Entropy là gì? - Jeff Phillips: tài liệu học tiếng Anh

There's a concept that's crucial to chemistry and physics. Cụm từ

Có một khái niệm rất quan trọng đối với hóa học và vật lý.

It helps explain why physical processes go one way and not the other. Ghi chú

Nó giúp giải thích tại sao các quá trình vật lý đi theo một hướng mà không phải hướng ngược lại.

Why ice melts,

Tại sao đá tan chảy,

why cream spreads in coffee,

tại sao kem lan tỏa trong cà phê,

why air leaks out of a punctured tire.

tại sao không khí rò rỉ ra khỏi một chiếc lốp bị thủng.

It's entropy,

Đó là entropy,

and it's notoriously difficult to wrap our heads around. Thành ngữ

và nó nổi tiếng là khó hiểu.

Entropy is often described as a measurement of disorder. Mạch ý

Entropy thường được mô tả như một thước đo của sự hỗn loạn.

That's a convenient image,

Đó là một hình ảnh dễ hình dung,

but it's unfortunately misleading.

nhưng thật không may là nó gây hiểu lầm.

For example,

Ví dụ,

which is more disordered?

cái nào hỗn loạn hơn?

A cup of crushed ice

Một cốc đá bào

or a glass of room temperature water?

hay một ly nước ở nhiệt độ phòng?

Most people would say the ice,

Hầu hết mọi người sẽ nói là đá,

but that actually has lower entropy.

nhưng thực ra nó có entropy thấp hơn.

So here's another way of thinking about it, Mạch ý

Vì vậy, đây là một cách suy nghĩ khác về nó,

through probability.

thông qua xác suất.

This may be trickier to understand,

Điều này có thể khó hiểu hơn,

but take the time to internalize it, Cụm từ

nhưng hãy dành thời gian để thấm nhuần nó,

and you'll have a much better understanding of entropy. Ngữ pháp

và bạn sẽ hiểu rõ hơn nhiều về entropy.

Consider two small solids,

Hãy xem xét hai vật rắn nhỏ,

which are comprised of six atomic bonds each. Cách dùng từ

mỗi vật bao gồm sáu liên kết nguyên tử.

In this model,

Trong mô hình này,

the energy in each solid is stored in the bonds.

năng lượng trong mỗi vật rắn được lưu trữ trong các liên kết.

Those can be thought of as simple containers, Cụm từ

Chúng có thể được coi là những thùng chứa đơn giản,

which can hold indivisible units of energy,

có thể chứa các đơn vị năng lượng không thể phân chia,

known as quanta. Văn hóa

được gọi là lượng tử.

The more energy a solid has,

Vật rắn càng có nhiều năng lượng,

the hotter it is.

thì nó càng nóng.

It turns out that there are numerous ways that the energy can be distributed in the two solids Ghi chú

Hóa ra có vô số cách để phân phối năng lượng trong hai vật rắn

and still have the same total energy in each.

mà vẫn giữ nguyên tổng năng lượng trong mỗi vật.

Each of these options is called a microstate. Văn hóa

Mỗi lựa chọn này được gọi là một trạng thái vi mô.

For six quanta of energy in solid A

Đối với sáu lượng tử năng lượng ở vật rắn A

and two in solid B,

và hai ở vật rắn B,

there are 9,702 microstates.

có 9.702 trạng thái vi mô.

Of course,

Tất nhiên,

there are other ways our eight quanta of energy can be arranged.

có những cách khác để sắp xếp tám lượng tử năng lượng của chúng ta.

For example,

Ví dụ,

all of the energy could be in solid A

tất cả năng lượng có thể ở vật rắn A

and none in B,

và không có gì ở B,

or half in A and half in B.

hoặc một nửa ở A và một nửa ở B.

If we assume that each microstate is equally likely, Ngữ pháp

Nếu chúng ta giả định rằng mỗi trạng thái vi mô có khả năng xảy ra như nhau,

we can see that some of the energy configurations have a higher probability of occurring than others. Cụm từ

chúng ta có thể thấy rằng một số cấu hình năng lượng có xác suất xảy ra cao hơn những cấu hình khác.

That's due to their greater number of microstates. Cụm từ

Đó là do số lượng trạng thái vi mô của chúng lớn hơn.

Entropy is a direct measure of each energy configuration's probability.

Entropy là thước đo trực tiếp xác suất của mỗi cấu hình năng lượng.

What we see is that the energy configuration in which the energy is most spread out between the solids Ngữ pháp

Những gì chúng ta thấy là cấu hình năng lượng trong đó năng lượng được phân tán nhiều nhất giữa các vật rắn

has the highest entropy.

có entropy cao nhất.

So in a general sense, Mạch ý

Vì vậy, theo nghĩa chung,

entropy can be thought of as a measurement of this energy spread.

entropy có thể được coi là thước đo sự phân tán năng lượng này.

