Το όνειρο του ναυαγοσώστη

Η εντροπία είναι ένα μέτρο του πόσο πιθανό είναι κάποιο σύστημα να βρεθεί σε δεδομένη διαμόρφωση, δηλαδή σε κάποια μικροκατάσταση.

Πιθανή κατάσταση <==> Υψηλή Εντροπία

Απίθανη κατάσταση <==> Χαμηλή Εντροπία

Μία μακροκατάσταση είναι ο μέσος όρος πολλών μικροκαταστάσεων.

Η εντροπία ορίζεται μαθηματικά ως ο αριθμός των μικροκαταστάσεων ανά μακροκατάσταση.

S = k ln Ω

Ποσότητες πληροφορίας χάνονται στις μακροκαταστάσεις, λόγω των μέσων όρων που τις "κρύβουν".

Υψηλή Εντροπία  <==> Χαμηλή ποσότητα Πληροφορίας

Χαμηλή Εντροπία <==> Υψηλή ποσότητα Πληροφορίας

Προφανώς, η εντροπία είναι επίσης ένα μέτρο της κρυμμένης πληροφορίας σε ένα σύστημα, δηλαδή είναι η πληροφορία για τη συγκρότηση ενός συστήματος, η οποία δεν αντανακλάται στις παρατηρήσιμες, μακροσκοπικές ιδιότητές του.  

H βαρύτητα συσσωματώνει τα πράγματα (ύλη/ενέργεια) μεταξύ τους στο σύμπαν και δεν τα αφήνει να απλωθούν ομοιόμορφα.

Με τη βαρύτητα, η ομοιόμορφη εξάπλωση των πραγμάτων στο σύμπαν είναι δύσκολη/σπάνια και επομένως χαμηλής εντροπίας.

Αντίθετα, λόγω της βαρύτητας, η συσσώρευση των πραγμάτων είναι εύκολη/πιθανή και επομένως υψηλής εντροπίας.

Στην αρχή του σύμπαντος η ενέργεια  εξαπλώθηκε ομοιόμορφα  και επομένως λόγω της βαρύτητας ήταν χαμηλή η αρχική εντροπία, η οποία συνεχίζει την αύξησή της μέχρι σήμερα.

Συνεπώς, η ομοιόμορφα κατανεμημένη ύλη είναι ασταθής λόγω της βαρύτητας και είναι στην πραγματικότητα η λιγότερο πιθανή κατάσταση, με πολύ χαμηλή εντροπία.

Οι πιο πιθανές καταστάσεις υψηλής εντροπίας είναι εκείνες όπου η ύλη συγκεντρώνεται σε ογκώδη αντικείμενα, με αποκορύφωμα τη δημιουργία μαύρων οπών.

Εν ολίγοις, το να έχουμε ομοιόμορφα κατανεμημένη ύλη/ενέργεια σε ένα σύμπαν με βαρύτητα είναι εξαιρετικά απίθανο. Κι' όμως, αυτό συνέβη στην αρχή του σύμπαντός μας. Ήταν σαν να προσπαθείς να ισορροπήσεις την άκρη ενός ακονισμένου μολυβιού στη λεπίδα ενός ακονισμένου μαχαιριού. Θα πέσει με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, και δεν πρόκειται να επιστρέψει ποτέ ξανά σε αυτή την απίθανη κατάσταση. Λόγω του αδυσώπητου 2ου Νόμου της Θερμοδυναμικής, η αρχικά ομοιόμορφα κατανεμημένη ύλη στο σύμπαν θα «πέσει», προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση, σε συστάδες ενέργειας (μάζα) και δεν θα μπορεί ποτέ να επιστρέψει στην αρχική κατάσταση (τουλάχιστον, είναι εξαιρετικά απίθανο κάτι τέτοιο.)

Η εντροπία ορίζεται ελάχιστα στις περισσότερες συζητήσεις. Η εντροπία δεν είναι η αύξηση της «αταξίας», ούτε απλώς η εξάπλωση της ενέργειας. Η εντροπία περιγράφεται καλύτερα ως η τάση προς την πιο πιθανή κατάσταση ισορροπίας ενέργειας/ύλης με δεδομένους τους νόμους της Φυσικής.

Τέλος, όσον αφορά την... ως άνω μακροκατάσταση του εικονιζόμενου ναυαγοσώστη στη φωτογραφία του Joseph Szabo ('Lifeguard's Dream', 1972), πιστέψτε με δεν είναι και τόσο απίθανη όσο φαίνεται. Εξάλλου συμβαίνει και σε μη ναυαγοσώστες!

☮