entropie

(din gr. en = în + gr. trope = schimbare, alterare)

Entropia este o mărime termodinamică a cărei valoare depinde de starea fizică a sistemului, este o „măsură a dezordinii”: spargerea unui pahar în cioburi se produce printr-o creştere a entropiei (a gradului de dezordine), în timp ce operaţia inversă, refacerea în sens opus a paharului din cioburi (în afara gestului de a filma spargerea, respectiv de a reda filmul în sens opus) este imposibilă, ea ar presupune o reducere a entropiei. Or, sistemele naturale tind întotdeauna către o creştere a entropiei, este ceea ce exprimă legea a doua a termodinamicii: în timpul oricărui proces entropia unui sistem izolat rămâne la fel sau creşte. Procesele în care entropia rămâne constantă sunt numite reversibile, iar cele în care creşte sunt numite ireversibile, întrucât „nu există posibilitate realistă ca sistemul să reajungă în starea iniţială”.¹

„Tendinţa de creştere a entropiei se explică prin faptul că numărul de stări posibile de dezordine pe care un sistem le poate avea este mai mare decât numărul de stări de mai multă ordine, făcând starea de dezordine mai probabilă. De exemplu, entropia stării ordonate a moleculelor de apă într-un cristal de gheaţă este mai mică decât cea în care cristalul este amestecat cu apă lichidă. Diferenţa de entropie corespunde transferului de căldură necesar cristalului pentru a se topi.” ²

Entropia poate fi definită „[...] ca măsură a indisponibilităţii de energie a unui sistem pentru lucru mecanic. Un sistem izolat în echilibru perfect are entropia maximă şi în acest fel nu are energie pentru a săvârşi lucru. Astăzi este mai uzual, totuşi, să defineşti entropia prin intermediul mecanicii statistice în termeni de număr de microstări posibile unui sistem dispunând de o anume energie. Fiecare stare macroscopică a unui sistem (dată, de exemplu, de temperatura sa, de presiune sau de volum) corespunde la mai multe stări microscopice posibile ale sistemului (constituite din aranjamentul şi viteza moleculelor). Cu cât este mai mare numărul de posibile microstări corespunzând unei macrostări, cu atât mai mare este entropia sistemului, şi cu atât mai mare este dezordinea sistemului.” ³

Entropia este o cantitate fizică măsurabilă, precisă. La temperatura de zero absolut (minus 273,15 grade C°) entropia unui corp este zero. Entropia se defineşte ca fiind k log D, unde k este constanta lui Boltzmann şi D este o măsură cantitativă a dezordinii atomice din corpul în chestiune a cărui entropie o măsurăm. În ceea ce priveşte dezordinea, ea este datorată atât agitației termice din corp, cât şi diferitelor specii de atomi şi de molecule amestecate unele cu altele.

Este meritul lui Erwin Scrödinger de a fi pus în evidenţă, printr-o lucrare de pionierat, cu ajutorul conceptului de entropie, distincţia dintre organismele vii şi nevii. Scrödinger arată că „materia vie evită descompunerea spre echilibru”, cu alte cuvinte viul luptă cu entropia (în terminologia lui Schrödinger, viul „produce entropie negativă”). Astfel că, dacă în ceea ce priveşte corpurile nevii, atunci când sunt izolate sau plasate într-un mediu uniform,

„toată mişcarea încetează destul de repede ca şi consecinţă a diferitelor fricţiuni; diferenţele de potenţial electric şi chimic sunt egalizate; substanţele tind să intre în combinaţie chimică supunându-se acestei tendinţe; temperatura devine uniformă ca urmare a conducţiei căldurii. La sfârşit sistemul întreg se reduce la o porţiune de materie inertă, moartă” ⁴, în ceea ce priveşte organismele vii, prin metabolism (mâncând, bând, respirând şi asimilând) ele produc ordine, mergând către o descreştere a entropiei. Evident, moartea unui organism îl trece de la starea de viu la neviu, el intrând astfel sub incidenţa creşterii entropiei, însă cât timp este în viaţă organismul este într-o continuă luptă cu entropia. Aceasta distincţie viu-neviu a fost înţeleasă de unii în sensul că „organismele vii nu se supun legii a doua a termodinamicii”. Falsitatea acestei perspective se arată însă prin faptul că „sistemul care trebuie luat în consideraţie nu este numai organismul în sine, şi nici măcar comunitatea de organisme vii în chestiune, care nu sunt sisteme izolate (ele sunt într-o crucială şi continuă interacţie cu mediul în care se află), ci mai curând sistemul ecologic în întregul său poate fi considerat ca izolat faţă de ceea ce acţionează afară. Da, entropia fiecărui organism şi comunitate de organisme este menţinută relativ jos, dar cu preţul creşterii în entropie a mediului încojurător. Entropia întregului sistem ecologic este în creştere.” ⁵

De remarcat deopotrivă speculaţiile de ordin teologic care au văzut în manifestarea legii a doua a termodinamicii o consecinţă a căderii omului (prin păcatul primordial). Astfel, dacă totul tinde către descompunere, către dezintegrare ca şi creştere a entropiei, şi dacă creşterea entropiei este asimilabilă dispariţiei vieţii, nu cumva entropia este urmare a intrării păcatului în lume, şi a consecinţei sale, care este moartea, descompunerea? Dar atunci, ne întrebăm, cum explicăm, referindu-ne strict la perioada de dinainte de căderea omului, formarea, respectiv dilatarea continuă a universului? Oare nu funcţiona principiul al doilea al termodinamicii din momentul Big-Bangului (moment când universul porneşte în expansiune) şi până la apariţia vieţii, odată ce vorbim astăzi de existenţa unui univers (inflaţionar) a cărui evoluţie s-a făcut pornind de la o stare de singularitate iniţială (densitate uriaşă, volum infim, cvasi-nul; termenul de „singularitate” a se înţelege în sensul său matematic) către ceea ce cunoaştem astăzi, un univers în plină extindere, nemărginit (dar nu infinit) ?

Bibliografie: 1. William R. Stoeger, Second law of thermodynamics, în vol. J. Wentzel Vrede van Huyssteen (editor-sef) & colaboratori, (Gale) Encyclopedia of Science and Religion, 2003, ed. Macmillan reference USA, USA, p. 889; 2. Lawrence W. Fagg, Entropy, in op. cit., p. 266; 3. William R. Stoeger, op. cit., pp. 889-890; 4. Erwin Scrödinger, Qu’est-ce que la vie? (de la physique à la biologie), Christian Burgéois editeur, 1986, p. 169; 5. William R. Stoeger, op. cit., p. 889.

A se vedea şi: măsură, singularitate.