WEBVTT 00:00:06.875 --> 00:00:10.453 Pewna koncepcja odgrywa w chemii i fizyce kluczową rolę. 00:00:10.453 --> 00:00:15.293 Pomaga wyjaśnić działanie procesów fizycznych. 00:00:15.293 --> 00:00:16.849 Dlaczego lód topnieje, 00:00:16.849 --> 00:00:19.279 śmietanka miesza się z kawą, 00:00:19.279 --> 00:00:22.529 a z przebitej opony wydostaje się powietrze. 00:00:22.529 --> 00:00:27.039 To entropia, zjawisko bardzo trudne do zrozumienia. 00:00:27.039 --> 00:00:31.879 Entropia jest często opisywana jako miara nieuporządkowania. 00:00:31.879 --> 00:00:35.739 To wygodne określenie jest niestety mylące. 00:00:35.739 --> 00:00:38.511 Co jest bardziej nieuporządkowane? 00:00:38.511 --> 00:00:43.469 Szklanka pokruszonego lodu czy wody o temperaturze pokojowej? 00:00:43.469 --> 00:00:45.373 Większość powie, że szklanka z lodem, 00:00:45.373 --> 00:00:49.069 ale tak naprawdę ma ona niższą entropię. 00:00:49.069 --> 00:00:52.898 Do opisania entropii można użyć prawdopodobieństwa. 00:00:52.898 --> 00:00:57.290 Może być to trudniejsze do zrozumienia, ale porządnie przetwórzcie te informacje, 00:00:57.290 --> 00:01:01.260 a zrozumiecie entropię o wiele lepiej. 00:01:01.260 --> 00:01:03.661 Wyobraźmy sobie dwie bryły. 00:01:03.661 --> 00:01:07.541 Każda składa się z sześciu wiązań atomowych. 00:01:07.541 --> 00:01:12.781 W tym modelu energia każdej bryły jest przechowywana w wiązaniach. 00:01:12.781 --> 00:01:15.292 Można je sobie wyobrazić jako proste pojemniki 00:01:15.292 --> 00:01:20.070 mieszczące niepodzielne jednostki energii, czyli kwanty. 00:01:20.070 --> 00:01:24.601 Im więcej energii w bryle, tym jest ona cieplejsza. 00:01:24.601 --> 00:01:29.042 Energia może być dystrybuowana na wiele sposobów 00:01:29.042 --> 00:01:30.552 w tych dwóch bryłach 00:01:30.552 --> 00:01:34.592 i wciąż mieć w każdej taką samą wartość całkowitą. 00:01:34.592 --> 00:01:38.502 Każda z tych opcji to stan mikroskopowy. 00:01:38.502 --> 00:01:43.341 Dla sześciu kwantów energii w Bryle A i dwóch kwantów w Bryle B 00:01:43.341 --> 00:01:47.832 istnieje 9702 stanów mikroskopowych. 00:01:47.832 --> 00:01:52.861 Te osiem kwantów można też rozłożyć inaczej. 00:01:52.861 --> 00:01:57.833 W Bryle A może być cała energia, a w Bryle B nic 00:01:57.833 --> 00:02:00.872 albo po połowie w każdej z nich. 00:02:00.872 --> 00:02:04.154 Zakładając, że każdy stan mikroskopowy jest tak samo prawdopodobny, 00:02:04.154 --> 00:02:06.794 widać, że niektóre rozkłady energii 00:02:06.794 --> 00:02:10.543 mają wyższe prawdopodobieństwo wystąpienia niż inne. 00:02:10.543 --> 00:02:14.184 Wynika to z dużej liczby obecnych stanów mikroskopowych. 00:02:14.184 --> 00:02:20.143 Entropia to bezpośredni wskaźnik prawdopodobieństwa rozkładu energii. 00:02:20.143 --> 00:02:22.883 Rozkład energii, 00:02:22.883 --> 00:02:26.843 w którym energia jest najbardziej rozłożona między bryłami, 00:02:26.843 --> 00:02:28.924 ma najwyższy wskaźnik entropii. 00:02:28.924 --> 00:02:30.474 Ogólnie rzecz biorąc, 00:02:30.474 --> 00:02:34.853 entropia może być pojmowana jako miernik rozłożenia tej energii. 