A testek, atomokból, molekulákból állnak, amelyek egy állandó, rendezetlen mozgást végeznek, sebességük a hőmérséklettel nő, vagy csökken. Ezek az ismereteink, megfigyelésekből, kísérletekből származnak.
Az elmélet alkalmazása abból állna, hogy tanulmányozzuk minden molekula mozgását, azok kölcsönhatásait, joggal feltételezve, hogy a mechanikának az anyagi pont mozgására vonatkozó ismert törvényei érvényesek ebben az esetben is, legalábbis van olyan gáz, amelyre érvényesek (ideális gáz, pontszerű molekulák, amelyek csak ütközéssel hatnak kölcsön).
A fizikai testek (rendszerek) struktúrájának, felépítésének a vizsgálata hozzájárult a termodinamika fogalmainak, működésének megértéséhez.
Ha tehát a mechanika törvényeit alkalmazva kiszámoljuk a következő állapot paramétereit, majd rendre megismételjük az eljárást, a jelenség követhető. Ez így nagyon egyszerűen hangzik, de az alkalmazása lehetetlen helyzetet teremt. A makroszkopikus testek, amelyek az érdeklődésünkre tarthatnak számot, amelyeknek gyakorlati jelentőségük van, rengeteg molekulából állnak, például. Tizennyolc kilogramm, nagyjából két veder víz 6×1026 molekulát tartalmaz, ami elképesztően nagy szám, ennyi egyenletet megoldani lehetetlen, még a szuperszámítógépek korában is.
Szerencsére nem is szükséges. Ennyi molekulából egynek, kettőnek, de száznak a viselkedése sem sokat számít, nem befolyásolja a test viselkedését. A molekulák paramétereinek csak az átlagértéke lehet fizikai (mérhető) mennyiség. Ez nagyon megkönnyíti az eljárást. A könnyítés ára, hogy a test állapotáról csak elmosódott, részletek nélküli képet kapunk. Egy, általunk megkívánt makroszkopikus állapothoz, sok egyenértékű, egymástól megkülönböztethetetlen mikroszkopikus (atomok, molekulák állapota) állapot rendelhető. Mindez komoly gondokat okozhat az idővel, illetve annak egy irányba folyásával kapcsolatban.
A molekulák mozgásának tanulmányozása további könnyítésekkel szolgál. A molekulák mozgása rendezetlen, de annyira, hogy ez már rend – egy másik rend. Mivel egy nyugalomban lévő test a molekulák mozgásának a hatására nem mozdul el, a molekulák átlagsebessége nulla kell hogy legyen. Minden irányban, mindenféle sebességgel mozognak a molekulák. Nagyszámú molekula esetében ez mindig igaz, tehát a nagyszámú molekula legvalószínűbb állapota ez.
Ha a molekulák mozgási energiájáról akarunk tudni valamit, akkor (az előjelek miatt) a négyzetes középsebességet kell kiszámolni (ῡ), annak van csak értelme. Kiszámoljuk a sebességek négyzetének átlagát, majd abból gyököt vonva, kapjuk meg a ῡ-t, a négyzetes középsebességet. A molekulák mozgási energiáinak az összege, vagyis a gáz teljes belső energiája: a molekulák számának, az illető gáz egy molekulája tömegének és az említett négyzetes középsebességnek a függvénye. Ideális gázok belső energiája tehát a részecskék szerkezetére jellemző szabadsági foktól, a gázmennyiségtől (mólszám vagy részecskeszám) és az abszolút hőmérséklettől függ. Adott gázmennyiség esetén a belső energia kizárólag a hőmérséklet függvénye. (Láttuk, a molekulák mozgása befolyásolható a hőmérséklettel, sebességük növelhető, illetve csökkenthető a hőmérséklet növelésével, illetve a csökkentésével, tehát a molekulák őszmozgási energiája arányos kel legyen az abszolút hőmérséklettel. Ebből következik, hogy a hőmérséklet a gáz belső energiáját méri, azzal arányos.)
A molekuláris kinetikai gázelmélet (ahogy a nehézsége miatt egyetemista korunkban neveztük, a gyászelmélet) lehetővé teszi az entrópia kiszámítását is, kapcsolását a rendszer mikroszkopikus állapotához. Könnyű belátni, hogy egy makroszkopikus állapothoz többféle mikroszkopikus állapot, és sok mikroszkopikus állapot adhatja ugyanazt a makroszkopikus állapotot. Az összefüggésből következik, amit már a termodinamikából tudunk, hogy az entrópia növekedését az állapot valószínűségének növekedése okozza. Egy valószínűbb állapot entrópiája nagyobb, a folyamatok a valószínűbb állapotok elérésének az irányában mennek végbe.
Néhány érdekesebb következtetés
Ha minden molekula egy adott pillanatban azonos irányban mozogna, az egy rendezett mozgásállapot lenne, ami a test spontán elmozdulását jelentené. Ez ritka jelenség lehet, annyira ritka, hogy ilyet még senki sem látott. Persze a végtelenbe ez is belefér, egyértelműen nem zárható ki, de valószínűsége elenyésző. Számunkra ez érvet jelent amellett, hogy a molekulák rendezetlen mozgásállapota a valószínűbb. Mivel minden rendszer állapota a valószínűbb állapot felé tart, ez a mi esetünkben a rendezetlen mozgásállapotot jelenti. Leegyszerűsítve: a termodinamikai rendszer a rendezett állapottól a rendezetlen felé tart. Mindez csak egy zárt rendszer esetében érvényes, amely anyagot nem cserél a környezettel.
Mivel a termodinamika törvényei általános jellegűek, függetlenek a rendszer anyagától, akár az életre is alkalmazhatóak – kellő óvatossággal. Az élet az anyag magasan szervezett állapotában lehetséges, rendhez kötött. Spontán megjelenése majdnem kizárt. Mivel a végtelenbe ez is belefér, valahol, valamikor az élet is megjelenhetett, de ez igen ritka jelenség lehetett. Természetesen van más elképzelés, más vélemény is ezzel kapcsolatban.
A világegyetem végtelen, nagyok mind a térbeli, mind az időbeli távolságok, azt hiszem, reménytelen életet keresni a világegyetem hozzánk közeli részében most, és annál inkább reménytelen értelmes lények bizarr társadalmának felfedezésében bízni. A térbeli távolságok még áthidalhatóknak látszanak, de az időbeliek aligha. Szomorú dolog ez, nem igazán szívderítő, hogy gyakorlatilag magányosak vagyunk a világegyetemben. De hátha nincs igazam…
