12. Gott würfelt verständlich: Statistische Physik

Nun folgen wir dem Weg der Physik in komplexe Systeme aus vielen Atomen oder Molekülen. Zunächst betrachten wir den sehr erfolgreichen Zugang der Thermodynamik, die ohne Kenntnis über die mikroskopische Struktur eines Systems sehr nützliche Aussagen über den Übergang zwischen Gleichgewichten machen kann. Praktisch unsere gesamte, groß-skalige Energietechnologie beruht auf solchen Aussagen. Als Anwendung betrachten wir die Effizienz von Kraftwerken undWärmepumpen. In der Thermodynamik steckt nur eine einzige neue Größe, die darüber entscheidet, ob man einen Gleichgewichtszustand von einem anderen aus erreichen kann. Diese Größe heißt Entropie. Anschließßend versuchen wir, die Aussagen über ein System aus vielen Teilchen aus mikroskopischen Naturgesetzen zu erhalten. Das scheitert aus zwei Gründen: an der schieren Masse an Daten und am Chaos. Daher benutzt die Physik eine Wahrscheinlichkeitsbeschreibung. Wärme ist in dieser Beschreibung die Bewegungsenergie der Teilchen. Die verloren gegangene Information über den Mikro-Zustand taucht als Entropie wieder auf und beschränkt die Energie, die man in Arbeit verwandeln kann.