Xem mã nguồn của Entropy

{{Thông tin đại lượng vật lý
| tên = Entropy
| ký hiệu = ''S''
| đơn vị = [[joule]] trên [[Kelvin]] (J·K⁻¹)
| đơn vị cơ bản = kg·m²·s⁻²·K⁻¹
| thứ nguyên = [[Khối lượng|M]]·[[Chiều dài|L]]²·[[Thời gian|T]]⁻²·[[Nhiệt độ|Θ]]⁻¹
| đại lượng tính chất = [[Đại lượng quảng tính|Quảng tính]]
| bảo toàn = Không
}}
{{Nhiệt động lực học}}
{{Vật lý hiện đại}}
{{Hệ thống phức tạp}}
:''Với entropy trong lý thuyết thông tin, xem [[entropy thông tin]]. Với các nghĩa khác, xem [[Entropy (định hướng)]].''

'''Entropy''' là một đại lượng vật lý và một khái niệm khoa học trung tâm dùng để mô tả xu hướng của các hệ tự nhiên đi từ trạng thái có ít cấu hình khả dĩ sang trạng thái có nhiều cấu hình khả dĩ hơn. Trong [[nhiệt động lực học]], entropy liên hệ với sự phân tán năng lượng và tính bất thuận nghịch của các quá trình; trong [[vật lý thống kê]], nó gắn với số lượng các [[trạng thái vi mô]] tương ứng với một trạng thái vĩ mô; trong [[lý thuyết thông tin]], entropy đo mức độ không chắc chắn của thông tin.<ref name="Wehrl1978">{{chú thích tạp chí
 |tác giả=Wehrl, Alfred
 |năm=1978
 |tiêu đề=General properties of entropy
 |tạp chí=Reviews of Modern Physics
 |tập=50
 |số=2
 |trang=221–260
 |doi=10.1103/RevModPhys.50.221
}}</ref>

[[Tập tin:Ice water.jpg|thumb|right|250px|Sự tan chảy của nước đá là một ví dụ điển hình về quá trình làm tăng entropy.]]

== Tổng quan vật lý ==
Trong một [[hệ cô lập]], entropy không thể giảm theo thời gian. Mệnh đề này là nội dung cốt lõi của [[định luật hai nhiệt động lực học]]. Hệ quả là các quá trình tự nhiên có một chiều ưu tiên: nhiệt truyền từ nơi nóng sang nơi lạnh, vật chất có xu hướng trộn lẫn, và các cấu trúc có trật tự chỉ có thể được duy trì khi có trao đổi năng lượng với môi trường.<ref name="Kondepudi1998">{{chú thích sách
 |tác giả=Kondepudi, Dilip; Prigogine, Ilya
 |năm=1998
 |tựa đề=Modern Thermodynamics: From Heat Engines to Dissipative Structures
 |nhà xuất bản=Wiley
 |nơi xuất bản=Chichester
 |isbn=9780471973947
}}</ref>

== Lịch sử ==
{{Chính|Lịch sử của entropy}}
Khái niệm entropy hình thành từ các nghiên cứu về động cơ nhiệt trong thế kỷ 19. [[Sadi Carnot]] (1824) xác lập giới hạn hiệu suất của động cơ nhiệt. [[Rudolf Clausius]] (1850–1865) giới thiệu thuật ngữ ''entropy'' và phát biểu định luật hai dưới dạng toán học.<ref name="Clausius1865">{{chú thích sách
 |tác giả=Clausius, Rudolf
 |năm=1865
 |tựa đề=The Mechanical Theory of Heat
 |nhà xuất bản=John van Voorst
 |nơi xuất bản=London
}}</ref> Cuối thế kỷ 19, [[Ludwig Boltzmann]] và [[Josiah Willard Gibbs]] xây dựng nền tảng thống kê cho entropy, liên hệ đại lượng vĩ mô này với số lượng trạng thái vi mô.

