آنتروپی- بخش دوم

بیگ بنگ: هر اتفاقی چه خود به خودی و چه توسط انسان باعث پخش گرما در محیط و سیستمها می شود و این یک معنا دارد: افزایش آنتروپی یا بی نظمی. اینکه بیشتر انرژی سوخت به جای حرکت خودرو، تلف می شود به خاطر تبدیل آن به گرماست، بدین ترتیب به قانون دوم ترمودینامیک می رسیم : در یک سیستم منزوی هیچگاه آنتروپی کاهش نمی یابد. البته چون در یک محیط پویا قرار داریم، هر لحظه آنتروپی در حال افزایش است. این یکی از مهمترین پیکانهای زمان است، زمان در جهت افزایش آنتروپی است! چرا؟به جز اصل انسانی ضعیف ، ظاهرا جواب قانع کننده ای عرضه نشده است. منظور جوابی است که در بدنه یک نظریه قوی علمی قرار گرفته باشد.

مثالهایی از افزایش آنتروپی در جهان :

تولید برق از توربین آبی : در این فرآیند آدمی در حال ذخیره انرژی برای کار است ، اما در تمام مراحل تبدیل انرژی جنبشی آب به انرژی چرخشی توربین، تبدیل انرژی چرخشی توربین به انرژی الکتریکی،انتقال برق و تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی گرما تولید شده و آنتروپی زمین و جهان افزایش می یابد.

افزایش آنتروپی جهان توسط گیاهان و جانوران- واکنش فتوسنتزگیاهان: گیاهان با جذب دی اکسید کربن و آب و انرژی نورانی ، قند و سلولز و اکسیژن تولید می کنند، یعنی فرآیندی عکس سوختن. اما با تمام این وجود آنتروپی زمین افزایش می یابد! چگونه؟
CO2 + H2O + High Quality Photon ð Sugar or Cellulose + O2 + Low Quality Photons

واکنش زندگی جانوران : این یکی عکس گیاهان است و دقیقا فرآیند سوختن است . درک این فرآیند که باعث افزایش آنتروپی می شود، ساده تر است!
Sugar or Cellulose + O2 ð CO2 + H2O + Q

فرآیند همجوشی هسته ای: فرآیندی که در خورشید و ستاره ها و بمب هیدروژنی رخ می دهد. در این حالت نیز مقدار زیادی نور و گرما تولید شده و در محیط پخش می شود و نتیجه آن باز هم افزایش آنتروپی، با تمام تحقیقاتی که در ساخت یک کوره جوش هسته ای انجام شده ، هنوز بشر نتوانسته این فرآیند را برای تولید پاک ترین انرژی بی پایان تحت کنترل در آورد تا یکی از آرزوهای استیون هاوکینگ تحقق یابد. با اینکه هیچ شباهتی به هاوکینگ ندارم، اما یکی از آرزوهای بنده نیز به منظور نجات طبیعت همین است!
Light elements(H2,He , …) ð Most Stable Elements ( Fe , Pb) + Q

شکافت هسته ای: عناصر سنگینی مانند پلوتونیم یا اورانیوم، خود به خود (در واقع توسط نیروی هسته ای ضعیف) شکافته می شوند و پس از تبدیل به پایدارترین عناصر یعنی آهن و سرب ، مقدار زیادی گرما آزاد می کنند. این واکنش به صورت کنترل شده در نیروگاههای اتمی منجر به تولید برق می شود، اما شکل انفجاری آن در هیروشیما و ناکازاکی تست شده است!
Heavy elements(U,PO , …) ð Most Stable Elements ( Fe , Pb) + Q

شما نظیر این مثالها را ادامه دهید. تمرین خوبی است. سقوط یک سنگ و برخورد آن با سطح زمین باعث تبدیل انرژی جنبشی آن به گرما می شود (آیا قانون بقای اندازه حرکت نقض می شود؟) آیا سیاهچاله ها آنتروپی را کاهش می دهند؟  پایان این افزایش آنتروپی که به سن من و شما و نسلهای بعدی نمی رسد چیست؟! مرگ حرارتی تدریجی ! این نتیجه نهایی افزایش آنتروپی در جهان و پیش بینی ترمودینامیک کلاسیک است. راستی چرا این مرگ حرارتی تدریجی است؟! چرا به یکباره اتفاق نمی افتد؟

