5 المزيد من معادلات الفيزياء يجب أن يعرفها الجميع

على الجانب الأيمن ، ك_ب يسمى ثابت بولتزمان ، وأوميغا (Ω) هو عدد “microstates” المحتملة. اسمحوا لي أن أشرح مع مثال: قل لدي أربع عملات معدنية وأربعة أشخاص. كم عدد الطرق المختلفة التي يمكنني مشاركتها هذه العملات المعدنية؟ حسنًا ، هناك حالتان متطرفتان هي أن كل شخص يحصل على عملة واحدة أو أن جميع العملات الأربعة تذهب إلى شخص واحد. إجمالا ، هناك 35 توزيعة ممكنة. هذه هي microstates (Ω). لذلك يمكنك التفكير فيها كترتيبات محتملة للطاقة بين الجزيئات مع الحفاظ على الطاقة الكلية كما هو.

إذا قمت بإسقاط كرة السلة ، فإن طاقة الجاذبية المحتملة لها تنخفض مع سقوطها وزيادة طاقتها الحركية – يتم الحفاظ على الطاقة الطبيعية. لكنها لا ترتد على ارتفاع كما بدأت. ذلك لأن بعض الطاقة تتسرب كحرارة على التأثير. الكرة تدفئة قليلا. عندما نأخذ هذه الطاقة الحرارية في الاعتبار ، نجد أن الطاقة لا تزال محفوظة. لكن الانتروبيا أعلى.

ولكن ماذا لو حصلت الكرة برودة وارتداد أعلى؟ هذا يعني أن الطاقة الحرارية تقل وزيادة الطاقة الحركية. سوف الطاقة ما زال يتم حفظها ، ولكن في هذه النتيجة ، يتم تقليل الانتروبيا. هذا ممكن بالفعل ، ولكن يمكنك تشغيل هذه التجربة حتى نهاية الوقت ولا تحصل على هذه النتيجة.

هذا مثال ممتع آخر. تخيل وضع الجليد في كوب من الماء الدافئ. هل من الممكن أن يصبح الماء أكثر دفئًا ويصبح الجليد أكثر برودة؟ مرة أخرى ، فإن الاحتمال غير صفري ، لكنه من غير المرجح بشكل غير مرجح. تقول صيغة بولتزمان أنه كلما كان هناك أكثر من microstates هناك ، زاد الانتروبيا.

في النهاية ، يؤدي هذا إلى القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، والذي ينص على أن إجمالي إنتروبيا النظام المغلق يمكن أن يزداد مع مرور الوقت ، أو على الأقل لا يمكن أن ينخفض ​​أبدًا. هكذا ، على سبيل المثال ، لن يحصل مكتبك على فوضى وأكثر فوضى ، إلا إذا فتحت هذا “النظام” والقيام ببعض “العمل” – وهو ما يتذكر ، يعني إضافة الطاقة. لسوء الحظ ، يعد الكون نظامًا معزولًا حقًا ، لذلك يمكن أن ينتهي فقط بطريقة واحدة – في الخسارة الكلية لكل الهيكل والحياة.

4. قانون أوم