Reverzibilitás

Reverzibilitás olyan tulajdonság vagy állapot, amely lehetővé teszi, hogy adott rendszer visszafelé, azonos módon térjen vissza kiinduló állapotához. A fogalom több szakterületen használatos: fizikában, kémiában, matematikában és informatikában. Minden területen arra törekszik, hogy a folyamatok energiaveszteséget és entrópiaképződést minimalizáljanak vagy elhanyagolhatóvá váljanak.

Termodinamikában reverzibilis folyamat olyan, amely kvázi-statikus állapotváltozásból áll, és amely során a rendszer és a környezete közötti energiamegmaradó kölcsönhatások ideálisak. Ilyen folyamat példája a Carnot-körfolyamat, amely a legnagyobb elméleti hatékonyságot adja. A valós folyamatok irreverzibilisek, mert súrlódás, gyors hőátadás és keveredés miatt energiaveszteség és entrópia keletkezik. A reverzibilis körfolyamatban az energiahatékonyság optimális, és az egész ciklus netentrópiaváltozása zérus lehet.

Fizikában és dinamikában az időre visszavezethetőség összefügg a mikroszkopikus törvények időszimmetriájával: a klasszikus mechanika és a kvantummechanika alapelvei időtől függetlenek lehetnek. Ugyanakkor a makroszintű leírásokban a valós kezdeti feltételek és a sok részecske közti statisztikai összefüggések miatt gyakran fellép az irreverzibilitás.

Informatikában a reverzibilis számítás olyan eljárás, amely minden lépése visszavezethető az előző állapotba. Minden művelet invertibil, így elvben minimális energiafelhasználással hajtható végre. Példák a reverzibilis logikai kapuk, például a Fredkin- és a Toffoli-kapuk. Landauer-elv szerint egy bit törlése energiát igényel; reverzibilis számításokkal közelebb kerülhetünk a fizikai minimális energiához.

Kémiai értelemben a reakciók reversibilisek vagy irreverzibilisek lehetnek; az egyensúlyban az előre- és hátrafolyás sebessége összhangban áll, és a nyomás, hőmérséklet vagy koncentráció módosítja az arányokat. Reverzibilitás segít megérteni az energia- és anyagáramlások különböző állapotok közötti visszafordíthatóságát.