Was ist Energie und kann Entropie sinken?

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3 Antworten

Oha, Energie ist einer der Begriffe, der solange allen Beteiligten klar ist, solange man nicht erklärt oder definiert. Versucht man den Begriff näher zu erklären, wird es immer verschwommener und irgendwann entgleitet er einem völlig. Andere Begriffe aus dieser Kategorie wären z.B. Zeit oder Liebe.

In der klassischen Physik gilt die Definition "Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu leisten".

Diese Definition ist in der modernen Physik, die mit der Theorie Dissipativer Strukturen begründet wurde und für die Ilya Prigogine 1977 den Nobelpreis erhielt, so nicht mehr gültig. Demnach ist Energie die "Substanz", der wir die Existenz des Universums verdanken sowie die Tatsache, dass sich das Universum ständig verändert und nicht in einem Zustand verharrt.

Eine Aspekte aus Sicht der Theorie Dissipativer Strukturen (TDS):

Energie kann nicht nur nach Menge (Energieerhaltungssatz) betrachtet werden. Energie besitzt auch eine Qualität. Die Qualität wird dadurch bestimmt, wie vollständig die vorliegende Energie in eine andere Energieform umwandeln lässt.
Hochwertige Energie heißt Exergie und lässt sich zu 100% in jede andere Energieform umwandeln. Beispiele: elektrische Energie, potentielle Energie, kinetische Energie.
Wertlose Energie heißt Anergie und lässt sich in gar nichts mehr umwandeln. Anergie ist z.B. Wärme bei Umgebungstemperatur. Damit lässt sich absolut nichts mehr anfangen.

Die Entropie macht nun Aussagen über die Qualität der Energie. Je höher die Entropie, umso mehr wurde die vorliegende Energie schon entwertet, umso höher ist der Anteil an Anergie und umso geringer ist der Anteil an Exergie.

In der TDS wird die Zeit neu definiert. Sie ist demnach nicht nur ein geometrischer Parameter (4. Dimension) sondern tritt ganz real als eigenständiges Phänomen auf. Diese sogenannte thermodynamische Zeit ist direkt an die Entropieproduktion gekoppelt. Je mehr Entropie pro Zeit produziert wird, umso schneller vergeht die thermodynamische Zeit. Der Ablauf der Zeit ist also an Energientwertung, sprich Entropieproduktion gekoppelt. Gäbe es keine Energie, die entwertet werden kann, gäbe es auch keine Zeit mehr.

Laut TDS lag zu Beginn des Urknalles die Energie zu 100% als Exergie in Form hochenergetischer Strahlung vor. Es gab noch keine Entropie. Die Entstehung von Masse erklärt die TDS so, dass gewaltige Mengen an Exergie zur Materie emergierte, die Exergie dabei entwertet (dissipiert) wurde und dabei jede Menge Entropie produziert wurde. Diese Entropie wurde in Form der Hintergrundstrahlung an das Universum abgegeben. Prigogine hat berechnet, dass etwa die Hälfte aller bislang im Universum produzierten Entropie bei der Entstehung der Masse erzeugt wurde.

Da erst im Urknall die Produktion von Entropie begann, begann auch da erst die Zeit. Ein "davor" mit negativer Entropie kann es nicht geben, da es keine negative Entropie gibt.

In einem Gesamtsystem kann Entropie niemals sinken. Sie kann aber lokal in einem System sinken und dadurch neue Strukturen erzeugen. Die Senkung der Entropie lokal geschieht aber immer auf Kosten der Umwelt, deren Entropie dadurch umso schneller zunimmt. Die lokale Abnahme der Entropie ist unabdingbare Voraussetzung, dass neues wie z.B. Sonnensysteme oder Leben entstehen kann.

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Es gibt ein Sprichwort: "Ein Narr kann mehr fragen, als tausend Weise beantworten können." Ich glaube, es steht bei den Sprüchen Salomons. Deine Fragen sind gut.

