ما هو الانتروبيا، حقا؟ | سلكي

الانتروبيا واحدة من أكثر المفاهيم سوءًا وسوء فهم في العلوم. ربما سمعت عن تعريفه على أنه “كمية الفوضى” في النظام. والقانون الثاني للديناميكا الحرارية يقول إن إنتروبيا النظام المغلق تزداد دائمًا بمرور الوقت. لذا قد تتساءل، لماذا يجب عليك تنظيف مكتبك إذا كان سيصبح أكثر فوضوية؟

قد يكون هذا صحيحًا، لكن لا يمكنك إلقاء اللوم على الإنتروبيا. غالبًا ما يتم استخدام استعارة الغرفة الفوضوية لتقديم الفكرة (عادة ما تكون غرفة نوم المراهق – هل يمكنك أن تفهم ذلك؟)، ولكنها مضللة. يرى، اضطراب لا يعني الفوضى أو الفوضى؛ ويشير إلى عدد الطرق التي يمكن بها ترتيب أجزاء النظام دون تغيير الحالة العامة للنظام.

على سبيل المثال، لنفترض أن “نظامك” هو مجرد صندوق مملوء بالهواء. في الداخل، على المستوى المجهري، ترتد جزيئات الغاز مثل السيارات المتصادمة. الآن، تخيل أنك تستطيع رسم موقع وسرعة كل جسيم في لحظة معينة. قد يكون هذا أحد الترتيبات الممكنة، أو الحالات الدقيقة، ولكن هناك عددًا لا حصر له من الترتيبات الأخرى، وهي تتغير تريليونات المرات في الثانية.

بالطبع، لا يمكنك رؤية هذه الأشياء حقًا. بدلًا من ذلك، ما تلاحظه هو خصائص عامة على المستوى الكلي مثل ضغط الهواء؛ إذا أغلقت الصندوق عند مستوى سطح البحر، فسيكون ذلك 14.7 رطلاً لكل بوصة مربعة. وما لم تقم بإضافة الطاقة إلى النظام، مثلاً عن طريق تسخينه، فإن ذلك لن يتغير. لذا فإن كل تلك الحالات الدقيقة تتوافق مع الحالة الكبيرة البالغة 14.7 رطل لكل بوصة مربعة. احصل عليه؟

بمعنى آخر، الإنتروبيا تدور حول العلاقة بين العالم الذري غير المرئي وعالم الأشياء المرئي والقابل للقياس، أي العالم الذي نعيش فيه. يمكنك القول أنه جسر مفاهيمي ورياضي بين مستويين من الواقع. أعني، هيا، هذا رائع جدًا.

الآن، من بين جميع النتائج المحتملة، ما هي النتائج التي تحدث بالفعل؟ هذا عشوائي في الأساس، لذا فهي مسألة احتمالية. في الواقع، يعد الاحتمال أمرًا أساسيًا لفكرة الإنتروبيا، وهذا ما فشلت صورة الغرفة الفوضوية في التقاطه. لذلك سأستخدم تشبيهًا مختلفًا: رمي النرد. قال أينشتاين ذات مرة: “إن الله لا يلعب النرد مع الكون”. دعنا نرى ذلك فحسب، أليس كذلك؟

دحرجة العظام

تخيل أنك تقوم برمي حجر النرد ذو الجوانب الستة. تحصل على رقم من 1 إلى 6، أليس كذلك؟ هناك ست نتائج أو حالات محتملة. إذا قمت برمي حجر النرد ذي العشرين وجهًا في Dungeons & Dragons، فهناك 20 حالة محتملة. إذا كنت تريد أن تبهر أصدقاءك في D&D، فيمكنك أن تلاحظ بشكل عرضي أن هذا النرد يحتوي على إنتروبيا أعلى، لأنه يحتوي على نتائج محتملة أكثر.

لنفترض الآن أنك تحدد قدرات الشخصية في D&D، وتقوم بالتدحرج ثلاثة النرد ستة الجوانب. يمكن أن يصل مجموع القيم الثلاث إلى ما بين 3 و18، لكن المبالغ المختلفة ليست متساوية في الاحتمال. للحصول على أقصى قدر من البراعة، على سبيل المثال، تحتاج إلى 18. حسنًا، هناك طريقة واحدة فقط لتحقيق ذلك: يجب أن تحصل كل حجر نرد على 6.