Entropie und Information(Fahr)

1. Information und Entropie eines Systems sind gegenläufig. Bei Zunahme der Entropie nimmt die systemimmanente Information ab und umgekehrt. Es besteht eine Beziehung I(t) = C * exp(-S(t)/k)

In einem abgeschlossenen System nimmt die Entropie zu und die Information ab, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist, in dem die Entropie maximal und die Information minimal ist. Zerlegt man ein noch nicht im Gleichgewicht befindliches System in zwei Teilsysteme, so nimmt in dem Teilsystem mit der höheren spezifischen Entropie (heißes System) die Entropie ab und in dem Teilsystem mit der niedrigeren spezifischen Entropie (kaltes System) zu, wobei die Gesamtentropie zunimmt. Betrachtet man nur das erste Teilsystem, so nimmt dort die Entropie ab und die Ordnung, d.h. die Information zu. Das Anwachsen der Entropie in einem nicht im Gleichgewicht befindlichen System ist also immer mit dem Anwachsen von Ordnung und Information in einem Teilsystem verbunden, in dem die Entropie abnimmt.

2. Das Boltzmannsche H-Theorem wird oft als Begründung für die Irreversibilität Thermodynamischer Prozesse angeführt. Es gilt aber nur unter der Voraussetzung des vollständigen molekularen Chaos, das nur in unmittelbarer Nähe des thermodynamischen Gleichgewichtszustandes existiert. Schwankungen in der Nähe des Gleichgewichtszustandes sind aber immer reversibel, d.h. bei kleinem Abweichungen kehrt das System in den Gleichgewichtszustand zurück.

3. In kosmischen Gaswolken oberhalb der "Jeansgröße" existiert wegen der Selbstgravitation kein molekulares Chaos und die Gesetze der Thermodynamik sind nicht mehr anwendbar. Dies gilt in noch weit größerem Maße für Plasmawolken.

4. In kosmischen Maßstäben erfolgt die Entropieproduktion nicht in Form der Bildung eines thermodynamischen Gleichgewichtszustandes, sondern durch gravitative Kontraktion der Gaswolken, die mit Struktur und Informationsbildung und damit einer Minderung der Entropie in Teilbereichen verbunden ist. Die Gravitationsenergie wird dabei in elektromagnetische Strahlung umgesetzt, wobei in hohem Maße Entropie produziert und in den Weltraum abgestrahlt wird. Die Entropieproduktion setzt sich fort durch Umwandlung von Fusionsenergie in Strahlungsenergie bei der Entwicklung der Sterne.

5. In einem nicht expandierenden Kosmos würde sich die Strahlungsenergie solange erhöhen, bis ein Strahlungsgleichgewicht die weitere Abstrahlung von Energie aus den Sternen verhindert. Im expandierenden Kosmos wird die Strahlungtemperatur aber kontinuierlich abgesenkt, so daß sich kein Gleichgewicht einstellen kann. Im expandierenden Kosmos ist die immerwährende Entropieproduktion also mit fortwährender Strukturbildung der Materie verbunden, die Evolution des Kosmos also zwangsläufig.

6. Beim Übergang zum Gravitationskollaps zu Schwarzen Löchern hört die Abgabe von Entropie aus den Sternen in den Kosmos auf und kehrt sich um. Es ist deshalb ein Endzustand des Kosmos denkbar, in dem außerhalb der Schwarzen Löcher die Gesamtentropie wieder abnimmt. Die Strukturierung des äußeren Kosmos setzt sich also fort, wobei immer mehr Materie in den Schwarzen Löchern verschwindet.

Innerhalb des Schwarzen Loches wird aber die Produktion von Entropie fortgesetzt. Die Entropie des Schwarzen Loches steigt also weiter bis ins unermeßliche an und der Schwarzschildradius wächst. Ob diese Entropie wegen der fehlenden Wechselwirkung der Entropie des äußeren Kosmos zugerechnet werden kann, ist mehr als fraglich.

7. In der Phase des Urknalls ist die Entropieproduktion ungeklärt. Bei einer Ausdehnung des Weltall mit Überschall- bez. mit Überlichtgeschwindigkeit erfolgt eine isotherme Expansion mit Entropieerzeugung. Bei Ausdehnung mit geringerer Geschwindigkeit ergibt sich adiabatische Expansion ohne Entropieproduktion bei Absenkung der Temperaturen. In dieser Phase entsteht Entropie durch Wasserstofffusion und Bildung von Photonen. Die adiabatische Abkühlung verhinderte den weiteren Informationsverschleiß durch Kernfusion bis zum Eisen und hinterließ genügend freie Energie für die weitere Evolution des Kosmos in späteren Zeiten.

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