Negentropy

Η εντροπία της αντίστροφης μετάβασης παράγεται μέσω της νεγεντροπίας. Η παραγωγή της εντροπίας είναι μια θετική τιμή σύμφωνα με τον δεύτερο κανόνα της θερμοδυναμικής. Η ευεργετική δημιουργία εντροπίας (negentropy) είναι η διαφορά μεταξύ της εντροπίας που παράγεται από άμεσους και αντίστροφους μετασχηματισμούς.

Η νεγεντροπία είναι το αντίθετο της εντροπίας. Υπονοεί ότι τα πράγματα γίνονται πιο οργανωμένα. Η αντίθεση της τυχαιότητας ή του χάους είναι η «τάξη», η οποία αναφέρεται στην οργάνωση, τη δομή και τη λειτουργία. Ένα αστρικό σύστημα, όπως το Ηλιακό Σύστημα, είναι ένα παράδειγμα νεγεντροπίας.

Η Negentropy είναι ένας περιορισμός στην παραγωγή ευεργετικής εντροπίας του συστήματος που δεν μπορούν να ξεπεραστούν όλες οι διαδικασίες. Η κατεύθυνση της διαδικασίας ομαδοποίησης στο σημείο διχοτόμησης καθορίζεται από τη σύνδεση μεταξύ της χρήσιμης παραγωγής εντροπίας και της άρνησης.

Προσδιορισμός της αρνητικότητας

Είναι αδύνατο να πούμε αν ένα αντικείμενο έχει αρνητική εντροπία κοιτάζοντάς το σε μια μεμονωμένη χρονική στιγμή. Για τον υπολογισμό της αρνητικής εντροπίας, το στοιχείο πρέπει να συγκριθεί με τον εαυτό του ή με κάτι άλλο σε παλαιότερη ή μεταγενέστερη περίοδο.

Θυμηθείτε ότι η φυσική κατάσταση του κόσμου πρόκειται να γίνει αποδιοργανωμένη και διαταραγμένη. Ας υποθέσουμε ότι εάν ο κόσμος είναι παγιδευμένος σε ένα κλειστό σύστημα όπου τίποτα δεν μπορούσε να επηρεάσει τις αντιδράσεις, σε αυτή τη στάση, όλες οι αντιδράσεις θα κινηθούν προς μια πιο αποδιοργανωμένη κατεύθυνση.

Λοιπόν, πώς οι αντιδράσεις καταλήγουν σε αρνητικότητα εάν αυτή είναι η φυσιολογική κατάσταση; Για να επιτευχθεί μια αντίδραση με αρνητική εντροπία, πρέπει να χρησιμοποιηθεί κάποια πηγή ενέργειας.

Η νεγεντροπία είναι ένα συστημικό ισοδύναμο για τη δύναμη συνοχής, ενώ η εντροπία είναι συνώνυμο της δύναμης απώθησης και είναι θερμοδυναμικής προέλευσης.

Στον δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο, η εντροπία ορίζεται ως μια ποσότητα που αυξάνεται αυθόρμητα σε ένα κλειστό σύστημα. Ως αποτέλεσμα, η αρχή της Negentropy είναι είτε χρονικά είτε χωρικά περιορισμένη ή μπορεί να εφαρμοστεί μόνο σε ένα ανοιχτό σύστημα υπό αυτήν την προϋπόθεση.

Η ελεύθερη ενθαλπία και η στατιστική αρνητικότητα είναι άρρηκτα συνδεδεμένες. Ο Willard Gibbs σχεδίασε ένα σχήμα το 1873 για να απεικονίσει την έννοια της ελεύθερης ενέργειας, την οποία ονόμασε «ελεύθερη ενθαλπία». Η χωρητικότητα για Εντροπία, σύμφωνα με τον Gibbs, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την περιγραφή ενός συστήματος. Αυτή είναι η ποσότητα της Εντροπίας που μπορεί να αυξηθεί χωρίς να επηρεαστεί η εσωτερική ενέργεια ή να επεκταθεί ο όγκος του συστήματος. Με άλλους όρους, είναι η διαφορά μεταξύ της υψηλότερης δυνατής Εντροπίας υπό ορισμένες παραδοχές και της πραγματικής Εντροπίας. Είναι πανομοιότυπο με τη στατιστική και πληροφοριο-θεωρητική έννοια της Negentropy.

Εκφράζεται με:

J =Smax− S =−ϕ =−kB ln(Z)

Το J είναι Negentropy.

Το S είναι Εντροπία.

ϕ είναι το δυναμικό του Μασιέ.

Το kB είναι η σταθερά Boltzmann.

Το Z είναι η συνάρτηση κατάτμησης.

