فیزیکدانان راهی برای نقض قانون دوم ترمودینامیک پیدا کردند!

بیگ بنگ: برخی از مهمترین قاعده های اصلی فیزیک مدرن در قوانین ترمودینامیک است. زیرا سه کمیت بنیادی فیزیکی را تعریف می کند که چگونه دما، انرژی و آنتروپی در شرایط محیطی مختلف رفتار می کنند. ولی حالا فیزیکدانان می گویند که در یکی از این قانون ها یک راه گریز پیدا کرده اند و این می تواند یک طرح جدید بسازد از اینکه آنتروپی یا بی نظمی با زمان کاهش می یابد.

entropy-fractal_1024به گزارش بیگ بنگ، از فیزیک مدرن ممنونیم، تقریبا همه چیز در جهان می تواند توضیح داده شود با تکیه بر این دو نظریه: نظریه نسبیت برای ماده های بزرگ مانند ستاره ها، کهکشان ها و خود جهان و مکانیک کوانتوم برای رفتار در مقیاس اتمی. در بین آن دو شاخه چهار قانون ترمودینامیک داریم که توضیح می دهند چگونه دما(انرژی حرارتی)معکوس می شود و از بین مدل های مختلف انرژی و تاثیراتی که این میتواند روی اشکال مختلف ماده داشته باشد. بطور اساسی اگر بخواهید بدانید که انرژی چگونه در یک سیستم حرکت میکند(از یک اتم به یک سیاهچاله) این قانون هایی است که نیاز دارید.

از علاقه های خاص ما در حال حاضر قانون دوم ترمودینامیک است که به انتقال انرژی در داخل یک سیستم از قابل مصرف به غیر قابل مصرف می پردازد. همچنان که انرژی قابل استفاده در داخل یک سیستم بسته یا ایزوله کم می شود و انرژی غیر قابل مصرف زیاد می شود، آنتروپی نیز افزایش می یابد. آنتروپی واحدی برای تصادفی بودن یا بی نظمی در داخل یک سیستم بسته یا ایزوله است و قانون دوم ترمودینامیکی همچنان که انرژی قابل مصرف از دست می رود بی نظمی افزایش می یابد و این پیشرفت به سوی بی نظمی هیچگاه نمی تواند معکوس شود. همانطور که الوک جا توضیح می دهد: « احتمالا تاثیر قانون دوم ترمودینامیک حتی بیشتر از قانون اول ترمودینامیک است(حالتی که در آن انرژی نه از بین می رود و نه به وجود می آید) به این علت که محدودیت هایی که در جهان ما روی می دهد را بیان می کند.»

الوک افزود: « این قانون درباره ی عدم ظرفیت و فساد و تباه شدن است، این به ما می گوید که تمام کارهایی که انجام می دهیم اساسا بی فایده اند و اینکه فرایندهای غیرقابل نقض در جهان وجود دارد، به ما یک پیکان برای زمان می دهد و می گوید که جهان ما دارای یک سرنوشت متروک تلخ و گریز ناپذیر است. ولی اگه این مورد در هر سناریو به تنهایی صادق نباشد چه؟ چه می شود اگر شما بتوانید یک سیستم بسازید که در آن آنتروپی در واقع کاهش پیدا کند؟ چگونه می توان اوضاع را رو به راه کرد؟»

تحقیقات در دپارتمان آزمایشگاه انرژی آرگون نشان می دهد که آنها ممکن است یک راه گریز در قانون دوم ترمودینامیک کشف کنند، جایی که پیشروی آنتروپی بر روی مقیاس میکروسکوپی حداقل و فقط در مدت کوتاهی می تواند در جهت عکس حرکت کند. آنها یک مفهوم آماری که زیر بنای بررسی قانون دوم ترمودینامیک است به نام قضیه H را مورد بررسی قرار دادند، در ساده ترین حالت قضیه H توضیح می دهد که اگر یک دَر مابین دو اتاق سرد و دیگری گرم باز کنیم، چگونه آنها در نهایت به یک تعادل ولرم می رسند. اما همانطور که آوری تامپسون توضیح می دهد؛ چون واقعا به نقشه در آوردن اینکه چگونه هر مولکول در این سناریو حرکت می کند(و برای پیچیده ترهایشان) غیر ممکن است، فیزیکدانان آنها را بصورت تک به تک تلقی می کنند.

