Wat is de tweede wet van de thermodynamica?
De drie wetten van de thermodynamica bepalen de overdracht en het gedrag van alle materie en energie in het universum zoals de wetenschap dit gewoonlijk begrijpt. Samengevat stelt de eerste wet dat de hoeveelheid energie en warmte in een gesloten systeem constant blijft; er kan niet meer energie uit een systeem komen dan erin is gestopt. Dit sluit aan bij de wet van behoud van energie die stelt dat materie en energie niet kunnen worden gecreëerd of vernietigd. De tweede wet van de thermodynamica is een van de belangrijkste fundamenten van de natuur, verantwoordelijk voor de pijl van de tijd en de onomkeerbaarheid van de natuur.
Hoe ideaal een systeem ook lijkt, er bestaat niet zoiets als een perfect systeem. Sommige energie, elektrisch, thermisch of mechanisch, gaat verloren door wrijving en wordt omgezet in afvalwarmte. Dit betekent dat na verloop van tijd de totale energie van een systeem geleidelijk nul zal naderen tenzij externe energie wordt toegevoegd. De hoeveelheid entropie of stoornis in een systeem zal het maximum benaderen, wat betekent dat er geen nuttig werk kan worden gedaan in of door het systeem omdat de moleculen en deeltjes te ongeorganiseerd zijn. De tweede wet van de thermodynamica is dat systemen neigen naar wanorde vanuit een meer geordende toestand; een ijsblokje in een glas water zal het omringende water iets smelten en verwarmen, waardoor de twee systemen in evenwicht komen.
De tweede wet van de thermodynamica vervangt de eerste wet; waar de eerste wet bepaalt dat de energie-output nooit de energie-input kan overtreffen, stelt de tweede wet dat de energie-output nooit gelijk kan zijn aan de energie-input vanwege constant verlies van energie en de neiging van systemen om een evenwicht te benaderen. Hoe minder energie een systeem heeft, des te meer entropie is aanwezig omdat het energie kost om de orde te herstellen en de totale entropie te verminderen. Wanneer de energie in een systeem een evenwicht bereikt, is entropie maximaal. Hoewel een kopje warm water bijvoorbeeld op natuurlijke wijze zal afkoelen, is er constant warmte-energie nodig om het water warmer te houden.
Kosmologen kijken naar de tweede wet van de thermodynamica om theorieën te creëren over het uiteindelijke lot van het universum. De meest gebruikelijke theorie is dat omdat het universum zelf een gesloten thermodynamisch systeem is, de entropie ervan het maximum zal naderen wanneer de sterren opbranden en zwarte gaten worden. Deze zullen uiteindelijk na 100 biljoen jaar verdampen, waardoor het universum de rest van de eeuwigheid als een gesteriliseerde leegte achterblijft, behoudens kwantumfluctuaties.