Miért hajlamos az energia a rendetlenség felé?

A rendezetlenség felé hajló energia fogalma szorosan összefügg a termodinamika második főtételével, amely szerint egy elszigetelt rendszer entrópiája idővel mindig növekszik. Az entrópia a rendszer véletlenszerűségének vagy rendezetlenségének mértéke, és a második törvény azt sugallja, hogy az elszigetelt rendszerek természetes módon fejlődnek a magasabb véletlenszerűség és rendezetlenség állapota felé. Ez a tendencia a rendszeren belüli mikroszkopikus kölcsönhatások valószínűségi természetének tulajdonítható.

Annak megértéséhez, hogy az energia miért hajlamos a rendetlenség felé, vegye figyelembe a következő analógiát:Képzeljünk el egy tartályt, amely nagy nyomású gázmolekulákkal van megtöltve. A molekulák gyorsan mozognak és gyakran ütköznek egymással, ami nagy energiájú és alacsony rendezetlenséget hoz létre. Ha most egy apró lyukat nyit a tartályban, a gázmolekulák egy része kiszabadul, és csökken a nyomás a tartályban. Ez a folyamat csökkenti a rendszer energiáját, de lehetővé teszi a tartályban maradó molekulák szétterülését és szabadabb mozgását. Ennek eredményeként a rendszeren belüli zavar fokozódik.

Általánosságban elmondható, hogy az energia átvitele a rendszer egyik részéből a másikba gyakran azt eredményezi, hogy az energia rendezett formái szétszórtabb és rendezetlenebb formákká alakulnak át. Például amikor üzemanyagot éget el egy motorban, az üzemanyagban tárolt kémiai potenciális energia hővé és mozgássá alakul. Ez a folyamat növeli a rendszer rendezetlenségét, mivel a hő szétterül és a mechanikai energia a környezetbe kerül.

Az energia rendezetlenségre való hajlama a legkülönfélébb fizikai jelenségeknél megfigyelhető, mint például a folyadékok keveredése, a részecskék diffúziója és az anyagok lebomlása. Számos összetett rendszerben is alapvető szerepet játszik, beleértve a biológiai folyamatokat és az univerzum evolúcióját.