Há um conceito fundamental para a química e física.
Ele ajuda a explicar por que processos físicos acontecem de um modo e não outro:
por que o gelo derrete,
por que o creme espalha-se no café,
por que o ar vaza pelo pneu furado.
É entropia e é notavelmente difícil entendê-la.
A entropia é frequentemente descrita como uma mensuração de desordem.
Isso é uma representação conveniente, mas, infelizmente, enganosa.
Por exemplo, o que é mais desordenado:
um copo de gelo moído ou um copo de água à temperatura ambiente?
A maioria das pessoas diriam o gelo,
mas, na verdade, ele tem menor entropia.
Há, então, um outro modo de pensar sobre isso, através de probabilidade.
Isso pode ser mais difícil para entender, mas faça um esforço para o assimilar
e você terá um entendimento muito melhor de entropia.
Considere dois sólidos pequenos
constituídos por seis ligações atômicas cada.
Nesse modelo, a energia de cada sólido é armazenada nas ligações.
Pode-se imaginá-las como simples recipientes,
capazes de reter unidades indivisíveis de energia, conhecidas como quanta.
Quanto mais energia um sólido tem, mais quente ele é.
Acontece que há vários modos nos quais a energia pode ser distribuída
nos dois sólidos e ainda existir a mesma energia total em cada.
Cada uma dessas opções é chamada de um microestado.
Para seis quanta de energia no Sólido A e dois quanta no Sólido B,
há 9,702 microestados.
Claro, há outras maneiras como os oito quanta de energia podem ser distribuídos.
Por exemplo, toda a energia poderia estar no sólido A e nenhuma no B,
ou, metade no A e metade no B.
Se considerarmos que cada microestado é igualmente provável,
podemos ver que algumas configurações de energia
têm maior probabilidade de ocorrência do que outras.
Isso é devido a seus maiores números de microestados.
Entropia é a medida direta da cada probabilidade de configuração energética.
O que vemos é que a configuração energética,
na qual a energia é mais dispersa entre os sólidos, tem a entropia mais alta.
Então, de modo geral,
pode-se pensar em entropia como uma medição da energia dispersa.
Baixa entropia significa que a energia está concentrada.
Alta entropia significa que está dispersa.
Para observar por que a entropia é útil para explicar processos espontâneos,
como objetos quentes se esfriando,
precisamos analisar um sistema dinâmico, no qual a energia se move.
Na verdade, a energia não fica parada.
Está constantemente se movendo entre ligações vizinhas.
À medida que a energia se move, a configuração energética pode mudar.
Devido à distribuição dos microestados,
há uma chance de 21% de que o sistema estará mais tarde na configuração
na qual a energia está maximamente dispersa;
há uma chance de 13%, de que retornará ao seu ponto inicial
e uma chance de 8% de que A irá, na verdade, ganhar energia.
Assim, vimos que, por existir mais maneiras da energia dispersar-se
e alta entropia ao invés de energia concentrada,
a energia tende a espalhar-se.
Por esse motivo, ao colocar um objeto quente perto de um frio,
o objeto frio irá aquecer-se e o quente esfriar-se.
Mas, mesmo nesse exemplo, há uma chance de 8%
do objeto quente ficar mais quente.
Por que isso nunca acontece na vida real?
Isso está puramente relacionado ao tamanho do sistema.
Nossos sólidos hipotéticos tinham apenas seis ligações cada.
Vamos aumentar os sólidos para 6 mil ligações e 8 mil unidades de energia
e começar o sistema, novamente, com três-quartos de energia em A
e um-quarto em B.
Agora, podemos ver que a chance de A espontaneamente adquirir mais energia
é esse número minúsculo.
Objetos comuns do dia a dia têm infinitamente mais partículas do que isso.
A chance de um objeto quente, na vida real, ficar mais quente,
é absurdamente pequena,
simplesmente, nunca acontece.
O gelo derrete,
o creme se mistura
e pneus murcham,
pois esses estados têm mais energia dispersa do que seus estados iniciais.
Não há força misteriosa empurrando o sistema para maior entropia.
Simplesmente, maior entropia é sempre estatisticamente mais provável.
É por isso que entropia tem sido chamada de seta do tempo.
Se a energia tiver oportunidade de espalhar-se, assim o fará.