== Định nghĩa trong nhiệt động lực học cổ điển ==
Trong nhiệt động lực học, entropy được định nghĩa thông qua các quá trình thuận nghịch. Với một biến đổi vi phân thuận nghịch ở nhiệt độ tuyệt đối <math>T</math>:
<center><math>dS = \frac{\delta Q_{\text{thuận nghịch}}}{T}</math></center>

Entropy là một [[hàm trạng thái]], không phụ thuộc vào con đường biến đổi. Đơn vị SI của entropy là joule trên kelvin (J·K⁻¹).

=== Tính thuận nghịch và không thuận nghịch ===
Các quá trình thuận nghịch là mô hình lý tưởng, trong đó hệ luôn gần cân bằng và không có tiêu tán; tổng entropy của hệ và môi trường không đổi.<ref name="Callen1985">{{chú thích sách
 |tác giả=Callen, Herbert B.
 |năm=1985
 |tựa đề=Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics
 |địa chỉ=https://archive.org/details/thermodynamicsan0000call
 |ấn bản=2
 |nhà xuất bản=Wiley
 |nơi xuất bản=New York
 |isbn=9780471862562
}}</ref>

Ngược lại, các quá trình tự nhiên thực tế đều không thuận nghịch do ma sát, khuếch tán hoặc chênh lệch nhiệt độ hữu hạn, và luôn dẫn đến sự gia tăng entropy tổng cộng.<ref name="Zemansky1997">{{chú thích sách
 |tác giả=Zemansky, Mark W.; Dittman, Richard H.
 |năm=1997
 |tựa đề=Heat and Thermodynamics
 |ấn bản=7
 |nhà xuất bản=McGraw-Hill
 |nơi xuất bản=New York
 |isbn=9780070666479
}}</ref>

== Định nghĩa trong vật lý thống kê ==
[[File:NewOne-Mixed_paper_offcuts_illustrating_material_entropy02.jpg|thumb|right|300px|Giấy lề phát sinh từ cắt công nghiệp minh họa sự gia tăng số cấu hình vi mô khả dĩ.]]

Trong vật lý thống kê, entropy được gắn với số lượng cấu hình vi mô <math>\Omega</math> ứng với một trạng thái vĩ mô xác định. Định nghĩa Boltzmann:
<center><math>S = k_B \ln \Omega</math></center>
trong đó <math>k_B</math> là hằng số Boltzmann.<ref name="Boltzmann1896">{{chú thích sách
 |tác giả=Boltzmann, Ludwig
 |năm=1896
 |tựa đề=Vorlesungen über Gastheorie
 |địa chỉ=https://archive.org/details/vorlesungenberg00boltgoog
 |tập=1
 |nhà xuất bản=J. A. Barth
 |nơi xuất bản=Leipzig
}}</ref>

Entropy là đại lượng quảng tính. Với hai hệ độc lập:
<center><math>S_{\text{tổng}} = S_1 + S_2</math></center>

== Entropy và mũi tên thời gian ==
[[File:NewOne-Mixed_paper_offcuts_illustrating_material_entropy01.jpg|thumb|left|280px|Trạng thái vật liệu có entropy cao minh họa tính bất thuận nghịch vĩ mô.]]

Sự gia tăng entropy cung cấp cơ sở vật lý cho [[mũi tên thời gian]]. Mặc dù các phương trình vi mô là đối xứng theo thời gian, các quá trình vĩ mô thể hiện tính bất thuận nghịch rõ rệt. Chiều mà entropy tăng chính là chiều thời gian quan sát được trong tự nhiên.<ref name="Eddington1928">{{chú thích sách
 |tác giả=Eddington, Arthur
 |năm=1928
 |tựa đề=The Nature of the Physical World
 |nhà xuất bản=Cambridge University Press
 |nơi xuất bản=Cambridge
}}</ref>

=== Nghịch lý Loschmidt ===
Nghịch lý Loschmidt đặt câu hỏi về sự mâu thuẫn giữa tính khả nghịch vi mô và sự gia tăng entropy. Vật lý thống kê giải thích điều này bằng xác suất: các trạng thái entropy thấp là cực kỳ hiếm trong không gian trạng thái.<ref name="Loschmidt1876">{{chú thích tạp chí
 |tác giả=Loschmidt, Josef
 |năm=1876
 |tiêu đề=Über den Zustand des Wärmegleichgewichtes
 |tạp chí=Sitzungsberichte der Akademie der Wissenschaften
 |tập=73
 |trang=128–142
}}</ref>

