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Mittwoch, 22. Februar 2017

Versuch etwas ganz einfach zu machen

Wie wenig sich von einem Teilsystem über das Insgesamt eines physikalischen Systems aussasgen läßt, und umgekehrt, vom Ganzen auf die Teile, zeigt in Beispiel aus dem (grandiosen) Buch von Wolfgang Köhler, "Die physischen Gestalten in Ruhe und im stationären Zustand", das auch zum enormen Fundus an vergessenen Kostbarkeiten der Wissenschaftsgeschichte gehört. Wir wollen es hier sinnbildlich darstellen, man möge sich also nicht an dezitierte physikalische Details klammern, die sind in Köhlers Buch nachzulesen und hier nicht notwendig, wir wollen hier ja nur durch extreme Versimplifizierung ein Gedankenprinzip der Naturwissenschaft anzudeuten versuchen.

Man stelle sich ein geschlossenes physikalisches Ganzsystem vor, das aus den beiden Teilsystemen A und B besteht, jeweils Gase in derselben Menge, aber in anderen Temperatur-/Energiezuständen. System A weist den Energiezustand -3 auf, und System B den von + 3. "-" bedeutet "hin zur Entropie", "+" von ihr weg. Beide sind durch eine Wand getrennt, die hohen Austausch, aber wenig Eigenenergie aufweist (also vernachlässigbar ist.)

Beide Systeme zeigen die Tendenz - ein Grundgesetz der Physik, - daß sie zu einem Harmoniezustand streben. Sie werden sich also austauschen, und zwar immer vom höheren zum niedrigen Energiepotential hin. Teilzustände suchen immer einen Harmoniezustand im Ganzen, wollen alle Spannungsdifferenzen ausgleichen.

Damit haben wir zwar im Durchschnitt relativ hohe Entropieneigung (Null),  doch trifft dies bei keinem der Teilsysteme zu. Das eine ist sehr entropienah, das andere weit davon entfernt.  Das nur vorweg.

Erhöht man nun die Energiemenge in A auf sagen wir -2, so bedeutet das eine Verringerung des Gesamtzustands der Entropie im Gesamtsystem, gewisermaßen "eine Verbesserung" im Teilsystem A. Durch den physikalisch unausbleiblichen Ausgleich aber wird sich aber im Teilsystem B die Richtung zur Entropie hin (Auflösung der Ordnung, Zerfall) dennoch verschlechtern. Während sich also das Gesamtsystem "verbessert", verschlechtert sich das Teilsystem B. Gleichzeitig verlangsamt sich (weil sich der Energiespiegel in geringerer Differenz befindet) die Austauschgeschwindigkeit. Teilsystem A wird sich als nun langsamer von Teilsystem B erhöhen, von der Entropie wegbringen lassen.

Nehmen wir nun an, wir entziehen Teilsystem B mit seinen + 3 Energie. Dann hat sich das Gesamtsystem verschlechtert. Dennoch steigt im Teilsystem A der Zustand weg von der Entropie, wenn auch etwas langsamer.

Belassen wir es aber bei den Energiemengen, so wird sich zwar das Gesamtsystem der Entropie nähern, zum Harmoniezustand Null, und zwar durch den Ausgleich alleine, dennoch ist Teilsystem A weniger entropienah geworden.

Das konkrete Beispiel läßt sich in vielerlei Richtungen fortdenken, mit vielerlei Rückfolgerungen. Es soll nur etwas Bestimmtes aber leichter verstehbar machen. Und sei es daß es begreiflicher macht, wie problematisch es ist, aus Gesamtrechnungen auf wahre Zustände in Teilsystemen zu schließen. Was für das Ganze gilt, gilt also nur für einen Teil, ein anderer Teil kann sich gegenteilig entwickeln. Ebenso muß das was für einen Teil gilt nicht für das Ganze gelten.





*140217*