Ordelijke wetten

Dat Sadi Carnot niet ouder werd dan 36 jaar hebben jullie al onthouden uit deze post. Maar wie was nu deze Carnot?

Deze toffe pee heeft in 1825 zomaar even de aanzet gegeven tot een compleet nieuwe wetenschappelijke discipline: de thermodynamica. Inderdaad, de tweede wet van de thermodynamica is van zijn hand.

Trouwens, omdat het wel redelijk stom was om alleen maar een tweede wet te hebben, voegde Rudolf Clausius daar 25 jaar later nog de eerste wet aan toe. Deze eerste wet, oftewel de wet van behoud van energie, dicteert dat het onmogelijk is om energie uit het niets te laten ontstaan of in het niets te laten verdwijnen. Bye, bye, perpetium mobile van de eerste orde. Om helemaal compleet te zijn vermeld ik nog dat er ondertussen ook een nulde en een derde wet is neergeschreven. Voila.

Maar we hadden het dus over de wet van Carnot:

"De tweede wet van de thermodynamica stelt dat processen alleen spontaan zijn als ze de totale entropie van het universum vergroten."

Ah, en dit brengt mij tot een van mijn favoriete begrippen uit de wetenschap: de entropie (S). Het is een maat voor de wanorde of de ontaarding in een systeem. Een klassiek voorbeeld is een smeltend ijsblokje. De watermoleculen zitten mooi geordend in het ijs waardoor de entropie of wanorde lager is dan in het smeltwater, wat eigenlijk maar een chaotisch boeltje watermoleculen is. Het ijs smelt spontaan dus de entropie stijgt. Wil je water laten bevriezen dan zal je arbeid of energie moeten toevoegen om de entropie weer te laten zakken. Deze arbeid is enkel maar mogelijk indien het ergens anders de entropie doet stijgen. Inderdaad, alhoewel een ijskast energie onttrekt aan haar inhoud, moet je er toch serieus wat energie insteken om dit te laten gebeuren. Een andere formulering van de tweede wet is: in een gesloten systeem kan de entropie alleen maar gelijk blijven of toenemen.

"Maar wat met die Reversed Laminar Flow?"



Op het eerste zicht lijk hier de entropie spontaan te dalen, maar niets is minder waar. De entropie daalt, maar niet spontaan. Of je nu links of rechts aan dat hendeltje draait, je blijft energie in het systeem steken. Terugdraaien betekent dus niet dat je de energie er weer uithaalt. Het merkwaardige aan dit experiment is dat er een duidelijk geheugen in het systeem achterblijft van hoe de toestand was bij lagere entropie.

Tja, nu heb ik lange tijd de tweede wet van de thermodynamica compleet verkeerd begrepen. Ik gebruikte ze vol overtuiging om mijn ouders duidelijk te maken dat het opruimen van mijn kamer een compleet nutteloze activiteit was. Mijn redenering was dat de universele entropie alleen maar kon stijgen, dus als ik in mijn kamer de entropie deed dalen, dan moest ergens anders de chaos stijgen. Uiteraard! Niets aan te doen.

Al lijkt bovenstaande redenering volkomen redelijk, ze miskent -tot mijn grote spijt- een belangrijke voorafname. Entropie en de tweede wet van de thermodynamica gelden enkel maar op moleculair niveau. Damned! Een opgeruimde kamer heeft niet een lagere thermodynamische entropie dan een rommelige kamer en een gesorteerd pak speelkaarten verkrijgt niet meer entropie als het wordt geschud.

Gelukkig is er nog hoop: in de informatietheorie duikt de term entropie op in een context die niets met molecules te maken heeft. En daar wil ik het fijne van weten. Ik ben er immers van overtuigd dat er een wetenschappelijke verklaring moet zijn voor het feit dat sinds ons dochtertje bij ons woont het onmogelijk is geworden om ons huis opgeruimd te krijgen.