Entropy: The Spreading of Energy

Energy (and perhaps everything in the universe) naturally moves from low entropy to higher entropy. While the fundamental reason behind this remains one of the universe's great mysteries, the rule consistently holds true. In any closed system left to itself, concentrated energy inevitably disperses into smaller, spread-out amounts until no further spreading can occur. At that point, the system reaches a standstill where nothing interesting happens anymore.

Consider our everyday lives. The energy stored in the food we eat is concentrated, low-entropy energy. When we consume it, our bodies disperse that energy through body heat, cellular work, and excretion. Eventually, when we die, our remaining stored molecular energy disperses into the surrounding environment as well.

Can we reverse this and create low entropy from high entropy? Yes, locally. Think of an air conditioner cooling a room below the outside temperature. An AC unit reduces entropy inside the room, but it increases entropy outside. This organized state is not free or self-sustaining. To decrease entropy in one area, the entropy increase in the connected system must accelerate even more. Powering the AC requires electric current, which heats the wiring, powers the compressor, and releases excess heat into the outside air. Taken together as one whole system, total entropy always increases.

Does this mean all systems eventually stop working, meaning no entropy change and no chemical or physical reactions? Yes. But does it mean Earth will simply wind down anytime soon? No, because Earth is not a closed system. We receive an incoming stream of energy from the Sun.

Yet, is incoming energy the whole story? Earth radiates almost the exact same amount of energy back out into space as heat. We do not simply store a vast excess. So what is the Sun really giving us?

The Sun provides a steady stream of low-entropy energy. Because entropy measures how dispersed energy is, low entropy means highly concentrated, usable energy. On Earth, we break that concentrated energy down into countless smaller, dispersed packets, driving weather, plants, and life, and converting low entropy into higher entropy.

For the Sun to deliver this low-entropy energy, its own entropy must rise. That is precisely what occurs through nuclear fusion. The Sun's entropy increases steadily, and one day its fuel will be fully spent, having radiated away its energy to maximum dispersion. When the Sun dies, Earth will inevitably run out of the low-entropy fuel that sustains life. Living organisms, by their very nature, serve as engines that accelerate the universe's entropy.

A state of pure low entropy is static, and a state of maximum entropy is completely inert. Neither is interesting on its own. All the beauty and complexity in the universe happen during the transition between the two.

Right after the Big Bang, the universe started in an extraordinarily low-entropy state. Since then, it has continuously transitioned to higher entropy. Energy drove the expansion of space, matter coalesced to form stars and planets, and collisions converted kinetic energy into heat. Every planet, star, and living being exists entirely as a byproduct of this grand shift from low entropy to high entropy.

Eventually, maximum entropy will arrive. Everything will stabilize, all reactions will cease, and the cosmos will enter what physicists call the "heat death" of the universe, a process that will continue until even the final supermassive black holes evaporate via Hawking radiation.

Imagine a glass of pure milk and a cup of black coffee. Kept separate, both are in a state of low entropy: orderly, but static. Once fully mixed and settled into a uniform brown liquid, they reach maximum entropy: stable, but boring. Yet during the pour, as milk and coffee swirl together, complex, mesmerizing patterns emerge.

The interesting parts of reality exist entirely in the middle. We rely on reservoirs of low entropy because the act of dispersing them is what creates everything worth experiencing.