοια μέσω της οποίας μετράται η αταξία, της οποίας η μέγιστη τιμή αντικατοπτρίζει την πλήρη αποδιοργάνωση (ομογενοποίηση των πάντων) και ισοδυναμεί με την παύση της ζωής. Σε μια τέτοια κατάσταση δεν υπάρχει καμία διαδικασία και δε βρίσκεται «σε λήθαργο» (κρυμμένη) κανενός είδους πληροφορία που να επιτρέπει τη ζωή, αν με κάποιο τρόπο γίνει εκ νέου παροχή μόνο ενέργειας. (wikipedia) 

Την έννοια της εντροπίας την συναντάμε στη θερμοδυναμική, η οποία είναι ένα από τα επιστημονικά πεδία της φυσικής. Η εντροπία είναι μια περίπλοκη έννοια της φυσικής και αυτό μπορεί να το διαπιστώσει κανείς εάν δει τον ορισμό και τον τρόπο υπολογισμού της στην wikipedia. Την συνάντησα και εγώ στα φοιτητικά μου χρόνια και κόντεψε να μου τινάξει τα μυαλά στον αέρα! Ο τρόπος υπολογισμού της είναι εξαιρετικά πολύπλοκος. Περιέχει διαφορικά, ολοκληρώματα και την έννοια της ενθαλπίας. 

Η εντροπία εκφράζεται από τον παρακάτω τύπο:

Απλοποιώντας την έννοια της εντροπίας

Ας αφήσουμε όμως τα δύσκολα για την θερμοδυναμική και ας μεταφέρουμε το παρακάτω μέγεθος στην καθημερινή μας ζωή. Δεν χρειάζεται να υπολογίσουμε το μέγεθός της. 

Μπορούμε να απλοποιήσουμε αυτό το μέγεθος αν σκεφτούμε τα παρακάτω:

Έστω ότι αναμειγνύουμε δύο υγρά. Το μείγμα δύο υγρών ομογενοποιείται και η εντροπία του αυξάνει (δεξιά-φωτο). Είναι σχεδόν αδύνατον να διαχωρίσουμε τα δυο υγρά και να τα επαναφέρουμε στην αρχική κατάσταση. Η αύξηση της εντροπίας ισοδυναμεί με αύξηση της αταξίας. Θα μπορούσαμε επίσης να ρίξουμε έναν κύβο ζάχαρη σε ένα φλιτζάνι καφέ και να το ανακατέψουμε. Δεν μπορούμε να διαχωρίσουμε τα συστατικά και έτσι η εντροπία – αταξία αυξάνεται.

Η εντροπία είναι ένα από τα χαρακτηριστικά του σύμπαντος και ακολουθεί το βέλος του χρόνου. Όσο περνάει ο χρόνος, το σύμπαν βυθίζεται στην αταξία. Τείνει να αποκτήσει μια ομοιογένεια και μια ακινησία. Σύμφωνα με την θεωρία του Big Bang, το σύμπαν αρχικά ήταν συγκεντρωμένο σε ένα σημείο και ήταν αναβαθμισμένο ενεργειακά (χαμηλή εντροπία). Μετά την έκρηξη, το σύμπαν άρχισε να σκορπίζει, να γίνεται πιο ομοιογενές και να υποβαθμίζεται ενεργειακά. Όσο περνάει ο χρόνος, η εντροπία (αταξία) αυξάνεται!

Το συμπέρασμα είναι πως στο πολύ, πολύ, ΠΟΛΥ μακρινό μέλλον, όλοι οι αστέρες θα έχουν χρησιμοποιήσει τα καύσιμά τους, όλοι οι γαλαξίες θα έχουν ακτινοβολήσει τη θερμότητά τους, όλες οι μαύρες τρύπες θα έχουν εξατμιστεί και το σύμπαν θα φτάσει σε μια βαρετή κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας και μέγιστης εντροπίας. Δε θα υπάρχει μεταφορά και μετατροπή ενέργειας και ως εκ τούτου δε θα υπάρχει ζωή. Το σύμπαν θα φτάσει σε ένα σκοτεινό, θλιβερό, θερμικό θάνατο.

Η εντροπία είναι παντού τριγύρω. Είναι ο λόγος που το γυαλί σπάει, τα παγάκια λιώνουν και ο αέρας εξέρχεται από ένα τρύπιο λάστιχο. Ο λόγος για τον οποίο βιώνουμε τον χρόνο μόνο προς μία κατεύθυνση. Το παρελθόν είναι παρελθόν γιατί είναι μια κατάσταση χαμηλότερης εντροπίας.

Πώς επηρεάζει η εντροπία τον πλανήτη μας και την καθημερινή μας ζωή;

Η ιστορία του πλανήτη είναι παρόμοια με αυτή του σύμπαντος. Στην αρχή ήταν αναβαθμισμένος ενεργειακά και οι ήπειροι ήταν κολλημένοι μεταξύ τους. Στο τέλος θα γίνει ένας παγωμένος πλανήτης και ο ήλιος θα τον καταπιεί με την  έκρηξή του.

Αν αυτό το θερμοδυναμικό μέγεθος έμπαινε στην καθημερινή μας ζωή, τότε θα μπορούσαμε να πούμε ότι με την αύξηση αυτού του μεγέθους αυξάνεται η αταξία σε κάποια πράγματα, τα οποία τα βρήκαμε σε τάξη. Αυτά είναι τα μέταλλα, τα ορυκτά καύσιμα κ.ο.κ. Αυτά βρισκόνταν σε κάποια σημεία του πλανήτη, ο άνθρωπος τα απέσπασε από την φύση και τα σκόρπισε στα τέσσερα σημεία του ορίζοντα (σκουπίδια) ή στην ατμόσφαιρα μέσω της καύσης (αέρια του θερμοκηπίου). Έτσι αυξάνεται η αταξία στον πλανήτη!

Οικονομικά συστήματα και εντροπία

Τα οικονομικά συστήματα, πρωτόγονος κουμμουνισμός – δουλοκτησία – φεουδαρχία – καπιταλισμός –  σοσιαλισμός βοηθήσανε στην αύξηση της εντροπίας. Ο πρωτόγονος κουμμουνισμός ελάχιστα ως και καθόλου, αφού χρησιμοποιούσε υλικά της φύσης, τα οποία ανακυκλωνόνταν με φυσικό τρόπο και επανέρχονταν στην αρχική κατάσταση. Η δουλοκτησία και η φεουδαρχία λίγο, διότι χρησιμοποίησε ελάχιστα ορυκτά, μέταλλα κ.ο.κ. Ο καπιταλισμός, όμως, εξόρυξε ασύλληπτες ποσότητες υλικών και καυσίμων και απογείωσε την παραγωγή. Ο σοσιαλισμός του 20ου αιώνα συνεισέφερε λιγότερο στην αύξηση της εντροπίας, διότι κατανάλωνε λιγότερο. Όντας σύστημα με νόηση σε κάποια βαθμίδα της ανάπτυξής του, θα έβρισκε λύσεις για το περιβάλλον, την οικονομία και την εντροπία! Θα καταλάβαινε ότι οι πόροι δεν είναι ανεξάντλητοι.

Δείτε τα παρακάτω βίντεο:

Είναι η εντροπία, αταξία;

Εντροπία: Το θερμοδυναμικό βέλος του χρόνου

Στάθης  Γεωργούλης
Δ’ ΕΛΜΕ Ανατολικής Αττικής

(Στο επόμενο: Ζώντες οργανισμοί και εντροπία)