In einem abgeschlossenen System wächst
mit der Zeit die Entropie
Sofern der Urknall den
Beginn des Universums war, kann man beim Universum
von einem abgeschlossenen System ausgehen. Der Zweite
Hauptsatz (Entropiesatz) wäre dann für dessen Entwicklung gültig.
Ein
"Abgeschlossen Sein" kann man aber - wenn überhaupt - nur von
"Außen" erkennen.
Es hat aber noch niemand von Außen auf das Universum geschaut, weshalb
wir das "Abgeschlossen sein" im folgenden Gedankenversuch
bezweifeln. Die nicht- abgeschlossene Alternative zum Urknall, zum
BigBang aus dem
Nichts heraus, wäre ein unendliches
unbegrenztes Universum, das schon immer und für immer ´existiert´. Das scheint plausibel - und es hat Folgen.
Zunächst einige Beispiele
-
Diamanten gibt es. Ein Diamant bildet sich unter bestimmten
Bedingungen wie Druck, Temperatur, stoffliche Umgebung. Dies geschah
z.B. nahe einem Vulkanschlot.
Kann man nun die Umgebung des entstehenden Diamanten als abgeschlossenes System
betrachteten?
Die klassische Antwort ist ´Nein´, denn indem sich der
Diamant aus chaotisch verteilten Kohlenstoffatomen heraus kristallisiert, nimmt er Energie aus dem
´Außen´ auf.
Das
Wachsen des Diamants folgt dabei trotzdem dem Prinzip des Kleinsten
Zwanges. Der Bildungsprozess verläuft unter den vor Ort gegebenen
Bedingungen in Richtung des optimalen energetischen Niveaus - in
Richtung des Zustandes mit der höheren Wahrscheinlichkeit des Bestehens
(Engergieaufnahme -> Ordnung nimmt zu).
Ändert sich die Umgebung, bleibt der Diamant zunächst stabil bis die
Bedingungen für seine Stabilität so ungünstig werden, dass das
Material einen nun für es günstigeren Zustand anzunehmen strebt. So verbrennt der
Diamant z.B. zu CO2, wenn
die Umgebung heiß genug ist und Sauerstoff enthält (Engergieabfluss -> Ordnung nimmt ab).
In beiden Prozessen wird Energie aus Umgebung ´entnommen´oder in sie ´abgegeben´
-
Die Kondensmilch im heißen Kaffee verteilt sich scheinbar von allein (abnehmende Ordnung) und,
sofern die Umgebungsbedingungen annähernd gleich bleiben, wird sich die Milch nicht wieder von allein vom Kaffee separieren.
Wenn
wir den Milchkaffee dagegen einfrieren (Energieabfluss), wird
sich das Fett der Milch vom Wassereis wieder separieren (Engergieabfluss -> Ordnung nimmt zu!).
Wenn wir den
Milchkaffee dagegen lange kochen (Energiezufuhr), wird das Wasser zu Dampf und das Fett
bleibt übrig.
Bemerkenswert: In beiden Fällen verläuft der Prozess in Richtung
´zunehmender Ordnung´, denn lediglich der Umstand, dass Energie mit der
Umgebung ausgetauscht wurde ist Kriterium für den Prozesses, nicht
jedoch der Anschein, dass der Prozess zu einer Zu- oder Abnahme der
Ordnung führt.
In beiden Endzuständen befindet sich das
Material im Zustand des kleinsten Zwanges, also der höchsten
Wahrscheinlichkeit der Existenz in der jeweiligen Systemumgebung.
Ferrum - Eisen und der kleinste Zwang
Das Element Eisen ist
der Extremist in der Verkörperung des Prinzips des kleinsten Zwanges.
Warum?
These: Weil dessen Atome mit optimaler Konfiguration dem ´Druck´ des Vakuums widerstehen und Fe nicht zerfällt.
Alle Elemente mit geringerer oder höherer Ordnungszahl sind weniger günstig
konfiguriert, denn deren ihre Bindungsenergie ist geringer.
