Dlaczego energia ma tendencję do nieporządku?

Koncepcja energii zmierzającej do nieporządku jest ściśle powiązana z drugą zasadą termodynamiki, która stwierdza, że ​​entropia izolowanego układu zawsze rośnie z czasem. Entropia jest miarą losowości lub nieporządku w systemie, a drugie prawo sugeruje, że izolowane systemy w naturalny sposób ewoluują w kierunku stanów wyższej losowości i nieporządku. Tendencję tę przypisuje się probabilistycznej naturze mikroskopijnych interakcji w systemie.

Aby zrozumieć, dlaczego energia ma tendencję do nieporządku, rozważmy następującą analogię:Wyobraźmy sobie pojemnik wypełniony cząsteczkami gazu pod wysokim ciśnieniem. Cząsteczki poruszają się szybko i często zderzają się ze sobą, tworząc stan wysokiej energii i niskiego chaosu. Teraz, jeśli otworzysz mały otwór w pojemniku, część cząsteczek gazu ucieknie, a ciśnienie wewnątrz pojemnika spadnie. Proces ten zmniejsza energię układu, ale pozwala także cząsteczkom pozostającym w pojemniku na rozproszenie się i swobodniejszy ruch. W efekcie wzrasta nieład w systemie.

Ogólnie rzecz biorąc, transfer energii z jednej części systemu do drugiej często powoduje konwersję uporządkowanych form energii w formy bardziej rozproszone i nieuporządkowane. Na przykład podczas spalania paliwa w silniku potencjalna energia chemiczna zmagazynowana w paliwie jest przekształcana w ciepło i ruch. Proces ten zwiększa zaburzenie układu w miarę rozprzestrzeniania się ciepła i rozpraszania energii mechanicznej do otoczenia.

Tendencję energii do nieporządku można zaobserwować w wielu różnych zjawiskach fizycznych, takich jak mieszanie płynów, dyfuzja cząstek i degradacja materiałów. Odgrywa także zasadniczą rolę w wielu złożonych układach, w tym w procesach biologicznych i ewolucji wszechświata.