Entropie ist Alltag

Der Begriff Entropie gilt als nerdig, doch Entropie ist ein ganz alltägliches Phänomen. Wir kennen es alle bestens:

– Ist Ihre Küche einigermassen aufgeräumt und sauber?
– Haben Sie Ihre Zähne geputzt?
– Haben die Socken an ihren Füssen die gleiche Farbe?

Wenn Sie eine dieser Frage mit Ja beantworten, beschäftigen Sie sich im Alltag mit der Erstellung von Ordnung. Und Ordnung bedeutet die Abwesenheit von Entropie. Es gibt nichts Alltäglicheres als Entropie, sie umgibt uns in jeder Sekunde und wir gehen in jeder Sekunde aktiv mit Entropie um.

Wenn wir putzen, verschieben wir die Entropie nach aussen. Um Ordnung in der Küche zu haben, müssen wir alle ungewünschten Informationen und Strukturierungen, wie Speiseresten, Flecken etc. entfernen. Wir entfernen die unerwünschte Struktur und bekommen dafür eine reine, saubere Küche. Die Speiseresten sind natürlich nicht aus der Welt, nur aus der Küche. Sie landen im Abfallsack oder im Abwasser, also in der Aussenwelt und existieren dort weiter. Die Küche aber bekommt ihre Ordnung und Struktur zurück.

Wir haben dabei erfolgreich Entropie aus der Küche entfernt.

Entropie und Zeit

Entropie bewirkt unweigerlich den Zerfall von Ordnung. Sie wirkt wie der sprichwörtliche Zahn der Zeit. Alles zerfällt, es sei denn, jemand kümmert sich aktiv um den Erhalt oder die Wiederherstellung der Ordnung. Dann putzt er die Küche und wischt alles Unnötige nach draussen. Die Küche ist wieder blitzblank. Ein typische Entropiebehandlung, wie sie alltäglich stattfindet.

Denn nicht nur in der Küche wollen wir Ordnung, auch im Körper. Im Medizinstudium habe ich gelernt, dass Natrium aktiv aus den Zellen ins Blut gepumpt wird, und Kalium umgekehrt, vom Blut in die Zellen. Für das korrekte Funktionieren unserer Körper sind nur ganz bestimmte, eng umgrenzte Konzentrationen von Natrium und Kalium möglich und der Körper sorgt aktiv dafür, dass diese Werte eingehalten werden. Das gleiche gilt für praktisch alle anderen Stoffe im Körper, z.B. für Glukose (Zucker), oder auch für nichtstoffliche Werte wie die Körpertemperatur, bei der der eng begrenzte Bereich um 37 Grad eingehalten werden muss, sonst überleben wir nicht. Die Einhaltung dieser Konzentration ist ein Wirken gegen die Entropie, denn ohne den aktiven Eingriff des Stoffwechsels würde ein Körper sofort zerfallen. Der Körper sorgt also für ein Aufrechterhalten der Struktur, das ist eine aktive Tätigkeit gegen das Wirken der Entropie.

Leben und Entropie

Ungebremste Entropie würde zu einer steten Zerstörung von Strukturen führen. Biologische Strukturen aber sind autopersistent, d.h. sie haben eingebaute Mechanismen, welche die Entropie nach aussen wenden, und so die innere Struktur erhalten. Alles Leben ist auf diese Entropieverschiebung angewiesen. Sie funktioniert perfekt, wie wir sehen, wenn wir die vielfältigen biologischen Systeme um uns herum beobachten. Doch wie funktioniert die Autopersistenz der biologischen Systeme, wo doch der 2. Hauptsatz wie oben dargestellt eine stete Zerstörung der Strukturen bewirkt?

Die Antworten auf diese Frage sind hochinteressant.

Beispiele für Entropie

Es gibt unzählige Beispiele für das Wirken der Entropie. Wolfgang Salm¹ nennt folgende:

• Eine heisse Kaffeetasse kühlt sich mit der Zeit ab
• Wasser verdunstet in einem offenen Gefäss
• Angestossene Pendel bleiben nach einiger Zeit stehen
• Eisen rostet
• Magnete werden nach einigen Jahren schwächer
• Gelerntes wird vergessen
• Gekämmte Haare zerzausen sich
• Weisse Hemden werden fleckig
• Felsen zerbröckeln
• radioaktive Elemente zerfallen

Entropie und der 2. Hauptsatz der Physik

Entropie ist immer im Spiel, an jedem Ort und zu jeder Zeit. Die Physik hat zwei Hauptsätze, den Energiesatz und den Entropiesatz:

• 1. Hauptsatz: ∆E = 0
• 2. Hauptsatz: ∆S ≥ 0

Die Energie (E) bleibt im geschlossenen System konstant, die Entropie (S) kann nur zunehmen. Jede physikalische Aktion bewirkt eine Entropiezunahme.

Die zwei physikalischen Hauptsätze und die Zeit

Der Energiesatz ist zeitinvariant, denn ∆E = 0. Die Menge an Energie bleibt über die Zeit erhalten.
Der Entropiesatz hingegen führt die Zeit ein, denn wegen ∆S ≥ 0 kann die Entropie S nur zunehmen.

Entropie ist allgegenwärtig

Ordnung und Unordnung sind immer eine Frage der Entropie. Jeder Organismus und jedes System kann nur solange existieren, als die einmal angesagt Ordnung erhalten bleibt. Denn die Entropie vermehrt sich unweigerlich mit jeder physikalischen Aktion und und droht permanent, die bisherier Ordnung zu zerstören. Das ist die Wirkung des zweiten Hauptsatzes der Physik. Immer geschehen Dinge, die ich gar nicht will – z.B. in meiner Küche: Brosamen zerstreuen sich und fallen vom Tisch. Dabei habe ich erst gestern den gewischt. Speisereste kleben, wo es nicht geplant war. Ein Glas geht kaputt. Alles Dinge, welche die Entropie vermehren. Jede Hausfreu und jeder Hausmann kennt das und bringt dann notgedrungen die Küche wieder in Ordnung – und die Entropie raus. Der Meister Proper der Werbung zeigt das beispielhaft, er ist nichts anderes als ein Entropie-Buster. Wenn er alles blitzblank reinigt, bringt er – physikisch gesehen – die Entropie, d.h. die Unordnung aus der dreckigen Küche wieder heraus.

Entropie ist allgegenwärtig und alltäglich. Wenn Sie glauben, dass Entropie nichts mit Ihnen zu tun hat, führen Sie keinen Haushalt. Sie leben vielleicht in einer abgehobenen Abstraktion. Sie sind ein Nerd. In der einfachen Realität des Alltags hingegen entsteht immer Entropie – jede Hausfrau und jeder Hausmann weiss das.

¹ Salm, W: Entropie und Information – naturwissenschaftliche Schlüsselbegriffe, Aulis Verlag Deubner, Köln, 1997