Szolcsányi Pál

Mottó:

„Isten elválasztotta

a világosságot a sötétségtől.”

Ószövetség:Ter.(Gen) 1.4

Ezt a hozzászólást tudatosan „esszé” (egyéni hangvételű szépirodalmi tanulmány) stilusban írtam meg, mert a tartalom nem tekinthető szigorúan vett természet-tudományos értekezésnek, hanem átkacsintgat a filozófiába (régebben szokás volt természet-bölcseletről is beszélni, nem is hiábavalóan).

Bár a termo-elmélet érthetősége nem csak az entrópián múlik, kétségtelen, hogy körülötte van a legtöbb értetlenség. Az entrópiával kezdettől kezdve baj volt. Clausius „jól kezelhető” dQ=T*(dQ/T)=T*dS formulája egy feltevésen alapult: „ha a hő izotermen vándorolt volna”. Ugyanakkor a hőt a hőmérséklet–különbség hatására forgalmazott belső energiaként tartjuk számon. Ez a hőtani értelmezés. Matematikusul a T egy integráló nevező. Ma inkább Boltzmann szerinti módon statisztikus alapra helyezzük: S=R*lnP, ahol P az alkotóelemek permutációja. E szerint az entrópia anyagszerkezeti jellemző. A két definíció megfeleltetése nem egyszerű feladat. A Boltzmann-definíció szerintem kevesebb logikai bonyodalomal jár, bár a matematikát tudni kell hozzá. Azon persze lehet vitatkozni, hogy az „integráló nevező”, vagy a „permutáció” érthetőbb-e. Én a permutációra szavazok. Ezeken kívül van még tucatnyi „entrópia” definíció és értelmezés. Nem csoda, hogy „nem érthető”, mit is takar a fogalom. Itt csak az entrópia növekedésével kapcsolatos problémakörről „értekezem”.

Érdekes, hogy az entrópiára (jelenleg) nincs megmaradási elv: keletkezik az elszigetelt rendszer természetes folyamatai során.. A megmaradási elvekre épülő mai fizikában ez nagyon furcsa tényállás. Felvetődik a kérdés, hogy miből keletkezik. Láthatólag a semmiből. Vagy van valami más lehetőség is: pl. egy még rejtett megmaradási tétel? Illetőleg nem is mindíg csak „keletkezik”. A természetes folyamaton homogenizálódást értünk, a különbségek kiegyenlítődését (az erők elenyészését). A természetben azonban sok ellentétes folyamat is van, amikor különbségek keletkeznek.

A világegyetem nem homogén. Anyag van benne, amit ma energia-csomósodásnak tekintünk (Tulajdonképpen azt sem tudjuk, hogy mennyi anyag van benne.) Szerkezete van: ezt kutatják a csillagászok. Hogyan lett strukturált? A biológia a „szerves” anyagokkal foglalkozik és az életműködéssel. Összefoglalva: a „szervezett”, strukturált „élő testekkel”, amelyek nem homogének. Hogyan állt elő az inhomogenitás? Még tovább menve: a mesterséges (ember által létre-hozott) folyamatok közt is van sok „szeparáció”, azaz inhomogenizálás. Összefoglalva: ezek anti-entropikus folyamatok, mert entrópia csökkenéssel. járnak. Kívül esnek a második főtétel érvényességi területén? Nem, de a főtételt kiterjesztetten kell értelmezni.

A mesterséges folyamatok, a (filozófikusan) „második teremtés” esetén entrópia-termelés számlájára tudunk entrópia-csökkenést előálítani. Erről szól a második főtétel újabb, kiterjesztett értelmezése. A hozzávaló elméletet Onsager alapozta meg, a kinetikai felfogást Oláh terjeszti.. A technológiák ezen alapulnak. Ma már entrópia-gazdálkodásról beszélünk a technológiák kapcsán. Van (az energia-hatásfok mintájára) entrópia-hatásfok is. Ez azonban mintha csak a gyakorlati szakembereket (a mérnököket) érdekelné. Persze van már mérnök-fizikus képzés is: lépés a magasabb igények felé.

A biológusok már régóta feszegetik a kérdést, de egyre nyilvánvalóbb, és ma már lassan közérthetőnek tarthatjuk azt a felfogást, hogy a napsugárzás éltet bennünket. Annak entrópiatermelését, illetve az általa létrehozott készleteket fogyasztjuk, amennyire ezt a természeti törvények lehetővé teszik. (Pl. elfogy a készlet.) A bonyodalmat a „kémiai potenciál” körüli problémák okozzák. (Mi is a folyamatok „igazi” hajtóereje?)

A mai kozmogónia nagy problémájánál vagyunk. A kozmosz (ógörög eredetében: szépen elrendezett tárgy, lásd még: a „kozmetika” címszót), vagyis az univerzum (latin eredetében: változataiban is egyetemesség) a mai (materialista) elmélet szerint valamikor régen (filozófikus kifejezéssel élve) „létre-jött”. (NB. a „lét” filozófiai fogalom!) A manapság divatos elmélet szerint egy szingularitásból (a Nagy Robbanásból) indult el, és egy szingularitásba (a Nagy Roppanásba) tart . Szép kis történet! Milyen kézzel fogható valóság a szingularitás? Már a fizikusok is filozofálnak? Legalábbis az elméleteket gyártók gyanusak. A dolog lényege mindenesetre a mottóban olvasható: a különbségtétel, a szétválasztás, a strukturálás a „létre-hozás” értelme.

