úterý 16. září 2008

Entropie a pořádek

Souvislost druhé věty termodynamické a paradoxu uklizeného bytu není na první pohled zřejmá. Zvláště ženám činí potíže pochopit, že neustále se objevující nepořádek v bytě nesouvisí s životními projevy partnera a potomků, ale je naprosto obyčejným projevem působení přírodního zákona.

Také vysvětlíme ponožkový efekt.





Představte si modelovou situaci. Chystáte se na dovolenou a po zabalení všech věcí a duševním strádání sestávající z přemýšlení o tom, na co jsme zapomněli, se vaše drahá polovička pustí do generálního úklidu bytu. Na vaši lehce hysterickou otázku, způsobenou cestovní horečkou, co že to dělá se vám dostane odpovědi, že se po dovolené nechce vracet do neuklizeného bytu. Fajn. Je uklizeno, odjedete, nic nezapomenete, prožijete příjemnou dovolenou, přijedete zpátky, odemknete a žena hrůzou vytřeští oči protože v bytě, který byl před odjezdem krásně uklizený panuje viditelný nepořádek. Tedy jejím okem viditelný. Vy samozřejmě nic nevidíte. Tento problém s pořádkem je znám jako paradox uklizeného bytu.

Jiný příklad. Koupíte si propisovačku. Jak dlouho asi myslíte, že vám vydrží? Kdo může opravdu s klidem prohlásit, že ji vyhodil, protože v ní došla náplň? Znám sice několik takových lidí, ale já mezi ně nepatřím. Považuji za naprosto normální, že v určitém časovém okamžiku se propiska rozhodne zmizet a také tak učiní. Stejně tak klíče.

Dalším příkladem je takzvaný ponožkový paradox. Dámy určitě znají. Ponožkovým paradoxem nazýváme skutečnost, že z čisticího procesu, kdy do procesu vložíme určité množství ponožkových párů se nám vrátí jejich podstatně menší množství a dále pak blíže neurčené množství jednoponožek, které nabývají různých forem pravolevosti. Prostě, část ponožek se rozhodne a zmizí.

Tyto na první pohled nesourodé procesy mají jedno společné. Jsou důsledkem působení přírodních zákonů. Konkrétně v tomto případě důsledkem entropie. Pojem entropie je velmi tajemný a v podstatě nikdo neví, co to slovo znamená. To si ovšem nenecháme líbit a pustíme se do vysvětlování.

Za pojem entropie může druhá věta termodynamická. První věta termodynamická může za to, že energie nikde nemizí ani se neztrácí. Prostě jen přechází z jedné formy do druhé. Ta druhá, co může za entropii, je podstatně zajímavější, ale v podstatě jde o to, že nejde udělat perpetum mobile. Když chceme energií konat nějakou práci, tak při tom přeměňování energie tam a zpátky se vždycky nějaký kus neužitečně přemění na teplo a to bez užitku odplyne do prostoru. Takže perpetum mobile se zpomaluje a zpomaluje a zpomaluje a ... až se zastaví.

Nebojte na entropii brzo dojde, ale nejdříve je potřeba zjistit, co to je teplo. Takže, co je to teplo? Možná jste zaznamenali, že teplo je tvořeno pohybem molekul. Pokud zavřeme molekuly vody do hrnce, a budeme měřit jejich rychlost, tak čím se budou pohybovat rychleji, tím vyšší teplotu vody naměříme. Pokud se budou pohybovat tak rychle, že opustí hladinu, tak dochází k jevu zvanému jako vypařování. Pokud bude voda v hrnci chladnout, tak molekuly se budou pohybovat čím dále pomaleji a když teplota dosáhne určité kritické teploty, tak se pohyb molekul zastaví a molekuly zaujmou místo v krystalové mřížce. Ano, vznikne led. Avšak i za této teploty molekuly oscilují kolem své rovnovážné polohy. Pokud budeme teplotu nadále snižovat, tak při teplotě absolutní nuly veškerý pohyb ustane.

