Termodynamiikan II pääsääntö
Voitto Kotiaho
Olen ymmärtänyt termodynamiikan II pääsäännön jotenkin siihen
tapaan, että se on itse asiassa puhdas *toteamus*, siis eräänlainen
havainto, josta ei ole poikkeusta löydetty (paitsi elämä?), ja joka
itsessään ei johdu mistään. Se vain on.
II pääsääntöähän on perinteisesti kuvattu mm. seuraavilla esimerkeillä:
-Lämpö siirtyy aina kuumemmasta kylmenpään
-Shakkinappulat ovat ensin hujan hajan pöydällä. Joudun tekemään
työn 1 laittaakseni ne tiettyyn shakkiasemaan laudalle.
Saattaakseni nappulat taas hujan hajan minun tarvisee vain heilauttaa
lautaa työllä 2. Nyt työ 1>>työ2. On huomattava että heilautuksen
jälkeen nappulat eivät ole *samalla tavoin* hujan hajan kuin alussa.
Esim. käytännön fysiikassa ja insinööritieteissähän II pääsääntöä
ei tarvitse asettaa kyseenalaiseksi siitä yksinkertaisesta syystä,
että on havaittu että kaikki tekniset vempaimet, joiden suunnittelu
perustuu II pääsääntöön, *toimivat*.
Olisi kiva saada tietää, mitä nykytiede sanoo alussa esittämästäni
väitteestä, että II pääsääntö ei johdu mistään.
Voiko se johtua jostain?
(Tietysti asiasta löytyisi hyllykilometreittäin superraskasta
kirjallisuuttakin, mutta...:-D)
--
********************************************* _|_ ***************
Voitto Walter Kotiaho vkot...@cc.hut.fi | p.049-729 422
Avaruuskatu 3 G 117 02210 Espoo FINLAND | 90-415 2183
Valmari Antti
From Voitto Kotiaho <vkot...@oboe.hut.fi>:
> Olen ymmärtänyt termodynamiikan II pääsäännön jotenkin siihen
> tapaan, että se on itse asiassa puhdas *toteamus*, siis eräänlainen
> havainto, josta ei ole poikkeusta löydetty (paitsi elämä?), ja joka
> itsessään ei johdu mistään. Se vain on.
(Elämääkään ei tietääkseni katsota poikkeukseksi siitä.)
Viime kädessä kaikki olevaista koskeva tietomme
on havaintoja ja havainnoista johdettuja päätelmiä.
Luonnontieteet pyrkivät (ainakin) siihen, että
päättelemällä saadut tulokset vastaisivat samasta
asiasta mittaamalla saatuja mahdollisimman hyvin.
On jossain määrin makuasia mikä havainto kulloinkin
halutaan valita lähtökohdaksi.
Termodynamiikan toiseen pääsääntöön sovellettuna tämä
tarkoittaa, että se voidaan ottaa lähtökohdaksi jonka
avulla yritetään selittää muita ilmiöitä (jolloin "se
vain on"), tai sitä itseään voi yrittää selittää muista
lähtökohdista. Mutta ketjun päässä on aina asioita jotka
"vain ovat". Sitäpaitsi uskomuksemme siihen että päteväksi
katsomamme päättely todella on pätevää myöskin viime
kädessä "vain on", vaikka logiikka usein helposti otetaan
itsestäänselvyytenä ja sitä -- aivan oikein -- pidetään
erittäin lujasti perusteltuna tieteenalana.
En tiedä termodynamiikasta kovin paljoa, mutta minulla on
hämärä mielikuva, että sitä voi perustella tilastollisesti.
Ajatellaanpa kaikkia mahdollisia molekyylien nopeuksien
jakaumia kaasussa tai kaikkia mahdollisia nappuloiden
järjestyksiä shakkilaudalla. Suurimmassa osassa edellisiä
nopeusjakauma on suurin (ja itse asiassa melko pienin :-) )
piirtein sama läpi koko kaasun, ja suurin osa nappuloiden
järjestyksistä shakkilaudalla on mielestämme "hujan hajan".
Jos molekyylien poukkoilu ja laudan järjestäminen ovat
katsottavissa satunnaisiksi prosesseiksi, niin todennäköisyydet
ohjaavat lämpötilan tasoittumaan ja nappulat hujan hajan.
