Meneroka proses dalam alam semula jadi dan sebab di sebaliknya boleh memberi kita pemahaman yang lebih mendalam tentang sifat realiti. Segala-galanya mencari keadaan tenaga terendah: dunia yang kita tinggali dibentuk oleh pencarian berterusan untuk keseimbangan ini. Mengambil tingkah laku unsur sebagai contoh, dua atom hidrogen lebih cenderung untuk bergabung dalam molekul air kerana keadaan gabungannya mempunyai tenaga yang lebih rendah berbanding dengan kewujudan mereka yang berasingan. Ia seperti batu yang berada di tempat yang tinggi dan mempunyai tenaga berpotensi, dan secara semula jadi cenderung kepada keadaan tenaga yang lebih rendah, iaitu, jatuh ke bawah.

Alam semula jadi nampaknya sentiasa cuba menjimatkan tenaga, memilih cara untuk mengurangkan penggunaan tenaga sebanyak mungkin. Walau bagaimanapun, ini hanyalah sebahagian daripada gambaran yang lebih besar yang didedahkan oleh konsep entropi. Entropi sering dikaitkan dengan gangguan, yang meningkat secara berterusan dalam sistem tertutup, yang membawa kepada perubahan pada semua peringkat, daripada tindak balas mikroskopik kepada peristiwa kosmik. Entropi tinggi bermaksud gangguan tinggi, proses yang boleh dilihat sebagai peningkatan kepelbagaian kemungkinan keadaan sistem.

Peningkatan gangguan atau entropi ini menentukan arah masa dan memacu semua fenomena yang kita perhatikan. Mari kita kembangkan konsep ini untuk lebih memahami prinsip yang mentadbir dunia kita. Mengapakah keadaan tenaga rendah dikaitkan dengan tahap gangguan yang tinggi? Bagaimanakah kekacauan menjejaskan perkara mudah seperti titisan pensel?

Walaupun entropi sering dikaitkan dengan kekacauan, adalah lebih tepat untuk memikirkan entropi sebagai ukuran ketidakpastian atau kemungkinan keadaan sistem. Pandangan ini mendedahkan mekanisme pemacu sebenar alam semesta dan alam semula jadi yang lebih kompleks daripada keutamaan yang tidak teratur semata-mata.

Mari kita analisis daya yang merangsang proses dan tindak balas semula jadi, memecahkannya kepada komponen paling asasnya. Sebagai contoh, mengapa sesetengah atom bergabung untuk membentuk molekul manakala yang lain tidak? Atau mengapa haba mengalir secara semula jadi daripada panas kepada sejuk? Fenomena ini mendedahkan prinsip asas yang mengawal perubahan di alam semesta kita.

Fizik, dengan undang-undang pemuliharaan tenaga dan momentumnya, memberikan kita alat untuk memahami dan meramalkan perubahan ini. Tetapi ini membawa kepada paradoks: jika undang-undang ini mutlak, mengapa proses ini tidak dapat dipulihkan? Sebagai contoh, mengapa bola tidak kembali ke ketinggian asalnya selepas bergolek menuruni gunung? Apakah yang menghalangnya daripada memulihkan tenaga keupayaan daripada tenaga kinetik?

Jawapannya terletak pada pemahaman bahawa walaupun tenaga disimpan dalam sistem tertutup, ia diagihkan semula di sepanjang laluan baharu. Akibat geseran, sebahagian daripada tenaga tidak dapat dielakkan ditukar kepada haba, dan haba ini hilang ke dalam persekitaran. Akibatnya, tenaga yang digunakan bola untuk kembali ke ketinggian asalnya hilang, meningkatkan entropi sistem.

Ini jelas menunjukkan prinsip asas entropi: dalam sistem terpencil, entropi sama ada kekal sama atau meningkat. Oleh itu, walaupun undang-undang fizik membenarkan kebolehbalikan pada peringkat mikro, pada peringkat makro, proses menjadi sehala ke arah keadaan entropi yang lebih tinggi – lebih banyak jenis keadaan dan oleh itu ketidakpastian yang lebih besar.

Pertimbangkan contoh: anda boleh memecahkan telur, tetapi mustahil untuk mengembalikannya kepada bentuk asalnya. Ini membuatkan kita berfikir tentang sebab asas untuk memilih satu tindakan berbanding yang lain. Alam semesta nampaknya hanya bergerak ke hadapan di sepanjang anak panah masa. Tetapi apakah sebab pendekatan sehala ini?

Mari selesaikan masalah ini dengan contoh mudah. Bayangkan pensel biasa berdiri secara menegak di atas meja. Jika anda membiarkannya pergi, ia pasti akan jatuh dan berakhir dalam kedudukan mendatar. Mengapa ini berlaku? Pertama, pensel mempunyai tenaga keupayaan dalam kedudukan menegaknya. Tetapi pada masa jatuh, tenaga ini ditukar kepada tenaga kinetik – tenaga pergerakan. Apabila ia mencecah bahagian atas meja, tenaga kinetik ini ditukar kepada haba dan bunyi, yang dihantar ke atas meja dan udara sekeliling. Oleh itu, tenaga tidak hilang, tetapi berubah bentuk.