Teplo a pohyb molekul jsou prostě jeden fyzikální pojem.

Zjištěním, že teplo je pohyb má další důsledek, a to, že teplo přechází vždy z teplejšího tělesa na studenější. Prostě se ty rychlé molekuly (teplejší) srazí s těmi pomalými (studenějšími) a v důsledku srážek průměrná rychlost poklesne (horké těleso se ochladí, studené ohřeje). Teplo přešlo z teplejšího tělesa na studenější. Pokud bychom chtěli opět teplotu zvýšit, musíme dodat energii z vnějšku (ohřát).

A teď se konečně může dostat ke slovu entropie. Entropie je definována jako míra neuspořádanosti (chaosu) systému. To zní velmi učeně, ale je to jednoduché. Máme horské a studené těleso. Těleso vlevo je plné rychlých molekul, těleso vpravo je plné pomalých molekul a jako celek je to velmi spořádané. Entropie tohoto systému dvou těles je nízká. Uspořádanost je vysoká. Když začne docházet k vyrovnávání teplot, tak se rychlost molekul snižuje, teplota se vyrovná a po čase jsou obě teploty stejné. Stejná je i rychlost molekul v obou tělesech. Míra organizace (uspořádanosti) poklesla. Míra neuspořádanosti (chaosu) vzrostla. Říkáme, že entropie systému vzrostla.
Jiný příklad. Představme si, že se nám povede nahnat vzduch v místnosti na jednu její polovinu. Na jedné půlce místnosti je všechen vzduch, v druhé půlce místnosti žádný není. V takovém případě je uspořádanost vzduchu v místnosti velmi vysoká (entropie minimální). Pokud se vzduch rovnoměrně rozptýlí do místnosti (jak už to různé vzduchy dělají), tak míra neuspořádanosti vzduchu (entropie) vzroste. (pořádek klesne, chaos vzroste)

Provázanost entropie s teplotou znamená, že v uzavřeném systému může entropie (nepořádek, neuspořádanost, chaos) pouze růst. Nikdy nemůže klesat. Molekuly se samy od sebe nezačnou pohybovat. Někdo musí z vnějšku dodat energii. Chcete zimu v létě? Máte ledničku, která zimu vyrábí. Na výrobu zimy spotřebujete víc tepla, než vznikne v ledničce zimy. Neužitečné teplo se vyzáří do okolí a zvýší entropii.

Je entropie definována jako míra neuspořádanosti systému? Ano. Pak tedy můžeme chápat v matematickém smyslu slova, že hodnota 50% označuje maximální entropii a hodnoty 0% a 100% minimální entropii (nulovou). Pokud má něco 50%, tak to má největší entropii. Pokud to má hodnotu jinou, tak to má entropii menší.

Pokud budeme rozvíjet tuto myšlenku dál, tak můžeme hovořit o tom, že uklizený byt má malou entropii, neuklizený velkou. Hrad z písku má malou entropii, po nájezdu vln má entropii vysokou. Drážďany měly entropii malou, po náletu spojeneckých vojsk se zvýšila, po soustředěném úsilí v poválečných letech byla zase snížena dodáním vnější energie. Množství této dodané energie bylo vyšší, než množství energie při náletu.

Pokud jste dávali pozor, tak entropie bez vnějšího zásahu může pouze růst. Nemůže samovolně klesat. Pokud se lokálně podaří entropii snížit, platíme za to vyšším množstvím entropie jinde (lednička). Vztaženo na teplotu a vesmír, teplota bude klesat, a klesat a klesat, entropie bude růst a růst a růst...... až dojde k tepelné smrti vesmíru. (Všude bude stejná teplota.)

Růst entropie způsobuje, že se časem věci rozpadají a mizí. Hmota má prostě tendenci vyplnit rovnoměrně veškerý dostupný prostor. Růst entropie způsobuje, že mizí ponožky, tužky a vzniká bordel.

