Reibung
Der erste Hauptsatz de Thermodynamik hatte die Gleichwertigkeit von Wärme und Arbeit behauptet, wobei eine Einschränkung über die Umwandlung von Wärme in Arbeit weder in der einen, noch in der anderen Richtung gemacht wurde. Die Aussage des Satzes kann man also umkehren.
Die Erfahrung zeigt aber, dass man zwar Arbeit beliebig, z.B. durch Reibung, in Wärme umwandeln kann, dass aber der umgekehrten Umwandlung von Wärme in Arbeit gewisse Grenzen gesetzt sind. Man kann z.B. nicht Arbeit aus der wärme des Meeres gewinnen, wobei nichts anderes geschieht, als dass ein Teil des Meeres sich abkühlt. Es ist also unmöglich, den praktisch unerschöpflichen Wärmevorrat der Ozeane zu benutzen, um damit Schiffe anzutreiben.
Eine Maschine, die Arbeit aus dem Nichts erzeugt, hatten wir Perpetuum mobile erster Ordnung genannt, und den ersten Hauptsatz auch als die Unmöglichkeit des Perpetuum mobiles erster Ordnung ausgesprochen. Als Perpetuum mobile zweiter Ordnung bezeichnet man eine Maschine, die nur durch Abkühlung eines Körpers Arbeit erzeugt. Eine solche Maschine würde dem Energieprinzip ja nicht widersprechen, da ja für die entstandene mechanische Energie ein entsprechender Betrag an Wärmeenergie verschwunden ist. Trotzdem ist eine solche Maschine unmöglich. Wir können den zweiten Hauptsatz nun auch so formulieren:
Es ist keine Maschine möglich, die einem Wärmebehälter Wärme entzieht und in Arbeit verwandelt, ohne dass mit den beteiligten Körpern noch andere Veränderungen vorgehen. Oder wir können sagen:
Es ist auf keinen Fall möglich, einen Vorgang, bei dem Wärme durch Reibung entsteht, vollständig rückgängig zu machen.
Die Entropie
In einem abgeschlossenen System hat man drei Arten von Vorgängen zu unterscheiden: umkehrbare, nicht-umkehrbare und unmögliche. Haben wir einen Anfangszustand, so lassen sich beliebige Folgezustände konstruieren. Bei den umkehrbaren Vorgängen sind alle Zustände gleich wahrscheinlich, bei den nicht-umkehrbaren Vorgängen sind die Zustände von höherer Wahrscheinlichkeit.
Die Entropie ist nun das Maß für die Wahrscheinlichkeit eines Zustandes.
Bei allen umkehrbaren Vorgängen bleibt die Entropie konstant, bei allen nicht-umkehrbaren Vorgängen nimmt sie zu, da es um so unwahrscheinlicher wird, dem Anfangszustand wieder näher zu kommen, je weiter der Vorgang voranschreitet.
Der zweite Hauptsatz kann nun auch als das Prinzip von der Zunahme der Entropie bezeichnet werden: Die Summe der Entropie aller an einem Vorgang beteiligten Körper nimmt stets zu, nur im Grenzfall der reversiblen Vorgänge bleibt sie ungeändert.
Eine Abnahme der Entropie könnte nur bei der Umkehrung nicht-umkehrbarer Vorgänge auftreten, und das ist unmöglich. Die Entropie der Welt strebt einem Höhepunkt zu. Die Energie der Welt ist hingegen eine konstante Größe.
Ich hoffe, es ist deutlich geworden, dass die Entropie nicht „Chaos“ oder „Unordnung“ meint, und steigende Entropie meint demnach nicht „wachsende Unordnung“, oder „Zerfall ins Chaos“. Es handelt sich dabei nur um ein gewaltiges Missverständnis.
Vorgänge steigender Entropie, also nicht-umkehrbare Vorgänge, können sowohl ein Mehr an „Chaos“, als auch ein Mehr an „Ordnung“ bedeuten. Für beides lassen sich Beispiele finden. Ein homogenes Gas bedeutet Ordnung, eine Zerbrochen Tasse als Endzustand bedeutet Unordnung. Das hängt eben ganz von der Betrachtungsweise ab. Ich selber glaube, dass sich Chaos und Ordnung gegenseitig bedingen. Aber das hat eben nichts mit Entropie oder steigender Entropie zu tun. Leider wir dies von vielen Physiker heute immer noch nicht in vollem Umfang verstanden.
B: Was ist Entropie?
