Hvor forsvinder varmen hen, når den er dannet?

Selv om vi omgiver os med den hver eneste dag, og man i vid udstrækning kan sige, at vores liv afhænger af den, er det måske de færreste, der rent faktisk forstår den.

Varmeenergien.

Vi danner alle sammen varme hele tiden, men hvad sker der egentlig med den, når først den er dannet? Det har Videnskab.dk-læser Janni Sørensen gået og undret sig over.

»Jeg vil gerne vide, hvad der sker med den energi, der ‘ender’ som varme,« skriver hun i en mail til Spørg Videnskaben og kommer med eteksempel fra sin hverdag.

»For eksempel med maden, vi spiser, der bliver til energi, når vi cykler en tur. Ender den også som varme fra vores krop, og hvad så bagefter? Hvad sker der med energien?«

Det er et helt essentielt spørgsmål, mener Peter Ditlevsen, der er fysiker og lektor ved Niels Bohr Institutet. Heldigvis kender han svaret.

Varme er molekylernes bevægelse

En forudsætning for at kunne bruge svaret til noget er imidlertid at have varmebegreberne på plads, før snakken løfter sig mod det uendelige univers.

Derfor starter Peter Ditlevsen med at forklare, hvad varme er, helt basalt.

»Temperatur og varme er et mål for, hvor hurtigt molekylerne i gennemsnit bevæger sig. Varmeenergi er dog en anden, lidt mere kompliceret, historie,« fortæller han.

»Energi kan ikke skabes eller destrueres, den er altid bevaret. Den kan derimod omsættes til forskellige former, som i eksemplet ovenfor, fra kemisk energi i maden til bevægelsesenergi i kroppen og cyklen og derfra til bevægelsesenergi i luften, som yder luftmodstand.«

Hver af de energiomsætninger producerer spildvarme, altså tabt energi der udmøntes som varme, forklarer han.

Ligevægtens magt driver universet

Ifølge forskeren skyldes det hele, at verden uvægerligt bevæger sig mod at være i ligevægt.

Og her kommer et ærefrygtindgydende begreb på banen, der forklarer, hvorfor verden egentlig gør det. Nemlig termodynamikkens hovedsætninger.

Dem er der tre af, forklarer Peter Ditlevsen, og det er nummer to i rækken, der er særligt relevant for Janni Sørensens spørgsmål.

»Termodynamikkens anden hovedsætning kan formuleres på flere måder, men lige her forklarer den, at varme altid vil flyde fra et legeme med høj temperatur til et legeme med lavere temperatur, aldrig den modsatte vej,« siger han.

»Det er ligesom, når du hælder mælk i din kaffe. Så vil du se, at mælken fordeler sig ud mellem kaffemolekylerne, indtil begge væsker er fuldstændig blandede. Du ser aldrig, at mælken pludselig samler sig igen, efter du har rørt rundt.«

Ligesom at hælde mælk i kaffen

Peter Ditlevsen forklarer, at denne ligevægtsproces i bund og grund er et udtryk for, at tingene altid udvikler sig i den mest sandsynlige retning. Et begreb fysikerne kalder ‘entropi’.

Ifølge ham er det simpelthen mest sandsynligt, at mælkemolekylerne vil defilere ud blandt kaffemolekylerne, fordi der findes uendeligt mange måder, kaffe- og mælkemolekylerne kan være blandede på, og langt færre måder de kan være adskilt på.

Derfor er det ikke umuligt, at det vil ske, men det er så ufatteligt usandsynligt, at man regner det for praktisk talt umuligt, fortæller Peter Ditlevsen.

Det er det samme med blandingen af varme og kulde, forklarer han.

»Den varme, der skabes, når Janni Sørensen cykler sig en tur, varmer jorden en smule op. Fordi verdensrummet er så koldt, vil der være en kontinuerlig strøm af varme fra energiomsætninger på Jorden ud i rummet,« siger Peter Ditlevsen. Det er simpelthen det mest sandsynlige.

Ligevægten får universet til at gå i stå

Dermed ender den kemiske energi fra Janni Sørensens mad i sidste instans som varmeenergi, som udveksles med omgivelserne, som igen udveksler den med verdensrummet.

Men når varmeenergien altid bevæger sig mod ligevægt, hvad sker der så, når denne ligevægt engang opnås?

»Så vil universet lide det, man kalder varmedøden, hvor alting har samme temperatur, og ingen processer derfor længere kan forløbe,« fortæller Peter Ditlevsen.

Han uddyber, at alle processer i sidste ende kræver en temperaturforskel for at forløbe naturligt, og derfor vil en verden i ligevægt være en verden i stilstand.

Universets varmedød bliver ikke vores hovedpine

Sikken en besked.

Heldigvis, forsikrer Peter Ditlevsen, vil universets såkaldte varmedød, som er en veletableret fysisk teori, ikke være noget, vi mennesker kommer til at opleve.

»Solen vil være svulmet op og have opslugt Jorden, længe før varmedøden indtræffer, så det skal vi ikke bekymre os så meget om,« siger han.

»Desuden gør den nyligt opdagede accelererende udvidelse af universet, det mystiske begreb 'dark energy' og de sorte huller det svært at forudsige universets endelige skæbne med sikkerhed,« forklarer han.

Termodynamikken forklarer, hvorfor i morgen ikke er i dag

Så når Janni Sørensen har spurgt, hvad der sker med varmen, når først den er dannet, strækker svaret sig altså mellem himmel og jord og over universets endeligt, alt sammen på grund af en fysisk lov.

Termodynamikkens anden hovedsætning forklarer dog også endnu mere dybsindige fænomener end varmeenergiens skæbne. Den forklarer, hvorfor i morgen er forskellig fra i dag.

»Den anden hovedsætning siger, at i morgen er forskellig fra i dag, da vi jo hele tiden nærmer os ligevægtstilstanden. Dermed er der en højere entropi i morgen end i dag, fordi verden har udviklet sig i mellemtiden,« siger Peter Ditlevsen.

Det vil verden som sagt blive ved med, indtil den efterstræbte ligevægt er opnået, og alting går i stå.

Varmeenergien bliver til en t-shirt

Med de ord takker vi for det gode spørgsmål, der viste sig at omfatte hele universet.

Det skal selvfølgelig belønnes med en flot Videnskab.dk-t-shirt, som er på vej med posten til Janni Sørensen.

Vil du også have fingre i sådan en, så kan du sende Spørg Videnskaben et spørgsmål på mailadressen: sv@videnskab.dk.