Mnogi od nas su naučili da je entropija jednostavno mera nereda ili haosa. Soba postaje neuredna, šolja čaja se hladi, zgrade se vremenom urušavaju – sve su to primeri entropije na delu. To je jednostavna i intuitivna ideja. Međutim, ova definicija jedva da zagrebe površinu jednog od najfundamentalnijih zakona prirode, koncepta koji upravlja samim postojanjem života, nezaustavljivim protokom vremena i konačnom sudbinom celog kosmosa.

Ovaj pojednostavljeni pogled na entropiju kao na „nered“ skriva njenu pravu, duboku suštinu. Istina je daleko složenija i fascinantnija. U ovom članku ćemo istražiti četiri iznenađujuće i kontraintuitivne činjenice o entropiji koje će otkriti njenu stvarnu moć i značaj, pokazujući kako ovaj neizbežni zakon oblikuje sve, od nastanka jedne biljke do nestanka poslednje zvezde.

Život ne stvara red – on je spektakularni motor haosa

Suprotno uvreženom mišljenju da život stvara red iz haosa, on je zapravo jedan od najefikasnijih procesa za povećanje ukupne entropije u univerzumu. Sav život na Zemlji postoji tako što pretvara koncentrisanu energiju Sunca u raspršenu toplotu. Za svaki visokoenergetski foton koji stigne sa Sunca, Zemlja emituje 20 niskoenergetskih fotona, drastično povećavajući ukupan nered u svemiru.

Ovaj proces je izuzetno efikasan. Na primer, površinski sloj morske vode proizvodi između 30% i 680% više entropije kada su u njemu prisutne cijanobakterije i druga organska materija, nego kada ih nema. Fizičar Džeremi Ingland (Jeremy England) ide korak dalje, sugerišući da je život gotovo neizbežna posledica drugog zakona termodinamike. Njegovim rečima:

„Počnete sa nasumičnom gomilom atoma, i ako je dovoljno dugo obasjavate svetlošću, ne bi trebalo da bude iznenađujuće što ćete dobiti biljku.“

Stanje savšrenog reda (niske entropije) je bez života. Život se javlja kada je moguće pretvaranje niske entropije u stanje više enetropije. Život, niskoentropijski fenomen, stvara visoku entorpiju oko sebe. Stanje haosa (visoke entropije) takođe nema života.

Ovo implicira da je život fundamentalni kosmički fenomen – najbolji način koji je priroda pronašla da efikasno rasprši energiju i ubrza marš univerzuma ka stanju maksimalne entropije.

Univerzum je počeo u nemogućem stanju reda (iako je izgledao kao haos)

Da bi univerzum danas izgledao ovako kako izgleda, morao je početi u stanju neverovatno niske entropije. Ova ideja, poznata kao „hipoteza o prošlosti“, postavlja jednu zagonetku. Rani univerzum, neposredno nakon Velikog praska, bio je vrela, gusta i gotovo savršeno uniformna supa čestica. To zvuči kao definicija maksimalnog nereda, odnosno visoke entropije.

Paradoks se rešava kada u jednačinu uključimo gravitaciju. U univerzumu kojim upravlja gravitacija, uniformno raspoređena materija je izuzetno malo verovatno stanje. Gravitacija teži da skuplja materiju na gomile; zvezde, planete i galaksije su njeno prirodno delo. Stoga, savršeno glatka supa čestica predstavlja stanje ekstremno niske entropije. Upravo to početno, niskoentropijsko stanje je obezbedilo ogromnu količinu potencijalne energije koja je pokrenula sve što je usledilo: formiranje galaksija, zvezda, planeta i, na kraju, nas samih.

Skoro sva entropija univerzuma je zarobljena u crnim rupama

Godine 1972, fizičar Džejkob Bekenštajn (Jacob Bekenstein) predložio je radikalnu ideju: entropija crne rupe proporcionalna je površini njenog horizonta događaja. Mnogi, uključujući i Stivena Hokinga (Stephen Hawking), smatrali su ideju besmislenom. Hoking je krenuo da je opovrgne, ali je, na sopstveno iznenađenje, dokazao da je Bekenštajn bio u pravu. Otkrio je da crne rupe zaista emituju zračenje (danas poznato kao Hokingovo zračenje) i da poseduju temperaturu, a time i entropiju.

Razmere entropije crnih rupa su zapanjujuće. Supermasivna crna rupa u centru naše galaksije, Mlečnog puta, sama ima 1.000 puta više entropije nego čitav rani vidljivi univerzum. Ali to je samo početak. Kada se saberu sve crne rupe, ispostavlja se da one sadrže gotovo svu entropiju današnjeg univerzuma. To znači da je rani univerzum imao samo oko 0,000000000000003% entropije koju ima sada. Mi živimo u univerzumu čiji je nivo nereda gotovo u potpunosti definisan ovim kosmičkim čudovištima.

Entropija je razlog zašto se sećamo prošlosti, a ne budućnosti

Zašto vreme teče samo u jednom smeru? Zašto se sećamo jučerašnjeg dana, a ne sutrašnjeg? Odgovor leži direktno u drugom zakonu termodinamike. Ova „strela vremena“ postoji zato što se univerzum neprestano kreće iz stanja niske verovatnoće (nizak nivo entropije) u stanja visoke verovatnoće (visok nivo entropije).

Vidimo kako se planetarni sistemi formiraju iz oblaka prašine, ali nikada ne vidimo obrnuto. Sve što se dešava u univerzumu – od rađanja zvezda do gašenja života – dešava se jer postoji gradijent entropije, putanja od reda ka neredu. Jednog dana, kada univerzum dostigne stanje maksimalne entropije, poznato kao „toplotna smrt“, energija će biti toliko raspršena da se ništa zanimljivo više neće moći dogoditi. U tom trenutku, sama strela vremena će nestati.

Složenost je prolazan, prelep trenutak

Iako entropija vodi univerzum ka neizbežnoj, dosadnoj budućnosti, ona krije jednu prelepu istinu. Najveća složenost ne postoji ni u stanju savršenog reda (niska entropija), ni u stanju potpunog haosa (visoka entropija). Složenost, život i lepota nastaju u prelaznoj fazi, između ta dva ekstrema.

Zamislite da sipate mleko u čaj. Pre nego što ih pomešate, sistem je jednostavan. Nakon što se potpuno pomešaju, sistem je ponovo jednostavan i uniforman. Ali u onih nekoliko trenutaka dok se mleko kovitla i stvara prelepe, kompleksne šare, tada se dešava nešto zaista zanimljivo. Mi živimo u tom kratkom, dragocenom trenutku kosmičke istorije – u fazi mešanja.

Univerzum je počeo u jednostavnom stanju niske entropije i kreće se ka jednako jednostavnom stanju visoke entropije. Mi, sa našim složenim mozgovima, galaksijama i zvezdanim sistemima, postojimo usred tog putovanja. Možda je najveća lekcija koju nam entropija daje upravo ta: da iskoristimo nisku entropiju koju imamo dok još možemo.

Izvor: https://www.youtube.com/watch?v=DxL2HoqLbyA