Bałagan, porządek i entropia

Podczas sprzątania zadałem sobie pytanie, które nachodzi każdego człowieka podczas tej rutynowej czynności. Dlaczego tworzenie nieporządku przychodzi z taką łatwością, natomiast sprzątanie wydaje się być żmudne, nudne i długotrwałe? Czy to wynika jedynie z naszego nastawienia psychicznego i lenistwa? Przecież na chłopski rozum wkład energetyczny w bałaganienie i porządkowanie powinien być identyczny. Odpowiedź jest dość prosta i wymaga minimum wiedzy z zakresu termodynamiki.
Zacznijmy od definicji entropii dla tych, którzy z pewnych przyczyn jej nie znają (zapomnieli, nie mieli lub nie uczyli się chemii fizycznej). Entropia (oznaczana symbolem S) jest funkcją stanu, czyli można za jej pomocą opisać stan jakiegoś układu używając podstawowych parametrów jak temperatura, ciśnienie, skład chemiczny itd. Ale nie o tym chciałem pisać. Dla nas ważna jest definicja i sens praktyczny entropii. W chemii i fizyce używa się entropii do określenia czy jakaś przemiana (proces lub r-cja chemiczna w odosobnionym układzie) jest przemianą samorzutną, tzn. czy zachodzi spontanicznie czy też nie. Może brzmi to skomplikowanie, więc ujmę to trochę inaczej. Entropia jest miarą nieuporządkowania. Kiedy w układzie zachodzi proces prowadzący do wzrostu nieuporządkowania, entropia jest dodatnia i proces może być procesem spontanicznym. Kiedy w układzie zachodzi proces malenia nieuporządkowania, entropia jest ujemna i proces może nie być spontanicznym. Jeszcze prościej, kiedy tworzy się bałagan, entropia rośnie, a kiedy tworzy się porządek entropia maleje. Dodatkowo w przyrodzie istnieje reguła, że każdy układ dąży do maksimum nieuporządkowania (maksimum entropii). Weźmy najpierw prosty przykład z zakresu chemii. Rozpuszczamy w wodzie kryształek soli kuchennej. Wrzucamy go do szklanki z wodą i czekamy. Po pewnym czasie kryształek znika. Tłumaczymy to tak, że sól po prostu się rozpuściła. Ale dlaczego? Kryształy (m.in. soli kuchennej) są zbudowane w bardzo uporządkowany sposób. Kiedy cząsteczki soli przechodzą do wody, rozpraszają się w całej jej objętości, wzrasta przez to ich nieuporządkowanie, rośnie entropia. Dlatego proces rozpuszczania soli zachodzi samoistnie. Pomyślmy teraz ile energii należałoby włożyć, aby odzyskać znowu nasz kryształek. Trzeba odparować wodę ze szklanki, czyli doprowadzić ją do wrzenia i to przez pewien okres czasu. Wkład energii w odzyskanie kryształka jest nieporównywalnie większy niż w jego ropuszczenie (wrzucić i poczekać). Ta różnica bierze się właśnie z powodu istnienia dodatniej entropii procesu rozpuszczania soli kuchennej. Wyprodukowanej entropii nie daję się już łatwo odzyskać. Łatwo pokazać to na innym przykładzie. Dlaczego rozsypanie płatków kukurydzianych na dywanie przychodzi bardzo łatwo, a wyzbieranie ich już jest sporym problemem? Mamy tu do czynienia ze wzrostem nieuporządkowania, czyli wzrostem entropii (która bezpowrotnie ginie) i znowu energia włożona w rozsypanie jest mniejsza od tej potrzebnej do pozbierania płatków.
Przekonaliśmy się teraz dlaczego bałaganienie przychodzi tak łatwo. Ponieważ doprowadzamy do wzrostu nieuporządkowania układu, rośnie entropia. Można nawet powiedzieć, że jest to proces samoistny. No, może nie do końca:) Niechęć do sprzątania nie wynika zatem z lenistwa, ale z nieporównywalnie dużego nakładu energetycznego w ponowne uporządkowanie rozwalonych po pokoju przedmiotów.