Zunächst einige Vorbereitungen: Wir möchten immer ein System haben, das nützliche Arbeit leisten kann, z. B. ein Wasserrad laufen lassen, ein Gewicht erhöhen oder Strom erzeugen.

Die Haken sind, dass Energie erhalten bleibt (was Sie wahrscheinlich wussten) und dass die Entropie parakonserviert ist (was Sie vielleicht nicht gewusst haben). Insbesondere kann die Entropie nicht zerstört werden, sie wird jedoch übertragen, wenn ein Objekt ein anderes erwärmt, und sie wird auch erstellt, wenn irgendwo und irgendwo ein Prozess stattfindet.

Das Problem bei der Erzeugung von Arbeit entsteht, weil Arbeit keine Entropie überträgt, aber Wärmeübertragung (und gleichzeitig Entropie erzeugt). Daher können wir Wärmeenergie (wie die Energie, die die Sonne liefert) nicht einfach in Arbeit umwandeln. wir müssen die begleitende Entropie auch irgendwo ablegen. Aus diesem Grund benötigt jede Wärmekraftmaschine nicht nur eine Wärmeenergiequelle (das sogenannte heiße Reservoir), sondern auch eine Entropie-Senke (das sogenannte kalte Reservoir).

Wenn wir im idealisierten Prozess Energie $ E $ bei der Temperatur $ T_ \ mathrm {hot} $ aus dem heißen Reservoir ziehen, ist der unvermeidbare Entropietransfer $$ S = \ frac {E} {T_ \ mathrm {hot }}. $$

Jetzt extrahieren wir einige nützliche Arbeiten $ W $ (zum Beispiel durch Kochen von Wasser und Betreiben einer Dampfturbine) und entleeren die gesamte Entropie bei der Temperatur $ T_ \ mathrm {kalt} $ (mit ein nahegelegener kühler Fluss, um den Dampf zu kondensieren, zum Beispiel): $$ S = \ frac {EW} {T_ \ mathrm {kalt}}. $$

Die Energiebilanz funktioniert wie folgt: $$ EW = (EW). $$ Die Entropiebilanz funktioniert wie folgt: $$ \ frac {E} {T_ \ mathrm {hot}} = \ frac {EW} {T_ \ mathrm {kalt}}. $$ Die Effizienz ist $$ \ frac {W} {E} = 1- \ frac {T_ \ mathrm {kalt}} {T_ \ mathrm {heiß}}. $$ Und je höher die Temperatur von Je heißer das Reservoir, desto mehr Arbeit $ W $ können wir herausziehen, während wir die beiden Konversationsgesetze erfüllen.

Now to the point: Die Sonne sendet viel Energie auf unseren Weg: rund 1000 W / m² an der Erdoberfläche. Aber ist das tatsächlich so viel Energie? Die Wärmekapazität des Bodens beträgt ungefähr 1000 J / kg- ° C. Wenn wir also einfach 1 ° C aus einem Kilogramm Boden pro Sekunde extrahieren würden, würden wir die Energie der Sonne pro Quadratmeter anpassen. Und es gibt viel Boden und seine absolute Temperatur ist ziemlich hoch (ungefähr 283 über dem absoluten Nullpunkt in Teilen von ° C).

Und die Wärmekapazität von Wasser ist viermal so hoch! Noch besser ist, dass das Wasser selbst zirkuliert. In diesem Szenario könnten wir das Meerwasser abkühlen und es zirkulieren lassen. Wir könnten ein Partyboot betreiben: Ziehen Sie Wärmeenergie aus dem Wasser, um Eis für unsere Cocktails herzustellen, und nutzen Sie die extrahierte Energie, um den ganzen Tag herumzufahren.

Leider sagen uns die oben beschriebenen Einschränkungen, dass wir diese Extraktion nicht durchführen können: Es gibt kein Reservoir mit niedrigerer Temperatur, an das die Entropie gesendet werden kann (hier gehe ich davon aus, dass der größte Teil der Erde vorhanden ist und die uns zur Verfügung stehende Atmosphäre liegt bei ca. 10 ° C. Im Gegensatz dazu ist die Temperatur der Sonne enorm - etwa 5500 ° C, was den Nenner des effektiven Entropieterms $ S = E / T $ relativ klein macht. Daher ist nicht die Energie des Sonnenlichts besonders nützlich - es ist seine niedrige Entropie.

Eine konzeptionelle Antwort in zwei Teilen:

Beachten Sie zunächst, dass die Energie der Erde im Wesentlichen konstant ist. Die Erde verliert kontinuierlich Energie an den Weltraum, und die Sonne gleicht diesen Verlust aus. (Ja, es gibt kleine Plus- und Minuspunkte, aber das ist grundsätzlich richtig.) Die Kraft der Sonne erhöht die Gesamtenergie der Erde sicherlich nicht schnell.

Warum scheint die Kraft der Sonne so wichtig zu sein? Nun, es macht die verlorene Kraft aus. Das Umgeben der Erde in einer riesigen Weltraum-Komfortdecke würde diese Verluste ebenfalls verringern, aber irgendwie scheint das weniger groß zu sein als die konzentrierte Kraft der Sonne.

