Náttúran

Jafna umbreytir alheimi í óreiðu 

Einföld jafna með einungis fjórum táknum útilokar eilífðarvélina og segir fyrir um endalok alheims. Leyfið okkur að kynna 2. lögmál varmafræðinnar.

BIRT: 16/01/2024

Þú opnar frystinn, tekur nokkra klaka úr boxinu og setur út í vatnsglas. Ánægjan við að fá sér ískaldan drykk getur verið mikil. En gjaldið fyrir þá ánægju er mun meira: Eftir því sem klakarnir bráðna færist alheimur nær endalokum sínum. 

 

Í klökum þínum sitja sameindirnar saman í vel skipulögðu mynstri en þegar klakarnir komast í snertingu við kranavatnið byrja þeir að bráðna – og skipulagið innan þeirra riðlast þar til sameindirnar synda allar í glasinu í einni heljarinnar ringulreið. 

 

Fyrir vikið hefur óreiðan í alheimi vaxið lítillega. Og hún getur aðeins orðið meiri en aldrei minnkað. Að lokum mun hún tortíma öllu. 

Óreiðan vex

Gríski bókstafurinn Δ (delta) lýsir í stærðfræðinni breytingu. Táknið S merkir óreiðuna, þ.e.a.s. hversu mikil ringulreiðin er.

Alheimur endar í ringulreið

Breytingin í óreiðunni er stærri eða jöfn núlli og það felur í sér að óreiðan getur aldrei minnkað. Með öðrum orðum: Alheimur verður sífellt óreiðukenndari.

Þessi ringulreið – sem er lýst í 2. lögmáli varmafræðinnar – nefnist óreiða (e. entropy) og ekki er jafn einfalt að skilja hana eins og óreiðuna í barnaherberginu heima fyrir. 

 

Eðlisfræðingur myndu lýsa óreiðu sem mælingu á því hversu mikil orkan hefur dreifst milli sameinda í lokuðu kerfi. Óreiða fer ævinlega vaxandi við náttúruleg ferli í lokuðu kerfi.

 

Ef þetta lokaða kerfi, t.d. gullstöng, er jafnvægt hvað orkuna varðar, hafa allar sameindir í því kerfi að meðaltali sömu orku. 

 

En þar sem sameindirnar færa stöðugt orku hver til annarrar er ólíklegt að þær séu á tilteknu augnabliki með nákvæmlega sömu orku. Rétt eins og útilokað er að ein sameind í gullstönginni beri alla orkuna.

 

Sameindir kjósa óreiðu

Ef við ímyndum okkur að gullstöngin samanstandi af einungis þremur sameindum og þremur orkustigum, þá getur hver sameind haft eina orkueiningu, ein sameind getur haft allar þrjár o.s.frv. Alls inniheldur þetta dæmi tíu mögulegar samsetningar. 

2. varmalögmálið varðar t.d.: 

Bílvélar sóa orku

2. lögmál varmafræðinnar kveður á um að varmi fari ævinlega frá hlut sem er heitari í átt að öðrum sem er kaldari. Þetta veldur meiri óreiðu en gerir einnig sprengjuvélar óskilvirkar. Þegar bensín er brennt í vélinni losnar lang mest orka í formi varma sem leitar í hluti með lægra hitastig. Ekki nema um þriðjungur orkunnar fer í að knýja bílinn áfram.

Frystirinn eykur óreiðu í alheimi

Kaldur hlutur hefur minni óreiðu en heitur. 2. lögmál varmafræðinnar útilokar minnkun óreiðunnar og því verður aldrei neitt samstundis kalt. Frystir virðist stríða gegn þessu lögmáli, því að innihald hans verður kalt en kælingin – minni óreiða – gerist á kostnað meiri óreiðu annars staðar: Kæligrindin á bak við frystinn hitnar og þar með eykst óreiðan. Öllu meira heldur en hún minnkar inni í frystinum.

Lögmálið útilokar eilífðarvél

Um aldaraðir hafa uppfinningamenn látið sig dreyma smíði eilífðarvélar: Apparat sem getur keyrt að eilífu, þegar búið er að setja það í gang. Því miður er slík vél ómöguleg, enda stríðir hún gegn 2. lögmáli varmafræðinnar. Ef t.d. hjól snýst í hringi hitar núningurinn við öxulinn hann upp sem strax eykur hrörnunina með því að hita umhverfið lítillega. Maskínan hefur því glatað orku og því þarf að bæta nýrri orku við, eigi hún að geta haldið áfram.

Í raunverulegri gullstöng eru milljarðar af sameindum og billjónir af samsetningarmöguleikum og tölfræðilega séð er ákaflega ólíklegt að öll orkan safnist saman í einni sameind.

 

Í raunveruleikanum mun orkan dreifast undir eins jafnt yfir allar sameindirnar – óreiðan verður eins mikil og kostur er. 

