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Entropie : Zeit, Tod und schmutziges Geschirr

Ludwig Eduard Boltzmann Bild: Archiv

Hinter allem Verfall steckt das unaufhaltsame Anwachsen der Entropie. Vor hundert Jahren starb Ludwig Boltzmann, jener Physiker, der diese rätselhafte Größe erstmals erklären konnte.

          Am Eiger bröselt der Fels, im Obstkorb vergammelt ein Apfel, im Spülbecken stapeln sich die Teller: Alldem ist zweierlei gemeinsam: Es ist eher bedauerlich und produziert Entropie. Dabei ist die sowieso schon allgegenwärtig. Jeder Gegenstand hat sie, mal mehr, mal weniger. Wo es besonderst viel davon gibt, da herrscht Unordnung, Chaos, Desinformation, Langeweile - und der Tod. Doch Entropie ist zunächst eine physikalische Größe. Als solche - und das macht ihr Image nicht gerade besser - gilt sie als ausgesprochen unanschaulich. Nicht ganz zu Recht, denn dank des österreichischen Physikers Ludwig Boltzmann, dessen Todestag sich in diesen Tagen zum hundertsten Male jährte, kann man die Entropie zumindest bis zu einem gewissen Grad anschaulich verstehen.

          Ulf von Rauchhaupt

          Verantwortlich für das Ressort „Wissenschaft“ der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung.

          Am Ruf der Entropie als besonders kryptische Größe ist Rudolf Clausius nicht ganz unschuldig. Dieser Physiker begründete Mitte des 19. Jahrhunderts die moderne Wärmelehre (auch Thermodynamik genannt), und es war dieser Zweig der Physik, in dem die Entropie zuerst auftauchte. Clausius hatte festgestellt, daß hinter dem Phänomen der Wärme eine Energieform steckt. Doch wieviel man mit dieser Energie anstellen kann, hängt offenbar von der Temperatur ab. Kühlt eine Tasse heißen Kaffees ab, geht Wärmeenergie auf die Luftmoleküle der Umgebung über, wo sie quasi versickert. Insbesondere ist es nicht möglich, die Wärme ohne zusätzlichen Energieaufwand wieder zurück in den Kaffee zu befördern, obgleich das nicht gegen den Energieerhaltungssatz verstieße. Es ist, als würde bei einer solchen Umwandlung vom Heißeren zum Kühleren etwas entstehen, was die Wärmeenergie gewissermaßen entwertet - und durch nichts mehr wegzukriegen ist.

          Entropie folgt wie Energie einem Grundsatz

          Dieses Etwas nannte Clausius die Entropie, nach dem griechischen Wort „tropê“ für „Umwandlung“. Die klangliche Ähnlichkeit zu „Energie“ ist kein Zufall. Denn wie diese dem Energieerhaltungssatz gehorcht, den Thermodynamiker auch „Ersten Hauptsatz der Wärmelehre“ nennen, so folgt die Entropie einem zweiten ebenso grundlegenden Satz: In geschlossenen Systemen, die mit ihrer Umgebung weder Energie noch sonst etwas austauschen, kann die Entropie niemals abnehmen.

          Wie die Energie ist Entropie eine mengenmäßige Größe, die von einem Ort zum anderen strömen kann. Wie die Energie kann sie nicht zerstört werden: Um die Entropie irgendeines Körpers zu erniedrigen, muß man sie woandershin pumpen. Genau das tut jeder Organismus, von der Bazille bis zum Mammutbaum, um dem allgemeinen Verfall zu entgehen: Er sucht sich möglichst niederentropische Nahrung - Zucker, Pizza, Sonnenlicht - und entsorgt die Entropie in die Ausscheidungen. Denn im Unterschied zur Energie entsteht von Entropie ständig mehr, ganz von alleine, aus dem Nichts und bei fast allen Prozessen, die in der Natur ablaufen. Jede nicht perfekt isolierte Tasse mit heißem Kaffee, jeder Stern, jede Mikrobe produziert Entropie und müllt das Universum immer mehr damit zu. Zum Glück sprudelt die Entropie nicht überall gleichmäßig, andernfalls gäbe es keine Strukturen und folglich kein Leben. Doch bleibt es eine unheimliche Vorstellung, die heute auch die Literatur beschäftigt.

          Teil jedes thermodynamischen Systems

          Clausius versuchte gar nicht, seine Entdeckung anschaulich zu verstehen. Er erklärte lediglich, Entropie sei eine „Zustandsgröße“, was nichts weiter heißt, als daß ein thermodynamisches System neben Kenngrößen wie Volumen, Druck oder Temperatur eben auch noch Entropie besitzt. Nun ist etwa die Temperatur gut zu erklären. Die Temperatur eines Gases ist die mittlere Bewegungsenergie seiner Moleküle. Doch was Entropie auf der Ebene der Moleküle bedeuten soll, das war zunächst ein Rätsel.

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