Entropie bedeutet "nicht" Unordnung wie die meisten Menschen glauben, die den Begriff Entropie verwenden... Entropie ist völlig unabhängig von Ordnung und Unordnung. So lassen sich jeder Zeit Beispiele finden für System maximaler Entropie, die zugleich ein Höchstmaß an Ordnung aufweisen. Beispiele wären ein Gefäß mit einem idealen Gas oder eine Schüssel mit zur Ruhe gekommenem Wasser.
Also noch einmal: Entropie ist das Maß für die Wahrscheinlichkeit, die der Zustand eines physikalischen System einnehmen kann... Dabei kann die Entropie immer nur entweder gleich bleiben, oder größer werden, aber niemals kleiner. Bekenstein setzt nun die Entropie mit dem gleich, was er (abstrakte) Quanteninformation nennt. Das ist eine Information, die nicht mehr, wie die Erlebnisinformation, Träger von "Sinn und Bedeutung" (Ulrich Warnke) ist. So wie der Entropie die (abstrakte) Quanteninformation zugeordnet ist, müsste man der wieder einzuführenden Negentropie die (konkrete) Erlebnisinformation zuordnen... Ich stelle es gleich einmal in zwei Graphiken dar.
Zitat aus einer Antwort von wishmoep:
"...schauen wir uns doch die irreversible thermische Expansion eines idealen Gases an. Also bspw. einen isolierten Kasten mit einer Wand dazwischen, wodurch wir zwei Bereiche, A und B, haben. Befindet sich das Gas nur in A haben wir eine gewisse Ordnung, die sich dadurch manifestiert, dass in A Gas ist und in B eben nicht. Entfernen wir die Wand, breitet sich das Gas im ganzen Raum aus und befindet sich damit in mehr oder minder gleichen Teilen in A und B, wodurch wir diese anfängliche "Ordnung", also die Trennung in A und B nicht mehr haben. Damit haben wir gewissermaßen Unordnung geschaffen." (wishmoep)
Nein eben nicht.. 1. Stadium: Trennung zwischen A und B: Ideales Gas in A. 2. Stadium: Entfernung der Trennwand: Sichverteilen des Gases: Großes Durcheinander. 3. Stadium: Im Gesamtraum stellt sich wieder ein Ideales Gas mit der gleichen Ordnung wie im 1. Stadium ein jetzt aber mit etwas höherer Entropie... Die Ordnung hat keineswegs abgenommen, sondern es hat sich die gleiche Ordnung eingestellt wie im 1. Stadium..
2. Beispiel: Eine Schüssel mit sich in Ruhe befindlichem Wasser hat hohe Entropie denn von alleine wird sich der Zustand des rein physikalisch Systems nicht ändern. Nun gieße ich etwas Farbstoff, sagen wir Tinte in das Wasser: Es entsteht große Unordnung bei physikalisch gleicher Entropie... Der Farbstoff wird sich durch die Verteilungskräfte gleichmäßig verteilen. Am Ende wird der Farbstoff gleichmäßig verteilt sein, das Wasser sogar fast wieder ganz klar sein...(Bitte ausprobieren)... Die Ordnung ist wieder hergestellt, und das, obwohl die physikalische Entropie die ganze Zeit gleich blieb...
3. Beispiel: In einer Lava entsteht eine Gasblase mit idealem Gas von hohem Druck.... Die Lava kühlt nu ab, und in dieser Gasblase der, sogenannten Drusen, entstehen schöne regelmäßige Kristalle... Ein Höchstmaß an Ordnung, wie jeder bestätigen wird, und ein Höchstmaß an Entropie zugleich... Das muss man doch auch mit verquastem physikalischem Verstand irgendwie verstehen können, finde ich...
Schmeißt endliche Eure Lehrbücher in den Müll... Die taugen nichts...
Ma eine bescheidene Frage, aber stammt die Gleichsetzung von Entropie und Unordnung vielleicht aus der pseudoesoterischen Hexenküche der Hippies... Und aus so etwas fällt die Physik rein?
Noch einmal meine These: Entropie hat nicht das Geringste mit Ordnung oder Unordnung zu tun!!!
Nachtrag.
Shannon sollten wir übrigens außen vor lassen... Das ist Kommunikationstheorie und hat mit "Quanteninformation" nichts zu tun, sondern nur mit "Erlebnisinformation" (David Chalmers).
Zitat wishmoep:
Wenn du das so liest, hast du nicht gelesen, oder alternativ nicht verstanden, was ich geschrieben habe.
Wenn die hälfte meines
