אנטרופיה: מה זה ומה הם סוגיו

ישנם מדעים שונים שלמרות שהם שונים בתכלית, מתכנסים במציאת המוצא, התבנית וההסתברות לשינוי מושא הלימוד שלהם. מדעים אלה כוללים פיזיקה, כימיה, מחשוב, תרמודינמיקה וכלכלה.

ההסתברות לשינוי קשורה להפרעה מסוימת הנמצאת בתוך מערכת; כדי להסביר הפרעה זו משתמשים באנטרופיה, מונח המשמש בפי.

למרות שזו תאוריה קצת מסובכת, יישומיה במדעי המידע, הפיזיקה והכימיה הפכו פופולריים. לכן, כדאי לדעת מה זה ואיזה סוגים קיימים.

מהי אנטרופיה?

ניתן להגדיר אנטרופיה ככמות פיזיתכלומר כמות ניתנת למדידה בתוך מערכת פיזית; גודל פיזי זה משמש למדידת רמת הנטייה להפרעה שיש למערכת במצב נתון.

מדד זה של הפרעה גם מאפשר לקבוע כמה אנרגיה לא ניתן לשלוט ולכן אינו מועיל לעבודה; בנוסף, הוא מאפשר לנו להבחין באנרגיה שימושית, כלומר זו שהוסבה לחלוטין לעבודה.

תיאוריית האנטרופיה קובעת שעם הזמן המערכות נוטות להפרעה רבה יותר, אצל אחרים במעבדות, רמות האנטרופיה שלהן עולות. לכן, ניתן לומר כי זהו מדד לרמת ההפרעה בתוך מערכת או להידרדרות הדרגתית שלה.

במתמטיקה האנטרופיה מיוצגת באות S והיא מבוססת על הסתברויות; בסיס זה מאפשר להשתמש בתיאוריה זו במדעים כגון מדעי המחשב וכלכלה.

איך זה אפשרי? בתוך מדעים אלה, האנטרופיה מתייחסת להסתברות לקבל מידע אקראי במערכת מידע או לא. זה היה משנת 1948 כשהמהנדס קלוד אי. שאנון מעלה את אנטרופיה מידע כדרך למדידת אקראיות.

סוגי האנטרופיה

בהתאם למידת ההפרעה בתוך מערכת, ניתן לומר כי ישנם שני סוגים של אנטרופיה. אלו הם:

אנטרופיה שלילית

אנטרופיה או תחביר שלילי, בעל תפקוד מנוגד לאנטרופיה. לכן ניתן להגדירו ככוח או הליך המביא איזון למערכת על ידי הפחתת או ביטול אי סדר.

בתחילה הועלה מונח זה על ידי ארווין שרדינגר, פיזיקאי גרמני, שהסביר כי יצורים חיים שונים מתפקדים כסוכני איזון עבור מערכות מסוימות. בין היצורים החיים האלה יש בני אדם, שהישרדותם תלויה בחלקו בסדר.

אנטרופיה חיובית

אנטרופיה חיובית, המכונה לעתים קרובות רק אנטרופיה, מתייחסת למערכת שדרגת ההפרעה המולקולרית שלה גבוהה. כלומר, רמת האנטרופיה שלה גבוהה יותר.

מהן היישומים של האנטרופיה

מכיוון שניתן להשתמש בתורת האנטרופיה במדעים שונים, ניתן ליישם אותה בתחומים שונים של חיי היומיום. חלק מהדוגמאות הן:

• אנטרופיה במערכות אבטחת מחשבים: בתחום זה היא משמשת ליצירת מפתחות הצפנה המגינים על מערכת. בנוסף, הוא מאפשר לזהות ולעצור, במקרים מסוימים, מתקפות סייבר.
• אנטרופיה בתעשיית הרכב: ניתן להשתמש בנוסחת האנטרופיה בכל סוג של מודל אנרגיה; לכן, ניתן ליישם אותו על תאי הבעירה המשמשים ברכבים.
• אנטרופיה בפסיכולוגיה: במקרה זה ניתן ליישם אותה על המערכות החברתיות בהן בני האדם מתפתחים. לכל הפרטים יש קווי דמיון והבדלים בו זמנית ושימור תלוי בהם.
• אנטרופיה בבלשנות: בתחום זה היא מתייחסת לאופן שבו המידע מאורגן ומופץ בתזה. בדרך זו ניתן לנתח מידע זה בתהליך התקשורת.

דוגמאות לאנטרופיה בחיי היומיום

• בתוך מטבח ניתן לראות כלי זכוכית כמערכת בסדר ואיזון מלא. אם זה היה נופל ומתפרק לחתיכות רבות זה היה עובר אירוע אנטרופי, כלומר, שינוי יתרחש וגורם לאי סדר. אבל לא יתכן שהאירוע יקרה הפוך, וכלי זכוכית ייווצר מהחתיכות.
• מוות תרמי, כפי שהם מכנים בפיזיקה העכשווית מה שהם רואים כסוף היקום הוא גם דוגמה לאנטרופיה. תיאוריה זו גורסת שבשלב מסוים היקום יגיע לשיווי משקל, נקודה של אנטרופיה מקסימלית, ולכן הוא יפסיק להתפתח.

מקורות והפניות:

• בונט ל. (2021, ינואר) מושגי יסוד אנטרופיה.
• Centro Estudios Cervantinos (ENTROPY: כל מה שאתה צריך לדעת)