εντροπία

«Λίθοι τε και πλίνθοι και ξύλα και κέραμος ατάκτως μεν ερριμμένα, ουδέν χρήσιμά εστίν». ( Ξενοφών Απομν. 3.1.7.3). Πολύ όμορφα το λέει η αρχαία ελληνική σοφία, γιατί μπορεί τα σπίτια, τα καταστήματα, οι αποθήκες κλπ να είναι φτιαγμένα από πέτρες, τούβλα, ξύλα και κεραμίδια, αλλά ένας σωρός ανακατεμένος από τα υλικά αυτά δεν είναι βέβαια σπίτι, ούτε κάτι άλλο χρήσιμο. Την εξήγηση στο προφανές, δηλ. ότι αυτός ο άτακτος σωρός, δεν είναι για τίποτα χρήσιμος, την έδωσε η Φυσική ύστερα από δυόμισι χιλιάδες χρόνια, λέγοντας ότι αυτός ο άτακτος σωρός έχει μεγάλη εντροπία και άρα είναι άχρηστος.
Τι είναι όμως αυτή η εντροπία που την ακούμε και σ’ άλλους χώρους έξω από τις φυσικές επιστήμες ;
• Μια καινούργια λέξη : εντροπία.Το 1865 ο Γερμανός φυσικός Clausius έψαχνε ένα μέγεθος που να μετράει την χρησιμότητα της μεταδιδόμενης ενέργειας (και που δεν υπάρχει μετάδοση ενέργειας; τώρα που πήραμε στα χέρια μας την εφημερίδα, μεταδόθηκε ενέργεια από εμάς στην εφημερίδα και από την εφημερίδα στα μόρια του αέρα). Αναζήτησε το όνομα του καινούργιου μεγέθους στην αρχαία ελληνική γλώσσα και το ονόμασε «εντροπία» από το εν (περιεχόμενο) και τρόπος (τρέπω, μετασχηματίζω).
• Τι μετράει η εντροπία.Τι μετράει η εντροπία μπορούμε να το πούμε με πολλούς τρόπους. Μετράει τη χρησιμότητα της ενέργειας και όσο πιο χρήσιμη είναι η ενέργεια του σώματος τόσο μικρότερη είναι η εντροπία του. Σ’ ένα καταρράκτη ποιο νερό μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια, αυτό που είναι ψηλά πριν τον καταρράκτη ή αυτό που ρέει χαμηλά στο κάμπο; Φυσικά αυτό που είναι ψηλά. Άρα αυτό έχει μικρότερη εντροπία. Μετράει ακόμα την τάξη (ή την αταξία) και όσο μεγαλώνει η τάξη μικραίνει η εντροπία ( γι’ αυτό ο άτακτος σωρός που λέγαμε έχει μεγάλη εντροπία). Στο γραφείο μας όταν πολεμάμε να βάλουμε τάξη, απλά μικραίνουμε την εντροπία των πραγμάτων μας. Μετράει ακόμα την πιθανότητα μιας κατάστασης και όσο μικραίνει η πιθανότητα μικραίνει και η εντροπία. Πετάμε ταυτόχρονα πέντε ζάρια. Το να φέρουν και τα πέντε «εξάρι» είναι ένας μόνο συνδυασμός από πάρα πολλούς άλλους, άρα αυτή η περίπτωση έχει πολύ μικρή πιθανότητα, άρα έχει και πολύ μικρή εντροπία.
• Σε κάθε μετάδοση ενέργειας η εντροπία πάντα αυξάνεται.Ο 2ος νόμος της θερμοδυναμικής λέει ότι σε κάθε μετάδοση ενέργειας η (συνολική) εντροπία αυξάνεται δηλ. οτιδήποτε για να συμβεί πρέπει ν’ αυξάνεται η εντροπία στο χώρο αυτό. Τα ξύλα καίγονται στο τζάκι ; Με το γεγονός της καύσης αυξάνεται η εντροπία στο χώρο , γι’ αυτό και καίγονται. Η ενέργεια που ήταν τακτοποιημένη μέσα στο ξύλο, διασκορπίστηκε στη στάχτη, στον καπνό, στον αέρα που ζεστάθηκε κλπ. Θα μπορούσε να συμβεί το αντίθετο ; δηλ. να μαζευτεί όλη η διασκορπισμένη ενέργεια και να πάρουμε πάλι τα ξύλα ; Όχι, γιατί αυτό θα οδηγούσε σε μείωση της εντροπίας στο χώρο αυτό και αυτό το απαγορεύει ο 2ος νόμος της θερμοδυναμικής. Η κιμωλία που ξέφυγε από το χέρι μας κι έπεσε κάτω, τα νερά που παγώνουν στους δρόμους όταν πέσει η θερμοκρασία κάτω από τους 0 οC, η ζάχαρη που διαλύεται μέσα στο καφέ μας, τα κάγκελα που σκουριάζουν στα μπαλκόνια μας συμβαίνουν (όπως και οτιδήποτε βλέπουμε να συμβαίνει στον υλικό κόσμο), επειδή με τις διαδικασίες αυτές αυξάνεται η συνολική (σώματος + περιβάλλοντος) εντροπία. Βέβαια το σώμα μας (όπως και όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί) είναι αντιεντροπικό. Μέσα στο σώμα μας γίνονται κάθε στιγμή χιλιάδες διαδικασίες (π.χ. συνθέσεις πολύπλοκων ουσιών όπως οι πρωτεΐνες κλπ) στις οποίες επέρχεται τάξη, άρα ελάττωση της εντροπίας. Όμως ταυτόχρονα διασκορπίζεται η ενέργεια που είναι τακτοποιημένη μέσα στις τροφές που έχουμε φάει (το 40 % της ενέργειας της τροφής γίνεται θερμότητα). Στη διάρκεια ενός χρόνου διαχέουμε στο περιβάλλον ενέργεια πάνω από 500 εκατομμύρια θερμίδες και όπως καταλαβαίνουμε τελικά αυξάνουμε την εντροπία.
Επομένως μπορούν « λίθοι τε και πλίνθοι και ξύλα και κέραμος ατάκτως ερριμμένα » να μπουν σε τάξη και να γίνουν ένα όμορφο σπίτι ; Επειδή αυτό θα μείωνε την εντροπία στο χώρο αυτό, από μόνο του δε θα γίνει ποτέ! Μόνο αν ταυτόχρονα συμβαίνει μεγαλύτερη αύξηση της εντροπίας, που αυτή φυσικά την προκαλούν οι εργάτες που δουλεύουν, τα μηχανήματα που καίνε βενζίνη, ξοδεύουν ηλεκτρική ενέργεια, θερμαίνουν τον αέρα γύρω τους κλπ. Τελικά καταλήγουμε στα λόγια που τόσο απλά λέει ο Απόστολος Παύλος: « πας οίκος κατασκευάζεται υπό τινος, ο δε τα πάντα κατασκευάσας Θεός». (Εβραίους Γ, 4).

Βιβλιογραφία : 1. Δαπόντες Ν. & Κασσέτας Α. , Φυσική Α΄ τάξη Ενιαίου Λυκείου, ΟΕΔΒ, Αθήνα, 1998 ( Πολύ διδακτικό βιβλίο. Κρίμα που μας το άλλαξαν ! ). 2. Κασσέτας Α. , Το μακρόν προ του βραχέος. Φυσική διδάσκω , εκδ. Σαββάλας, Αθήνα, 1996. 3. Ιωάννου Α. κ.α., Φυσική θετικής & τεχνολογικής κατεύθυνσης Β΄ Λυκείου, ΟΕΔΒ, Αθήνα, 2007.