الإنتروبيا

2011 الطاقة و التفاعلات

گريس گوپر

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الكيمياء

ترتبط الإنتروبيا بالعشوائية وعدم الانتظام. وكي نكوّن فكرة حول طبيعة الإنتروبيا وماهيتها، يجب أن نتصور حاوية غاز محكمة السد مقسّمة إلى نصفين بواسطة فاصل: النصف الأول (نسميه الحجرة A) ويحتوي على غاز بدرجة الضغط الجوي العادية، بينما يكون النصف الثاني (نسميه الحجرة B) فارغاً تماماً. ماذا سيحدث لو فتحنا باباً في الفاصل؟

نتوقع بأن الغاز سوف يبدأ بالانتشار فوراً من الحجرة (A) إلى الحجرة (B)، وأن يستمر في الانتشار إلى أن يملأ الغاز نصفي الحاوية تحت ضغطٍ متساوٍ.

وعلى نحوٍ مماثل، لا نتوقع أن يتجمع كل الهواء في زاوية الغرفة ويبقى في مكانه.

بعد فتح الباب في الفاصل المركزي، يمكن أن تنتقل كل جزيئات الغاز إلى أحد نصفي الحاوية بمحض الصدفة. ولن يخلّ هذا السلوك بأي قانون فيزيائي، كقانون حفظ الطاقة (راجع الصفحة 22). إن ذلك

بكل بساطة أمر غير محتمل على الإطلاق. وبما أن الجزيئات في حركة دائمة، فمن المحتمل أن تملأ الجزيئات الفراغ أثناء تنقلها، ولو وجدنا بدلاً من ذلك بأن الغاز يتجمع في جزء واحد من الحاوية، نظن بأن قوة ما قد قامت بتنظيم الجزيئات. (كما لو أننا شاهدنا أشخاصاً متجمعين داخل أحد المتنزهات في مكان واحد، فسوف يتبادر إلى ذهننا بأن شيئاً ما قد حدث وقادهم إلى التجمع في ذلك المكان).إن تجمع كافة الجزيئات معاً في جزء واحد من الفراغ المتوافر يعني أن الغاز في حالة انتظام. ولكن عندما تنتشر هذه الجزيئات على نحوٍ متساوٍ عبر الفراغ المتوافر، نَصِفُ هذه الحالة بأنها حالة عدم انتظام، أو حالة «غير استثنائية». والإنتروبيا مقياس يدل على عدم الانتظام؛ لذلك فإن إنتروبيا الانتشار وعدم انتظام الغاز أكثر احتمالاً من إمكانية تجمع الغاز في مكان واحد. ومن الطبيعي أن يتجه الغاز من حالة الانتظام إلى حالة أقل انتظاماً، مما يؤدي إلى

زيادة عشوائيته الداخلية. نجد هذه الحالة أيضاً في حياتنا اليومية. غالباً ما يفقد شريط الحذاء ربطته، ولا يقوم أبداً بربط نفسه واستعادة عقدته الأنيقة. كذلك ينبغي أن نبذل جهداً خاصاً لترتيب غرفة نومنا، لكننا لا نحتاج إلى جهد خاص لجعلها في حالة من الفوضى وعدم الانتظام؛ لذلك وخلافاً للطاقة، فإن إجمالي إنتروبيا الكون بوجه عام تزيد طوال الوقت (مع أنها قد تتضاءل لفترة من الزمن في أماكن محددة).