قانون دوم ترمودینامیک (ازلیت یا حدوث کدامیک) – 582 روز پیش

[yasin]

قانون دوم ترمودینامیک متضمن این مفهوم است که یک فرایند فقط در یک جهت معین پیش می رود و در جهت خلاف آن قابل وقوع نیست. این محدودیت برای جهت وقوع یک فرایند, مختصه قانون دوم ترمودینامیک است به عبارت روشن تر این قانون بیان میدارد که غیر ممکن است وسیله ای بسازیم که در آن حرارت از جسم سردتر به جسم گرمتر منتقل شود .

درباره قانون دوم ترمودینامیک ،هر آزمایش مربوطی که صورت گرفته به طور مستقیم یا غیرمستقیم ﻤﺆید قانون دوم بوده و هیچ آزمایشی منجر به نقض قانون دوم نشده است .وهیچ پدیده ای برخلاف آن مشاهده نشده است.

نتایج فلسفی قانون دوم ترمودینامیک

همانطور که قانون اول ترمودینامیک منجر به تنظیم خاصیتی به نام انرژی میشود قانون دوم ترمودینامیک به ابداع مفهوم مجردی به نام آنتروپی می انجامد .

این قانون ازاهمیت فلسفی فوق العاده ای برخورداراست و همیشه نظریات و مباحثات گوناگونی پیرامون آن در گرفته است. قانون دوم را عده ای به عنوان دلیلی بر وجود خدا بسیار با ارزش تلقی کرده اند. اما برعکس عده ای هم آنرا به دلیل ناسازگاری با ماتریالیسم دیالکتیک ونفی کمال پذیری و تکامل و وضعیت انسان مردود دانسته اند. در این قانون آنتروپی معیاری برای بی نظمی یک سیستم شناخته میشود . هرقدر نظم ساختاری و عملکردی یک سیستم کمتر باشد گفته می شود آنتروپی آن بیشتر است. طبق قانون دوم ترمودینامیک هر فعالیت طبیعی موجب افزایش آنتروپی می شود و جهت و گرایش طبیعت نیز به سوی بی نظمی است .

مثلا " کتابهایی که بطور مرتب در قفسهء کتابخانه قرار دارند ,اگر کوششی در جهت برقراری نظم آنها انجام نگیرد و مثلاً اهمیتی داده نشود تا هر کتاب برداشته شده باز به جای اولیه اش برگردانده شود بی نظمی یا به عبارتی آنتروپی آن روز به روز بیشتر خواهد شد. شاید به نظر برسد که در طبیعت فرایندهایی هم هست که در آنها از یک حالت بی نظم به یک حالت منظم برسیم. مثلافرایند ساختن ساختمان عبارتست از نظم دادن به مقداری آجر خاک و سیمان و آهن پراکنده و بی نظم واینطور برداشت شود که چنین فرایندهایی در جهت افزایش نظم و به تبع آن کاهش آنتروپی پیش می رود. اما باید گفت که قانون دوم ترمودینامیک یک سیستم را مجزا از محیط در نظر نمی گیرد. آنچه افزایش می یابد آنتروپی کل است که شامل محیط و سیستم می باشد . ممکن است در بخشهایی از سیستم شاهد کاهش آنتروپی ودر نتیجه افزایش نظم باشیم اما بی تردید در جایی دیگر با افزایش بیشتری در میزان بی نظمی روبرو خواهیم بود. می توان نشان داد که تمرکز نظم در یک نقطه به قیمت افزایش بیشتر بی نظمی در نقطه ای دیگر است. آنچه از تئوری و آزمایشات بر می آیند نشان می دهند که در کل هر سیستم مقدار افزایش بی نظمی بیشتر از کاهش آن است و از این رو مجموعاً در هر فرایندی مقدار بی نظمی (آنتروپی) زیاد می گردد. در یک تحلیل آماری می توان به این نتیجه رسید که همواره تعداد حالات بی نظم یک سیستم بسیار پرشمارتر از حالات منظم آن هستند. تکه های یک عکس را درون یک جعبه در نظر بگیرید. این تکه ها تنها در یک آرایش تصویری کامل می سازند. از سویی دیگر آرایشهای بسیار زیادی هستند که تصویرچیزی را درست نمی کنند و تکه های عکس در حالت بی نظمی به سر می برند. هر چه جعبه را بیشتر تکان بدهیم تعداد آرایشهای بی نظم و غیر موزون که بیانگر هیچ تصویری نباشند بیشتر می گردد. از دیدگاه آماری احتمال اینکه یک فرایند در جهت کاهش آنتروپی پیش رود صفر نیست. به بیان دیگر امکان بروز چنین حالتی به قدری کم است که گویی غیر ممکن است. جعبه ای را که حاوی یک گاز و در تعادل ترمودینامیکی است در نظر می گیریم : طبق تعریف, گاز موجود در جعبه حداکثر آنتروپی ممکن را خواهد داشت. نظر به اینکه همه مولکولها به طور مداوم در حرکتند احتمال اینکه مولکولهای هوا به شکل خاصی قرار بگیرند و مثلا همه در یک گوشه جعبه متمرکز شوند وجود دارد ولی این احتمال فوق العاده کم است. یعنی از میلیارد میلیارد حالتی که این مولکولها می توانند داشته باشند تنها یک حالت ممکن است آن حالت منظم مورد نظر ما باشد که آنتروپی کمتری دارداحتمال چنین اتفاقی تقریباً صفر است. واقعیت این است که از نظر ریاضی این امکان وجود دارد که چنان آرایش منظمی اتفاق بیفتد ولی احتمال آن فوق العاده کم است .

