אנטרופיה - מה זה, הגדרה ומושג

אנטרופיה, בפיזיקה, היא גודל שמודד את הקשר בין אנרגיית חום לטמפרטורה, כלומר כמה אנרגיה שימושית יש במערכת לביצוע עבודה.

מקור האנטרופיה במחקרי התרמודינמיקה כדי להסביר מדוע תופעות מסוימות המכבדות את שמירת האנרגיה אינן מתממשות במציאות.

כדי להסביר את זה בפשטות, בואו נדמיין חדר שמחולק לשני חלקים המופרדים על ידי קיר. עכשיו נניח שאחת משתי מחיצות החדר מכילה גז דחוס. אז אם הקיר היה מתמוטט, הגז היה מתפשט בכל החדר.

אנטרופיה בתרמודינמיקה

היה זה אז רודולף קלאוזיוס שהעלה את החוק השני של התרמודינמיקה: "לא ייתכן שמכונה אוטונומית, ללא עזרת גורם חיצוני, תעביר חום מגוף אחד לגוף חם יותר."

כלומר, בהמשך לדוגמה הקודמת נוכל לראות את הגז מתפשט בכל החדר, אך איננו יכולים לראות אותו דוחס באופן ספונטני לצד אחד בלבד.

לאחר גישתו של קלאוזיוס, לודוויג בולצמן מצא בשנת 1877 דרך לבטא את המושג הזה בצורה מתמטית ופיתח את הנוסחה הבאה:

אנטרופיה בהגדרתה המודרנית

ניתן להבין את האנטרופיה, בהגדרה מודרנית יותר, כמספר המיקרו-מצבים המקבילים לאותו מאקרו-מצב של מערכת. כלומר, בכמה דרכים אפשריות ניתן למקם את האלמנטים כך שהמתבונן יוכל למדוד את אותו הדבר בצורה מקרוסקופית.

במבט אחר, אנטרופיה מודדת את ההסתברות למצוא מצב בשל ריבוי הצירופים שנותנים את אותה התוצאה.

במילים אחרות, מצב עם אנטרופיה גבוהה הוא מצב עם סבירות גבוהה להתרחשות. לדוגמא, עבור שתי קוביות שנזרקות באופן אקראי, סכום 7 הוא מצב אנטרופיה גבוה יותר מהסכום של 12.

אך כיצד מערכת ההסתברות הזו קשורה לחוק התרמודינמיקה שציינו בהתחלה? לסיכום, שמה שנצפה הוא המצב של האנטרופיה הגדולה ביותר.

אם נחזור לדוגמת הגז, ההסתברות שחלקיקיו ידבקו לצד אחד של החדר היא כה קטנה לאין ערוך, עד שהמתבונן לעולם לא יראה אותה.

אנטרופיה וכלכלה

המושג אנטרופיה יכול לשמש כמילה נרדפת להפרעה אליה נוטה מערכת כלכלית כאשר לא נקבעו התקנות הנדרשות. כלומר, ללא התערבות המדינה, המערכת הכלכלית, על פי כמה מחברים, הייתה נוטה לתוהו ובוהו, מה שמוביל למשברים כמו אלה שראינו במיתון הגדול.

זה בגלל הנטייה הזו לאנטרופיה, אומרים כמה אנליסטים, כי מול משברים כמו זו בשנת 2008, מדיניות מוניטרית מרחיבה הייתה נחוצה גם על ידי הפדרל ריזרב. אם לא, משערים כי כלכלת ארה"ב הייתה מושפעת יותר.