Du öppnar frysen, tar ett par istärningar och släpper ned dem i ditt glas. En kall drink kan vara djupt tillfredsställande. Men priset för njutningen är stor: Efterhand som istärningarna smälter kommer universum närmare sin undergång.
I dina istärningar sitter molekylerna ihop i ett välordnat mönster, men när de hamnar i den varmare läsken börjar de att smälta – de välordnade strukturerna bryts ihop och till slut simmar samtliga molekyler runt i glaset i ett enda kaos.
Graden av oordning i universum har ökat en aning. Och den kommer att bli än större. Till sist kommer den att utplåna allt.
Den oordning som beskrivs genom termodynamikens andra lag kallas entropi och är inte lika enkel att förstå som stöket i hemma i barnens rum.
En fysiker beskriver entropi som ett mått av hur mycket energin har spridits mellan molekylerna i ett slutet system.
Om det slutna systemet – exempelvis en guldtacka – befinner sig i energimässig jämvikt har de enskilda molekylerna i systemet samma genomsnittliga energi. Men eftersom molekylerna konstant överför energi till varandra är det osannolikt att samtliga vid en viss tidpunkt har exakt samma energi. Det är lika osannolikt att en enda molekyl har all energi.
Molekyler föredrar oordning
Om vi föreställer oss att guldtackan består av bara tre molekyler och tre energienheter, så kan varje molekyl ha en enhet, en av molekylerna och tre energienheter och så vidare. Totalt rymmer detta exempel tio kombinationsmöjligheter.
I en äkta guldtacka finns miljarder av molekyler och triljoner kombinationsmöjligheter, som statistiskt sett gör det högst osannolikt att samtliga energienheter samlas kring en enda molekyl.
I stället sprids energin spontant jämnt över alla molekyler – entropin kommer att bli så hög som möjligt.
I en kall guldtacka vibrerar molekylerna bara lite grand. De har svårt att utväxla energi och entropin är förhållandevis låg.
Om vi tittar på en glödhet guldtacka, i vilken molekylerna darrar och entropin är hög, och lägger den ovanpå en kall tacka. Entropin kommer att öka spontant. Den översta tackan ger värme till den nedersta, tills de uppnår en jämvikt i temperatur.
Under denna process reduceras entropin en del i den varma guldtackan, samtidigt som entropin ökar i den tidigare kalla guldtackan där molekylerna nu kan vibrera friare.
Totalt sett kan energin nu vara fördelad på flera olika sätt och därför har entropin vuxit. Processen följer termodynamikens andra lag till punkt och pricka.
Utvecklingen kan aldrig gå åt andra hållet. Om vi lägger en iskall guldtacka ovanpå de båda andra, kommer temperaturen i dem att sjunka och entropin bli mindre, men den kalla guldtackan har efterlämnat ett ännu större kaos någon annanstans. Den frys som kylde ned guldtackan har avgivit värme till luften omkring frysen, där entropin har vuxit.
Eftersom entropin inte kan minska kommer alla molekyler i universum enligt teorin att till sist ha blandats i en enda stor, ljummen soppa. Det är lyckligtvis inte nära förestående. Beräkningar visar att entropins domedag inte är här förrän om 1026 år.