TẠI SAO SAU KHI TAN RA TRONG NƯỚC MỘT GIỌT MỰC
KHÔNG THỂ TỰ ĐỘNG TÍCH TỤ LẠI ĐƯỢC?
Trong cuộc sống hàng ngày, khuếch tán là hiện tượng vật lý phổ biến. Ví dụ nhỏ một giọt mực đen vào một cốc nước sạch, sau một không thời gian, mực và nước sẽ hoà lẫn hết vào nhau, thực ra nước sạch trong suốt không màu đã trở thành nước hơi nhuốm mực. Ví dụ khác, đặt lọ nước hoa đã mở nắp vào một căn phòng đóng kín cửa; chỉ một lúc sau cả căn phòng sẽ tràn ngập mùi nước hoa. Hiện tượng khuếch tán xảy ra do sự vận động nhiệt không theo quy tắc của các phân tử. Khi nhỏ một giọt mực vào một cốc nước sạch, lúc đầu các phân tử mực sẽ tích tụ ở một vùng, sau đó do phân tử mực và các phân tử nước có sự vận động và đạp mạnh vào nhau nên các phân tử mực sẽ phân bố đồng đều trên toàn bộ không gian của vật chứa. Sự khuếch tán của các phân tử nước hoa cũng như vậy. Tất cả các hiện tượng khuếch tán cho chúng ta thấy khuếch tán luôn tự phát từ một trạng thái có trật tự (như mực và nước có mặt phân giới nhất định) thành trạng thái hỗn loạn (như hai chất trộn lẫn nhau hoàn toàn).
Tại sao hiện tượng khuếch tán lại luôn tự phát từ trạng thái có trật tự sang trạng thái không có trật tự như vậy? Thực ra, khả năng xuất hiện của trạng thái có trật tự luôn nhỏ hơn nhiều so với khả năng xuất hiện của trạng thái không có trật tự. Để làm rõ bản chất của hiện tượng khuếch tán, giả sử chúng ta có một chiếc hộp đậy kín, phần nửa trái của chiếc hộp có đặt ba phân tử thể khí còn phần nửa phải thì không.
Do sự vận động bất quy tắc của các phân tử thể khí nên ba phân tử này có tám khả năng phân bố trên toàn bộ chiếc hộp. Trong tám khả năng này, chỉ có hai trạng thái có trật tự khi toàn bộ ba phân tử ở nửa trái hoặc nửa phải; và có sáu khả năng không có trật tự khi trong ba phân tử ở nửa trái (hoặc nửa phải) và hai phân tử còn lại ở nửa phải hoặc nửa trái. Vì vậy xét từ ba phân tử, khả năng xuất hiện trạng thái không có trật tự nhiều hơn gấp ba lần khả năng xuất hiện trạng thái có trật tự. Rõ ràng là số phân tử càng nhiều, khả năng xuất hiện trạng thái không có trật tự phân bố đồng đều càng lớn. Số các phân tử chứa trong một giọt nước hoa hoặc một giọt mực có thể đạt tới hàng tỷ. Vì vậy khi những phân tử này khuếch tán, khả năng xuất hiện sự phân bố đồng đều lớn hơn nhiều so với khả năng tích tụ ở một vị trí nào đó. Đây chính là nguyên nhân các hiện tượng khuếch tán mà chúng ta thường quan sát thấy luôn tự phát theo hướng đồng đều và không có trật tự.
Xét về lý thuyết, tuy là vận động nhiệt không theo quy tắc nhưng các phân tử mực đã khuếch tán sẽ có lúc nào đó vẫn tích tụ lại với nhau và khôi phục lại hình dạng của giọt mực. Nhưng các tính toán thực tế đã chứng minh rằng, thời gian mà con người chờ đợi khả năng này xuất hiện đã vượt quá nhiều so với tuổi của vũ trụ, vì vậy sau khi một giọt mực khuếch tán trong nước trên thực tế nó không thể tự động tích tụ lại được.