Jos haluat päinvastaisen lopputuloksen, tai itse asiassa minkä
tahansa harvinaisen järjestyksen, joudut toimimaan määrätietoisesti
-- tekemään työtä. Jos taas mikä tahansa järjestys kelpaa, niin
pieni tai olematon työmäärä riittää "ravistelemaan" systeemiä
niin, että itsestään tapahtuvat ilmiöt hoitavat homman. Tällöin
lämmön siirtyminen kylmästä kuumaan tai laudan järjestyminen
ovat mahdollisia, mutta niin epätodennäköisiä, että käytännössä
emme ikinä milloinkaan näe niiden tapahtuvan.
Mistä satunnaisuus sitten tulee? Nyt menen aina vaan pitemmälle
spekulointiin, mutta ehkäpä se provosoi jonkun asiasta oikeasti
tietävän kertomaan miten asia on. Arvatakseni satunnaisuuteen
on ainakin kolme peruslähdettä:
- Lähtötilannetta koskevien tietojen pienen pienet epätarkkuudet
-- emme pysty ampumaan kaikkia molekyylejä pilkulleen haluamiamme
ratoja (tai mittaamaan niiden ratoja) emmekä ravistamaan shakkilautaa
juuri oikein (ottaen laudan mikroskooppiset kuhmut yms. huomioon).
- Kvanttimaailman "oikea" satunnaisuus, jos sellaista on.
- Koetta tekevän ihmisen päätökset (jos sellaisia on olemassa, minä
uskon että on).
Pienen pienten satunnaisuuksien vahvistuminen täydeksi
ennustamattomuudeksi on helppo selittää. Tilastolliset matemaattiset
lainalaisuudet ovat yleensä sellaisia, että suurissa aineistossa
ilmiöt pyrkivät tasaantumaan, keskinkertaisuus korostumaan.
Vaikka ehkä shakkilaudalle olisi muutama harva ravistamistapa,
joilla saataisiin mustat ja valkoiset nappulat vaihtamaan paikkaa,
niin sitä emme löydä koska emme osaa mitata nappuloiden paikkoja ja
laudan kuhmuja ja ilmanvirtauksia ja ... riittävän tarkasti, ja vaikka
osaisimme, niin emme osaisi matemaattisen kaaoksen vuoksi laskea
riittävän tarkasti mikä heilautus pitäisi tehdä, emmekä pystyisi sitä
riittävän tarkasti tekemään. Niinpä osumme oikeaan liikeeseen vain
tuurilla, mutta niin hyvää tuuria ei meillä ole.
--- Antti Valmari ---
Juha Tenhosaari
Voitto Kotiaho wrote:
> Olen ymmärtänyt termodynamiikan II pääsäännön jotenkin siihen
> tapaan, että se on itse asiassa puhdas *toteamus*, siis eräänlainen
> havainto, josta ei ole poikkeusta löydetty (paitsi elämä?), ja joka
> itsessään ei johdu mistään. Se vain on.
>
> ei tarvitse asettaa kyseenalaiseksi siitä yksinkertaisesta syystä,
> että on havaittu että kaikki tekniset vempaimet, joiden suunnittelu
> perustuu II pääsääntöön, *toimivat*.
>
> Olisi kiva saada tietää, mitä nykytiede sanoo alussa esittämästäni
> väitteestä, että II pääsääntö ei johdu mistään.
> Voiko se johtua jostain?
Minun tapani ajatella asiaa on se että se johtuu todennäköisyyksistä.
Yksi usein esitetty esimerkki on tilanne jossa suljettu kaasulla
täytetty astia on tyhjiössä. Kun astia avataan, kaasu täyttää
ympäröivän tyhjiön ja saavuttaa jonkun mielivaltaisen tilan. Jos tässä
tilanteessa kaikkien molekyylien nopeudet käännetään
vastakkaissuuntaisiksi, saadaan toinen tila, joka ei ole millään
tavalla erikoinen, vain yksi tila muiden mahdollisten joukossa. Tästä
mielivaltaisesta tilasta molekyylit kuitenkin siirtyvät samoja reittejä
takaisin astiaan mistä ne alunperin lähtivät. II pääsäännön mukaanhan
tämä ei olisi mahdollista, ja käytännössä todennäköisyys, että systeemi
saavuttaa juuri tällaisen tilan onkin niin pieni että voidaan sanoa
ettei sellaista tapahdu.
--
Juha Tenhosaari
Voitto Kotiaho
a...@cs.tut.fi (Valmari Antti) writes:
>
> From Voitto Kotiaho <vkot...@oboe.hut.fi>:
>
> > Olen ymmärtänyt termodynamiikan II pääsäännön jotenkin siihen
> > tapaan, että se on itse asiassa puhdas *toteamus*, siis eräänlainen
> > havainto, josta ei ole poikkeusta löydetty (paitsi elämä?), ja joka
> > itsessään ei johdu mistään. Se vain on.