Hier kommt also die Entropie ins Spiel: Die Energie der Sonne ist konzentriert. & hohe Temperatur, daher niedrige Entropie (was gut ist), im Gegensatz zu diffuser & niedriger Temperatur hoher Entropie (weniger gut) Planetenwärme.

So gesehen liefert die Sonne, während sie nur verlorene Energie aufholt, eine Dosis Ordnung (niedrige Entropie), die es dem Leben ermöglicht, seine Sache zu tun, indem es diese verbraucht und die Energie als ungeordnete minderwertige Wärme abgibt.

Die Entropie des Erd- + Sonnensystems ist niedriger als bei einem System, bei dem die Erde von diffuser Energie umgeben ist, die der der Sonne entspricht.Technisch gesehen haben beide Systeme die gleiche Energie, aber das erstere hat viel mehr nutzbare Energie.

Offensichtlich sollte der Satz lauten: "Sonne gibt uns eine niedrige Entropie, nicht only-Energie". Die Sonnenstrahlung erzeugt einen Energiefluss durch die Erde, den das Leben nutzen kann. Der Energiefluss wird im Allgemeinen verwendet, um Ordnungstaschen im umgebenden Chaos aufzubauen, d. H. Um lokale Bereiche mit niedriger Entropie wie unseren Körper aufrechtzuerhalten, die durch einen konstanten Energiefluss durch ihn erleichtert werden Die von der Sonne kommende Energie wird hierfür offensichtlich benötigt, reicht aber nicht aus, wie das folgende Gedankenexperiment zeigt:

Wenn die Erde von einer Hülle mit der durchschnittlichen Strahlungstemperatur des Universums aus der Sicht der Erde umgeben wäre - dispergierte Wärme, hohe Entropie - würden wir durch Strahlung dieselbe Energie erhalten wie jetzt von der Sonne (plus Mond und Sterne und Hintergrundstrahlung), aber es wäre nutzlos.

Die Energiebilanz wäre auch die gleiche wie jetzt: Wir würden alles wegstrahlen, was wir bekommen, plus etwas Restradioaktivität. Aber es würde fast ein Gleichgewicht geben. Der einzige nutzbare Energiefluss - die einzige Energiequelle mit geringer Entropie - würde aus dem nuklearen Zerfall im Untergrund stammen. Nur so könnte die Entropie an einigen Stellen der Oberfläche lokal gesenkt werden. Die Strahlung, die uns trifft, wäre völlig nutzlos.

Das hat Meissner wohl gemeint.

_{^{1 sup> Durch Lebensmittel, die nach einigen Indirektionen nur Sonnenenergie gespeichert haben. sub>}}

Die Sonne ist keine "Quelle niedriger Entropie". Der Satz macht physisch nicht einmal Sinn. Denken Sie an die Analoga "Quelle für niedrigen Druck" oder "Quelle für Kälte". Dieses Denken stammt wahrscheinlich aus der Idee von Erwin Schrödinger , dass Tiere eine niedrige Entropie essen müssen. Da ich die komplexe Chemie nicht kenne, kann ich nicht sagen, inwieweit sich die spezifische Entropie (Entropie pro Masseneinheit) der tierischen Ausscheidungen erheblich von ihrer Nahrung unterscheidet. Was ich sagen kann ist, dass die überschüssige Entropie durch eine Kombination aus Rohwärmeübertragung (Leitung, Konvektion und Strahlung) und Gasaustausch (Schweiß, Kohlendioxid und Wasser) an die Umgebung abgegeben wird.

Beachten Sie den Prozess: Energie + Entropie in -> Energie + mehr Entropie aus. Da das Tier einen unabhängigen Zugang zu einem Niedertemperaturbad hat, müssen die Ausscheidungen keine besonders niedrige Entropie aufweisen als das Futter

Dies ist der gleiche grundlegende Prozess, den die Erde durchläuft. Die Sonne wirkt sowohl als Quelle hoher Entropie als auch als Energiequelle. Tatsächlich ist die einzige besonders niedrige Entropie des Sonnenlichts die Fahrtrichtung, aber das gilt nur hier, 150 Millionen km von der Sonne entfernt. An der Oberfläche der Sonne ist die Entropie des Lichts höher

Wie ändert sich die Entropie zwischen hier und der Sonne? Die Antwort ist dieselbe wie die wahre Antwort auf das Rätsel, woher wir "unsere niedrige Entropie beziehen": das kalte Vakuum des Weltraums. Wenn sich das Licht von der Sonne nach außen bewegt, wird die Bewegungsrichtung immer sicherer, wodurch die Entropie eines bestimmten Photons abfällt. Dies ist jedoch nur aufgrund einiger impliziter Merkmale in der Beschreibung möglich: Es gibt ein kaltes Vakuum, in das sich das Photon von einer bestimmten lokalen Quelle ausbreiten kann.

Beachten Sie, dass jeder andere Aspekt des Sonnenlichts, dh Frequenzverteilung und Polarisation, eine Quelle hoher Entropie bleibt.Wo wir mehr Entropie abgeben als wir erhalten, hängt in erster Linie von der Zunahme der Anzahl der Photonen ab, die zur Erzielung einer Energiebilanz benötigt werden.