Entropie: Astronomie

Zurück zur Übersicht

Stadien der Weltraumentwicklung

Entropie in der Astronomie

Entropie beim Urknall

Nach allgemeiner Lehrmeinung entstand das Universum mit wenig Entropie, es war zunächst recht ordentlich. Im Laufe der Zeit wird es unordentlicher. Wieso beim Urknall eine so niedrige Entropie oder umgekehrt ein so hoch geordneter Zustand vorliegen konnte, ist ungeklärt. Dies mit einer Zufallsquantenfluktuation erklären zu wollen, ist schwierig, denn die Wahrscheinlichkeit für so einen hochgeordneten Zustand ist extrem gering. Der  Urknall war punktförmig, sehr heiß, hatte eine extrem hohe Energiedichte und hatte eine sehr niedrige Entropie.

Entropie und Raum-Zeit-Kontinuum

Raum und Zeit haben in den neueren Vorstellung der Physik nur eine sekundäre Bedeutung und werden durch die darin enthaltenen Masse-Energie-Verteilungen und der Veränderung definiert.

Ein schwarzes Loch wird enttarnt

Entropie schwarzer Löcher

Hawking erkannte 1974, nach Vorarbeiten des israelischen Physikers  Jacob Bekenstein, dass Schwarze Löcher eine Entropie und somit auch eine Temperatur haben. Die Entropie S eines Schwarzen Lochs ist proportional zur Oberfläche A seines Horizonts und sonst nur von Naturkonstanten abhängig.

$S_{\mathrm {SL} }={\frac {Akc^{3}}{4\hbar G}}$

$T={\frac {\hbar c^{3}}{8\pi kGM}}$

wobei $\hbar$ das plancksche Wirkungsquantum bzw. hier diracsche Konstante, c die Lichtgeschwindigkeit, $\pi$ die Kreiszahl Pi, k die Boltzmannkonstante, G die Gravitationskonstante und M die Masse ist.

Gesamtentropie des Weltraumes

Vielleicht ist das gesamte Universum so etwas wie ein Entropiependel. Dann wäre zumindest einigermassen erklärbar, warum am Anfang im Urknall ein Zustand so niedriger Entropie vorlag und die Entropie momentan ständig zunimmt. Der Urknall war dann nur der eine Umschlagspunkt des Entropiependels mit maximaler Ordnung und minimaler Entropie. Dieser strebt über Jahr Milliarden zum Punkt maximaler Entropie und minimaler Ordnung. Um dann wieder in die andere Richtung umzukehren. Dies wäre eine angenehmere Vorstellung, für alle die sich mit der Vorstellung des  Wärmetodes des Universums nicht abfinden können.

Entropie der Sonne

siehe

• schulphysik.de/bilanz2.html
• Grafik zur Entropiebilanz der Erde

Die Entropie und das Meer

Entropie der Erde

siehe  Entropiebilanz

Literatur

• Kleidon, Axel & Lorenz, Ralph (editors): ”Entropy production by Earth system processes”, Non-equilibrium thermodynamics and the production of entropy: Life, Earth, and beyond, s. 4. Understanding Complex Systems. Berlin: Springer, 2004. ISBN 978-3-540-22495-2.

Planetensystem

Betrachtet man das Sonnensystem, dann hat es gegenüber dem Eisblock als Beispiel eines Entropiependels den Vorteil, daß man es sich in grober Näherung von außen isoliert vorstellen kann. Stehen dann alle Planeten in einer Reihe auf einer Seite der Sonne, dann ist die Entropie sicher niedriger und der Anteil an geordneter Information größer, als bei einem Zustand der zufälligen Verteilung der Planeten um die Sonne. Das System der Planeten unterliegt zwar im Gegensatz zum Eisblock zumindest theoretisch keinem äußeren Einfluß durch eine periodische Energiezufuhr oder -abführung. Dennoch ist es physikalisch nicht ideal, da die Sonne ständig durch die Fusion Energie erzeugt und das Gesamtsystem so einen Massen- und Energieverlust erleidet.

Erkaltetes Planetensystem

Um das Problem schwer berechenbarer Einflüsse durch die Kernfusion zu vermeiden, kann man ein Planetensystem mit einem erkalteten, ruhigen Zentralkörper betrachten der von 2,3 oder mehreren kleinen Planeten umkreist wird. Hier kann man dann, unter Vernachlässigung aller äußeren Einflüsse, die Entropie einer geordneten Konstellation, in der alle Planeten in einer Reihe auf einer Seite des Zentralgestirns stehen mit der Entropie einer weniger geordneten Konstellation vergleichen. So kann man eine einfache Formel für das hin und her pendeln zwischen Ordnung und Entropie finden und die Gesamtinformation errechnen.