A může za to entropie, pánové!*


Kontrolní otázka:
Je vám horko a rozhodnete se teplotu v místnosti snižovat tím, že otevřete ledničku.
Teplota v místnosti se bude snižovat, nebo zvyšovat?






*Koukej už konečně dodat systému energii a tu entropii kolem si ukliď!





Související články:
Informace, entropie a zblbnutí vesmíru




Rubrika: Teorie všeho | 16.09.2008, 4:05:00

35 komentářů:

  1. Samozřejmě zvyšovat.Po přečtení vtipně napsaného /mi se líbí/, nemusím ani zdůvodňovat. Zajdu /sem/

    OdpovědětVymazat
  2. Ano ano, dokonce i vysokoškolský profesor nám při fyzikální chemii výklad entropie přibližoval právě na samovolném dělání nepořádku v pokoji :).

    OdpovědětVymazat
  3. Vida, když zjistí žena nepořádek v bytě, uklidí to. Když zjistí nepořádek v bytě muž, zdůvodní to.

    Už mě to nechává chladnou, ale zajímalo by mě, kdo z nich vynakládá větší energii. Jistěžě muž.
    Mám pravdu?

    OdpovědětVymazat
  4. Buteo, máte pravdu. Pokud otevřeme ledničku, tak teplota v místnosti začne růst. Když se nám podaří zazdít ledničku do zdi, aby byly radiátory venku, pak jsme vynalezli klimatizaci a teplota může klesat, pokud budeme na tyto radiátory chytat teplotu venku a naženeme ji dovnitř místnosti, vynalezli jsme tepelné čerpadlo.

    Wu, je mi potěšením zjistit, že výklad zvládají i vysokoškolsky vzdělaní učenci.

    Lenko, je zcela evidentní, že více energie vynakládá muž, protože během výkladu směrem k ženě spousty energie odplynou neúčelně do prostoru, někdy se dokonce stává, že ani po takto energeticky náročném výkonu, žena nic nepochopí.

    OdpovědětVymazat
  5. Ja neporadek nevnimam a tak muzu zvyseovani entropie pozorovat pouze na mire rozruseni meho muze. (milovnika poradku)

    OdpovědětVymazat
  6. ratko, jsou i tací, ale je nás málo.

    OdpovědětVymazat
  7. V Absuristánu máme tradičně vysoce entropickou Vládu a Parlament. Snižování jejich entropie si představuju rázovým extrémním zvýšením teploty za použití výkonného plamenometu... ;)

    OdpovědětVymazat
  8. Roji, myslím si to taky, ale bacha na ně, moc tu poučujou.

    @Teo, na druhou stranu poznatek, že za chaos v parlamentu mohou přírodní zákony, vypovídá mnohé o potměšilosti a charakteru Vesmíru.

    OdpovědětVymazat
  9. ad 4: ...\"žena nic nepochopí.\" - i ba ne,žena chápe VŠECHNO, A PROTO to raději uklidí sama :-)

    OdpovědětVymazat
  10. 10) Ženy by hlavně měly chápat, že tím, že sníží entropii ve svém okolí, zároveň zvýší entropii jinde. To ovšem znamená, že přispívají k urychlení tepelné smrti vesmíru.

    OdpovědětVymazat
  11. 11: Na pomalé vyhasínání vesmíru nemáme čas! Máme být v pět u kadeřníka! :-)))))))

    OdpovědětVymazat
  12. [4] hehe, no u vysokoškolského učitele se zvládání výkladu tak nějak předpokládá :)

    OdpovědětVymazat
  13. Wu, není to pravidlem. Nedávno jsem poslouchal zajímavou přednášku vyplňenou tolika \"ehm, jako, víte\", že se nedalo skoro zjistit o čem dotyčný učenec mluví.