درک سطحی از آنتروپی باعث خوشحالی عده ای می شود که با نظریه داروین و فرگشت مخالفند! دلیل آنها چیست؟ بی نظمی خود به خودی است، اما نظم، خود به خود به وجود نمی آید. یخچال می تواند با تبادل انرژی خودش را از محیط سردتر و منظم تر کند ، اما هیچ یخچالی خود به خود خلق نمی شود. موجودات زنده بسیار منظم تر و پیچیده تر از یخچالند و امکان ندارد خود به خود و توسط طبیعت به وجود آیند. همه ابنها نشان از خالقی توانا دارد! کل فلسفه موضوع این است که نظم خود به خود و تصادفی به وجود نمی آید. نظر شما چیست؟ آیا حرکات و واکنشهای تصادفی می تواند به نظم منجر شود؟ آیا موجودات زنده می توانند با پویایی تصادفی طبیعت زمین خلق شده و متکامل شوند؟!

قبل از پاسخ به این پرسش عمیق علمی و فلسفی لازم می دانم که به یک بیراهه نسبتا طولانی برویم. علم قصد تقابل با هیچ عقیده ای را ندارد. این ماشین در یک دشت پهناور راه خودش را می رود و کاری به باورهای من و تو ندارد، مگر اینکه خود ما به هر دلیلی باورهایمان را در مسیری مقابل این ماشین قرار دهیم. این که امروزه علم با نظریه های بسیار عجیب و غریب و بعضا پیچیده خود توانسته به هر کجای این دنیا سرک بکشد و به قویترین مرجع واقعیت تبدیل شود فقط یک علت دارد : تکنولوژی! این دستاورد علم، خوب یا بد بحث های مجرد و فلسفی را به گوشه رینگ کشانده است. طبق یک منطق ساده ، همان علمی که به فرگشت و بیگ بنگ می پردازد، بمب اتم و LCD نیز می سازد. اگر چه من و تو از ساز و کار و مکانیسم هیچکدام از اینها سر در نمی آوریم، اما آثار آن را می بینیم! اینجاست که نظریه های علمی حتی لرزه به اندام متعصبانی می اندازد که به شدت به باورهای کهنه غیر علمی خود پایبندند! اما من یک نظر و مژده شخصی برای آنهایی دارم که فکر می کنند، نظرات علمی با باورهای آرامش بخش و به ویژه خدای ایشان سر جنگ دارد!

علم متواضعانه اعلام می کند که هدفش مطالعه طبیعت است. خدا و یا هر باوری شبیه آن در لایه ای خارج از طیبعت یا ورای آن قرار می گیرد. علم کاری به ورای طبیعت و درنتیجه اینگونه باورهای من و تو ندارد! نکته اینجاست که برخی به خاطر تعصبات ویژه، دست از باورها یا خدای افسانه ای کهنه شده خود که اکنون وارد قلمروی طبیعت و علم شده، بر نمی دارند! یک خدای عمیق فلسفی و حتی عرفانی هیچگاه در تقابل با علم قرار نمی گیرد! نه یکی شدن فضا و زمان در لحظه آغاز بیگ بنگ، نه جهانهای موازی، نه تهی شدن ماده و نه حتی نظریه خلق جهان از نیستی قادر به حذف چنین خدایی نیست! برای یک فیلسوف اگر لازم باشد” نیستی” را با مفهومی عمیق درک می کند و ورای طبیعت را از حوزه آن بیرون می کشد. نکته عجیب اینجاست که رشد قلمروی علم، مفهوم خدا را عمیق تر و جذاب تر می کند. بسیاری این جمله که موجود زنده نتیجه واکنشهای تصادفی است را به معنای بی خدایی و بی مفهومی زندگی می دانند، چرا که این جمله، مفهوم خالق را زیر سئوال می برد. در حالیکه تصادف در علم فقط به معنای استفاده از اصول آمار و احتمالات است و هیچ بار فلسفی ندارد، این جملات توجیه نیست! در فیزیک قانونی هست که اطلاعات دنیا حتی با وجود تمام تصادفات و افزایش آنتروپی، هیچگاه از بین نمی روند. حتی تصادف در عمق خود می تواند مفهومی از خلق داشته باشد، بحث بیشتر در این مقال نمی گنجد. کلام آخر اینکه باورهای فوق طبیعی همانند احساس خویشتن قابل حمله با هیچ علمی نیست و همینطور این باورها نیز قدرت حمله به علم را ندارند.