Eisen (Fe) ist das Optimum im uns bekannten Universum.
Elemente mit niedrigerer Ordnungszahl können - bei geeigneten
Bedingungen - bis zu Eisen fusionieren und dabei wird Energie
in die Umgebung abgegeben.
Wenn ein Element mit höherer Ordnungszahl als Eisen entstehen soll, muss Energie aus der Umgebung ´zugeführt´ werden.
Die Elemente mit höherer Ordnungszahl als Eisen können
zerfallen und dabei wird Energie an die Umgebung abgegeben. Kernspaltung.
Um Eisen in ein anderes Element zu wandeln, wird Energie aus der
Umgebung benötigt, gleichgültig ob die Wandlung in Richtung höherer
oder niedrigerer Ordnungszahl verlaufen soll.
Bild : Bindungsenergie
Eisen
Bild aus: https://physikunterricht-online.de/wp-content/uploads/2016/02/Mittlere-Bindungsenergie-pro-Nukleon.jpg
Luft-Wasser-Wasserdampf
Das
von Schülern so ´geliebte´ HX-Diagram steht für einen komplexeren
Schwingungsprozess, der von Parametern wie Temperatur, Luftdruck und
dem Wassergehalt der Luft abhängig ist. Bei Hochdruckwetter kann
man häufig nicht weit sehen, weil die Luft diesig oder neblig
erscheint. Das in der Luft enthaltene Wasser liegt dann in
Tröpfchenform vor.
Sinkt der Luftdruck, dann lösen sich die
Tröpfchen auf, werden zu Wasserdampf und wir können - da Wasserdampf durchsichtig ist - sehr viel
weiter sehen.
Das Diagramm
stellt den Zusammenhang des Kondensationspunktes zum Druck, dem Wassergehalt der Luft und der
Temperatur dar und ist deshalb nicht so einfach zu lesen, denn
Verdunstungswärme spielt auch noch eine Rolle.

Bild aus Wikipedia
All diesen Beispielen ist gemeinsam, dass bei Veränderungen in
Richtung der wahrscheinlicheren ´Ordnung´ der Materie entweder
Energie aus der Umgebung akkumuliert oder an diese abgegeben wird.
Den jeweiligen Bedingungen entsprechend läuft der Prozess aber immer in Richtung der höheren Wahrscheinlichkeit ab.
Der von
uns als ´Ordnung´ bezeichnete Zustand spielt
dabei eigentlich keine Rolle. Es ist der wahrscheinlichere
Zustand, der sich im jeweiligen System durchsetzt – dem Prinzip
des Kleinsten Zwanges folgend. Genau das sagt auch der Zweite
Hauptsatz - nur dass er noch die Einschränkung in einem
abgeschlossenen System enthält.
Aber: Wo finden wir ein wirklich abgeschlossenes System?
Die
Quantenmechanik liefert
genaue Prognosen bis in die 8. Stelle hinter dem Komma.
Sie basiert dabei auf der Annahme, dass alles materielle miteinander in Verbindung steht und
unablässig wechselseitig aufeinander einwirkt - Entanglement.
Auch unsere praktischen
Erfahrungen zeigen, dass es in unserer Welt kein wirklich
abgeschlossenes System gibt.
Wenn wir aber diese Einschränkung - abgeschlossenes System - nicht setzen, dann sagt der
Entropiesatz nur, dass bei Veränderungen der Umgebungsbedingungen die Richtung des Prozesses dem
Prinzip des kleines Zwanges folgt, unabhängig davon ob dabei Energie aus der Umgebung aufgenommen oder in sie abgegeben wird.
Schlussfolgerung
Die These das Universum als unendlich und unbegrenzt zu sehen bedeutet, dass
wir keinem Ort und keiner Raumzelle in diesem Universum ein
wirkliches ´abgeschlossen Sein´ zubilligen können.