Sokkal korábban már a (püthagoreusokhoz hasonlóan) „homályos”, és (a világ tragikus sorsán) „zokogó” Hérakleitosz (akitől a dialektikus fejlődés eszméjét tanulták az újkori „bölcselők”) megfogalmazta a megtapasztalható dolgok lényegét: „Minden dolog atyja a háború” (B53 töredék)„ „Az íjnak tehát neve élet, műve pedig halál” (B48 töredék), „A kozmosz ... mint a tűz ... fellobban és kialszik mértékre” (B30 töredék). Bizony-bizony, a bibliai édentől a menyországig tartó utat sokkal szimpatikusabb fejlődésnek vélem. (Olvasnivaló útravaló: Ószövetség plusz Újszövetség). A keletkezés és az elmúlás a világ sorsa. Egyes világnézetek cirkulárisan, mások lineárisan értelmezik. Hogyan áll hozzá a mai fizika?

A mai fizikusok többsége azt állítja, hogy „a vákuum valamiféle rejtett energiájából fázisátmenettel keletkezett a mai anyagi világ”. A köznyelvi „robbanás” tudományosan „fázisátalakulás”, vagyis szerkezeti átalakulás. Milyen entrópia-folyamatok kísérték ezt a szerkezetváltást? A Boltzmann-féle szemlélet szerint a homogenitást kell vizsgálni. Ezzel bozony baj van: nem értenek egyet az elméletek kiötlői, hogy mi is van a világegyetem homogenitásával kicsinyben és nagyban, és főleg időben. A fizikusok „kénytelenek” úgy nyilatkozni, hogy „akkor még” nem voltak érvényesek a „mai törvények”. Logikailag pontosabban: „mai ismereteink” nem fedik megfelelően a természeti törvényeket.

A kezdeti idő „fázisátmenete” egyenlőre nem tisztázott folyamat, de mindenesetre „kialakult” valami rendezett szerkezet (anyagi részecskék) és mozgás. Ez bizony (a „csak növekvő” entrópiával szemben) valami alapvetően „anti-entropikus” jelenség volt akkor! Egyes „haladó gondolkodású” elméleti természettudós szakemberek emlegetik is már. A „teremtés” kifejezést is használják. A világ végét pedig az „entropikus hőhalál” jelenti: a homogenizálódás vége. Mindekettőről jelent meg számos közlemény. Az utóbbival kapcsolatban hazailag Marx Görgy és Martinás Katalin felvetése alapján Kutrovátz Gábor írt a Fizikai Szemle 2001/1 számában egy érdekes fejtegetésről.

Tulajdonképpen nem is az entrópia, hanem a második főtétel körül van értetlenség. A jelenlegi, közismert értelmezés nem teljes körű. Nem foglalkozik az entrópia felhasználásával, csak a termelésével. A második főtétel mai alkalmazásában van az érthetetlenség, Az entrópia-megmaradás gondolata még komolyan nem vetődött fel. Talán éppen ez irányban kellene kutakodni? A mikro ingadozásokban nagy téridő intervallumban entrópia megmaradás van: a termelés azonos a fogyasztással. Ezt nevezik reverzibilitásnak. A test makro entrópiája változatlan: a benne létező dinamika nem befolyásolja.

Itt inkább a teremtés entrópiájával foglalkozom. Mit értsünk rajta? A magam részéről a mikro jelenségek világában kutakodom valamely egységes világkép után. Mindjárt a közepén kezdem. A termikus jelenségek (mai) mikro világában a fluktuáció az úr. A kinetikát kell tanulmányozni.. A dinamikus egyensúlykor beszélhetünk a mozgás átlagban vett szimmetriájáról is. A mesterséges makro folyamatokban megbontjuk a szimmetriát (inhomogenitást keltünk): ekkor nincs kiegyenlítődés, különbségi, relatív áramok állanak elő, melyeket átvitelnek, transzportnak nevezünk (mikroban relaxációról beszélünk). A relatív áramokat az abszolútakból származtatjuk, melyeket a Gibbs-féle intenzivekből konstruálható dinamikus potenciálokkal korrelálunk..

Mármost az a kérdés, hogy a kozmosz dinamikus egyensúlyban van-e, és csak ingadozásait észleljük, vagy egyáltalában nincs semmiféle egyensúlyban, relaxál valami stabilis állapotba? (Ebben a tekintetben a használt kifejezések sem jól meghatározottak. Pl. mivel van egyensúlyban a Világegyeteem?) Az ingadozások tekintetében az entrópia nagyságrendtől független. A halmaz alkotóelemeinek permutációjából származó „dimenzionális mérték” értelmezés szerint bármilyen halmazelemekre érvényes lehet, legyenek azok elemi részek, vagy galaxisok. Átfogó elméletről ebben a tekintetben nem tudok. A közleményekből valami hiányos kirakós játék (puzzle) látszik kialakulni. Rakosgatjuk-rakosgatjuk: hátha kijön valami értelmes (felismerhető) alakzat. Ma már nem a „hőhalál entrópiája” a gond, hanem a „teremtés entrópiája”, ami még nehezebben megoldható feladatnak igérkezik.