2nd Δεκέμβριος 2020

ScienceLab.Gr

Science Communication

Η Εντροπία και το φυσικό περιβάλλον

Τι σχέση έχει η εντροπία και το φυσικό περιβάλλον;

Όταν κανείς εφαρμόζει τις μεγάλες και γενικές αρχές της Θερμοδυναμικής σε διαδικασίες και φαινόμενα καθημερινής ζωής πρέπει να το κάνει με μεγάλη προσοχή. Έτσι για παράδειγμα, ένας αμύητος μπορεί να παρατηρήσει, ότι διαδικασίες που αφορούν ζωντανούς οργανισμούς παραβιάζουν φανερά το δεύτερο θερμοδυναμικό αξίωμα (αυξανόμενης εντροπίας). Κι΄αυτό γιατί  η ύλη σ’ ένα οργανισμό είναι πολύ πιο τακτικά οργανωμένη σε σχέση με αυτή των  τροφίμων που λαμβάνει. Θα πρέπει λοιπόν να γίνουν ορισμένες ουσιώδεις διευκρινήσεις.

Γενικές αρχές θερμοδυναμικής

Οι γενικές αρχές των θερμοδυναμικών σχέσεων έγιναν αναφορικά με μία ή περισσότερες ιδανικές συνθήκες τις οποίες οι επιστήμονες προσεγγίζουν στα πειράματα τα οποία κάνουν προκειμένου να ελέγξουν τους νόμους και τις θεωρίες. Παραδείγματα τέτοιων, ιδανικών, συνθηκών είναι το ισόθερμο (το σύστημα διατηρείται σε σταθερή θερμοκρασία κατά την διάρκεια του πειράματος ή τουλάχιστον οι αρχικές και τελικές μετρήσεις έγιναν στην ίδια θερμοκρασία). Άλλες συνθήκες είναι το ισοβαρές (ίδια πίεση) και το αδιαβατικό (το σύστημα είναι απομονωμένο, ώστε να μη δίνει ή παίρνει θερμότητα από το περιβάλλον).

Ο 2ος θερμοδυναμικός νόμος

Σύμφωνα με το δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο: “Σε ένα απομονωμένο (αδιαβατικά κλειστό) σύστημα κάθε αυθόρμητη μεταβολή συνοδεύεται από αύξηση της εντροπίας του συστήματος”. Όμως ένα αδιαβατικό σύστημα είναι ένα ειδικό σύστημα, το οποίο μπορεί σε κάποιο βαθμό να προσεγγίσει κανείς στο εργαστήριο, με πολύ καλά μονωμένο δοχείο, και μόνο για μικρό χρονικό διάστημα. Στη φύση μέρη μόνο των συστημάτων μπορούν να προσεγγίσουν αδιαβατικές μεταβολές. Για παράδειγμα μεγάλη ατμοσφαιρική ανατάραξη μπορεί να προκαλέσει μεταφορά μεγάλων μαζών αέρα τόσο γρήγορα, ώστε μέρος αυτού, του αέρα, να εκτονωθεί λόγω της πτώσης πίεσης και να ψυχθεί κάτω από, σχεδόν, αδιαβατικές συνθήκες. Ο πλανήτης Γη δεν είναι αδιαβατικό σύστημα. Κάθε άλλο παρά απομονωμένος είναι μια και δέχεται ακτινοβολία υψηλής ενέργειας από τον Ήλιο και επανεκπέμπει ακτινοβολία μικρής ενέργειας, μεγάλου μήκους κύματος, προς το διάστημα. Η ακτινοβολία του Ήλιου είναι πηγή ενέργειας η οποία καθιστά δυνατές αντιδράσεις στους ζώντες οργανισμούς, οι οποίες δεν είναι ναι αυθόρμητες με την θερμοδυναμική σημασία του όρου. Έτσι λοιπόν κάθε ζώο βρίσκεται σε συνεχή επίδραση με το περιβάλλον του και δέχεται ενέργεια απ΄ αυτό γι΄ αυτό θα πρέπει να αντιμετωπίζεται ως “αντιεντροπικό”, σύμφωνα με τους κανόνες των ανοικτών συστημάτων.

Η εντροπία και το φυσικό περιβάλλον

Οι φιλόσοφοι εφάρμοσαν τον δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο στο τεράστιας κλίμακας μονωμένο σύστημα, το σύμπαν. Αν εξ ορισμού το σύμπαν είναι ένα αδιαβατικό σύστημα, τότε σ΄ αυτό το τελικό αποτέλεσμα όλων των φυσικών φαινομένων θα είναι η αύξηση της εντροπίας του. Τότε το “τέλος” έρχεται σαν μία κατάσταση μεγίστης αταξίας με θερμοκρασίες της ύλης κοντά στο απόλυτο μηδέν και μηδενική διαθέσιμη ενέργεια. “Τέλος” το οποίο αναφέρεται σαν ο θερμικός θάνατος του σύμπαντος. Ευτυχώς που στην καθόλου αυτή ενθαρρυντική προοπτική, δεν μετράει ο παράγων χρόνος. Αυτό σημαίνει ότι για να φτάσουμε στο σημείο αυτό θα χρειαστούν δισεκατομμύρια χρόνια. Εξ’ άλλού σύμφωνα με ένα πιθανότερο σενάριο, θα προηγηθεί η διαστολή του Ήλιου, η υπερθέρμανση θα καταστρέψει τη ζωή και τελικά ο Ήλιος θα μας “καταπιεί”.