00:02:34.853 --> 00:02:37.893 Niski poziom entropii oznacza skupienie energii. 00:02:37.893 --> 00:02:41.623 Wysoki poziom entropii oznacza większe rozłożenie energii. 00:02:41.623 --> 00:02:45.765 Żeby zrozumieć przydatność entropii w wyjaśnianiu procesów samoistnych, 00:02:45.765 --> 00:02:48.075 jak schładzanie się gorących przedmiotów, 00:02:48.075 --> 00:02:52.434 trzeba spojrzeć na układ dynamiczny, w którym porusza się energia. 00:02:52.434 --> 00:02:54.935 W rzeczywistości energia nie stoi w miejscu. 00:02:54.935 --> 00:02:58.065 Ciągle porusza się między sąsiadującymi wiązaniami. 00:02:58.065 --> 00:03:00.206 Podczas ruchu energii 00:03:00.206 --> 00:03:02.955 jej rozkład może ulec zmianie. 00:03:02.955 --> 00:03:05.085 Rozłożenie stanów mikroskopowych sprawia, 00:03:05.085 --> 00:03:09.836 że istnieje 21% szans na to, że w późniejszym rozkładzie układu 00:03:09.836 --> 00:03:13.595 energia będzie maksymalnie rozłożona, 00:03:13.595 --> 00:03:17.357 13% szans, że powróci do punktu wyjścia 00:03:17.357 --> 00:03:22.857 i 8%, że energia w Bryle A wzrośnie. 00:03:22.857 --> 00:03:26.935 Większa liczba sposobów uzyskania rozproszonej energii 00:03:26.935 --> 00:03:30.026 i wysokiej wartości entropii niż energii skupionej 00:03:30.026 --> 00:03:32.558 prowadzi do rozkładania się energii. 00:03:32.558 --> 00:03:35.509 To dlatego umieszczenie gorącego przedmiotu obok zimnego 00:03:35.509 --> 00:03:40.420 sprawia, że zimna rzecz ogrzewa się, a gorąca stygnie. 00:03:40.420 --> 00:03:41.867 Nawet w tym przykładzie 00:03:41.867 --> 00:03:47.116 jest 8% szans na wzrost temperatury gorącego przedmiotu. 00:03:47.116 --> 00:03:51.427 Dlaczego nigdy się tak nie dzieje? 00:03:51.427 --> 00:03:54.177 Chodzi o rozmiar układu. 00:03:54.177 --> 00:03:58.057 Nasze hipotetyczne bryły miały tylko po sześć wiązań. 00:03:58.057 --> 00:04:03.938 Powiększmy liczbę wiązań do 6 tysięcy, a jednostek energii do 8 tysięcy 00:04:03.938 --> 00:04:07.527 i stwórzmy układ, w którym trzy czwarte energii jest w Bryle A, 00:04:07.527 --> 00:04:10.127 a jedna czwarta w Bryle B. 00:04:10.127 --> 00:04:13.757 Bryła A ma znikome szanse 00:04:13.757 --> 00:04:17.247 na samoistne pozyskanie większej energii. 00:04:17.247 --> 00:04:22.038 Przedmioty codziennego użytku mają o wiele większą liczbę cząsteczek. 00:04:22.038 --> 00:04:25.920 Prawdopodobieństwo, że temperatura gorącego przedmiotu wzrośnie, 00:04:25.920 --> 00:04:28.011 jest tak niewielkie, 00:04:28.011 --> 00:04:30.409 że wzrost praktycznie nigdy nie ma miejsca. 00:04:30.409 --> 00:04:31.528 Lód topnieje, 00:04:31.528 --> 00:04:32.918 śmietanka miesza się z kawą, 00:04:32.918 --> 00:04:34.676 a opony tracą powietrze, 00:04:34.676 --> 00:04:39.942 bo stany te mają więcej rozproszonej energii niż stany pierwotne. 00:04:39.942 --> 00:04:43.630 Nie istnieje tajemnicza siła powodująca zwiększenie entropii układu. 00:04:43.630 --> 00:04:48.928 Większa entropia jest po prostu statystycznie bardziej prawdopodobna. 00:04:48.928 --> 00:04:52.480 To dlatego entropię nazywa się strzałką czasu. 00:04:52.480 --> 00:04:56.380 Energia rozkłada się, kiedy tylko ma taką możliwość.