آنتروپی Entropy

آنتروپی را اغلب «بی‌نظمی» می‌نامند. دقیق‌تر: آنتروپی نشان می‌دهد یک وضعیت قابل‌مشاهده (مثلاً دمای یک اتاق) به چند روش ریز می‌تواند پدید آید. حالتی که راه‌های بیشتری دارد، محتمل‌تر است و آنتروپی بالاتری دارد.

مثال معروف: اگر لیوانی بشکند، حالت‌های پراکنده، با میلیون‌ها آرایش ممکن، بسیار محتمل‌تر از لیوان سالم‌اند؛ پس بازگشت خودبه‌خودی قطعه‌ها به لیوان عملاً نمی‌افتد.

تعریف و فرمول آنتروپی

لودویگ بولتزمان آنتروپی را با تعداد ریزحالت‌ها $W$ پیوند داد:

در اینجا $k_B$ ثابت بولتزمان است. پیش‌تر کلاوزیوس آن را از دید گرمایی تعریف کرده بود: تغییر آنتروپی (در فرایند بازگشت‌پذیر) برابر گرمای مبادله‌شده تقسیم بر دما است.

آنتروپی و قانون دوم

قانون دوم ترمودینامیک می‌گوید آنتروپی کل یک سامانهٔ منزوی کاهش نمی‌یابد. به همین دلیل قهوهٔ داغ سرد می‌شود، شیر در چای پخش می‌شود و بسیاری فرایندها «جهت زمان» دارند. این سمت‌داری را «پیکان زمان» می‌نامند.

آنتروپی در کیهان

• ستاره‌ها با تبدیل انرژی متمرکز هسته به تابش پراکنده، آنتروپی جهان را بالا می‌برند.
• سیاه‌چاله‌ها آنتروپی بسیار بالایی دارند؛ یاکوب بکنشتاین و استیون هاوکینگ نشان دادند آنتروپی سیاهچاله با مساحت افق رویدادش متناسب است.
• آیندهٔ دورِ جهان در سناریوی مرگ گرمایی به بیشینهٔ آنتروپی می‌رسد.

پرسش‌های رایج

### آنتروپی چیست؟
معیاری از تعداد حالت‌های ریز ممکن برای یک وضعیت؛ در عمل اغلب به‌صورت میزان بی‌نظمی یا پراکندگی انرژی تعبیر می‌شود.

### آیا آنتروپی همیشه زیاد می‌شود؟
در سامانهٔ منزوی بله، آنتروپی کل کم نمی‌شود. در بخشی از سامانه می‌تواند کم شود، مثل یخ‌زدن آب، اما با افزایش آنتروپی محیط جبران می‌شود.

### رابطهٔ آنتروپی با زمان چیست؟
آنتروپی جهت زمان را مشخص می‌کند: ما گذشته را از آینده با این تشخیص می‌دهیم که آنتروپی در آینده بیشتر است.

### آیا موجودات زنده قانون آنتروپی را نقض می‌کنند؟
نه. موجود زنده نظم درونی را با گرفتن انرژی (مثلاً نور خورشید) و افزایش آنتروپی محیط حفظ می‌کند.