Ich hatte einmal einen Schüler, der sein Berufspraktikum bei einem Professor für Quantenoptik machte. Als ich den Schüler an seinem Praktikumsplatz besuchte, begrüßte mich der Professor mit den Worten: "Ich weiß auch nicht, was Energie ist."

Warum können wir Energie nicht definieren ? Weil sie alles ist. Weil wir nicht angeben können, was nicht Energie ist. Baruch Spinoza sagte in seiner Ethik (1.Satz): "Es gibt nur eine Substanz, das ist Gott." Ich sage: "Es gibt nur eine Substanz, das ist Energie". Aber damit hört es auch schon auf, in beiden Fällen.

Die Organisationsform der Energie zum Zeitpunkt ihrer geringsten Entropie war wohl kaum das, was wir "Masse" nennen. Und davor ? Wir wissen es nicht. Physiker (ich bin's nicht) flüchten sich in die Ausrede, dass es kein "Davor" gab. Kant nannte die Zeit eine a prori Grundkategorie des menschlichen Denkens ...

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Energie ist die Fähigkeit Arbeit zu verrichten.
So die allgemeine Definition. Und ja Materie ist Energie in verdichteter Form.

Zur Entropie: Entropie kann auch sinken. Es ist unglaublich unwahrscheinlich das so etwas passiert aber es kann passieren. Das nennt man dann Fluktuation. Man sollte nicht vergessen das Entropie nur etwas Statistisches ist also von der Wahrscheinlichkeit abhängt.
Auch gab es einen Punkt geringster Entropie. Der Zustand im Urknall. Aber darüber kann man nichts sagen, unsere Theorien brechen hier zusammen:)

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Kommentar von ClydefrogXL
04.10.2016, 22:36

Vielleicht sollte man noch hinzufügen, dass die Entropie lokal auch sinken kann, indem man Energie zuführt, für Nicht-Physiker :P. Global gesehen nimmt die Entropie im zeitlichen Mittel immer zu.

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Kommentar von Wellenpiep
04.10.2016, 22:56

Solche Definitionen hatte ich auch gefunden. Mir fällt es schwer mir bildlich vorzustellen wie aus etwas nicht materiellem Materie wird, wenn man es nur auf so kleinstem Raum wie möglich verdichtet. Besteht Energie aus etwas. Es kann ja nichts materielles sein. Besteht alles aus Energie? Auch Quarks und andere kleinste Teilchen? Energie ist ja nicht etwas das sich bewegt, sondern die Beweung selbst. Obwohl ich da nicht sicher bin. Ein Energiefluss ist ja ein Fluss AUS Energie.

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Kommentar von Raph101
05.10.2016, 07:16

Also die Entropie kann auch einfach so sinken. So dumm das klingt, aber es wäre möglich das sich eine zerbrochene Tasse wieder zusammenfügt. Ganz ohne Hilfe.
Wie wahrscheinlich es ist, darüber wage ich nicht zu reden. Wahrscheinlich passiert das nicht mal ein mal in 100 Milliarden Jahren. Das macht eben nur Sinn wenn man sehr kleine Bereiche mit extrem wenig Teilchen beobachtet, dort nimmt die Entropie tatsächlich einfach so ab. Umso mehr Teilchen umso unwahrscheinlicher. Aber theoretisch ist es möglich^^

Also, das mit der Energie kann man sich vielleicht doch nicht direkt so vorstellen als wäre sie verdichtete Materie. Die Energie eines Körpers steckt zu Großteil in der Bindungsenergie seiner Teilchen, der kinetischen Energie der Teilchen, der Feldenergie der Elektronen und Positronen....im Prinzip sind die elementarsten Bauteile Masselos und erhalten nur durch eine Anregung (also wieder Energie) des Higgs Feldes eine bestimmte Ruhemasse. Der Rest ergibt sich wie gesagt durch die restlichen Energien.

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