آنتروپی دقیقا چیست و چه چیزی در مورد آن شگفت‌انگیز است؟
آنتروپی یکی از مفاهیم بسیار مهم در شیمی و فیزیک است که به کمک آن می‌توان فرآیندهای فیزیکی‌ای که تمایل دارند به یک سمت بروند و به سمت دیگر نروند را توجیح کرد.
چرا یخ آب می‌شود؟ چرا شکر در قهوه پخش می‌شود؟ چرا هوا از لاستیک پنچر شده خارج می‌شود؟ و هزاران چرای دیگر!
آنتروپی چیست؟
آنتروپی اغلب به عنوان معیاری برای اندازه‌گیری بی‌نظمی توصیف می‌شود، البته اگرچه چنین تصویرسازی‌ای درک آن را راحت می‌کند اما متأسفانه به همان اندازه می‌تواند گمراه کننده باشد. به عنوان مثال، کدام یک بی‌نظم‌تر است، یک فنجان یخ خرد شده یا یک لیوان آب در دمای اتاق؟ در پاسخ به این سواال اکثر مردم اذعان دارند که یخ بی‌نظمی بیشتری دارد، اما در کمال احترام باید بیان کنیم که این‌طور نیست و لیوان یخ آنتروپی کمتری دارد.
در همین راستا یک روش دقیق‌تر برای درک مفهوم آنتروپی از طریق احتمال است. به منظور درک موضوع دو بلور جامد و کوچک را در نظر بگیرید که هر کدام از شش پیوند اتمی تشکیل شده‌اند. در چنین مدلی، انرژی موجود در هر بلور در پیوندهای آن ذخیره می‌شود که می‌تواند از واحدهای غیر قابل تقسیم انرژی به نام کوانتا تشکیل شده باشد. درواقع هر کوانتا در پیوندها ظرفی برای ذخیره‌ی انرژی پیوندها است. هر چه یک بلور جامد انرژی بیشتری داشته باشد، گرم‌تر است.
حال لازم است با مفهومی به نام میکروحالت آشنا شوید. به طور کلی راه‌های متعددی به‌منظور توزیع انرژی در هر بلور جامد وجود دارد که با وجود آن‌ها همچنان انرژی کل هر سیستم بلوری یکسان باشد، به هر یک از این روش‌ها میکرو حالت می‌گویند. به عنوان مثال اگر یک بلور دو کوانتا و دیگری شش کوانتا انرژی داشته باشد در کل 9702 میکروحالت برای توزیع انرژی در هر سیستم وجود دارد.
حال اگر فرض کنیم که هر میکرو حالت، احتمال رخ داد مشابه‌ای دارند در چنین حالتی می‌توان متوجه شد که در برخی موارد یکسری پیکره‌بندی‌های انرژی، احتمال وقوع برخی میکروحالت‌ها را از سایرین بیشتر می‌کند که به دلیل تعداد میکروحالت‌های بیشتر آن‌ها است. بنابراین آنتروپی به معنی اندازه‌گیری مستقیم احتمال رخ داد هر پیکربندی انرژی است.
بنابراین همانطور که توضیح دادیم، پیکربندی انرژی‌ای که بیشترین انرژی را بین پیوندهای سیستم پخش می‌کند، بالاترین آنتروپی را دارد. بنابراین طی یک تعریف کلی، آنتروپی را می‌توان به عنوان اندازه‌گیری این گسترش انرژی در نظر گرفت. درواقع آنتروپی کم یعنی انرژی سیستم متمرکز است و آنتروپی بالا به معنای پخش شدن انرژی سیستم بین پیوندها است.
