Vad är termodynamikens andra lag?

Termodynamikens tre lagar styr överföringen och beteendet för all materia och energi i universum som vetenskapen vanligtvis förstår det. Sammanfattningsvis säger den första lagen att mängden energi och värme i ett slutet system förblir konstant; ingen mer energi kan komma från ett system än som sattes i det. Detta kopplas till lagen om bevarande av energi som säger att materie och energi inte kan skapas eller förstöras. Termodynamikens andra lag är en av naturens viktigaste underlag, ansvarig för tidens pil och naturens irreversibilitet.

Oavsett hur idealiskt ett system kan tyckas vara, finns det inget sådant som ett perfekt system. Viss energi, oavsett om det är elektriskt, termiskt eller mekaniskt, kommer att gå förlorat till friktion och omvandlas till spillvärme. Detta innebär att med tiden den totala energin i ett system gradvis kommer att närma sig noll om inte extern energi läggs till. Mängden entropi eller störning i ett system kommer att närma sig maximalt, vilket betyder att inget användbart arbete kan utföras i eller av systemet eftersom dess molekyler och partiklar är för disorganiserade. Den andra lagen om termodynamik säger att system tenderar mot störningar från ett mer ordnat tillstånd; en isbit i ett glas vatten kommer att smälta och värma det omgivande vattnet något och sätta de två systemen i jämvikt.

Termodynamikens andra lag åsidosätter den första lagen; där den första lagen säger att energiproduktionen aldrig kan överstiga energitillförsel, den andra lagen säger att energiproduktionen aldrig kan vara lika med energiinmatningen på grund av konstant förlust av energi och tendensen för system att närma sig jämvikt. Ju mindre energi ett system har, desto mer entropi finns när det kräver energi för att återställa ordningen och minska total entropi. När energin i ett system når en jämvikt är entropin maximalt. Till exempel, även om en kopp varmt vatten svalnar naturligt, krävs det konstant applicering av värmeenergi för att hålla vattnet vid en varmare temperatur.

Kosmologer ser på termodynamikens andra lag för att skapa teorier om universums eventuella öde. Den vanligaste teorin är att eftersom universum i sig är ett slutet termodynamiskt system kommer dess entropi att närma sig maximalt när stjärnorna bränner ut och blir svarta hål. Dessa kommer så småningom att avdunsta efter 100 biljoner år och lämna universum som ett steriliserat tomrum för resten av evigheten, och hindrar kvantfluktuationer.