Μπορεί να σχηματιστεί πάγος στην έρημο;
Ας υποθέσουμε ότι βρισκόμαστε στην έρημο, κάτω από τον καυτό ήλιο, με ένα ποτήρι νερό. Το αναμενόμενο είναι να εξατμιστεί. Υπάρχει όμως πιθανότητα, αντί να εξατμιστεί, να μετατραπεί σε πάγο; Η απάντηση είναι… θεωρητικά ναι!
Η Στατιστική Μηχανική και οι πιθανότητες
Η Στατιστική Μηχανική εξετάζει τη συμπεριφορά συστημάτων με τεράστιο αριθμό σωματιδίων. Ένα ποτήρι νερό περιέχει περίπου 10^23 μόρια. Θεωρητικά, η τυχαία κίνηση των μορίων μπορεί να οδηγήσει στη δημιουργία της τακτικής, κρυσταλλικής δομής του πάγου, ακόμη και σε θερμό περιβάλλον. Όμως οι πιθανότητες είναι ελάχιστες. Κάθε μόριο κινείται τυχαία και ανεξάρτητα, άρα οι συνδυασμοί που οδηγούν σε τάξη είναι ελάχιστοι σε σχέση με αυτούς που οδηγούν σε αταξία.
Ο Δεύτερος Νόμος της Θερμοδυναμικής
Στον Δεύτερο Νόμο της Θερμοδυναμικής, τα συστήματα τείνουν να εξελίσσονται προς καταστάσεις υψηλότερης αταξίας, δηλαδή μεγαλύτερης εντροπίας. Η δημιουργία πάγου στην έρημο αντιπροσωπεύει ακριβώς το αντίθετο: μια κατάσταση υψηλής τάξης. Επειδή οι πιθανότητες να συμβεί αυτό είναι αστρονομικά μικρές, πρακτικά δεν περιμένουμε να το δούμε. Ακόμη κι αν το νερό διαθέτει θεωρητικά τη δυνατότητα να παγώσει, η πραγματικότητα το οδηγεί σχεδόν πάντα προς εξάτμιση.
Γιατί είναι τόσο απίθανο;
Η ζέστη της ερήμου προσθέτει συνεχώς ενέργεια στα μόρια του νερού, αυξάνοντας τις ταχύτητές τους. Αυτό κάνει ακόμα πιο δύσκολο να οργανωθούν αυθόρμητα σε κρύσταλλο πάγου. Δεν υπάρχει θεμελιώδης νόμος που να το απαγορεύει, όμως η πιθανότητα είναι τόσο μικρή ώστε θεωρείται αδύνατο στην πράξη. Στην πραγματικότητα, ακόμη κι αν περιμέναμε για δισεκατομμύρια χρόνια, η πιθανότητα να δούμε τέτοιο παγάκι θα παρέμενε αμελητέα.
Συμπέρασμα
Συνοπτικά, ένα παγάκι μπορεί να σχηματιστεί ακόμη και στην έρημο — αλλά μόνο στη θεωρία. Η Στατιστική Μηχανική το επιτρέπει, η Θερμοδυναμική όμως το καθιστά ουσιαστικά αδύνατο.
Και η ιστορία δεν σταματά εδώ: πριν μιλήσουμε για τις αρνητικές θερμοκρασίες Kelvin, πρέπει πρώτα να γνωρίσουμε την έννοια της εντροπίας.
.
Αν σου άρεσε το άρθρο για τη Στατιστική Μηχανική, μπορείς να συνεχίσεις την ανάγνωση με ένα άρθρο σχετικό με το φαινόμενο Doppler ή ένα άρθρο σχετικά με τη ροπή αδράνειας.
