هناك مفهوم مهم بالنسبة إلى الكيمياء والفيزياء.
يساعدُ في شرح لِمَ تذهبُ العمليات الفيزيائية في اتجاه واحد وليس في الآخر
لماذا يذوبُ الثلج
ولماذا تنتشرُ القشدة في القهوة
ولماذا يتسربُ الهواء خارج الإطار المثقوب
إنها الإنتروبيا (مقياس الطاقة المُشتتة) ويصعبُ ملاحظتها وفهمها.
يتمُ وصف الإنتروبيا في معظم الأحيان كمقياس للخلل والفوضى.
هذه هي صورة مناسبة، ولكنها للأسف خادعة.
على سبيل المثال، أيهما أكثر اختلالًا
كوب من الثلج المسحوق أم كأس من الماء بدرجة حرارة الغرفة؟
سيقول معظم الناس الثلج
ولكن في الحقيقة أن لدى الثلج إنتروبيا أقل.
لذلك، ههنا طريقة أخرى للتفكير حولها من خلال الاحتمالية.
قد تكون معّقدة لفهمها، ولكن خذ وقتك لاستيعابها
وسيكون لديك فهم أفضل لمفهوم الإنتروبيا.
افحص هاتين المادتين الصلبتين الصغيرتين
والتي تتكون كل واحدة منهما من ستة روابط ذرية.
في هذا النموذج، تتخزن الطاقة في كل مادة صلبة في الروابط.
ويمكنُ التفكير فيها كحاويات بسيطة.
التي تحتفظُ بوحدات الطاقة غير القابلة - للتجزئة والمعروفة باسم كوانتا (الكَم)
فكلما كان لدى المادة الصلبة طاقة أكثر، كلما كانت حارّة أكثر.
تبين أن هناك طرقًا عديدة جدًا يمكنُ فيها للطاقة أن تتوزع
في المادتين الصلبتين
ولا يزالُ لدى كلٍ منهما نفس مجموع الطاقة.
يُسمى كل من هذين الخَيارين مايكروستات (الحالة الانتقالية)
فلكل ست كوانتا من الطاقة في المادة "أ" واثنتين في المادة "ب"
هناك 9,702 مايكروستات.
بالتأكيد، هناك طرق أخرى يمكننا فيها ترتيب ثماني كونتا من الطاقة.
على سبيل المثال، يمكن أن تكون كل الطاقة في المادة "أ" وليس في المادة "ب".
أو نصفها في "أ" ونصفها في "ب".
إذا افترضنا بأن كل مايكروستات هو على الأرحج متساوٍ
يمكننا رؤية أن بعض توزيع الطاقة
لديها احتمال أكبر للحدوث أكثر من الأخرى
ويعودُ ذلك إلى العدد الكبير من المايكروستات.
الإنتروبيا هو مقياس مباشر لكل احتمالية توزيع الطاقة.
ما نراه هو أن توزيع الطاقة
في المادة حيث الطاقة هي أكثر انتشارًا بين المواد الصلبة
لها إنتروبيا أعلى.
لذلك وفي المعنى العام
يمكن التفكير بالإنتروبيا كمقياس لانتشار الطاقة.
تعني الإنتروبيا المنخفضة بأن الطاقة مركزة
وتعني الإنتروبيا العالية بأنها منتشرة.
لرؤية لِمَ الانتروبا مفيدة لشرح العمليات التلقائية
مثل المواد الساخنة التي تبرد
نحتاجُ للنظر في النطام الديناميكي حيثُ تتحرك الطاقة.
في الحقيقة، لا تبقى الطاقة ساكنة.
تتحرك باستمرار بين الروابط المجاورة.
وكما تتحرك الطاقة
يمكن أن تتغير ترتيب وتوزيع الطاقة.
بسبب توزيع الميكروستات
يوجد احتمال 21% بأن المنظومة ستكون لاحقًا في التوزيع
حيث الطاقة منتشرة لأقصى حد
ويوجد أحتمال 13% أن المنظومة ستعودُ إلى نقطة البداية
وإحتمال 8% أن المادة "أ" ستكسبُ طاقة فعلًا.
مرةً أخرى، نرى ذلك بسبب أن هناك طرقًا أكثر لتشتت الطاقة
وإنتروبيا عالية أكثر من تركيز الطاقة
تميلُ الطاقة للانتشار.
لهذا السبب إذا وضعت مادة ساخنة بجانب مادة باردة
ستسخن الباردة وتبرد الساخنة.
حتى مع هذا المثال
يوجد احتمال 80% أن المادة الساخنة ستسخن أكثر.
لماذا لا يحدث ذلك أبدًا في الواقع؟
يعودُ الأمر كله حول حجم المنظومة.
لدى موادنا الإفتراضية ستة روابط فقط في كلِ منهما.
دعنا نرفع المواد الصلبة إلى 6,000 رابط و 8,000 وحدة من الطاقة
ونبدأ بتشغيل المنظومة مجددًا مع ثلاثة ارباع من الطاقة في المادة أ
وربع في المادة ب.
نجدُ الآن أن فرصة المادة "أ" للكسب التلقائي للمزيد من الطاقة
هو هذا العدد الضئيل جدًا.
كما هو مألوف، لدى المواد اليومية العديد والكثير من المرات جزئيات أكثر من هذه.
فرصة المادة الساخثة في العالم الحقيقي بأنها ستزداد سخونة
هو احتمال صغير تافة لا يذكر
إنه مجرد لا يحدثُ مطلقًا.
يذوب الثلج
وتختلطُ القشدة
ويفرغُ الهواء من الإطارات
لأن لدى هذه الحالات طاقة مشتتة أكثر من الأصلية.
لا يوجد هناك قوة غامضة تدفع المنظومة اتجاه إنتروبيا عالية.
إنها مجرد الإنتروبيا العالية هي دائمًا أكثر إحصائيًا على الأرجح.
لهذا السبب دُعيت الأنتروبيا "سهم الزمن".
إذا كان لدى الطاقة فرصة للانتشار، فإنها ستنتشر.