Entropie 

Entropie ist ein Begriff, den R. Clausius 1865 als zweiten Hauptsatz der Thermodynamik einführte: Die Entropie S sei die molekulare Unordnung. Die molekulare Unordnung bewege sich in einem sich selbst überlassenen, d. h. abgeschlossenen System auf ein Maximum zu. Von J. Gibbs stammt etwas später eine alternative Formulierung desselben Sachverhalts: In einem sich selbst überlassenen System nimmt die nutzbare Energie mit der Zeit auf ein Minimum ab (Energieentwertung). L. Boltzmanns Fassung wäre etwa: Die auf die einzelnen Moleküle eines Körpers verteilte Bewegungsenergie geht stets von einem weniger wahrscheinlichen Verteilungszustand in einen wahrscheinlicheren über, nicht aber umgekehrt.

••  Wir legen in eine Kiste links weiße Kugeln, rechts rote Kugeln. Durch Schütteln geht die Ordnung verloren. Je mehr Kugeln am Experiment beteiligt sind, desto unwahrscheinlicher wird die Wiederherstellung der Ausgangsanordnung. Ist das System groß genug, kann Ordnung nur verloren gehen. Der Verlust von Ordnung (= Entropiezunahme) ist irreversibel. Veränderungen in der materiellen Welt zielen darum immer und überall nur in eine einzige Richtung: hin zu Zerfall, Unordnung und Energieentwertung.

••  Ein weiteres Beispiel: Wie wahrscheinlich ist es, dass sich Tinte, die man in eine Wanne klaren Wassers gießt (Bild rechts), in einer Hälfte der Badewanne versammelt? Ist es nicht eher zu erwarten, dass sich die Tinte in der ganzen Wanne verteilt – lange Zeiträume verausgesetzt? Der Entropiesatz und alle Erfahrung sagt: Die Tinte wird sich verteilen.

Noch ein Beispiel: Ist es möglich, dass sich Moleküle irgendwo auf der Welt von alleine so versammeln, dass ein Hochhaus entsteht? Es mag möglich sein, dass zufällig ein paar Sandkörner miteinander verkleben, aber man kann nicht erwarten, dass sich viele verklebte Sandkörner dann zu stabilen vertikalen Gebilden aufschichten und sich zusätzlich noch Kupferrohre und Fenster formen. Wer insistiert, dass ein Hochhaus von alleine entstehen kann, hat einen Glauben, der der Vernunft widerspricht. Die Evolutionstheorie ist vergleichbar mit solchem Glauben, dass ein Hochhaus von alleine entsteht. Der Entropiesatz hingegen sagt: Hochhäuser können und werden immer nur zerfallen – lange Zeiträume vorausgesetzt.

••  Genauso wie das Entropieprinzip die Richtung aller Veränderungen in der unbelebten Welt vorgibt, genauso unabänderlich fließt ein Bach bergab. Liegt dem Wasser ein Stein im Weg, ein Stein, der mit seiner Oberseite aus dem Wasser herausragt, kann es sein, dass er bei ausreichend schneller Bewegung des Wassers dennoch überströmt wird. Evolutions-Enthusiasten entdecken unter der Lupe sofort ein Beispiel für einen lokalen Aufwärtstrend (Analogon einer Entropieabnahme). Vergrößert man aber den betrachteten Ausschnitt, wird offensichtlich, dass jede kleine lokale Verwirbelung zwingend dem großen Fließtrend folgen muss, der abwärts führt (Analogon einer Entropiezunahme).

••  Ein Standardeinwand lautet: „Der Entropiesatz gilt nur für geschlossene Systeme, die Erde ist aber kein geschlossenes System, weil die Sonne Strahlungsenergie zuführt.“ Man könnte statt der Erde leicht unser Sonnensystem zum geschlossenen System erklären, aber Entropie manifestiert sich überall, auch in offenen Systemen, thermodynamisch z. B. nach der Formulierung dS = dQTdS ist die Zunahme an Entropie, wenn die Wärmemenge dQ zugeführt wird. T ist die (konstante) Temperatur.. Nur lassen sich in offenen Systemen nicht die aufeinander bezogenen Mengen von dS und dQ bestimmen. Gibt es darum lokal eine Entropieabnahme, muss man den betrachteten Ausschnitt vergrößern, um die Gesamtentropiezunahme zu erfassen.

••  Bei allen Energieumwandlungen entsteht Entropie (wenn man Entropie als eine mengenartige Größe auffassen will). Die Entropie selbst ist unzerstörbar und nimmt darum zu.

••  Für den Zusammenhang zwischen Information und Entropie gilt: Entropiezunahme ist direkt proportional zu einem Informationsverlust. Die Selbstentstehung von Information (z. B. für die Lebensentstehung) käme darum der Existenz eines perpetuum mobile gleich, welches es aufgrund des Entropiesatzes nicht geben kann.


Abstecher: Urmeer und Massenwirkungsgesetz

weiter zum Abschnitt Mikroevolution