What is entropy? - Jeff Phillips

Translator: Tun Lin Aung + 1 Reviewer: Myo Aung

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

ဓာတုဗေဒနဲ့ ရူဗဗေဒမှာ အရေးပါတဲ့ အယူအဆတစ်ခု ရှိပါတယ်။

It helps explain why physical processes go one way and not the other:

ယင်းက ရုပ်ပိုင်း ဖြစ်စဉ်တွေ တစ်လမ်းသွားပဲ ဖြစ်ရတဲ့ အကြောင်းကို ကူညီ ဖြေရှင်ပေးတယ်။

why ice melts,

ရေခဲ အရည်ပျော်တာ

why cream spreads in coffee,

ကော်ဖီထဲမှာ မလိုင်ပျံ့သွားတာ

why air leaks out of a punctured tire.

တာယာ အပေါက်မှ လေစိမ့်ထွက်တဲ့ အကြောင်းတွေပေါ့။

It's entropy, and it's notoriously difficult to wrap our heads around.

၎င်းက အန်ထရောပီ ဖြစ်ပြီး ကျုပ်တို့ ဦးနှောက်နဲ့ နားလည်ဖို့ အင်မတန် ခက်ခဲပါတယ်။

Entropy is often described as a measurement of disorder.

အန်ထရောပီကို၊ ဖရိုဖရဲဖြစ်မှုကို တိုင်းတာချက်အဖြစ် မကြာခဏ ဖော်ပြကြပါတယ်။

That's a convenient image, but it's unfortunately misleading.

ဒါ သင့်တော်တဲ့ ပုံရိပ်တစ်ခုပါပဲ၊ ဒါပေမဲ့ ကံမကောင်းတာက ဒါက လမ်းလွဲသွားစေနိုင်တယ်။

For example, which is more disordered -

ဥပမာ၊ ရေခဲတုံးလေးတွေပါတဲ့ တစ်ခွက် နဲ့

a cup of crushed ice or a glass of room temperature water?

ပုံမှန် အပူချိန်ရှိ ရေ တစ်ခွက် ဘယ်ဟာ ဖရိုဖရဲ ပိုဖြစ်နေပါသလဲ။

Most people would say the ice,

လူအများစုက ရေခဲ လို့ ပြောပါလိမ့်မယ်၊

but that actually has lower entropy.

ဒါပေမဲ့ တကယ်ဆို အဲဒါက အန်ထရောပီ ပိုနိမ့်ပါတယ်။

So here's another way of thinking about it through probability.

ဒီတော့ ၎င်းကို ဖြစ်နိုင်စွမ်းကနေ တွေးဖို့ အခြား နည်းလမ်း တစ်ခုရှိပါတယ်။

This may be trickier to understand, but take the time to internalize it

ဒါက သဘောပေါက်ဖို့ ပို အချက် ကျပေမဲ့ အတွင်းကျကျ သဘောပေါက်ဖို့ အချိန်ယူရပြီး

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

ပြီးရင် အန်ထရောပီကို ခင်ဗျား ကောင်းကောင်းကြီး သဘောပေါက်သွားပါလိမ့်မယ်။

Consider two small solids

အက်တမ်ဆိုင်ရာ ဓာတ်စည်း ခြောက်ခုစီပါရှိတဲ့

which are comprised of six atomic bonds each.

အခဲနှစ်ခုကို စိတ်ကူးပါ။

In this model, the energy in each solid is stored in the bonds.

ဒီပုံစံအရ အခဲတစ်ခုစီရှိ စွမ်းအင်ကို ဓာတ်စည်းတွေထဲမှာ သိုလှောင်ထားပါတယ်။

Those can be thought of as simple containers,

ဒါတွေကို သိုလှောင်ကန်အဖြစ် သာမန် တွေးကြည့်နိုင်ပါတယ်။

which can hold indivisible units of energy known as quanta.

ယင်းတို့က ထပ်မံ ပိုင်းခြားမရတဲ့ စွမ်းအင် ယူနစ်တွေ (ခေါ်) ကွမ်တာကို သိုလှောင်ပါတယ်

The more energy a solid has, the hotter it is.

အခဲမှာ စွမ်းအင် ပိုများလေလေ၊ ၎င်းက ပို ပူလေလေပါပဲ။

It turns out that there are numerous ways that the energy can be distributed

အခဲနှစ်ခုမှာ စွမ်းအင် ဖြန့်ချီနိုင်တဲ့ နည်းလမ်းပေါင်းများစွာ ပါရှိတဲ့

in the two solids

အရာအဖြစ် ပြောင်းသွားပါပြီ၊

and still have the same total energy in each.

တစ်ခုစီရှိ စုစုပေါင်း စွမ်းအင်က တူနေပါသေးတယ်။

Each of these options is called a microstate.

