Un sistema può avere entropia negativa?

Lentropia $ S $ di un sistema è correlata al numero di possibili microstati $ \ Omega $ che un sistema può adottare nel modo seguente:

$$ S = k_B \ log \ Omega $$

Nota che $ \ Omega $ deve sempre essere un numero intero e deve essere sempre almeno 1; quindi, $ S $ è sempre maggiore o uguale a zero.

Nel caso di entropia zero, loggetto è un cristallo perfetto a temperatura zero, che ha un solo microstato possibile. (Pertanto, la definizione di cui sopra è resa possibile dalla Terza Legge della Termodinamica.) Qualsiasi altra situazione ha più di un possibile microstato, quindi lentropia deve essere maggiore di zero.

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• Possiamo correlare lentropia con la casualità
• Supponendo che una distribuzione di probabilità uniforme del sistema sia in un qualsiasi microstato, allora sì, lapprossimativo ” la casualità ” di un sistema è correlata al suo numero totale di microstati, e quindi allentropia.
• Sappiamo cosa è successo allo zero assoluto ma cosa succederà al di sotto di 0K
• Dipende dalla tua definizione di temperatura. Se lo metti in relazione con lenergia cinetica delle particelle media, allora è impossibile, poiché lenergia cinetica è sempre positiva. Se si definisce la temperatura come 1 / (la quantità di entropia aggiunta al sistema quando viene aggiunta una data quantità di energia), allora le temperature negative sono possibili nei sistemi che diventano più ordinati (cioè hanno meno microstati) quando viene aggiunta lenergia. La maggior parte degli esempi pratici di tali sistemi sono generalmente piuttosto caldi, quindi questa nozione di temperatura è in qualche modo non intuitiva.
• Se esiste un limite superiore alla quantità di energia che una particella può avere, aggiungere energia a un sistema che passa un certo punto serve a impacchettare sempre più particelle nello stato energetico più alto (per i bosoni) o (nel caso dei fermioni) nello stato energetico più alto disponibile. Un gruppo di particelle degenerate indistinguibili (nel caso dei bosoni; nel caso dei fermioni, un gruppo di particelle indistinguibili che sono essenzialmente bloccate in uno stato energetico) è molto meno casuale di un gruppo di particelle che hanno molti possibili stati energetici. Pertanto, gli stati di maggiore energia hanno meno entropia.

Penso che quello che intendi sia che lentropia non cambia per i processi reversibili, ma aumenta per i processi irreversibili. In questo senso la tua domanda sarebbe se lentropia di un sistema può diminuire. Sì, assolutamente! Lentropia può diminuire per un sistema che non è chiuso. Ad esempio, la Terra riceve lenergia solare dal Sole e si dissipa nello spazio sotto forma di calore. Lentropia dellintero sistema (chiuso) (Sole, Terra e spazio) aumenta sempre. Tuttavia, lentropia solo sulla Terra può effettivamente diminuire. Lentropia è spesso indicata come misura del caos, così lordine sarebbe lopposto dellentropia. In questo senso la vita biologica e levoluzione rappresentano una materia altamente organizzata e quindi una bassa entropia. Tale riduzione dellentropia come lemergere della vita e la sua evoluzione sulla Terra era possibile esattamente perché la Terra da sola non è un sistema chiuso, ma un condotto di tremendows aumento dellentropia dellenergia solare dissipata come calore. Senza questo costante aumento dellentropia la vita sulla Terra sarebbe impossibile. È esattamente laumento dellentropia nellintero sistema che ha permesso allentropia nella parte del sistema di diminuire producendo così vita, evoluzione e, in ultima analisi, intelligenza.

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• Anche in un sistema chiuso, lentropia può diminuire. Basta rimuovere il calore da un corpo, ad esempio.
• @Chester Miller: potresti fornire un collegamento o un riferimento allidea che lentropia di un sistema chiuso possa diminuire?
• Bene , ogni libro di testo di termodinamica ha lequazione $ dS = dq_ {rev} / T $. Cosa concluderesti se ti dicessi che $ dq_ {rev} $ è negativo per un particolare processo (come la compressione isotermica di un gas ideale o il raffreddamento di un solido)?
• @Chester Miller: I tuoi esempi sono non sistemi chiusi e non rispondono alla mia domanda. Non sto chiedendo idee o conclusioni. Ti chiedo se puoi fornire un riferimento specificatamente affermando che ” lentropia di un sistema chiuso può diminuire “.La ragione per cui chiedo è che un tale sistema violerebbe la legge dellaumento dellentropia in un sistema chiuso e non ho ‘ sentito parlare di alcuna violazione di questa legge. Quindi, se hai qualche riferimento effettivo (diverso dalle tue deduzioni), ‘ sarei interessato a imparare.
• Penso che qui abbiamo un problema di terminologia. Quando un fisico parla di un sistema chiuso, ciò che intende è quello in cui non cè scambio di massa, calore o lavoro con lambiente circostante; questo è ciò che noi ingegneri chiamiamo un sistema isolato . In ingegneria (e nella maggior parte dei libri termici), un sistema chiuso è quello in cui non cè scambio di massa con lambiente circostante; sono consentiti scambi di calore e lavoro. Vedi il seguente link: google.com/…

Sì. Inverti la velocità di tutte le particelle nelluniverso e lentropia diminuirà.

https://youtu.be/yRvbEoHHx4M?t=39m14s

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• Puoi descriverlo più chiaramente?
• [link] ( youtu.be/yRvbEoHHx4M?t=36m42s )
• @safesphere Allora perché il passato aveva unentropia più bassa allora adesso? Stai suggerendo che il passato non ‘ esista?
• @safesphere Se il sistema isolato seguisse leggi deterministiche, invertendo le velocità di tutte le particelle in quello il sistema causerebbe infatti solo una diminuzione dellentropia. Ma ancora una volta, ciò richiederebbe che il sistema isolato sia perfettamente deterministico.