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
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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.
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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 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
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 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.