ဒီ လုပ်ဆောင်ချက် တစ်ခုစီကို microstate လို့ခေါ်ပါတယ်။

For six quanta of energy in Solid A and two in Solid B,

စွမ်းအင် ကွမ်တာ ခြောက်ခုပါတဲ့ အခဲ A နဲ့ နှစ်ခုပါတဲ့ B အတွက်

there are 9,702 microstates.

Microstate ၉,၇၂၀ ရှိပါတယ်။

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

ကျုပ်တို့ရဲ့ စွမ်းအင်ကွမ်တာ ၈ ခုကို စီစဉ်နိုင်တဲ့ အခြားနည်းတွေရှိပါသေးတယ်။

For example, all of the energy could be in Solid A and none in B,

ဥပမာ စွမ်းအင် အားလုံးက A မှာရှိပြီး B မှာ မရှိတာမျိုး သို့မဟုတ်

or half in A and half in B.

A မှာ တဝက်၊ B မှာ တဝက် စသဖြင့်ပေါ့။

If we assume that each microstate is equally likely,

Microstate တစ်ခုစီဟာ ဖြစ်ပွားခွင့် တူညီကြောင်း ယူဆထားရင်၊

we can see that some of the energy configurations

ကျုပ်တို့ မြင်နိုင်မှာက စွမ်းအင် အနေအထား တချို့မှာ

have a higher probability of occurring than others.

အခြားဟာတွေထက် ပိုမြင့်တဲ့ ဖြစ်တန်စွမ်း ရှိပါတယ်။

That's due to their greater number of microstates.

ဒါက microstate တွေရဲ့ ပိုကြီးမားတဲ့ အရေအတွက် ကြောင့်ပါ။

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

အန်ထရောပီက စွမ်းအင် အနေအထား တစ်ခုစီရဲ့ ဖြစ်တန်စွမ်းကို တိုက်ရိုက်တိုင်းတာပါ။

What we see is that the energy configuration

ကျုပ်တို့ တွေ့တာက အခဲတွေကြားမှာ

in which the energy is most spread out between the solids

စွမ်းအင် အပျံ့နှံ့ဆုံးဆိုတဲ့ စွမ်းအင် အနေအထားက

has the highest entropy.

အမြင့်ဆုံး အန်ထရောပီ ရှိပါတယ်။

So in a general sense,

ဒီတော့ ယေဘုယျ သဘောအရ

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

အန်ထရောပီဆိုတာ ဒီ စွမ်းအင် ဖြန့်ကျက်မှု အပေါ် တိုင်းထွာချက်အဖြစ် တွေးနိုင်ပါတယ်။

Low entropy means the energy is concentrated.

နိမ့်တဲ့ အန်ထရောပီက စွမ်းအင်ကို စုဝေးနေတဲ့ သဘောပါ။

High entropy means it's spread out.

မြင့်တဲ့ အန်ထရောပီဟာ စွမ်းအင်ကို ဖြန့်ထုတ်တဲ့သဘောပါ။

To see why entropy is useful for explaining spontaneous processes,

ပူတဲ့ အရာတွေ အေးသွားခြင်းလိုမျိုး အလိုလိုဖြစ်တဲ့ ဖြစ်စဉ်တွေကို ရှင်းပြဖို့

like hot objects cooling down,

အန်ထရောပီက အသုံးဝင်ကြောင်း နားလည်ဖို့

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

လှုပ်ရှားပြောင်းလဲနေတဲ့ စွမ်းအင် စနစ်ကို လေ့လာဖို့လိုပါတယ်။

In reality, energy doesn't stay put.

လက်တွေ့မှာ စွမ်းအင်ဟာ တစ်နေရာတည်းမှာ တည်ငြိမ်မနေပါ။

It continuously moves between neighboring bonds.

၎င်းက နီးစပ်ရာ ဓာတ်စည်းတွေကြားမှာ အဆက်မပြတ် ရွေ့လျားနေတတ်တယ်။

As the energy moves,

စွမ်းအင်ရွေ့တဲ့ အခါ

the energy configuration can change.

စွမ်းအင် အနေအထား ပုံပြောင်းနိုင်ပါတယ်။

Because of the distribution of microstates,

Microstate တွေ ဖြန့်ထွက်ခြင်းကြောင့်

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

ထို စနစ်က စွမ်းအင်ကို အမြင့်ဆုံးအနေနဲ့ ဖြန့်ထုတ်ဖို့ အနေအထားက နောက်ပိုင်းမှာ

in which the energy is maximally spread out,

ဖြစ်လာမယ့် အခွင့်အရေးက ၂၁% ပါ။

there's a 13% chance that it will return to its starting point,

၎င်းရဲ့ စမှတ် ပြန်ရောက်မယ့် အခွင့်အရေးက ၁၃% ရှိပြီး၊

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

A က အမှန်တကယ် စွမ်းအင်ရရှိဖို့ အခွင့်အရေးက ၈% ရှိပါတယ်။

Again, we see that because there are more ways to have dispersed energy

တဖန် ကျုပ်တို့ တွေ့ရသလို၊ စုဝေးနေတဲ့ စွမ်းအင်ထက် မြင့်မားတဲ့ အန်ထရောပီရှိဖို့

and high entropy than concentrated energy,

နည်းလမ်းတွေက ပိုများပြီး

the energy tends to spread out.