031916_thermodynamics_opener-crop_freeبرای تصور واقع بینانه تر این موضوع که هر مولکول منفرد طبق قضیه H چگونه رفتار می کند، تیم آزمایشگاهی آرگون تصمیم گرفتند که به آن در مقیاس کوانتومی نزدیک شوند. آنها این کار را با استفاده از نظریه اطلاعات کوانتومی انجام دادند و با استفاده از یک دسته سیستم های انتزاعی ریاضی برای دستیابی به مدلی از نظریه ی H کوانتومی جدید آن را به فیزیک ماده چگال اعمال کردند. ایوان سادوسکی یکی از اعضای تیم گفت: این کار به ما اجازه می دهد که نظریه H کوانتومی را به شکل قاعده در بیاوریم، درست همانند چیزهایی که به صورت فیزیکی می توان مشاهده کرد. این کار بر مبنای یک رابطه بین فرایندهای روشن نظریه ی فیزیک کوانتومی و کانال کوانتومی که نظریه اطلاعات کوانتومی را می سازد، تشکیل شده است. به گفته محققان در بین مدل های نظریه H کوانتومی جدید، پیشامدهای مطمئنی وجود دارد که در واقع آنتروپی باید بصورت موقت هم شده، کاهش یابد.

آنها با نتایج آزمایش شیطان مکسول مقایسه کردند (یک آزمایش فکری که در سال ۱۸۶۷ توسط فیزیکدان جیمز کلرک مکسول پیشنهاد شد که اگر یک ذره، دمون کوانتومی بین در دو اتاق متعادل بماند و فقط اجازه دهد که ذره هایی با یک سرعت معین حرکت کنند، این میتواند به طور موثری جریان دما را کنترل کند، این کار باعث می شود که یک اتاق گرم و دیگری سرد، شود.) تامپسون گفت: ذره دمون فقط به داغ ها اجازه می دهد که به یک راه بروند و سردها راه دیگری بروند، به طور اساسی دمون می تواند مخلوط ها را غیر مخلوط کند.

تیم آزمایشگاهی آرگون با توضیح یک مدل ریاضی حالا همه چیز را یک قدم فراتر بردند تا توضیح دهند چگونه یک سیستم کوانتومی، در جایی که افزایش آنتروپی منفی (کاهش آنتروپی) وجود دارد؛ می تواند ساخته شود. یکی از اعضای تیم والری وینوکور گفت: با اینکه نقض فقط بر روی مقیاس موضعی است، ماحصل آن رسیدن به دور است. این برای ما یک پایگاه آماده می کند برای عملی تحقق گرایانه از کوانتوم مکسول و می تواند یک ماشین حرکتی ابدی کوانتومی موضعی را ممکن سازد. این مساله ی عالی مفهومی عمیقا بحث برانگیز است ولی پژوهشگران در حال برنامه ریزی بر روی بسط دادن تیمشان هستند، پس آنها می توانند مدرکی از سیستم مفهومی بر پایه مدل نظریه H کوانتومی شان طراحی کنند. ما باید منتظر بمانیم و ببنیم می توانند با وجود مشکلات به کارشان ادامه دهند و به پاسخ دست یابند. جزئیات بیشتر این پژوهش در Scientific Reports منتشر شده است.

ترجمه: مهتاب اسکندزاده / سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com

image_pdfimage_print
(15 نفر , میانگین : 4٫60 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=58363
تحریریه‌ی بیگ بنگ

تحریریه‌ی بیگ بنگ

وب سایت بیگ بنگ یک سایت علمی، تحقیقاتی میباشد که توسط تعدادی از علاقمندان به علم و دانش اداره می شود. این سایت از اواخر سال 1390 تاکنون به فعالیت خود در این حوزه ادامه داده است.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۴ پاسخ‌ها

  1. بهنام طیبی گفت:

    فکر نکنم بتونن نقض کنن قانون دوم ترمودینامیک رو

  2. نوید گفت:

    قانون دوم ترمودینامیک تاحالا توی جهان با ابعاد نرمال (شامل انسانها و ستارگان و…) همیشه غیرقابل نقض بوده ولی ما چیز زیادی در مورد دنیا با ابعاد کوانتومی نمیدونیم. ممکنه که در این مقیاس قانون دوم ترمودینامیک نقض بشه. همونطور که قوانین دیگه ی فیزیک بزرگ مقیاس در دنیای کوانتوم نقض میشه (مثال بارزش میشه عدم توانایی مشاهده گر برای اندازه گیری حرکت و جهت ذرات کوانتومی به صورت همزمان)

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *