Микроскопические законы допускают флуктуации, но вероятность большого макроскопического убывания ничтожна.
Энтропию часто называют беспорядком, но точнее она измеряет число микроскопических состояний, совместимых с наблюдаемым макросостоянием. Один объём, давление и температура могут реализовываться огромным количеством положений и скоростей молекул.
Если газ выпустить из половины сосуда, он заполняет весь объём. Обратное движение всех молекул в одну половину не запрещено уравнениями, но среди возможных состояний оно невероятно редко. Поэтому энтропия изолированной макросистемы практически растёт до равновесия.
Замкнутая и изолированная — не всегда одно
В термодинамике замкнутая система может обмениваться энергией, но не веществом; изолированная не обменивается ни тем, ни другим.
Холодильник создаёт локально более упорядоченное холодное состояние, потребляя электричество и выделяя больше тепла в комнату. Живой организм поддерживает структуру за счёт свободной энергии пищи и излучает тепло и продукты. Жизнь не нарушает второй закон.
Связь S=k ln Ω принадлежит равновесной статистике: Ω — число доступных микросостояний. В неравновесных системах определение и производство энтропии сложнее, но направление необратимых процессов сохраняется.
Локальное уменьшение оплачивается изменением окружения
Холодильник создаёт более упорядоченное холодное содержимое, но выбрасывает в комнату больше тепла и увеличивает общую энтропию. Живой организм также поддерживает структуру, потребляя свободную энергию и отдавая тепло и продукты обмена. Второй закон относится к полной изолированной системе; открытая подсистема способна временно становиться упорядоченнее.
Для изолированной системы энтропия не убывает в типичном макроскопическом процессе. Локальный порядок может расти при отводе большей энтропии в окружение. Для замкнутой системы энтропия самой системы способна уменьшиться при отдаче тепла, если суммарная энтропия системы и окружения не убывает.
«Тепловая смерть» относится к далёкой космологии и зависит от расширения и гравитации; её нельзя вывести из чашки остывшего кофе одной фразой. Второй закон — статистическое утверждение с чётко выбранной границей системы.
