Irreversibiliteetti

Irreversibiliteetti tarkoittaa ilmiötä tai prosessia, jonka palauttaminen ennalleen on käytännössä mahdotonta ilman ulkopuolista vaikutusta tai suurta energiankulutusta. Se esiintyy sekä arjessa että tieteessä, esimerkiksi sekoittumisessa, hajoamisessa tai lämpötilojen tasaantumisessa.

Termodynamiikassa irreversibiliteetti liittyy toiseen lakiin ja entropian kasvuun. Eristetyn systeemin kokonaisentropia ei voi pienentyä; monissa prosesseissa entropia kuitenkin kasvaa, mikä tekee paluusta alkuperäiseen tilaan käytännössä mahdotonta ilman lisäenergiaa. Reversiibeli prosessi säilyttää entropian, kun taas todelliset tapahtumat etenevät kohti suurempaa epäjärjestystä, mikä antaa ajalle suunnan.

Esimerkkejä irreversibileista prosesseista ovat lämpötilojen tasaantuminen, kaasun sekoittuminen, diffuusio sekä kitka ja palaminen. Myös kemialliset reaktiot voivat olla käytännössä irreversibileitä, kun tuotteet poistuvat tai energia vuotaa ympäristöön.

Mikroskooppisella tasolla aikojen suunnasta on keskusteltu pitkään: monet peruslait ovat aikakuvassa palautuvia, mutta makrotason irreversibiliteetti johtuu alkutilanteista ja suurista järjestyksen muutoksista. Boltzmannin entropian kasvu ja Loschmidtin paradoksi ovat keskeisiä käsitteitä tässä keskustelussa; nykykäsitys korostaa, että irreversibiliteetti liittyy sekä tilan epävarmuuden kasvuun että mittaamiseen ja makrotila-tarkasteluun.

Sovelluksissa irreversibiliteetti vaikuttaa teknisiin prosesseihin, reaktioihin ja energiansäästöön. Informaatiotieteessä tiedon häviäminen näytetään usein irreversibiliteettina; Landauerin periaate osoittaa, että tiedon muutos vaatii energiaa. Näin irreversibiliteetti kytkeytyy sekä fysikaalisiin että ei-fysikaalisiin järjestelmiin.