Dieses Universum wird - bildhaft gesprochen - unablässig von Energieportionen durchströmt, die
aus dem Unendlichen kommend auf
Materie treffen, mit dieser wechselwirken und danach von dieser
ausgehend wieder und in die Unendlichkeit fließen.
Die
Anwendung
des Entropiesatzes auf das Geschehen an einem Ort in diesem Universum reduziert sich damit auf seine
Wahrscheinlichkeitsaussage, die wiederum auf dem Prinzip des Kleinsten Zwanges beruht.
Die während des Geschehens an einem Ort von Materie aufgenommene oder
abgegebene Energie spielt dann keine Rolle mehr für die Richtung der
Entwicklung dieses Univerums.
Auch ist jegliches Geschehen nur als Wahrscheinlichkeit vorhersagbar,
weil es von Energien (Wirks) aus dem Unendlichen beeinflusst wird und
das Resultat des Geschehens wiederum als Energie in die Unendlichkeit
zurück wirkt.
Das Entstehen eines Diamanten an einem Ort ist dann
prinzipiell
gleich der Auflösung der Milch im Kaffee an einem andern Ort in diesem
Universum. Es ist auch unwesentlich, ob dabei aus dem Unendlichen einen
endlicher Betrag an Energie ´entnommen´ wird oder ein solcher in die
Unendlichkeit zurück gegeben wird: Nicht nur die Beiden, sondern
alle Prozesse in solch einem Universum folgen nur dem Prinzip des Kleinsten
Zwanges.
Die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung von Leben in einem
zeitlich begrenzten Urknall-Universum ist natürlich sehr viel geringer als die Wahrscheinlichkeit für Entstehung von Leben
in einem räumlich und zeitlich unendlichen Universum.
Die Erkenntnis der QM, dass alle Elementarteilchen
miteinander verknüpft sind, korrespondiert mit den
unendlich vielen Parametern, die das Geschehen im
Mikrokosmos beeinflussen. Diese Parameter stehen für die
Wirkungen - den Wirks – wie Hans-Peter Dürr sie genannt
hat.
Dieses
Universum erscheint uns als
wabernde Molluske von sich ausdehnenden Gegenden und verkleinernden Gegenden, von lokaler Ordnungszunahme in einigen Regionen und
lokaler Chaos-Zunahme in anderen Regionen.
Sich lokal um einen
´mittleren´ Zustand einschwingende Prozesse erweisen sich näher betrachtet als eine Vielzahl
von Nicht-Gleichgewichtsprozessen, die sich gegenseitig beeinflussen.
Der Zeitpfeil ist in diesem
Universum eineindeutig. Selbst wenn wir sich gleichende Materie-Zustände
wahrnehmen, sind diese nicht durch Zeitumkehr
entstanden sondern immer aus unendlich vielen Parametern (Energien/Wirks) frisch ´heraus-kondensiert´.
Einen Urknall kann es in einem solchen
Universum nicht geben, wie auch kein Ende von dessen Existenz in
einem Wärme- oder Kältetod.
Der These entgegen steht einiges
zum Beispiel die als Echo des
Urknalls betrachtete 2,7K-Hintergrundstrahlung. Diese Strahlung gibt es
und sie ist gut erforscht.
Ein unendliches und ewiges
Universum muss natürlich auch eine plausible
Interpretation für ihr Zustandekommen liefern. In einem unendlichen
Universum kann es keinen Anfang geben und damit auch kein Echo des
Urknalls. Aber vielleicht ist diese 2,7k Strahlung ein Produkt des ewigen
Kreislaufes und ihr Zustandekommen ein von uns nur noch nicht erkanntes Merkmal der
Unendlichkeit?
Zum Informationsfeld geht´s
hier,
zu einem Video, das in Minute 14 die Neumannsche Interpretation der
Entropie erwähnt: Die beobachteten Verschränkungen sind demnach
Ergebnis von im Raum enthaltenen nichtmateriellen Informationen.
Links zu Videos mit Hans-Peter Dürr, zur Zeit, der Wirklichkeit und dem Prinzip des kleinsten Zwanges findet man noch
hier.