Jadi, mengapa pensel di atas meja tidak boleh mengumpul tenaga dari ruang sekeliling dan berdiri tegak semula? Ia mengenai isu pengagihan semula tenaga. Lagipun, jika anda naik, tenaga akan kekal di dalam sistem.

Jawapannya terletak pada kebarangkalian statistik. Kedudukan tegak hujung pensel memerlukan keseimbangan yang tepat dan kurang berkemungkinan daripada kedudukan mendatar yang tidak stabil. Peralihan daripada keadaan yang lebih teratur dan tidak mungkin kepada keadaan yang lebih huru-hara dan lebih berkemungkinan menunjukkan bagaimana alam semula jadi "memilih" antara kedua-duanya. Tenaga sudah pasti dipelihara, tetapi keadaan yang lebih berkemungkinan lebih disukai, dan inilah yang menjadikan proses itu tidak dapat dipulihkan pada skala makroskopik.

Oleh itu, walaupun tenaga dikekalkan, pensel masih akan jatuh kerana ini akan memindahkannya daripada keadaan tenaga keupayaan yang lebih tinggi dan kebarangkalian yang lebih rendah kepada keadaan tenaga yang lebih rendah dan kebarangkalian yang lebih tinggi. Proses ini adalah sehala, mengikut bukan sahaja undang-undang fizik, tetapi juga undang-undang kebarangkalian, menjadikan ketidakbolehpulihan fenomena yang diperhatikan susunan semula jadi perkara di dunia kita.

Fenomena menarik yang sering diperhatikan di dunia fizikal ialah walaupun jumlah tenaga dalam sistem tertutup tetap sama, sifat tenaga ini berubah. Ini amat jelas apabila kita mempertimbangkan penukaran antara bentuk tenaga yang berbeza. Dalam kes pensel kita, ia kehilangan kedudukan menegaknya dan jatuh di atas meja. Pada ketika ini, bukan sahaja pemindahan tenaga berlaku, tetapi juga peralihan dari satu jenis ke jenis yang lain.

Pada mulanya, apa yang dimiliki pensel ialah tenaga keupayaan – ia boleh berfungsi semasa musim gugur. Walau bagaimanapun, sebaik sahaja ia jatuh, tenaga keupayaannya ditukar kepada haba dan bunyi, yang dihantar ke meja dan udara. Walaupun tenaga transformasi ini masih disimpan dalam sistem, ia kehilangan keupayaannya untuk melakukan kerja. Tenaga haba dan bunyi yang dijana oleh kejatuhan tidak lagi digunakan dengan cekap seperti tenaga keupayaan dalam keadaan awal pensel.

Proses ini menggambarkan prinsip asas termodinamik, undang-undang tenaga berkurangan. Tenaga biasanya beralih daripada bentuk berguna kepada bentuk yang kurang berguna, iaitu, daripada keadaan teratur kepada keadaan yang kurang teratur. Dalam erti kata lain, tenaga yang boleh melakukan kerja menjadi tersebar, dan semakin kurang tenaga yang tersedia untuk melakukan kerja pada masa hadapan.

Prinsip yang sama terpakai kepada tindak balas kimia, seperti sintesis air. Apabila hidrogen dan oksigen digabungkan untuk membentuk air, tenaga dalam atom menjadi sebahagian daripada molekul baharu. Walau bagaimanapun, walaupun tenaga dilepaskan ke alam sekitar, ia tidak lagi boleh berfungsi dengan kecekapan yang sama seperti sebelum tindak balas. Ini menunjukkan bahawa sistem bergerak daripada keadaan tenaga tinggi kepada keadaan tenaga rendah dan kurang teratur.

Jadi, walaupun undang-undang pemuliharaan tenaga sentiasa berlaku, adalah penting untuk memahami bahawa tidak semua bentuk tenaga berfungsi sama. Menukar tenaga berguna kepada tenaga yang kurang berguna adalah kunci untuk memahami bukan sahaja proses termodinamik, tetapi juga bagaimana alam semesta secara keseluruhan berfungsi.

Rahsia pengagihan tenaga dalam alam semula jadi boleh diterangkan dalam nombor yang tidak dapat dibayangkan. Bayangkan jadual: ia terdiri daripada trilion atom, setiap satunya boleh berinteraksi dengan tenaga, seperti tenaga yang dipindahkan daripada pensel yang jatuh. Walaupun pensel tidak bergerak, tenaga keupayaannya terhad kepada beberapa cara ia boleh ditukar kepada gerakan. Walau bagaimanapun, sebaik sahaja tenaga ini dilepaskan, ia boleh diedarkan dalam pelbagai cara antara atom udara sekeliling dan meja itu sendiri.