 

Í kaldri gullstöng titra sameindirnar lítillega. Þær eiga erfitt með að skiptast á orku og óreiðan er því tiltölulega lítil í þessu lokaða kerfi.

 

Ef við tökum nú glóandi heita gullstöng – þar sem sameindirnar titra á miklum hraða og óreiðan er mikil – og leggjum hana ofan á kalda gullstöng þá mun hrörnunin vaxa undir eins. Efri gullstöngin gefur frá sér varma til þeirrar fyrir neðan þar til hitastigið verður jafnt í þeim báðum. 

LESTU EINNIG

Í þessu ferli minnkar óreiðan lítillega í heitu stönginni en að sama skapi vex hún í þeirri köldu þar sem sameindirnar geta nú titrað aðeins meira en áður. 

 

Þannig getur orkan nú deilst niður og óreiðan vaxið. Ferli þetta fylgir 2. lögmáli varmafræðinnar algjörlega. 

 

Þróunin getur aldrei farið í hina áttina. Ef við tökum nú frosna gullstöng út úr frystinum og leggjum hana ofan á þær tvær sem fyrir voru, þá mun óreiðan minnka meðan þær tvær kólna en frosna gullstöngin hefur skilið eftir ennþá meiri óreiðu á öðrum stað. 

 

Frystirinn sem kældi síðastnefndu gullstöngina niður, hefur gefið frá sér varma út í loftið umhverfis sig meðan á frystingunni stóð og þar með hefur óreiðan vaxið. 

 

Þar sem óreiðan getur ekki minnkað munu allar sameindir í alheimi samkvæmt 2. lögmáli varmafræðinnar enda með því að vera blandaðar saman í einni risavaxinni hlandvolgri súpu. Sem betur fer er þetta ástand ekki yfirvofandi í bráð. Útreikningar sýna að dómsdagur óreiðunnar verður fyrst eftir einhver 1026 ár. 

HÖFUNDUR: EBBE RASCH

Shutterstock,© Rawpixel

Maðurinn

Vísindamenn leggja fram ný gögn: Hversu skaðlegt sjónvarpsgláp getur verið fyrir börn

Maðurinn

Valda börn hraðari öldrun foreldranna?

Maðurinn

Valda börn hraðari öldrun foreldranna?

Maðurinn

Af hverju eru karlar líkamlega sterkari en konur?

Maðurinn

Af hverju eru karlar líkamlega sterkari en konur?

Lifandi Saga

Hafnarborg í Texas lyftist upp um fimm metra 

Lifandi Saga

Grimmsævintýri: Bönnuð börnum

Heilsa

Blóðflokkur þinn kann að hafa áhrif á hvort þú færð heilablóðfall snemma á lífsleiðinni

NÝJASTA NÝTT

Lifandi Saga

Miðaldir voru ekki myrkar

Lifandi Saga

Humar var hundafæða

Heilsa

Vísindamenn finna óvænt samband milli tannholdsbólgu og tiltekins sjúkdóms

Náttúran

Hvernig er móteitur gert?

Læknisfræði

Pasteur bjargaði heiminum frá hundaæði

Lifandi Saga

Áður en til fangelsisrefsingar kom hljóðaði dómurinn upp á: Kvalir og niðurlægingu

Lifandi Saga

Hver lagði eld að Róm?

Maðurinn

Af hverju var Elísabet drottning grafin í blýkistu?

Alheimurinn

Er jörðin kúla?

Maðurinn

Táningar eru forritaðir til að hætta að hlusta á það sem mamma segir

Lifandi Saga

Miðaldir voru ekki myrkar

Lifandi Saga

Humar var hundafæða

Heilsa

Vísindamenn finna óvænt samband milli tannholdsbólgu og tiltekins sjúkdóms

Náttúran

Hvernig er móteitur gert?

Læknisfræði

Pasteur bjargaði heiminum frá hundaæði

Lifandi Saga

Áður en til fangelsisrefsingar kom hljóðaði dómurinn upp á: Kvalir og niðurlægingu

Lifandi Saga

Hver lagði eld að Róm?

Maðurinn

Af hverju var Elísabet drottning grafin í blýkistu?

Alheimurinn

Er jörðin kúla?

Maðurinn

Táningar eru forritaðir til að hætta að hlusta á það sem mamma segir

Fáðu aðgang að vÍSINDI.IS

Ókeypis í 2 vikur!

 

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

 

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Lifandi Saga

Úkraínska og rússneska – hver er munurinn?

Lifandi Saga

Úkraínska og rússneska – hver er munurinn?

Maðurinn

Svona mikið vatn ættir þú að drekka á dag

Maðurinn

Svona mikið vatn ættir þú að drekka á dag

Náttúran

Fólk fer oft ekki rétt að köttunum sínum

Maðurinn

Af hverju borðum við ekki gras?