=== Con quỷ Maxwell ===
Các phân tích hiện đại cho thấy khi tính đến entropy thông tin (nguyên lý Landauer), việc xóa thông tin luôn làm tăng entropy môi trường, bảo toàn định luật hai.<ref name="LeffRex2002">{{chú thích sách
 |tác giả=Leff, Harvey S.; Rex, Andrew F.
 |năm=2002
 |tựa đề=Maxwell's Demon 2
 |nhà xuất bản=CRC Press
 |nơi xuất bản=Boca Raton
 |isbn=9780750307592
}}</ref>

== Entropy trong vũ trụ học ==
Trong vũ trụ học hiện đại, entropy dùng để mô tả trạng thái nhiệt động lực học tổng thể của vũ trụ và đóng vai trò trung tâm trong việc xác định mũi tên thời gian cũng như số phận cuối cùng của vũ trụ.<ref name="Penrose2010">{{chú thích sách
 |tác giả=Penrose, Roger
 |năm=2010
 |tựa đề=Cycles of Time: An Extraordinary New View of the Universe
 |nhà xuất bản=Bodley Head
 |nơi xuất bản=London
 |isbn=9780224080361
}}</ref>

=== Entropy ban đầu của Big Bang ===
Mặc dù Big Bang là trạng thái cực nóng và đậm đặc, entropy ban đầu của vũ trụ lại rất thấp do trường hấp dẫn ở trạng thái trật tự cao và phân bố vật chất gần như đồng đều. Trạng thái entropy thấp này được xem là điều kiện nền tảng cho sự hình thành mũi tên thời gian vũ trụ.<ref name="Penrose2010" />

=== Entropy và lỗ đen ===
Entropy lỗ đen tỷ lệ với diện tích chân trời sự kiện theo công thức Bekenstein–Hawking.<ref name="Hawking1975">{{chú thích tạp chí
 |tác giả=Hawking, Stephen W.
 |năm=1975
 |tiêu đề=Particle creation by black holes
 |địa chỉ=https://archive.org/details/sim_communications-in-mathematical-physics_1975_40_3/page/199
 |tạp chí=Communications in Mathematical Physics
 |tập=43
 |số=3
 |trang=199–220
 |doi=10.1007/BF02345020
}}</ref>

=== Lỗ trắng và Big Crunch ===
Lỗ trắng là nghiệm toán học nghịch thời gian của lỗ đen nhưng bị coi là phi vật lý do yêu cầu entropy giảm theo thời gian, trái với định luật hai. Trong các kịch bản Big Crunch, entropy tiếp tục tăng, khiến trạng thái cuối không đối xứng với Big Bang ban đầu.<ref name="Carroll2010">{{chú thích sách
 |tác giả=Carroll, Sean M.
 |năm=2010
 |tựa đề=From Eternity to Here: The Quest for the Ultimate Theory of Time
 |địa chỉ=https://archive.org/details/isbn_9780525951339
 |nhà xuất bản=Dutton
 |nơi xuất bản=New York
 |isbn=9780525951339
}}</ref>

== Xem thêm ==
* [[Định luật hai nhiệt động lực học]]
* [[Entropy thông tin]]
* [[Con quỷ của Maxwell]]

== Tham khảo ==
{{tham khảo}}
== Liên kết ngoài ==
* {{Britannica|189035|Entropy (physics)}}
* {{TĐBKVN|13864|ENTROPI}}
* [https://mathworld.wolfram.com/Entropy.html Entropy] tại [[MathWorld]]
* {{Mathworld |title=Entropy |urlname=Entropy}}
{{Sơ khai vật lý}}
{{Thanh cổng thông tin|Vật lý|Hóa học|Văn học|Đức}}
{{Năng lượng}}
{{Chủ đề Cơ học thống kê}}
{{Chủ đề hệ thống phức tạp}}
{{Thời gian}}
{{Kiểm soát tính nhất quán}}

[[Thể loại:Entropy]]
[[Thể loại:Nhiệt động lực học]]
[[Thể loại:Vật lý thống kê]]
[[Thể loại:Đại lượng vật lý]]