Σύμφωνα με την Εντροπία, όλες οι δομημένες μορφές ύλης χρειάζονται περισσότερη ενέργεια από λιγότερο οργανωμένες μορφές ύλης. Εάν αυτές οι διατεταγμένες οντότητες δεν απορροφούν συνεχώς ενέργεια, θα χάσουν την τάξη και την αρχική τους ενέργεια. Τα φυτά, για παράδειγμα, απαιτούν ενέργεια (νερό και ηλιακό φως) για να ευδοκιμήσουν. Όταν το στερούνται, αρχίζουν να φθείρονται. Ομοίως, εάν δεν χρησιμοποιηθεί ενέργεια για τη διατήρηση μιας νέας κατασκευής ή εξοπλισμού, θα διαλυθεί. Τα συστήματα χάνουν ενέργεια με την πάροδο του χρόνου, καθίστανται λιγότερο αποτελεσματικά, επιτρέποντας την εμφάνιση ασθενειών, ασθενειών και τελικά θανάτου. Η νεγεντροπία είναι ένας βασικός παράγοντας για την εξουδετέρωση αυτής της φυσικής κλίσης.

Τι προκαλεί την αρνητικότητα;

Η εντροπία είναι ένα μέτρο του βαθμού χάους ενός συστήματος. Όλα γίνονται λιγότερο αποδιοργανωμένα καθώς η εντροπία πλησιάζει στο μηδέν. Οτιδήποτε θέλει να γίνει λιγότερο χαοτικό πρέπει να ξοδεύει ενέργεια. Το σύμπαν ως σύνολο εξακολουθεί να έχει θετική εντροπία, σύμφωνα με τον δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο.

Η εντροπία είναι ένα θεμελιώδες εννοιολογικό παράδειγμα αφού περιλαμβάνει όλες τις πτυχές της ζωής μας. Είναι αναπόφευκτο γιατί, όσο σκληρά κι αν προσπαθήσουμε, θα αποτύχουμε με κάποιο τρόπο. Η γνώση της εντροπίας προκαλεί σημαντική αλλαγή στην οπτική μας για τον κόσμο.

Η εντροπία μέτρησης διαταραχής ή τυχαίας, S, είναι συνάρτηση της κατάστασης. Η αύξηση της διαταραχής υποδεικνύεται από μια θετική (+) αύξηση της εντροπίας. Ο Κόσμος φαίνεται να βλέπει μια αύξηση στην εντροπία. Η εντροπία του σύμπαντος αυξάνεται με κάθε τυχαία μετάβαση.

Παραδείγματα αρνητικής αλλαγής στην εντροπία που έχει ως αποτέλεσμα την αρνητικότητα

Η μετατόπιση από υψηλή εντροπία σε χαμηλή εντροπία συμβαίνει όταν ένα υγρό μετατρέπεται σε στερεό μέσω της διαδικασίας κατάψυξης. Τα υγρά σωματίδια είναι πιο αποδιοργανωμένα από τα στερεά, γεγονός που εξηγεί αυτό. Η αλλαγή στην εντροπία θα είναι αρνητική καθώς μειώνεται η τυχαιότητα του συστήματος.

Λόγω της μείωσης του όγκου και της θερμοκρασίας κατά τη φάση συμπύκνωσης, το σύστημα μετατοπίζεται από μια λιγότερο διατεταγμένη σε μια πιο διατεταγμένη κατάσταση. Ως αποτέλεσμα, η εντροπία του συστήματος θα μειωθεί.

Επειδή οι απλούστερες ενώσεις με λιγότερα άτομα έχουν μικρότερες τιμές εντροπίας από τα πιο πολύπλοκα μόρια με μεγαλύτερο αριθμό ατόμων, το μονοξείδιο του άνθρακα CO έχει πολύ μικρή εντροπία από το διοξείδιο του άνθρακα CO2. Οι σκληρότερες ουσίες, από την άλλη πλευρά, έχουν χαμηλότερη τιμή εντροπίας από τις μαλακότερες ουσίες του ίδιου είδους.

Συμπέρασμα

Η Negentropy είναι, στην πραγματικότητα, μια παρεξήγηση που προκύπτει από την εντροπία. Η αρνητικότητα συμβαίνει όταν ένα σύστημα χάνει την εντροπία λόγω της ροής περισσότερης εντροπίας προς τα έξω παρά μέσα. Η μετάβαση της ενέργειας από την υψηλή θερμοκρασία στη χαμηλή μέσω άλλου μέσου είναι ένα παράδειγμα στη θερμοδυναμική, όπου η εντροπία ισούται με τη θερμότητα διαιρούμενη με τη θερμοκρασία. Δηλαδή, εκπέμπεται περισσότερη εντροπία από αυτή που απορροφάται, με αποτέλεσμα τη συνολική απώλεια εντροπίας στο κινούμενο μέσο. Η συνολική ποσότητα της εντροπίας, από την άλλη πλευρά, αυξάνεται.