    OdpovědětVymazat
  14. ad 13: Zajímavý postřeh, Wu. předpokládá. Jsou tam lidé, kteří možná něco umí a ví, ale ono se předpokládá, že to také umějí předat. A to zdaleka není pravidlem.
    Co se týká nižších stupňů škol, tam se učí na pedagogických fakultách, jak učit. A víš, kdo to učí? Z naprosté většiny ti, kteří nikdy ve skutečné škole nepůsobili. Znají to jen teoreticky. Byla jsem v šoku, když mi jedna vedoucí katedry na jedné nejmenované VŠ sdělila tajemství, že ze dvanácti jejích podřízených, kteří připravují učitele na jejich práci, tu práci s dětmi nikdo ani neokusil a denně o ní přednášejí.
    To jen tak nevinný přípodotek, jen tak na dokreslení.

    OdpovědětVymazat
  15. Lenka: no jo, no. Však já to znám, jednu pedagogickou fakultu jsem absolvoval ;)

    vlada: měl jsem štěstí - každý nositel titulu profesor, se kterým jsem se setkal, byl mimořádný - jak odborně, tak lidsky. Ale jasně, pravidlo to není... jen předpoklad.

    OdpovědětVymazat
  16. Platí zákon velkých čísel:
    Kdo to umí, ten to dělá, kdo to neumí, ten to učí, a kdo to neumí ani učit, ten to řídí.

    OdpovědětVymazat
  17. ad 17: ...... a kdo to neumí ani řídit, píše o tom vědecká pojednání :-)

    OdpovědětVymazat
  18. ano, ano, ano, a kdo neumí psát pojednání, tak to píše do blogu, a kdo neumí psát, tak to čte.

    OdpovědětVymazat
  19. vlada: čímž jsi nás tu všechny zahrnul do jednotné koncepce světa :-D

    OdpovědětVymazat
  20. ..... no! :-)..... a všichni, jak to učí,řídí,píšou a čtou.... se tím učí... tak probíhá vývoj ve společnosti. :-)))

    ..... ale jinak to je ještě dál: kdo neumí nic z toho výše zmíněného ..... jde do politiky a rozhoduje o tom

    OdpovědětVymazat
  21. Kdybyste radsi nejak vymysleli, jak dokazat ze 2. veta neplati. Hned by bylo na svete veselejc :-)

    OdpovědětVymazat
  22. ad 22: Jak a proč dokazovat, že druhá věta neplatí, když platí? :-)
    Jsem mimo?

    OdpovědětVymazat
  23. Wu, Jednotnoou koncepci není třeba dokazovat. Již delší dobu je známo, že v průměru jsme všichni stejní.
    Lenko, konečně chápu, proč je lidstvo pozadu ve vývoji - lidi nečtou můj blog a dávají se na politiku!

    OdpovědětVymazat
  24. Ahoj lidi! Před časem jsem s kolegou bloggerem spolupracoval na vytvoření konečného důkazu... http://binarniladin.bloguje.cz...hp Tady je v celé své nevyvratitelné kráse: http://sweb.cz...rniladin/dukaz.htm Zatím se nepodařilo realizovat slíbený nekonečný protidůkaz. Takže nezáleží na tom, jaké kokotiny tvrdíte, stačí jak první odkázat na zmíněnou stránku a vaše tvrzení se změní v AXIÓM. A to se vyplatí, ne?! :-)

    OdpovědětVymazat
  25. Mějme konečný důkaz a konečný protidůkaz. O těchto stavech se dá s jistotou blížící se pravdě konstatovat, že mají oba minimální entropii. Pokud budou drženy v uzavřeném systému pak platnost jednoho tvrzení přechází na druhé skokem. Pokud budou vypuštěny z uzavřeného systému, pak v čase T=0, je možné zaujmout podle osobních preferencí stanovisko konečného důkazu, nebo konečného protidůkazu, ovšem s přibývajícím časem zákonitě dochází k postupnému sbližování obou tvrzení, až po určité době zaujmou obě rovnovážný stav s maximální entropií. Tím je dokázáno, že konečný důkaz i konečný protidůkaz mohou existovat jen po omezenou dobu, protože po určité době se navzájem anihilují za zvýšení celkové entropie vesmíru.