>
> (Elämääkään ei tietääkseni katsota poikkeukseksi siitä.)
>
Hetkinen...sen Saksalaisen fyysikon lausahdus kuului siis
"elämä on taistelua entropiaa vastaan". Juuri tästä asiasta olisin
erittäin kiinnostunut. Elämä ja entropia.
--
********************************************* __ ***************
Voitto Walter Kotiaho vkot...@cc.hut.fi <__>< p.049-729 422
Mika Jalava
In article <kw3d8y9...@sello.hut.fi>,
Voitto Kotiaho <vkot...@sello.hut.fi> wrote:
>Hetkinen...sen Saksalaisen fyysikon lausahdus kuului siis
>"elämä on taistelua entropiaa vastaan". Juuri tästä asiasta olisin
>erittäin kiinnostunut. Elämä ja entropia.
Kyllä kai elämän voi katsoa taisteluksi entropiaa vastaan, mutta
menestys taistelussa vaikuttaa kovin huonolta. Elämän edellytyksenä on
suuri määrä kemiallista energiaa jonka elämä muuttaa pääasiassa
lämmöksi. Eli jos ajatellaan shakkilaudan järjestämistä: entropia
alenee hyvin vähän, mutta ihminen joutuu tekemään sen eteen
lihastyötä, joka puolestaan lisää entropiaa.
Elämä voi aiheuttaa entropian pienenemistä paikallisesti, mutta sikäli
kuin ymmärrän, kokonaisuuden entropia kasvaa vääjäämättä. Elämä ei voi
pienentää koko järjestelmän entropiaa, mutta se voi pienentää
nopeutta, jolla järjestelmän entropia kasvaa. Elämää tosiaan voisi
sanoa epäonnistumaan tuomituksi viivytystaisteluksi entropian kasvua
vastaan.
Mika
Sampo H Smolander
Juha Tenhosaari (jten...@cc.hut.fi) wrote:
: Voitto Kotiaho wrote:
: > Olen ymmärtänyt termodynamiikan II pääsäännön jotenkin siihen
: > tapaan, että se on itse asiassa puhdas *toteamus*, siis eräänlainen
: > havainto, josta ei ole poikkeusta löydetty (paitsi elämä?), ja joka
: > itsessään ei johdu mistään. Se vain on.
Elämä näyttää tuottavan vuosikymmenestä toiseen ongelmia termodyna-
miikkaa suppeasti käsittäville. :-)
Termodynamiikka sanoo kutenkin vain, että _eristetyn_ systeemin
entropia kasvaa ajan myötä. Mikään eliö ei oli eristetty
systeemi. Lisäksi sääntö sanoo vain, että systeemin kokonaisentropia
kasvaa, mikä kyllä sallii sen, että systeemin joissakin osissa
entropia pienenee, kunhan se vain vastaavasti kasvaa sitäkin enemmän
jossain muussa kohtaa systeemiä.
Pääasiallinen kysymyksesi olikin sitten jo mielenkiintoinen!
* Biology, a science where division ...................... Sampo Smolander
* * * * * * and ................. Sampo.S...@Helsinki.Fi
*** ** * * ** * production .... http://www.helsinki.fi/~ssmoland
* ** ** *** means the same ............................ UAG
Mika Jalava
In article <550dqn$1...@oravannahka.Helsinki.FI>,
Sampo H Smolander <ssmo...@cc.Helsinki.FI> wrote:
>Pah. Elämä lähes (kenties täysin) poikkeuksetta _lisää_ entropian
>kasvunopeutta siinä systeemissä, missä ko. elämä nyt sattuu
>elämään.
Tuo voi hyvinkin pitää paikkansa (mm. ihmiskunnan hillitön
energiankäyttö), mutta jos tarkastellaan systeemiä, joka on pienempi
kuin kyseessä olevan elämän elinpiiri, voi tilanne olla
toinen. Esimerkiksi se shakkilauta: elävä olento, lähinnä ihminen tai
apina, voi järjestää nappulat haluttuun järjestykseen riippumatta
siitä onko lopputuloksen entropia isompi vai pienempi kuin
lähtötilanteen. Koko biosfäärin entropia varmaan kasvoi, mutta
shakkilaudan ja nappuloiden systeemin entropia saattoi elämän takia
pienetä.
Mika