Entropie beschreibt die Tendenz von Systemen, auf molekularer Ebene von einem Zustand höherer Organisation zu einem Zustand niedrigster Organisation zu gelangen. In Ihrem täglichen Leben verstehen Sie intuitiv, wie Entropie funktioniert, wenn Sie Zucker in Ihren Kaffee gießen oder einen Eiswürfel in einem Glas schmelzen. Die Entropie kann den Raum, in dem sich ein Stoff ausbreitet, seinen Phasenübergang von fest zu flüssig zu gasförmig oder seine Position beeinflussen. In der Physik ist Entropie ein mathematisches Maß für eine Änderung von größerer zu geringerer potentieller Energie, bezogen auf den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik.
Entropie kommt von einem griechischen Wort, das „Transformation“ bedeutet. Diese Definition gibt uns einen Einblick, warum sich die Dinge scheinbar ohne Grund verändern. Systeme können die Organisation auf molekularer Ebene nur so lange aufrechterhalten, wie Energie zugeführt wird. Wasser kocht zum Beispiel nur so lange, wie Sie eine Pfanne über Flammen halten. Sie fügen Wärme hinzu, eine Form von kinetischer Energie, um die Moleküle im Wasser zu beschleunigen. Wenn die Wärmequelle entfernt wird, können wir alle ahnen, dass das Wasser allmählich auf etwa Raumtemperatur abkühlt. Dies ist auf die Entropie zurückzuführen, da die Wassermoleküle dazu neigen, ihre angesammelte potenzielle Energie zu verbrauchen, Wärme freizusetzen und am Ende eine niedrigere potenzielle Energie haben.
Die Temperatur ist nicht die einzige Transformation, die an der Entropie beteiligt ist. Die Änderungen beinhalten immer den Übergang vom Ungleichgewicht zum Gleichgewicht, was mit dem Übergang zur abnehmenden Ordnung übereinstimmt. Zum Beispiel breiten sich Moleküle immer aus, um einen Behälter gleichmäßig zu füllen. Wenn wir Lebensmittelfarbe in ein klares Glas Wasser tropfen, wird sich die vereinigte Konzentration eines Tropfens allmählich ausbreiten, selbst wenn wir es nicht umrühren, bis jeder Teil des Wassers die gleiche Farbdichte hat.
Eine andere Art von Entropie, die mit sichtbarer Bewegung (im Gegensatz zur unsichtbaren Wärmebewegung) zu tun hat, beinhaltet die Schwerkraft. Wenn wir nicht Energie in ein System wie einen Arm und eine Kugel stecken, indem wir ein Objekt hochhalten, fällt es auf den Boden. Eine erhöhte Position hat eine höhere potentielle Energie. Sie wird beim Fallen des Objekts in kinetische Bewegungsenergie umgewandelt. Das Objekt endet immer mit der Position mit der niedrigsten möglichen potentiellen Energie, beispielsweise auf dem Boden aufliegend.
Technisch ausgedrückt ist Entropie ein spezifischer Wert, der misst, wie viel Energie in einem System freigesetzt wird, wenn es sich auf die niedrigste potentielle Energie einpendelt. Die Entropie misst das Ausmaß der Unordnung, verstanden als Wärmeänderung, von einem früheren Zeitpunkt zu einem späteren Zeitpunkt. Dies muss in einem „geschlossenen“ System geschehen, in dem keine Energie ein- oder austritt. Theoretisch lässt sich das messen, praktisch ist es jedoch sehr schwierig, ein absolut geschlossenes Szenario zu erstellen. In dem oben angegebenen Beispiel für Lebensmittelfarbe kann ein Teil der Lebensmittelfarblösung verdampfen, ein von der gleichmäßigen Verteilung eines gelösten Stoffes getrennter Vorgang.