Zimmer werden unordentlich. Reis verteilt sich am Boden. Rauch verschwindet in der Luft. Warum passiert das immer – und nie umgekehrt? Warum wird die Unordnung im Weltall immer größer?
In der Physik nennt man Unordnung Entropie. Ein zentrales Gesetz der Natur lautet: Die Entropie nimmt zu.
Das gilt für Zimmer, für Maschinen und für das ganze Universum.
Achtung: „Unordnung“ ist eine Vereinfachung. Genauer meint Entropie: maximale Verteilung oder Informationsverlust. Für den Einstieg reicht das Bild der Unordnung.
Wikipedia: Entropie | Thermodynamik | Zweiter Hauptsatz
Was bedeutet Entropie?
Entropie beschreibt, wie gleichmäßig etwas verteilt ist.
Ist alles an einem Ort, ist die Entropie klein. Ist alles verteilt, ist die Entropie groß.
Man kann auch sagen: Je größer die Entropie, desto weniger Information haben wir über den genauen Zustand eines Systems.
Drei einfache Beispiele
Eine Packung Reis fällt zu Boden.
Am Anfang ist der Reis an einem Ort.
Danach liegt er überall verteilt.
Die Entropie ist größer.
Ein Haus brennt ab.
Geordnete Materialien werden zu Rauch, Gas und Asche.
Die Stoffe verteilen sich in der Umgebung.
Die Entropie steigt.
Ein Zimmer mit vielen Ablageflächen:
Socken sammeln sich mit der Zeit überall.
Die Wahrscheinlichkeit für Ordnung ist extrem klein.
Ordnung ist möglich – aber sehr unwahrscheinlich.
Warum ist das so?
Es gibt viel mehr ungeordnete Zustände als geordnete.
Darum entwickelt sich ein System fast immer in Richtung größerer Entropie.
Nicht weil es „will“, sondern weil es statistisch viel wahrscheinlicher ist.
Entropie und Energie
Entropie kann lokal kleiner werden – aber nur, wenn Energie zugeführt wird.
Ein Mensch ist sehr geordnet. Das ist nur möglich, weil ständig Energie aufgenommen wird: Nahrung, Sauerstoff, Sonnenenergie.
Dabei wird in der Umgebung mehr Entropie erzeugt, als im Körper abnimmt.
Ein Grundsatz der Thermodynamik
In einem abgeschlossenen System kann die Entropie nur zunehmen.
Das ist der zweite Hauptsatz der Wärmelehre.
Entropie ist keine Erhaltungsgröße. Sie kann entstehen, aber nicht von selbst verschwinden.
Reversibel oder irreversibel?
Manche Prozesse kann man umkehren. Andere nicht.
- Eine Kugel rollt über den Tisch – reversibel.
- Blätter fallen vom Baum – irreversibel.
Ein Test: Man filmt den Vorgang und spielt ihn rückwärts ab.
Wirkt es absurd, ist der Prozess irreversibel. Dann ist Entropie gestiegen.
Und das Weltall?
Auch das Universum ist ein physikalisches System.
Mit der Zeit verteilen sich Energie und Materie immer gleichmäßiger.
Dieser Endzustand wird Wärmetod des Universums genannt.
Physikalische Kernpunkte
- Entropie misst Verteilung und Informationsverlust.
- Entropie nimmt in abgeschlossenen Systemen zu.
- Ordnung braucht Energie.
Immer noch interessiert?
- Wie kann Leben trotz wachsender Entropie existieren?
- Was ist der Wärmetod des Universums?
- Warum hat Zeit eine Richtung?
Wichtige Wörter
Entropie, Unordnung, Information, Energie, Thermodynamik, Zweiter Hauptsatz, irreversibel, Wärmetod, Universum
Was muss ich mir merken? Unordnung nimmt zu, weil es viel mehr ungeordnete Zustände gibt. Ordnung ist möglich – aber nur mit Energieeinsatz.