Warum bevorzugt die Natur immer niedrige Energie und maximale Entropie?

Die Natur hat keine Präferenzen, und daher nimmt die Entropie tendenziell zu.

Klingt paradox?

Der Punkt ist, dass jeder mikroskopische Zustand (der die genaue Position und Geschwindigkeit jedes Atoms im System beschreibt) gleich wahrscheinlich ist. Was wir jedoch typischerweise beobachten, ist kein Mikrozustand, sondern eine grobkörnige Beschreibung, die unglaublich vielen Mikrozuständen entspricht. Bestimmte Makrozustände entsprechen weit weniger Mikrozuständen als andere Makrozustände. Da die Natur keinen dieser Mikrozustände bevorzugt, treten die letzteren Makrozustände viel wahrscheinlicher auf. Die Entwicklung zu immer wahrscheinlicheren Makrozuständen (bis der wahrscheinlichste Makrozustand, der Gleichgewichtszustand, erreicht ist) wird als zweiter Hauptsatz der Thermodynamik bezeichnet.

Die Abnahme der potentiellen Energie ist die Folge des ersten (Energieerhaltung) und zweiten (Entwicklung zu wahrscheinlicheren Makrozuständen) Hauptsatzes der Thermodynamik. Da Makrozustände mit viel in Wärme gespeicherter Energie (zufällige thermische Bewegung) viel mehr Mikrozustände enthalten und daher viel wahrscheinlicher sind, wird Energie tendenziell von potentieller Energie auf thermische Energie übertragen. Dies wird als Abnahme der potentiellen Energie beobachtet.

Zunächst möchte ich darauf hinweisen, dass die Gesamtenergie eigentlich erhalten bleibt und nicht größer oder kleiner werden kann. Worüber wir hier sprechen, ist die potentielle Energie des Systems.

Zweitens denke ich, dass dies eine wirklich grundlegende Frage ist, und obwohl sie sehr interessant ist, neigen solche Fragen dazu, in der Philosophie zu landen. Drittens werde ich mein Bestes geben, um einige Antworten zu geben.

Normalerweise wird das Prinzip der minimalen potentiellen Energie (zumindest sehe ich das so) als ein Grundprinzip der Welt angesehen. Sie können das Prinzip der minimalen potentiellen Energie oder elektrostatische Kräfte mit einer Kraft vergleichen, die Sie vielleicht etwas besser kennen: - Warum zieht die Schwerkraft Massen an? - Weil es so ist, es ist ein grundlegendes Naturgesetz. Ich weiß nicht, ob Sie an die Schwerkraft glauben*, aber ich tue es. Und ich glaube auch an Energieminimierung.

Wenn Sie jedoch eine Erklärung wünschen, kann dies auch durch andere Gesetze erklärt werden. In diesem Fall ist es das von Ihnen erwähnte Prinzip der maximalen Entropie (auch bekannt als zweiter Hauptsatz der Thermodynamik). Dieses Gesetz besagt, dass das System versuchen wird, seine Entropie zu maximieren. Die Folge ist, dass die gesamte Energie versucht, sich in thermische Energie (Wärme) umzuwandeln, wodurch die Entropie erhöht wird.

Jetzt stoßen Sie auf die nächste Frage - warum maximale Entropie? Nun, das wird wiederum üblicherweise als Grundprinzip der Mechanismen der Natur angesehen, aber es kann tatsächlich aus der statistischen Physik abgeleitet werden . Dabei stoßen Sie jedoch möglicherweise wieder auf einige Prinzipien der Physik und Mathematik bis ins Unendliche, sodass Sie am Ende an einige Prinzipien glauben oder zumindest denken müssen: „Wenn das richtig ist, dann folgt Folgendes :" Weg.

-*- Wenn ich das Konzept des Glaubens verwende, spreche ich davon, einer Formel oder einem Gesetz ohne formalen Beweis zu glauben, aber es ist durch Experimente bewiesen, dass die Formel funktioniert. Selbst wenn ein Prinzip nicht das Prinzip ist, auf dem die Natur Prozesse basiert, liefert es sicherlich die gleichen Ergebnisse.

Nun, ich möchte erwähnen, dass Entropie deutlich kontraintuitiv ist, als manche vielleicht denken. Da insbesondere alle Mikrozustände die gleiche Wahrscheinlichkeit haben, oder anders ausgedrückt, gleichwertig sind, stellt sich der Zustand, in dem sich der Brocken befindet, wenn man sich den Finger abschneidet, ganz von selbst wieder ein, wenn eine vollkommen gültige Annahme vorliegt. Es gibt in dieser Hinsicht nichts, was diesen Zustand an ein bestimmtes Energieniveau bindet. Nun, um die Frage zu beantworten, warum wurde das nie gesehen? (Und nicht warum ist das unmöglich...). Da unser Körper aus Milliarden von Atomen besteht, müssten sie alle auf einmal dorthin zurückspringen, wo sie hergekommen sind. Im Gegensatz dazu, einfach in unkorrelierten Zügen herumzuhüpfen, oder kurz ... Verfall. Das ist also der Kern des Entropieprinzips. Makrozustände sind das Ergebnis von Milliarden verschiedener Mikrozustände, und wir sehen nur einen Durchschnittswert....kompatible Mikrozustände. Daher ist es sehr unwahrscheinlich, dass der Brocken von alleine an seinen Platz zurückkehrt.

Einige würden sagen, es ist nur eine künstliche Art, es auszudrücken.

Wie hoch wären die Chancen einer intelligenten Lebensform, wenn man dumme Atome zusammenbaut? Oder mit anderen Worten, wie groß sollte das Probenahmeexperiment sein, um etwas anderes als einen toten Stein zu sehen? :)

Betrachten Sie ein System von Gaspartikeln in einer Parfümflasche. Nehmen wir an, Sie sprühen das Gas heraus, und das Partikelsystem wird jetzt zufällig verteilt. Nun, jetzt sehen wir diese Teilchen als Wellen (Materiewellen), genau wie die Elektronenwolken. Ich gebe zu, ich habe kein tiefes Verständnis der Quantenmechanik, aber was ich aus meiner Zwischenchemie gelernt habe, ist, dass sich die Elektronenwolken ausbreiten, je geringer ihre Energie ist. Wenn sich also die Teilchen überall gleichmäßig mit maximaler Entropie ausbreiten, breitet sich die Elektronenwolke überall aus, wodurch sie einen stabilen und niedrigeren Energiezustand erreichen. Kommen wir nun zu Ihrer nächsten Frage der niedrigeren Energie. Es ist nicht so, dass die Natur oder Systeme der Natur niedrigere Energiezustände bevorzugen, sondern sie können nicht weiterkommen, wenn sie die niedrigstmögliche Energie haben. Stellen Sie sich einen Ball vor, der vom Boden hochgeschleudert wird, wenn er auf den Boden fällt, ihm fehlt jegliche Energie oder äußere Kraft, um wieder in die Luft zu gelangen. Nun bleibt mir immer noch ein Rätsel, wie sie diesen stabilen Zustand in endlicher Zeit erreichen können und ob es Systeme geben kann, die einen stabilen Zustand haben, ihn aber übertreffen. Das war also alles mein kühner Versuch, diese Tendenz der Natur mit Intuitionen der Quantenmechanik zu erklären.