เอนโทรปี
เอนโทรปีเป็นมาตรวัดที่เกี่ยวข้องกับการกระจายพลังงาน ความเป็นไปได้ระดับจุลทรรศน์ ความไม่ย้อนกลับ และความไม่แน่นอนในระบบกายภาพและระบบสารสนเทศ
เอนโทรปีหมายถึงอะไร
เอนโทรปีเป็นปริมาณที่ปรากฏในอุณหพลศาสตร์ กลศาสตร์สถิติ และทฤษฎีสารสนเทศ ในระบบกายภาพ มันเกี่ยวข้องกับการกระจายพลังงานและจำนวนความเป็นไปได้ระดับจุลทรรศน์ที่ซ่อนอยู่ใต้สภาวะที่มองเห็นได้ ในระบบสารสนเทศ มันวัดความไม่แน่นอนก่อนที่จะรู้ข้อความหรือผลลัพธ์
เอนโทรปีในอุณหพลศาสตร์
เอนโทรปีทางอุณหพลศาสตร์ช่วยติดตามว่ากระบวนการใดเกิดขึ้นเองได้ ความร้อนไหลตามธรรมชาติจากวัตถุร้อนไปสู่วัตถุเย็น และเครื่องยนต์จริงไม่สามารถเปลี่ยนความร้อนที่รับมาทั้งหมดเป็นงานได้ เอนโทรปีให้รูปแบบที่แม่นยำแก่ขีดจำกัดเหล่านี้และทำให้ความไม่ย้อนกลับเป็นส่วนหนึ่งของการบัญชีพลังงาน
กฎข้อที่สอง
กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์กล่าวว่าเอนโทรปีของระบบโดดเดี่ยวไม่ลดลง เอนโทรปีเฉพาะที่อาจลดลงได้ เช่น เมื่อตู้แช่แข็งทำให้น้ำกลายเป็นน้ำแข็ง แต่ตู้แช่แข็งปล่อยความร้อนและเพิ่มเอนโทรปีที่อื่น กฎนี้จึงเป็นเรื่องการนับรวมทั้งหมด ไม่ใช่ทุกบริเวณเล็ก ๆ ที่แยกออกมาตามลำพัง
การตีความเชิงสถิติ
กลศาสตร์สถิติเชื่อมเอนโทรปีกับจุลภาคสถานะ ซึ่งคือการจัดเรียงระดับจุลทรรศน์อย่างละเอียดของอนุภาคและพลังงาน แก๊สที่กระจายทั่วห้องมีจุลภาคสถานะที่เข้ากันได้มากกว่าแก๊สเดียวกันที่อัดอยู่มุมหนึ่งอย่างมหาศาล สภาวะที่มีจุลภาคสถานะเข้ากันได้มากกว่าจึงมีโอกาสถูกสังเกตมากกว่ามาก
ความไร้ระเบียบและข้อจำกัดของคำนี้
เอนโทรปีมักถูกอธิบายว่าเป็นความไร้ระเบียบ แต่คำลัดนี้อาจทำให้เข้าใจผิด ห้องรกไม่ใช่ระบบอุณหพลศาสตร์ในความหมายที่สะอาดแบบเดียวกับแก๊สหรือเครื่องยนต์ความร้อน ภาษาที่แม่นยำกว่าจะเน้นการกระจายพลังงาน จุลภาคสถานะที่เข้าถึงได้ และข้อจำกัดที่กำหนดระบบ
เอนโทรปีในสารสนเทศ
เอนโทรปีสารสนเทศซึ่งโคลด แชนนอนนำเสนอ วัดความไม่แน่นอนในข้อความหรือผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ การโยนเหรียญยุติธรรมมีเอนโทรปีมากกว่าเหรียญที่แทบออกหัวเสมอ เพราะผลครั้งถัดไปคาดเดาได้น้อยกว่า แนวคิดนี้อยู่เบื้องหลังการบีบอัด การเข้ารหัส การสื่อสาร และบางส่วนของแมชชีนเลิร์นนิง
เอนโทรปีในระบบจริง
เอนโทรปีปรากฏในการหลอมเหลว การผสม ปฏิกิริยาเคมี เครื่องยนต์ความร้อน ตู้เย็น แบตเตอรี่ กระบวนการภูมิอากาศ และเมแทบอลิซึมของสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตรักษาการจัดระเบียบเฉพาะที่ด้วยการแลกเปลี่ยนพลังงานและสสารกับสิ่งแวดล้อม จึงไม่ได้ละเมิดกฎเอนโทรปีทางอุณหพลศาสตร์
ทำไมมันถึงสำคัญ
เอนโทรปีสำคัญเพราะอธิบายว่าทำไมการเปลี่ยนแปลงบางอย่างจึงดูย้อนกลับง่ายในสมการแต่ไม่ง่ายในโลกจริง มันเชื่อมความสุ่มระดับจุลทรรศน์กับทิศทางระดับมหภาค กำหนดขีดจำกัดของเครื่องจักร หล่อหลอมพฤติกรรมทางเคมีและภูมิอากาศ และให้วิทยาการสารสนเทศมีวิธีวัดความไม่แน่นอน