CCF20090213063 (2)

dopóki w całym pokoju nie zapanuje jednakowa temperatura (powiedzmy 22 stopnie). Dzieje się tak, ponieważ szybko poruszające się cząsteczki powietrza w ciepłym końcu zaczynają się zderzać z wolno poruszającymi się cząsteczkami w zimnym końcu i w rezultacie bardziej ruchliwe cząsteczki przekazują energię mniej ruchliwym, w wyniku czego jedne i drugie zaczynają się poruszać z taką samą średnią prędkością. Po wystarczająco długim czasie prędkość wszystkich cząsteczek się wyrówna, co oznacza, że w całym pokoju zapanuje jednakowa temperatura.

Jeśli będziesz sprytny, znajdziesz sposób, aby „zaprząc” energię do pracy, kiedy będzie ona przepływać w postaci ciepła z jednego końca pokoju w drugi. Ale kiedy wszystkie cząsteczki będą się poruszać prawie z taką samą prędkością - czyli kiedy temperatura zostanie wyrównana - już ci się to nie uda, ponieważ ruch cząsteczki stanie się całkowicie przypadkowy. Gdy jeden koniec pokoju był gorący, a drugi zimny, panował pewien „porządek” (większość szybkich cząsteczek tu, większość wolnych tam) i w dodatku w uporządkowany sposób przepływała energia (przepływała w jednym kierunku). Kiedy temperatura się wyrównała, nie ma już uporządkowania i nie ma uporządkowanego przepływu energii w określonym kierunku. Żeby doprowadzić pokój do początkowego stanu - na przykład przez podgrzanie jednego końca i ochłodzenie drugiego - trzeba by dostarczyć więcej energii, niż mógłbyś później odzyskać.

Jeśli się weźmie pod uwagę pierwszą zasadę termodynamiki, wszystko to doprowadzi do przygnębiającej konkluzji: użyteczna energia we Wszechświecie jest powoli, ale nieuchronnie rozpraszana. Miło, na przykład, że Słońce przesyła swoją energię na Ziemię, dzięki czemu rosną rośliny i życie nie zamiera, ale prędzej czy później Słońce zgaśnie. Ziemia, Układ Słoneczny i wreszcie Wszechświat muszą w końcu osiągnąć jednakową temperaturę. Kiedy nie ma różnicy temperatur, żadna praca ani nic innego wymagającego energii nie może się zdarzyć.

Entropia jest słowem użytym przez Carnota na określenie miary niezdolności energii układów' do wykonania pracy. W szerszym sensie jest też miarą nieuporządkowania. Carnot powiedział: „Entropia Wszechświata zmierza do maksimum”.

Nie rozpaczaj jednak - śmierć cieplna jest odległa w czasie, jeśli nawet w ogóle kiedykolwiek nastąpi. Kelvin i Carnot założyli, że Wszechświat jest układem zamkniętym, podczas gdy ostatnie teorie przedstawiają go jako rozszerzający się i stygnący. Nie jest to szczególnie dobra wiadomość sama w sobie, ale komplikuje obraz śmierci cieplnej.

Co więcej, austriacki fizyk Ludwig Boltzmann (1844-1906) wykazał, że druga zasada termodynamiki nie jest sztywnym, deterministycznym prawem, tak jak sądził Carnot. Doszedł on do wniosku, że ogólny stan gazu (takiego jak powietrze o temperaturze 22 stopni w naszym pokoju), opisany jego temperaturą i objętością, nie jest określony przez żaden konkretny obraz aktywności cząsteczek. Cząsteczki w naszym pokoju mogą poruszać się różny sposób i w wielu różnych kierunkach, a temperatura będzie taka sama.

Stany poruszających się cząsteczek Boltzmann nazwał „mikro-stanami” i stwierdził, że konkretny „makrostan” (w naszym przykładzie temperatura i objętość gazu) jest tym bardziej „prawdopodobny”, im więcej mikrostanów może go wytworzyć (im bardziej prawdopodobne jest, że w końcu wystąpi w naturze). Entropia, według tej definicji, jest miarą prawdopodobieństwa makrostanu, a więc druga zasada termodynamiki mówi, że układy dążą do stanu najbardziej prawdopodobnego.

Oczywiście nadal to grozi nam wzrostem nieporządku, jeśli nie śmiercią cieplną, ponieważ stany nieuporządkowane są dużo bardziej prawdopodobne (łatwiejsze do uzyskania) niż uporządkowane. Jeśli potasujesz talię kart wystarczającą liczbę razy, karty kiedyś znowu znajdą się w pierwotnym ułożeniu, ale jest mało prawdopo-dobne, aby udało ci się tego dokonać za twojego życia. Teoria Bołtz-manna dopuszcza jednak samorzutny wzrost ilości użytecznej energii bez potrzeby robienia czegokolwiek przez cokolwiek - natura sama może przypadkowo zmniejszać entropię układu.

W każdym razie, nawet jeśli Wszechświat jako całość dąży do chaosu, to można zmniejszać entropię lokalnie. Zawsze, kiedy walczysz z bałaganem w swoim pokoju, „tworzysz” porządek i zmniejszasz entropię, i tak się dzieje za każdym razem, kiedy zakwita roślina. Ten lokalny porządek może powodować nieporządek gdzie in-

129