Entropie und das Prinzip des Kleinsten Zwanges


Drei Figurinen eines Objektes


Der Zweite Hauptsatz, Unendlichkeit,Verschränkung, Zwang

Partikelresonanz

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 

  1. 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.

  2. 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.
  3. 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

    Bindungsenergie

    Bild aus: https://physikunterricht-online.de/wp-content/uploads/2016/02/Mittlere-Bindungsenergie-pro-Nukleon.jpg

  4. 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.



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