Image
""

Denne rotete pulten har høy entropi. Foto: Henrik Haugerud Carlsen

Et rotete rom, litt kaffe og tidens retning

Har tiden en retning? Og hva har denne «retningen» å gjøre med det rotete rommet ditt og din daglige morgenkaffe?

Artikkelen er skrevet av Henrik Haugerud Carlsen

Du har sikkert fått kjeft for at rommet ditt har vært rotete. Naturligvis rydder du rommet ditt. Tingene dine er da lagt på sine faste plasser, klærne hengt pent i klesskapet og sengen redd opp.

Dette er da en mulig tilstand rommet ditt kan være i, en mikrotilstand.

Er du enig at det ikke finnes utallige måter rommet ditt kan være ryddig på? Jo da, du kan ommøblere og flytte bildene dine fra en vegg til en annen. Rommet vil fortsatt være i tilstanden «ryddig», og «ryddig» kalles derfor en makrotilstand.

Det finnes også mange varianter av rommet ditt i makrotilstanden «rotete». Ting og klær kan ligge slengt rundt, skapdører stå åpne og dyna ligge midt på gulvet.

Entropi er et mål for uorden innenfor fysikk og kjemi. Entropien til tilstanden avhenger av hvor mange mulige mikrotilstander som gir samme makrotilstand. Desto flere måter en makrotilstand kan lages på, jo høyere er dens entropi.

Denne ryddige pulten har lav entropi. Foto: Henrik Haugerud Carlsen

Forandring fryder

Se nå for deg at rommet ditt plutselig er dobbelt så stort, men med de samme tingene. Rommet har blitt større, så om du nå ommøblerer, roter og rydder, er det enda flere mulige kombinasjoner.

Entropien i det store rommet er større enn i det lille rommet. Det er flere måter å plassere tingene dine i det store kontra det lille.

Når rommet ditt er ryddig, er kanskje tingene dine er mere samlet. Klær ligger i skap og skuffer, og de andre tingene dine er kanskje plassert i et hjørne på pulten. Ser vi nå for oss at hver av tingene dine har en mengde energi kan vi si at energien er mer konsentrert. En tolkning av entropi er nemlig hvordan energien i et system er spredt.

Dersom energien er konsentrert på et område er entropien lav og dersom den er spredt utover et større område er entropien blitt høyere.

Henrik Haugerud Carlsen er masterstudent i kondenserte fasers fysikk ved Universitetet i Oslo. Denne artikkelen er skrevet som en del av formidlingskurset MNKOM.

En melkeskvett i kaffen

Entropien i universet vil alltid øke. Den kan aldri bli mindre. Dette er kjent som termodynamikkens andre lov.

Et eksempel på dette er å helle melk i en kaffekopp. Den hvite melken vil etter hvert blandes helt ut i kaffen. Det vil være umulig å reversere prosessen og konsentrere melken tilbake i punktet du helte den oppi.

Slik et det med energien i universet også. Den spres utover til alt er jevnt fordelt, og vil aldri kunne samles igjen til det punktet alt kom fra, the Big Bang.

Hvilken vei går tiden?

Faktisk er det denne loven, termodynamikkens andre lov, som gir tiden en «retning», også kjent som the arrow of time. Alle lukkede systemer, tenk din kaffekopp med melk i, må gå fra mindre sannsynlige tilstander, all melken er i samlet midten av koppen, til mere sannsynlige tilstander, melken blandes ut i kaffen.

Faktisk er det ingenting som direkte hindrer melken i kaffekoppen din i å havne i en usannsynlig tilstand, men dette er så usannsynlig at det aldri kommer til å skje. Derfor må du følge termodynamikkens andre lov og bli med videre i tidens retning.

Kilder:

Schroeder: An Introduction to Thermal Physics. Pearson, 2014.
Segall: Don’t Call Me Disorder: The Naked Truth of Entropy, Cantor’s Paradise, 2021.
Wikipedia: Heat death of the universe og Entropy (energy dispersal)