စွမ်းအင်ဟာ အပြင်သို့ ပျံ့ထွက်လိုတတ်ပါတယ်။

That's why if you put a hot object next to a cold one,

ဒါကြောင့် ပူတဲ့ အရာကို အေးတဲ့ အရာနားမှာ ထားရင်၊

the cold one will warm up and the hot one will cool down.

အေးတဲ့ အရာက နွေးလာမှာဖြစ်ပြီး ပူတဲ့ အရာဟာ အေးလာပါလိမ့်မယ်။

But even in that example,

ဒါပေမဲ့ ဒီဥပမာထဲမှာတောင်

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

ပူတဲ့အရာက ပိုပူလာဖို့ အခွင့်အရေး ၈% ရှိပါတယ်။

Why doesn't this ever happen in real life?

လက်တွေ့ဘဝမှာ ဒီဖြစ်ရပ်မျိုး ဘာဖြစ်လို့ ဖြစ်မလာတတ်တာလဲ။

It's all about the size of the system.

စနစ်ရဲ့ အရွယ်အစားနဲ့ သက်ဆိုင်ပါတယ်။

Our hypothetical solids only had six bonds each.

ကျုပ်တို့ အကြမ်ဖျဉ်းယူဆထားတဲ့ အခဲတွေမှာ ဓာတ်စည်း ခြောက်ခုစီသာရှိပါတယ်။

Let's scale the solids up to 6,000 bonds and 8,000 units of energy,

ဓာတ်စည်းတွေကို စွမ်းအင်ယူနစ် ၆၀၀၀နဲ့ ၈၀၀၀ အထိတိုးချဲ့လိုက်ပြီး

and again start the system with three-quarters of the energy in A

စနစ်ကို တဖန်စတင်ဖို့ A မှာ စွမ်းအင်ရဲ့ လေးပုံ သုံးပုံ နဲ့

and one-quarter in B.

B မှာ လေးပုံ တစ်ပုံထားကြပါစို့။

Now we find that chance of A spontaneously acquiring more energy

အခု နောက်ထပ် စွမ်းအင်ကို အလိုလို ရရှိဖို့ A ရဲ့ အခွင့်အရေးဟာဖြင့်

is this tiny number.

အလွန်သေးငယ်တဲ့ ကိန်းဖြစ်နေတာ တွေ့ရပါတယ်။

Familiar, everyday objects have many, many times more particles than this.

နေ့စဉ် မြင်နေကျ၊ တွေ့နေကျ အရာတွေမှာ ဒီထက်မကတဲ့ အမှုန်တွေ တပုံကြီးပဲရှိပါတယ်။

The chance of a hot object in the real world getting hotter

လက်တွေ့လောကမှာ ပူတဲ့ အရာ အပူထပ်တိုးလာဖို့ အခွင့်အလမ်းက

is so absurdly small,

မရှိသလောက် နည်းလွန်းပါတယ်။

it just never happens.

ဒါ ဘယ်တုန်းကမှ မဖြစ်ဖူးပါဘူး

Ice melts,

ရေခဲပျော်တယ်၊

cream mixes in,

ရေခဲမုန့် ပျော်တယ်၊

and tires deflate

တာယာ ပြားချပ်တယ်

because these states have more dispersed energy than the originals.

အကြောင်းက ဒီအဆင့်တွေမှာ မူလအဆင့်တွေထက် စွမ်းအင်ဖြန့်ထွက်မှု ပိုများလို့ပါ။

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

စနစ်ကို ပိုမြင့်တဲ့ အန်ထရောပီဆီသို့ တွန်းပို့ပေးတဲ့ ထူးဆန်းတဲ့ အား မရှိပါဘူး။

It's just that higher entropy is always statistically more likely.

ဒါက ပိုမြင့်တဲ့ အန်ထရောပီက စာရင်းအင်းနည်း အရ အမြဲတမ်း အလားအလာပိုများတယ် ဆိုရုံပါ။

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

ဒါကြောင့်ပဲ အန်ထရောပီကို အချိန်ရဲ့မြား လို့ခေါ်ပါတယ်။

If energy has the opportunity to spread out, it will.

စွမ်းအင်မှာ ပြန့်ထွက်ဖို့ အခွင့်အရေးရှိရင် ပျံ့ထွက် ပါလိမ့်မယ်။