Entropie (v. griech. entropía "Umwandlung"), eine Größe zur Beschreibung der Ungeordnetheit eines Systems.

Der Begriff der Entropie stammt aus der Wärmelehre und meint dort die Änderung der Wärmeenergie eines Systems im Verhältnis zu dessen Temperatur.  Um 1880 fand der Physiker Ludwig Boltzmann heraus, dass die Entropie eines Systems von der Zahl der Zustände abhängt, die die Teilchen dieses Systems einnehmen können. Je mehr Zustände möglich sind, desto höher ist die Entropie*. Da wir bei einem makroskopischen System, etwa einer Flüssigkeit oder einem Gas, nur die äußeren Werte wie Temperatur oder Druck messen können, jedoch die einzelnen Zustände der Moleküle nicht kennen, entspricht die Entropie unserem Unwissen über dieses System.

Entropie und Bloody Mary

Wenn wir uns einen Drink mixen, erhöhen wir dessen Entropie. Denn im Ausgangszustand, in dem wir getrennte Bereiche mit Eiswürfeln, Vodka und Tomatensaft im Glas beobachten, ist unser Wissen über das System höher als im gemixten Endzustand, in dem wir die einzelnen Komponenten nicht mehr unterscheiden können. Die Zahl der möglichen Zustände dagegen ist im Endzustand höher, da sich die Alkohol-, Wasser- und sonstigen Moleküle unseres Drinks nun an jedem beliebigen Ort im Glas aufhalten können. Das Mixen erhöht also die 'Unordnung' der Moleküle.

Je geordneter ein System ist, desto mehr können wir über es wissen, desto geringer ist dessen Entropie. Ein glattes Blatt Papier hat eine niedrigere Entropie als das gleiche Papier zerknüllt. Ein Holzscheit im Kamin hat vor dem Verbrennen eine niedrigere Entropie als danach. Wenn ein Gebäude einstürzt, erhöht sich dessen Entropie. Wenn wir unseren Schreibtisch aufräumen, verringern wir sie, denn die Gegenstände auf dem Tisch können nun weniger unterschiedliche Positionen einnehmen als vorher im ungeordneten Zustand. Auch dieses Lexikon hat eine deutlich geringere Entropie als der ursprüngliche Zellstoff und die Druckerschwärze, aus denen es besteht.

Wärmetod des Universums

Der zweite Hauptsatz der Wärmelehre besagt, dass sich die Entropie eines abgeschlossenen Systems nur erhöhen, aber niemals verringern kann. Unser Drink kann also von selbst nie mehr in den Zustand übergehen, in dem er vor dem Mixen war. Dies hat zwei gravierende Konsequenzen für die Entwicklung unseres Universums.

Die erste Konsequenz ist, dass die Entropie eine eindeutige Richtung der Zeit vorgibt. Wenn man ein abgeschlossenes System im Zustand niedriger Entropie mit dem gleichen System im Zustand hoher Entropie vergleicht, weiß man, dass der Zustand hoher Entropie der spätere ist. Die zweite Konsequenz ist, dass auch die Entropie des Universums ständig zunimmt. Sonnen werden verlöschen, Galaxien sich auflösen, Temperaturdifferenzen sich ausgleichen. Der Endzustand des Universums ist der Wärmetod. Dies ist ein Zustand maximaler Entropie, in dem keine geordneten Strukturen mehr existieren und kein Leben mehr möglich ist. Wie dieser Zustand im Einzelnen aussehen wird, können Sie unter Universum nachlesen.


* Die genaue Beziehung ist S = kB ln(Ω), wobei S = Entropie, kB = Boltzmann-Konstante 1,3806505∙10-23 J/K, und Ω = Zahl der Zustände.

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