15 sự thật đáng kinh ngạc về Sự hỗn loạn trong vũ trụ

Sự hỗn loạn trong vũ trụ (Entropy) là một nguyên lý phổ quát định hình mọi khía cạnh của vũ trụ: từ sự hình thành của các ngôi sao và hành tinh đến tương lai cuối cùng của vũ trụ.

01/12/2024 12:20

1. Định nghĩa ban đầu. Thuật ngữ ' entropy' được Rudolf Clausius đặt ra vào năm 1865. Nó có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp 'tropos', nghĩa là 'biến đổi'. Ảnh: Pinterest.

2. Entropy là thước đo sự rối loạn. Entropy được xem như thước đo mức độ hỗn loạn hoặc mất trật tự trong một hệ thống. Một hệ có entropy cao thường có cấu trúc ít tổ chức hơn. Ảnh: Pinterest.

3. Mũi tên thời gian. Theo Định luật thứ hai của nhiệt động lực học, entropy của vũ trụ luôn có xu hướng tăng. Điều này giải thích vì sao thời gian chỉ tiến về phía trước, một khái niệm gọi là 'mũi tên thời gian'. Ảnh: Pinterest.

4. Entropy và Big Bang. Khi vũ trụ bắt đầu từ vụ nổ Big Bang, nó có entropy rất thấp. Nhưng kể từ đó, entropy của vũ trụ đã không ngừng tăng lên do sự giãn nở và phân tán năng lượng. Ảnh: Pinterest.

5. Entropy trong các lỗ đen. Lỗ đen có entropy cực kỳ cao, tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt chân trời sự kiện của nó. Đây là một trong những nơi có entropy cao nhất trong vũ trụ. Ảnh: Pinterest.

6. Hệ quả của cái chết nhiệt. Nếu entropy tiếp tục tăng không ngừng, vũ trụ sẽ đạt đến trạng thái gọi là 'cái chết nhiệt' (heat death), khi mọi năng lượng tự do đều được phân phối đồng đều, và không còn khả năng thực hiện công việc hữu ích. Ảnh: Pinterest.

7. Entropy trong cuộc sống. Sinh vật sống chống lại sự gia tăng entropy cục bộ bằng cách duy trì tổ chức trong cơ thể mình. Tuy nhiên, quá trình sống vẫn làm tăng entropy trong môi trường xung quanh. Ảnh: Pinterest.

8. Năng lượng mất mát. Entropy liên quan đến sự phân tán năng lượng. Một phần năng lượng trong mọi quá trình luôn bị mất mát, không thể sử dụng để làm công việc hữu ích. Ảnh: Pinterest.

9. Entropy và thông tin. Trong lý thuyết thông tin, entropy đo lượng thông tin cần thiết để mô tả một trạng thái. Hệ thống càng rối loạn, entropy càng cao, và bạn cần càng nhiều thông tin để mô tả nó. Ảnh: Pinterest.

10. Entropy và nghịch lý thời gian. Nếu thời gian có thể 'đi ngược', entropy sẽ giảm. Tuy nhiên, hiện tại không có bằng chứng nào cho thấy điều này có thể xảy ra trong thực tế. Ảnh: Pinterest.

11. Trái Đất và entropy. Trái Đất duy trì sự sống bằng cách giảm entropy cục bộ (như tổ chức phân tử trong tế bào sống), nhờ năng lượng từ Mặt Trời. Tuy nhiên, Mặt Trời đồng thời làm tăng entropy trong hệ mặt trời. Ảnh: Pinterest.

12. Entropy trong vũ trụ giãn nở. Sự giãn nở của vũ trụ làm tăng entropy, vì năng lượng được phân tán vào không gian rộng hơn, tạo ra trạng thái ít trật tự hơn. Ảnh: Pinterest.

13. Entropy trong các ngôi sao. Ngôi sao như Mặt Trời chuyển hóa hydro thành helium qua phản ứng nhiệt hạch, tạo ra ánh sáng và nhiệt. Quá trình này làm tăng entropy trong không gian xung quanh. Ảnh: Pinterest.

14. Entropy và sự pha trộn. Khi hai hệ thống pha trộn (ví dụ: hai loại khí), entropy của chúng tăng lên vì các hạt trở nên khó phân biệt hơn và rối loạn hơn. Ảnh: Pinterest.

15. Entropy có thể đo lường. Entropy được đo bằng công thức của Ludwig Boltzmann: S=kBln⁡(W)S = k_B \ln(W)Trong đó, SSS là entropy, kBk_BkB là hằng số Boltzmann, và WWW là số cách một hệ thống có thể sắp xếp.