Low entropy means the energy is concentrated.

Entropy thấp có nghĩa là năng lượng tập trung.

High entropy means it's spread out.

Entropy cao có nghĩa là nó bị phân tán.

To see why entropy is useful for explaining spontaneous processes Ghi chú

Để hiểu tại sao entropy hữu ích trong việc giải thích các quá trình tự phát

like hot objects cooling down,

như các vật nóng nguội đi,

we need to look at a dynamic system where the energy moves.

chúng ta cần xem xét một hệ động lực nơi năng lượng di chuyển.

In reality,

Trong thực tế,

energy doesn't stay put. Thành ngữ

năng lượng không đứng yên.

It continuously moves between neighboring bonds.

Nó liên tục di chuyển giữa các liên kết lân cận.

As the energy moves,

Khi năng lượng di chuyển,

the energy configuration can change.

cấu hình năng lượng có thể thay đổi.

Because of the distribution of microstates,

Do sự phân bố của các trạng thái vi mô,

there's a 21% chance that the system will later be in the configuration Ngữ pháp

có 21% cơ hội rằng sau đó hệ thống sẽ ở trong cấu hình

in which the energy is maximally spread out. Cụm từ

mà năng lượng được phân tán tối đa.

There's a 13% chance that it'll return to its starting point Cụm từ

Có 13% cơ hội nó sẽ trở lại điểm xuất phát

and an 8% chance that A will actually gain energy.

và 8% cơ hội A thực sự sẽ nhận thêm năng lượng.

Again,

Một lần nữa,

we see that because there are more ways to have dispersed energy and high entropy Ngữ pháp

chúng ta thấy rằng vì có nhiều cách để có năng lượng phân tán và entropy cao

than concentrated energy,

hơn là năng lượng tập trung,

the energy tends to spread out.

năng lượng có xu hướng phân tán ra.

That's why if you put a hot object

Đó là lý do tại sao nếu bạn đặt một vật nóng

next to a cold one,

cạnh một vật lạnh,

the cold one will warm up

vật lạnh sẽ ấm lên

and the hot one will cool down.

và vật nóng sẽ nguội đi.

But even in that example, Ngữ pháp

Nhưng ngay cả trong ví dụ đó,

there is an 8% chance that the hot object would get hotter.

vẫn có 8% cơ hội vật nóng sẽ trở nên nóng hơn.

Why doesn't this ever happen in real life?

Tại sao điều này không bao giờ xảy ra trong đời thực?

It's all about the size of the system. Cụm từ

Tất cả là do kích thước của hệ thống.

Our hypothetical solids only had six bonds each.

Các vật rắn giả định của chúng ta chỉ có sáu liên kết mỗi vật.

Let's scale the solids up to 6,000 bonds Cụm động từ

Hãy tăng tỷ lệ các vật rắn lên 6.000 liên kết

and 8,000 units of energy.

và 8.000 đơn vị năng lượng.

And again,

Và một lần nữa,

start the system with three quarters of the energy in A

bắt đầu hệ thống với ba phần tư năng lượng ở A

and one quarter in B.

và một phần tư ở B.

Now we find that the chance of A spontaneously acquiring more energy Cách dùng từ

Bây giờ chúng ta thấy rằng cơ hội A tự phát thu được nhiều năng lượng hơn

is this tiny number.

là một con số nhỏ xíu thế này.

Familiar everyday objects have many, Ngữ pháp

Các vật thể quen thuộc hàng ngày có nhiều,

many times more particles than this.

nhiều hạt hơn thế này gấp nhiều lần.

The chance of a hot object in the real world

Cơ hội một vật nóng trong thế giới thực

getting hotter is so absurdly small, Ngữ pháp

trở nên nóng hơn là nhỏ đến mức vô lý,

it just never happens.

nó đơn giản là không bao giờ xảy ra.

Ice melts, Mạch ý

Đá tan chảy,

cream mixes in,

kem hòa quyện vào,

and tires deflate

và lốp xe xẹp xuống

because these states have more dispersed energy than the originals.

bởi vì những trạng thái này có năng lượng phân tán hơn so với trạng thái ban đầu.

There's no mysterious force nudging the system towards higher entropy. Thành ngữ

Không có thế lực bí ẩn nào thúc đẩy hệ thống hướng tới entropy cao hơn.

It's just that higher entropy Ý định

Chỉ là entropy cao hơn

is always statistically more likely.

luôn có khả năng xảy ra về mặt thống kê.

That's why entropy has been called time's arrow. Thành ngữ

Đó là lý do tại sao entropy được gọi là mũi tên của thời gian.

If energy has the opportunity to spread out, Ngữ pháp

Nếu năng lượng có cơ hội phân tán,

it will.

nó sẽ phân tán.