Что такое энтропия на примере стиральной машинки и чашки кофе

Энтропия — звучит очень интересно и так же непонятно. Но на самом деле всё весьма просто. Представьте: вы наливаете в чашку молоко, и оно медленно смешивается с кофе, создавая мраморные узоры. А через минуту — превращается в однородный бежевый напиток. Теперь посмотрите на свою стиральную машину: носки, футболки и джинсы крутятся в бешеном танце, и чем дольше они там находятся, тем беспорядочнее спутываются. И то и другое связывает друг с другом энтропия, фундаментальный закон природы, который управляет всем: от вашего утра до судьбы Вселенной. Но давайте теперь подробнее и с примерами.

Если говорить понятиями физики, то энтропия — это мера хаоса. Чем выше энтропия системы, тем больше в ней беспорядка. Но есть нюанс: в замкнутой системе (а наша Вселенная — это замкнутая система) энтропия всегда растет. Это и есть второй закон термодинамики, который объясняет, почему:

- Кофе и молоко смешиваются, но никогда не размешивается обратно самопроизвольно.

- Яйцо, разбитое на сковородку, не собирается обратно в скорлупу.

- Ваша комната постепенно превращается в бардак, если её не убирать.

Почему так происходит?

Молекулы стремятся к состоянию с наибольшим количеством возможных «конфигураций». Но чтобы не грузить вас физикой, давайте проще — беспорядок статистически более вероятен, чем порядок. Представьте, что вы бросили в комнату 1000 воздушных шариков. Шанс, что они сами сложатся в слово «Привет!», почти нулевой. А вот равномерно «размазаться» по пространству — легко.

А теперь вернемся к стиралке. Когда вы загружаете вещи, они лежат относительно упорядоченно. Но стоит нажать «старт», как всё превращается в хаос. Вода и пена создают трение, джинсы цепляются за футболки, носки забиваются в рукава. Центробежная сила при отжиме закручивает белье в плотный ком. Это и есть наглядный пример роста энтропии: система (белье) переходит из состояния «порядок» в состояние «хаос» под действием энергии (воды, движения барабана). Причем обратно «распутать» носки без вашего вмешательства она не может — законы физики на стороне беспорядка!

А теперь — к космическим масштабам. По одной из теорий, после Большого взрыва Вселенная представляла собой невероятно горячую и плотную «кашу» из частиц. Тогда энтропия была очень низкой — как у вашего аккуратно сложенного белья в шкафу.

Но со временем вещество начало остывать и объединяться в атомы. Появились звезды, галактики, планеты. Потом возникли сложные структуры: жизнь, мозг, интернет-мемы.

Казалось бы, это как раз и есть упорядочивание и развитие порядка? Но на самом деле общая энтропия Вселенной росла. Потому что энергия, выделяемая при рождении звезд, рассеивалась в пространстве в виде тепла и света. Да, локально порядок увеличивался (например, в ДНК), но глобально хаос накапливался.

А теперь поговорим про ваш холодильник. Ученые считают, что в далеком будущем энтропия достигнет максимума. Все звезды погаснут, черные дыры испарятся, а материя равномерно распределится в пространстве. Это состояние называют «тепловой смертью» — не потому, что будет жарко, а потому, что не останется энергии для работы.

Но не спешите паниковать! Ваш холодильник — пример борьбы с энтропией здесь и сейчас. Он забирает тепло изнутри и выбрасывает его наружу, создавая локальный порядок (холод) ценой увеличения общего хаоса (нагревая кухню). Это как если бы вы убирали комнату, но весь мусор скидывали в соседний подъезд.

А теперь главный вопрос — зачем это знать?

1. Чтобы не злиться на бардак. Беспорядок — не наша лень, а фундаментальное свойство мироздания. Но это не означает, что не надо заставлять ребенка убираться в своей комнате. Бороться с энтропией можно, но это требует энергии (и силы воли).

2. Чтобы понять, как экономить ресурсы. Рост энтропии объясняет, почему КПД двигателя никогда не бывает 100% (и уж тем более больше), а батарея телефона садится.

3. Чтобы оценить красоту науки. Осознание, что стирка и рождение галактик подчиняются одним законам, делает мир удивительно цельным.

Так что в следующий раз, запуская стиральную машину или размешивая сахар в чае, вспомните: вы не просто выполняете рутину, а участвуете в великом танце энтропии. Возможно, это не облегчит глажку, но точно добавит волшебства в повседневность.

И да, если носки всё-таки исчезают в стиралке — возможно, они сбегают в параллельную вселенную с низкой энтропией. Такое нельзя исключать.

Источник: vk.com

Комментарии: