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 wäre für dessen Entwicklung zu Grunde zu legen.
Ein
"Abgeschlossen Sein" kann man aber - wennn überhaupt - nur von
"Außen" erkennen.
Es hat wohl noch niemand von Außen auf das Universum geschaut und das
bestätigt, deshalb dürfen wir das "Abgeschlossen sein" auch in
Zweifel ziehen.
Was wäre die nicht- abgeschlossene Alternative zum Urknall, zum BigBang aus dem
Nichts heraus?
-> Das wäre ein unendliches
unbegrenztes Universum, das schon immer und für immer ´existiert´.
Zunächst einige Beispiele des Entropiesatzes unter diesem Aspekt
-
Diamanten gibt es. Ein Diamant bildet sich unter bestimmten
Bedingungen wie Druck, Temperatur, stoffliche Umgebung. Dies geschah
z.B. in Raumabschnitten nahe einem Vulkanschlot.
Kann man nun diesen Raum als abgeschlossenes System
betrachteten? Die klassische Antwort ist ´Nein´, denn indem sich der
Diamant aus Graphit kristallisiert, akkumuliert er Energie aus dem
´Außen´.
Die Metamorphose des Materials (das Wachsen des Diamants, seine Bildung
aus Graphit) folgt dabei dem Prinzip des Kleinsten Zwanges. Das
Material nimmt unter den vor Ort gegebenen Bedingungen den niedrigsten
energetischen Zustand ein = Zustand mit höchster Wahrscheinlichkeit.
Ändert sich die Umgebung, bleibt der Diamant zunächst stabil bis die
Bedingungen für seine Stabilität so ungünstig werden, dass das
Material den nun für es günstigeren Zustand einzunehmen strebt.
So verbrennt der
Diamant z.B. zu CO2, wenn
die Umgebung heiß ist und Sauerstoff enthält.
-
Die Kondensmilch im heißen Kaffee verteilt sich von allein und,
sofern die Umgebungsbedingungen annähernd gleich bleiben wird sich die Milch nicht wieder separieren. Wenn
man den Kaffee dagegen einfriert (Systemumgebung ändert sich), wird
sich das Fett der Milch vom Wassereis separieren. Wenn wir den
Milchkaffee lange kochen wird das Wasser zu Dampf und das Fett
bleibt übrig. Auch hier hatten wir nach der Auflösung der
Milch im Kaffee den Zustand höchster Wahrscheinlichkeit in diesem
System. In einem System mit 110°C und 1bar werden wir das Wasser
aber als Dampf vorfinden und die Fett-Tröpfchen am Boden der Tasse.
In beiden Endzustände der Metamorphose befindet sich das
Material im Zustand des kleinsten Zwanges, also der höchsten
Wahrscheinlichkeit in der jeweiligen Systemumgebung.
Ferrum - Eisen und der kleinste Zwang
Das Element Eisen ist
charakteristisch für das Prinzip des kleinsten Zwanges.
Warum?
Weil es dem ´Druck´ des Vakuums durch seine optimale Konfiguration
widersteht. Elemente mit geringerer Ordnungszahl sind weniger günstig
konfiguriert, ihre Bindungsenergie ist geringer. Bei geeigneten
Bedingungen können sie - bis zum Eisen- fusionieren und Energie
freisetzen.
Um ein Element mit höherer Ordnungszahl als Eisen zu erzeugen müssen
wir auch Energie zuführen. Elemente mit höherer Ordnungszahl können
zerfallen und sie geben dabei Energie an die Umgebung ab. Kernspaltung
wird seit langem praktiziert.
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 sehr viel
weiter sehen – denn Wasserdampf ist durchsichtig.
Das Diagramm
stellt den Zusammenhang des Kondensationspunktes – der Dampf wird
zu Tröpfchen – mit 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.
Gibt es überhaupt 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 Schwingungsprozesses der Materie dem
Prinzip des kleines Zwanges folgt.
Schlußfolgerung
Die oben genannte These -
das Universum ist unendlich und unbegrenzt - führt dann dazu, dass
wir die Idee des abgeschlossenes Systems auch für das Universum aufgeben müssen. Ein
wirkliches ´abgeschlossen Sein´ können wir demnach keinem Geschehen
in unserer Umgebung zubilligen.
Das Universum ist von Wirkungen durchsetzt, die
aus dem Unendlichen kommen und auf
Galaxien oder voids oder Kugelsternhaufen einwirken und von diesen
ausgehend wieder und in die Unendlichkeit hinein wirken.
Die
Anwendung
des Entropiesatzes auf das Geschehen an einem Ort in diesem Universum reduziert sich dann auf die
Wahrscheinlichkeitsaussage. Jegliches Geschehen ist im Grunde nur ungefähr vorhersagbar, weil es von unendlich
vielen Wirkungen (Wirks) beeinflusst wird, deren Quelle im
Unendlichen liegen kann. Wir können nur das wahrscheinliche Verhalten prognostizieren.
Das Entstehen eines Diamanten an einem Ort ist dann prinzipiell
gleich der Auflösung der Milch im Kaffee an einem andern Ort in diesem
Universum - beide Geschehen orientieren sich am Prinzip des Kleinsten
Zwanges.
Im Vergleich zu der Wahrscheinlichkeit für Leben in einem
Urknall-Universum wäre die Wahrscheinlichkeit für Entstehung von Leben
in einem unendlichen Universum unendlich größer.
Die Erkenntnis der QM, dass alle Elementarteilchen
miteinander verknüpft gedacht werden müssen, 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 lokaler Ordnungszunahme in einigen Regionen und
lokaler Chaos-Zunahme in anderen Regionen. Der sich um einen
´mittleren´ Zustand (Lambda~1)
einschwingende Prozess erweist sich näher betrachtet als eine Vielzahl
von Nicht-Gleichgewichtsprozessen, die sich gegenseitig beeinflussen und dies unablässig und
seit ewiger Zeit und für alle Zeit.
Der Zeitpfeil ist in solch einem
Universum eineindeutig. Selbst wenn sich gleichende Zustände
wieder herausbilden, sind diese nicht durch Zeitumkehr
entstanden, sondern sind zwangsläufig immer neu 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
zum Beispiel die als Echo des
Urknalls betrachtete 2K-Hintergrundstrahlung. Diese Strahlung gibt es
und sie ist gut erforscht. In unserem unendlichen und ewigen
Universum benötigen wir natürlich auch eine plausible
Interpretation für ihr Zustandekommen. In einem unendlichen
Universum kann es keinen Anfang geben und damit auch kein Echo des
Urknalls. Aber vielleicht ist diese 2k Strahlung ein Produkt des ewigen
Kreislaufes und ihr Zustandekommen ein von uns erkennbares Merkmal der
Unendlichkeit.
Mehr zu Zeit, Wirklichkeit und Hans-Peter Dürr hier.