Náttúran

Af hverju velta hundar sér í blautu rusli?

Maðurinn

Hversu margt tónlistarfólk þjáist af heyrnarskerðingu?

Vinsælast

1

Heilsa

Blóðflokkur þinn kann að hafa áhrif á hvort þú færð heilablóðfall snemma á lífsleiðinni

2

Maðurinn

Af hverju var Elísabet drottning grafin í blýkistu?

3

Maðurinn

Vísindamenn leggja fram ný gögn: Hversu skaðlegt sjónvarpsgláp getur verið fyrir börn

4

Maðurinn

Rautt ljós getur leitt af sér betri sjón

5

Lifandi Saga

Áður en til fangelsisrefsingar kom hljóðaði dómurinn upp á: Kvalir og niðurlægingu

6

Maðurinn

Af hverju eru karlar líkamlega sterkari en konur?

1

Maðurinn

Af hverju var Elísabet drottning grafin í blýkistu?

2

Maðurinn

Vísindamenn leggja fram ný gögn: Hversu skaðlegt sjónvarpsgláp getur verið fyrir börn

3

Maðurinn

Rautt ljós getur leitt af sér betri sjón

4

Lifandi Saga

Áður en til fangelsisrefsingar kom hljóðaði dómurinn upp á: Kvalir og niðurlægingu

5

Maðurinn

Af hverju eru karlar líkamlega sterkari en konur?

6

Maðurinn

Táningar eru forritaðir til að hætta að hlusta á það sem mamma segir

Náttúran

Risavaxin sjávarskrímsli vakin til lífs slá öll met. 

Lifandi Saga

Frelsisstyttan átti að hrópa til borgaranna

Lifandi Saga

Ótrúlegur dagur í flugstjórnarklefanum: Flugmaðurinn sogaðist út um gluggann

Maðurinn

Mannfólkið hefur kysst í 4.500 ár

Náttúran

Hvað er glertæring?

Maðurinn

Þarmabakteríurnar  lækka líkamshitann

Heilsa

Lífsnauðsynlegt næringarefni sem lítið er vitað um

Maðurinn

Krullað hár kælir höfuðið

Tækni

Hvernig virkar C14-greining?

Tækni

Framtíðin séð í baksýnisspegli 

Menning og saga

Ólíkar þjóðir í Evrópu á ísöld

Náttúran

Hunangsfluguna skortir flugtækni

Miðaldir voru ekki myrkar

Hinar evrópsku miðaldir hófust með falli Rómarveldis 476 og lauk með uppgötvun Ameríku 1492. Það orð hefur lengið legið á þessu tímabili að það hafi verið einhvers konar lágdeyða í sögunni og öll framþróun stöðvast. Þetta er alls ekki rétt. Nýjar uppfinningar litu dagsins ljós og háskólar komu til sögunnar.

Lifandi Saga

ÁSKRIFT AÐ VÍSINDI.IS

Prófaðu í 14 daga ókeypis!

  • Fullur aðgangur að vefnum okkar með tæplega 3000 skemmtilegum og spennandi greinum um allt milli himins og jarðar á sviði vísinda og sögu.
  • Lifandi vísindi/Lifandi saga í rafrænni útgáfu á vefnum,
  • Aðeins 1.690 krónur á mánuði.
  • Engin skuldbinding – Þú getur hætt hvenær sem er.

ÁSKRIFT AÐ TÍMARITINU

Þrjú tölublöð + gjöf: Skemmtilegur sjónauki
  • Þrjú næstu tölublöð Lifandi vísinda/Lifandi sögu – sent heim til þín – eins færðu lítinn og vandaðan sjónauka að gjöf.
  • Fullur aðgangur að vefnum okkar – visindi.is – með tæplega 3000 skemmtilegum og spennandi greinum um allt milli himins og jarðar á sviði vísinda og sögu.
  • Spennandi greinar og flottar myndir sem svala forvitni þinni.
  • Þú getur hætt eftir tilboðið en ef þú heldur áfram skuldbindur þú þig aðeins þrjú tölublöð í einu og þú getur sagt upp hvenær sem sem og klárar þá tímabilið sem er hafið.
  • Venjuleg áskrift – þrjú tölublöð – kostar aðeins 7.590 kr

Sjónauki og þriggja blaða áskrift – Alls 3.800 kr.

Lifandi vísindi

Lyf

Lifandi saga

Search

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Innskráning

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Viltu lesa greinina?

Fáðu aðgang að visindi.is

Ókeypis í 2 vikur!

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Núverandi áskrifendur að tímaritinu fá að sjálfsögðu ókeypis aðgang að vefnum og þurfa bara að virkja aðgang sinn hér.

Ef þú ert þegar áskrifandi að visindi.is