    OdpovědětVymazat
  26. 22,23) Energie vakua (Zero Point Energy) je děsně zajímavá právě tím, že podle všeho na kvantové úrovni to funguje podivně a existují myšlenkové konstrukce umožňující dolovat energii z ničeho. Pak by to vypadalo, že první ani druhá věta termodynamická na kvantové úrovni neplatí.
    Zatím se to vysvětluje tak, že tato vydolovaná energie se sebere jinde z vesmíru, navíc je jí tak mrňavo, že na makroúrovni se nic nepozná.

    OdpovědětVymazat
  27. [23] nejsi mimo, ale komu tim prospejete? ;-) Sice podle [27] to vypada nadejne, ale uprimne receno, je to malo!
    Jestlize je jasne, ze svet speje do definitivni pr... opasti studeneho chaosu elementarnich castic, jak k tomu prijdou neateisti? Kde je blazena vecnost? Kde je vecna blazenost? V pr... opasti nulove entropie. Fujtajxl...

    OdpovědětVymazat
  28. ad 27,28: vlada má pravdu s tou kvantovou úrovní (já chodím na kvantovou úroveň denně, jen jsem nevěděla, na jaké úrovni se pohybujeme v debatě) :-)
    Roji, to je jednoduché. :-) My - jako celosvětová duše rozpuštěná do celého vesmíru - jsme to, co tam v tom vakuu je. Nám je jedno, jestli se vesmír roztahuje či stahuje, my JSME :-), spočíváme v blaženosti. Není ničeho bez z nás, jsme (skoro) nic a jsme všechno. Tao. Teo. Bůh. :-)
    Já mám své dojmy, vy zase pojmy. A můj dojem mi říká, že vesmír zná svůj stop stav a v určitém okamžiku se postupně začne zase smršťovat. A že se trocha energie vcucne? No a co. Alláh je veliký. :-)

    OdpovědětVymazat
  29. [29] je mozna veliky, ale vymyslel to dost blbe :-))
    Ale proc ne, Allah je dost mocny na to, aby sam sebe zrusil :-)

    OdpovědětVymazat
  30. ad 30: Myslím, že tohle zrovna Bůh nevymyslel.
    Něco mi říká, že ani Bůh nedokáže zničit sebe sama. Zničí někdy energie sebe samu? Zničí někdy myšlenka sebe samu? Můj tip je: NE.

    OdpovědětVymazat
  31. Éntropie dokáže libovolného boha zlikvidovat poměrně spolehlivě. Dá se demonstrovat na historických příkladech. Dokonce i takový machr který Sodomu za křivý pohled zlikvidoval i s Gomorou se dneska nezmůže na nic než na sem tam nějaký hrom. Blesky mu dokonce byly odebrány vlastním obslužným personálem a přeměněny na elektrický výboj neutralizovaný hromosvodem. Pokles účinnosti způsobený entropií dokonce způsobil, že bylo nutné vyslat na pomoc příslušníka z vlastní rodiny, ovšem provedení bylo tak nešikovně, že dotyčný byl okamžitě odhalen a neutralizován.

    OdpovědětVymazat
  32. Co sem pleteš pohádky a blesky, Vláďo? Se mluvilo o vakuu. Dokážeš vyhnat z vakua tu energii co tam je, když už tam nic nejni?
    Ukaž! :-)

    OdpovědětVymazat
  33. He, mně se vladova pohádka fakt líbila, obzvlášť to o obslužném personálu a vyslání pomocníka :D

    OdpovědětVymazat
  34. Good. Autumn weather cooler we should pay attention to tianyi warmth. Don\'t get sick..

    OdpovědětVymazat