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 können. Dann wäre der Zweite Hauptsatz für dessen Entwicklung zu Grunde zu legen.
Das " Abgeschlossen Sein"  kann man - wennn überhaupt-  nur von "Außen" erkennen. Es hat wohl noch niemand von Außen auf das Universum geschaut und das wird auch nicht so schnell passieren. ;)
Was wäre die Alternative zum Urknall, dem BigBang aus dem Nichts heraus?  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 steht charakteristisch für das Prinzip des kleinsten Zwanges. Warum? Weil es in Bezug zum ´Druck´ des Vakuums die optimale Konfiguration hat. Alle Elemente mit geringerer Ordnungszahl sind ungünstiger konfiguriert, denn wenn wir kleinere Elemente zusammen fusionieren könnten würde Energie frei, bis sie schließlich zu Eisen werden. Um ein Element mit höherer Ordnungszahl zu erzeugen, müssen wir Energie zuführen. Und wenn Elemente mit höherer Ordnungszahl in Richtung Eisen zerfallen, dann geben sie Energie an die Umgebung ab.

    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 den Parametern 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.

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. Die von uns unter dem Begriff ´Ordnung´ gesehene Vorstellung spielt dabei eigentlich keine Rolle, denn 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 Prognosen die  bis in die 8. Stelle hinter dem Komma stimmen. Aber sie basiert auf der Annahme, dass alles materielle miteinander in Verbindung steht und unablässig wechselseitig aufeinander einwirkt - Entanglement. Nicht nur solche theoretischen Erwägungen sondern 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.

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 keinem der Geschehen in unserer Umgebung zubilligen.

Schlußfolgerung

Das Universum ist von Energieströmen durchsetzt, die aus dem Nirgendwo kommen und auf jeweils betrachtete Systeme wie Galaxien oder voids oder Kugelsternhaufen einwirken und von diesen ausgehend wieder und in die Unendlichkeit strömen.
Die Anwendung des Entropiesatzes auf das Geschehen an einem Ort in einem ansonsten unbegrenzten unendlichen Universum reduziert sich damit auf die Wahrscheinlichkeitsaussage. Es ist bedeutungslos, ob der Prozess aus unserer Sicht mit einer Zunahme oder Abnahme von ´Ordnung´ verbunden ist. Jegliches Geschehen an einem Objekt ist nur ungefähr vorhersagbar, weil es von unendlich vielen Wirkungen (Wirks) mit beeinflusst wird, deren Quelle im Unendlichen des Welthintergrundes liegen können. Wir können nur das wahrscheinliche Verhalten ine eine dieser Regionen prognostizieren. Einen Trend für die Richtung der Entwicklung des Universums als Ganzes kann man daraus niemals ableiten.
Dies hat dann auch Auswirkungen auf die Wahrscheinlichkeit, dass in solch einem Universum Leben ensteht. Dazu hier später mehr.

Die Erkenntnis der QM, dass alle Elementarteilchen miteinander verknüpft gedacht werden müssen, korrespondiert mit den unendlich vielen angenommenen 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) schwingende Prozess erweist sich näher betrachtet als eine Vielzahl von dem Prinzip des kleinsten Zwanges folgenden Nicht-Gleichgewichtsprozessen, die sich gegenseitig beeinflussen,  unablässig und seit ewiger Zeit und für alle Zeit. Der Zeitpfeil ist in solch einem Universum auch eineindeutig. Selbst wenn sich  gleichende Zustände sich irgendwo wieder herausbilden, sind diese nicht durch Zeitumkehr entstanden, sondern infolge der sie treibenden Parameter aus dem Unendlichen zwangsläufig  als neu anzusehen.

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

die beobachtete und 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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