Avaat pakastimen, otat pari jääpalaa ja pudotat ne kivennäisveteen. Kylmä juoma virkistää mukavasti, mutta nautinnolla on hintansa. Sitä mukaa kuin jää sulaa, maailmanloppu lähestyy.
Jäässä molekyylit ovat hyvässä järjestyksessä, mutta kohdatessaan kivennäisveden se alkaa muuttua nestemäiseksi. Kiinteän aineen säännöllinen kiderakenne häviää, ja lopulta kaikki molekyylit liikkuvat lasissa ympäriinsä kaoottisesti.
Epäjärjestyksen määrä on kasvanut maailmankaikkeudessa hieman. Ja se vain jatkaa kasvuaan, kunnes kaikki tuhoutuu.
Termodynamiikan 2. pääsäännön kuvaamaa epäjärjestystä kutsutaan entropiaksi, ja sillä ymmärretään jotain muuta kuin vaikkapa kotona vallitsevaa sekamelskaa.
Fyysikko pitää entropiaa molekyylien väliin sulkeisessa järjestelmässä levinneen energian mittana.
Kun sulkeinen järjestelmä, kuten kultaharkko, on energian osalta tasapainossa, kaikilla järjestelmän molekyyleillä on sitä keskimäärin sama määrä. Koska molekyylit kuitenkin siirtävät jatkuvasti toisilleen energiaa, on epätodennäköistä, että niillä kaikilla on tietyllä hetkellä sitä täsmälleen yhtä paljon. Aivan yhtä epätodennäköistä on se, että yhdellä molekyylillä on kaikki energia.
Molekyylit suosivat epäjärjestystä
Jos kuvitellaan, että kultaharkko koostuu vain kolmesta molekyylistä ja kolmesta energiayksiköstä, jokaisella molekyylillä voi olla oma yksikkönsä, yhdellä yksilöllä voi olla kaikki kolme yksikköä jne. Esimerkkitapauksessa mahdollisia yhdistelmiä on kymmenen.
Koska aidossa kultaharkossa on miljardeja molekyylejä ja tuhansia triljoonia mahdollisia yhdistelmiä, on tilastollisesti äärimmäisen epätodennäköistä, että kaikki energiayksiköt kertyvät yhteen molekyyliin.
Todellisuudessa energia jakautuu itsestään kaikkiin molekyyleihin ja entropian määrä on siten mahdollisimman suuri.
Kylmässä kultaharkossa molekyylit värähtelevät vain vähän. Niiden on vaikea vaihtaa energiaa, ja entropian määrä on suhteellisen pieni.
Kuumassa kultaharkossa molekyylit tärisevät ja entropiaa on paljon. Kun kuuma ja kylmä harkko pannaan päällekkäin, entropia lisääntyy itsestään. Kuumasta harkosta siirtyy lämpöä kylmään niin kauan, että lämpötilaero tasoittuu.
Tapahtumasarjassa jäähtyvän harkon entropia vähenee vähän, mutta samanaikaisesti entropian määrä kasvaa lämpenevässä harkossa, sillä sen molekyylit voivat värähdellä vapaammin.
Energia jakautuu nyt eri tavoin, ja siksi entropia lisääntyy. Prosessi noudattaa termodynamiikan 2. pääsääntöä pilkulleen.
Kehityksen suunta ei voi koskaan olla päinvastainen. Kun kahden muun kultaharkon päälle asetetaan kylmä harkko, niiden lämpötila laskee ja siten entropia vähenee, mutta kylmä harkko on jättänyt jälkeensä suuremman kaaoksen toisaalla: se pakastin, jossa harkko on jäähdytetty, on luovuttanut lämpöä ympäröivään ilmaan ja lisännyt siinä vallitsevaa epäjärjestystä.
Koska entropia ei voi vähentyä, teoriassa universumin kaikki molekyylit sekoittuvat lopulta haaleaksi liemeksi. Onneksi siihen on vielä pitkä aika. Laskelmien mukaan entrooppinen maailmanloppu koittaa vasta 1026 vuoden kuluttua.