برگردیم به پرسشمان. آیا نظم از دل تصادف به وجود می آید؟ نظر شما چیست؟ هانس رایشنباخ آلمانی این پرسش را به خوبی توضیح می دهد. جواب مثبت است! اما چگونه چنین چیزی ممکن است؟! تصادف به همراه گزینش می تواند به نظم منجر شود. رایشنباخ ، چیده شدن تصادفی شنهای ساحل را مثال زده است، اما بهتر است مثال ساده تری بیان کنیم. حتی برخی میوه فروشها نیز می دانند که با تکان دادن تصادفی جعبه ، میوه های درشت بالا می آیند، روشی ساده برای فریب مشتری! حرکات تصادفی است. گزینش کدام است؟ نیروی جاذبه! در واقع لرزاندن جعبه باعث چیدمان میوه ها بر اساس جرم حجمی می شود. ما به تفسیر فیزیکی آن کاری نداریم. در این مثال حرکات تصادفی با نیروی گزینش به نتیجه ای منجر می شود که از دید یک ناظر بیرونی یک عمل برنامه ریزی شده در چیدن میوه هاست! حرکات تصادفی مولکولها در کنار شرایط گزینش گر طبیعت زمین و زمان کافی می شود موجود زنده! به همین سادگی! این زیر بنای نظریه داروین است! قصد ما در اینجا پرداختن به نظریه فرگشت نیست و در تاریخ علمی جهان به آن خواهیم رسید.

در کتاب تاریخچه زمان ، استیون هاوکینگ از آنتروپی بعنوان مهمترین پیکان زمان نام می برد، وی سه پیکان زمان را اینگونه شرح می دهد : ۱ – پیکان ترمودینامیکی که زمان را در جهت افزایش آنتروپی نشان می دهد. ۲ – پیکان روانشناختی که طبق آن ما زمان را در امتداد گذشته تا حال احساس می کنیم. ۳ – پیکان کیهان شناختی که جهت زمان را در امتداد انبساط کیهان ثبت می کند. ایشان نشان می دهد که دو پیکان اول ضرورتا یک جهت دارند. اگر خلاصه بگوییم حافظه خالی یک کامپیوتر در حالت بی نظم است ( صفر و یک ها به صورت تصادفی قرار دارند)، اما پس از ذخیره اطلاعات صفر و یک ها منظم می شوند. اکنون فرض کنید کامپیوتر بخواهد گذشته را به یاد آورد. باید مقداری انرژی صرف شود تا منظم بودن حافظه و اطمینان از آن چک شود. این انرژی به صورت گرما دفع می شود که بی نظمی حاصل از آن بیشتر از افزایش نظم در حافظه است. پس جهت زمان که کامپیوتر در امتداد آن گذشته را به یاد می آورد(پیکان روانشناختی) همان جهت افزایش آنتروپی است!

پایان

نویسنده : احمد مصدر- عضو پیوسته بیگ بنگ

منابع:
پیدایش فلسفه علمی ، هانس رایشنباخ ،ترجمه موسی اکرمی ، نشر انتشارات علمی و فرهنگی
ساعت سرمستی، هیوبرت ریوز، ترجمه رضا فرنود و سیروس سهامی، چاپ اول ، نشر قطره
تاریخچه زمان ، استیون هاوکینگ ، ترجمه محمد رضا محجوب ، نشر شرکت سهامی انتشار
Physical Chemistry, Eighth Edition by Peter Atkins and Julio de Paula , 76 – 90
video 1 , video 2

لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=18441

(۱۸ نفر , میانگین : ۴,۶۷ از ۵)