Jeder spontane und irreversible Prozess muss eine (positive) Änderung der Entropie des Universums beinhalten
Dies ist eine Bedingung für die Spontaneität eines Prozesses, dass das gesamte Universum (System + Umgebung) eine positive Entropieänderung erfahren muss.
Etwa 4,5 Milliarden Jahre zurück:
Wenn man bedenkt, dass die ganze Materie auf diesem winzigen Planeten einst ein chaotisches Durcheinander war, das sich über viele, viele Millionen Kilometer erstreckte, warum sollte all dieses felsige Durcheinander jemals spontan durch die Schwerkraft zusammenkommen? Das frühere Durcheinander stellt sicherlich einen höchst chaotischen Zustand dar, und ein Planet besteht größtenteils aus wohlgeordneten Schichten aus festem und geschmolzenem Gestein, die ihrem Gewicht nach sehr geordnet erscheinen. Anscheinend ist also eine spontane Abnahme der Entropie aufgetreten, was meiner Meinung nach ziemlich kontraintuitiv ist. Könnte mir jemand helfen, den Zusammenhang zwischen Anziehungskraft, Planetenbildung und Entropie zu verstehen?
Der Zusammenbruch einer interstellaren Gaswolke, um schließlich einen Stern zu bilden, die Bildung eines Planeten und die Gravitationsdifferenzierung eines Planeten sind alles Beispiele für exotherme (wärmeerzeugende) Prozesse. Wie bei anderen exothermen Prozessen erhöhen diese Prozesse die Entropie.
Die Abkühlung eines neu entstandenen Planeten hat den Anschein eines endothermen Prozesses. Die Abnahme der Entropie beim Abkühlen eines neu entstandenen Planeten wird durch eine Zunahme der Entropie des restlichen Universums mehr als ausgeglichen. Diese Kühlung wird durch Abstrahlen von Energie in den Weltraum erreicht. Diese abgestrahlte Energie stellt ein Schlüsselkonzept in einem neueren Verständnis von Entropie dar: In vielen Fällen ist es besser, Entropie als Energieverteilung zu betrachten, anstatt als ein unscharfes Konzept von Ordnung oder Unordnung. Die Abkühlung eines neu entstandenen Planeten ist dafür ein perfektes Beispiel.
Was man sich ansehen muss, ist nicht nur die Ordnung des Lokalprodukts, sondern die Energie- und Entropieänderungen des gesamten Systems, also des Universums.
Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren war das Material, das heute die Erde bildet, Teil einer spärlichen, kühlen Akkretionsscheibe. Beim Einsturz in den Planeten Erde heizte er sich auf: Bewegungs- und potentielle Energie des Staubs wurde in elektromagnetische Strahlung umgewandelt, die derzeit in alle Richtungen ins All abfliegt. Das ist Teil des Systems, das wir bei der Berechnung der Entropieänderungen berücksichtigen müssen.
Sie begannen also mit einem kleinen Staubring, der nur leicht geordnet ist, der zu einem noch kleineren Planeten mit hoher Ordnung kollabierte, und auch zu einer Kugel aus Photonen, die völlig ungeordnet ist und einen beträchtlichen Teil des Volumens des sichtbaren Universums bedeckt . Sie können nicht damit aufhören, nur die Erde oder das Sonnensystem zu betrachten, da dies nicht das gesamte thermodynamische System ist. Auch die Entropie der Wärmeabgabe an den Weltraum muss berücksichtigt werden.
Die beste Erklärung für dieses Phänomen (das auch für Nichtkosmologen einfach zu verstehen ist), die ich finden konnte, stammt von MinutePhysics in diesem Video: https://www.youtube.com/watch?v=MTFY0H4EZx4
Ascher