Proses ini adalah permainan statistik: pemindahan tenaga pensel ke banyak atom menjadi bukan sahaja mungkin, tetapi juga berkemungkinan besar. Ini kerana terdapat lebih banyak cara untuk mengagihkan tenaga antara sebilangan besar atom daripada menggerakkan satu objek. Oleh itu, pemindahan tenaga dari pensel ke alam sekitar bukan sahaja mungkin, tetapi juga tidak dapat dielakkan secara statistik, terutamanya berbanding dengan keadaan di mana tenaga tidak mungkin kembali ke pensel.

Apabila menyelidiki lebih mendalam bidang termodinamik, kita menemui konsep entropi – ukuran tahap gangguan, atau bilangan cara sistem disusun. Entropi berkaitan dengan logaritma bilangan kemungkinan keadaan sistem: lebih banyak susunan yang mungkin dimiliki oleh sistem, semakin tinggi entropinya. Ini bermakna sistem dalam alam semula jadi tidak dapat dielakkan berkembang ke arah keadaan entropi maksimum, iaitu, ke arah bilangan maksimum keadaan yang mungkin. Apabila kita bercakap tentang kecenderungan sistem untuk menurunkan tenaga, kita sebenarnya merujuk kepada proses di mana tenaga diagihkan dengan cara yang memaksimumkan jumlah yang mungkin dikonfigurasikan oleh sistem. Ini adalah penjelmaan mengejar kepelbagaian dan keharmonian dalam sistem, yang seterusnya membentuk fenomena makroskopik yang kita perhatikan.

Konsep entropi adalah kunci untuk memahami corak tingkah laku objek di dunia kita. Ambil pensel, sebagai contoh, yang akan sentiasa kehilangan keseimbangan dan jatuh, menyebarkan tenaga ke alam sekitar. Ini kerana dalam kes ini, tenaga sistem dibahagikan kepada bilangan maksimum konfigurasi yang mungkin. Oleh itu, penerangan yang paling tepat tentang prinsip peningkatan entropi ialah proses semula jadi cenderung berlaku ke arah memaksimumkan jumlah pengagihan tenaga berpotensi. Ini tidak ditentukan dengan ketat oleh undang-undang fizik, tetapi mengikut peraturan kebarangkalian statistik.

Walau bagaimanapun, entropi bukan sekadar ukuran kekacauan, seperti yang sering disalahfahamkan. Ia berkait rapat dengan bilangan keadaan mikro berbeza yang mungkin dicapai oleh sistem dan kebarangkalian setiap keadaan berlaku. Pada bila-bila masa, negeri-negeri yang boleh dicapai dalam lebih banyak cara lebih berkemungkinan.

Memperluaskan konsep ini kepada skala kosmik, alam semesta yang berkembang menyediakan lebih banyak ruang dan peluang untuk mikrokosmos jirim dan tenaga yang berbeza. Semua kemungkinan permutasi pada masa lalu tidak sebanyak sekarang. Ini bermakna tahap entropi di alam semesta yang lebih luas adalah lebih tinggi hari ini berbanding pada masa lalu. Walaupun kami tidak menolak kemungkinan teori alam semesta yang mengecut, pemerhatian semasa dan model matematik mencadangkan bahawa pengembangan adalah trend dominan yang kita jangkakan untuk dilihat pada masa hadapan yang boleh dijangka.

Dari saat Big Bang, isipadu alam semesta benar-benar yang terkecil. Peristiwa asas ini meletakkan asas untuk entropi mencapai minimum pada masa itu. Sejak itu, alam semesta telah berkembang dan entropi telah berkembang apabila benang masa yang tidak kelihatan terungkap, yang sebenarnya boleh menjadi petunjuk utama untuk memahami sifat masa.

Fikirkan peredaran masa sebagai urutan transformasi yang tidak berkesudahan. Tiada apa-apa yang benar-benar statik: walaupun ia kelihatan statik, dunia di sekeliling kita sentiasa bergerak dalam irama yang berubah secara halus. Proses dalam otak kita, molekul bergetar di dinding, pergerakan berterusan menguasai permukaan luar dan struktur dalaman semua kewujudan. Peningkatan entropi ini mungkin merupakan intipati persepsi kita tentang peredaran masa. Jika tiada perubahan, tiada peningkatan entropi, konsep masa mungkin kehilangan maknanya.

Oleh itu, hubungan antara masa dan entropi bukan sekadar refleksi falsafah, ia adalah aspek utama pemahaman kita tentang realiti fizikal. Masa bukan sahaja mengukur urutan peristiwa, tetapi juga nampaknya bersifat statistik, dengan kemungkinan yang lebih besar untuk menunjuk ke masa depan daripada peluang untuk berhenti atau mundur.