افزایش بی نظمی و مرگ حرارتی

یکی از تعابیری که با اعمال قانون دوم ترمودینامیک به دست می آید این است که جهان در آغاز پیدایش, آنتروپی مشخصی داشته است ولی مقدار آن رفته رفته افزایش پیدا کرده است.این افزایش آنتروپی تا جایی ادامه پیدا می کند که جهان به حالت تعادل ترمودینامیکی برسد. آنگاه از فعالیت باز خواهد ماند و هیچ اتفاقی در آن به وقوع نخواهد پیوست و به اصطلاح خواهد مرد. این فرایند به مرگ حرارتی جهان معروف است. چنین استدلال می شود که "با فرض اینکه جهان در آغاز خلقت در یک حالت کاملاً نامنظم و هرج و مرج کامل و تعادل ترمودینامیکی بوده باشد احتمال اینکه به طور اتفاقی یک جهان منظم ایجاد شده باشد فوق العاده کم است. پس باید خالقی باشد که علاوه بر خلق همان جهان نامنظم آغازین, یکی از میلیاردها میلیارد حالت را برگزیند تا جهانی منظم مانند آنچه ما شاهدش هستیم به وجود آید. نظریات مخالفی هم وجود دارد که بیان می دارند جهان می توانست در یک مدت طولانی در حالت تعادل ترمودینامیکی باقی بماند. در چنان وضعیتی بالاخره لحظه ای می رسید که در گوشه ای به طور اتفاقی نظم به وجود بیاید. اگرمدت ماندن جهان در حالت تعادل ترمودینامیکی واقعاً بلند باشد احتمال آن افزایش می یابد. خصوصاً اگر جهان را ازلی و بدون علت بدانیم دیگرمشکلی ازنظر زمان طولانی نخواهیم داشت.

اما دیدگاههایی که به پایان جهان در حالت تعادل ترمودینامیکی و بی نظمی حداکثر معتقدند ابراز می دارند که چون جهان به سوی بی نظمی و هرج و مرج می رود و مقدار بی نظمی آن روز به روز افزایش می یابد پس به همین دلیل می توان پیش بینی کرد که جهان هستی روزی به یک مقدار ماکزیمم در بی نظمی رسیده و فرو می پاشد.این تعبیر طرفداران بی شماری دارد زیرا پیش بینی فرجام محتوم جهان خلقت در حالت مرگ و زوال مستلزم این است که جهان هستی, ازلی و بی آغاز نبوده بنابراین آغاز و آفرینشی در کار بوده و بدین ترتیب از این امر, وجود خدا را استنتاج می کنند.

چنانکه فرانک آلن میگوید : روزی خواهد آمد که تمام اجسام به درجۀ حرارت پست و مشابهی در حد صفر « منظور از صفر اینست که درجات و حرارت و حرکت مولکولی و اتمی و آنچه که به آن دو مربوط میشود ، باشد در این مرحله ماده بطور مطلق نابود میشود ، زیرا ماده ذاتا دارای حرکتی جوهری است ، از اینرو قانون ترمودینامیک نابودی ذاتی ماده را ثابت میکند مگر آنکه ماده دست به وجودی غیر خود دراز کند» میرسند ، در این روز دیگر انرژی قابل مصرف وجود نخواهد داشت ، و در آن حالت دیگر زندگی ممکن نیست .«منظور اینست که حیات مادی که وجود ماده باشد از بین میرود اگر در اینجا جهان را ازلی بدانیم ، میبایست هم اکنون جهان به مرگ خود رسیده باشد ، حال آنکه مواهب حیات در آن میبینیم همین دلیل بر عدم ازلیت جهان است .» پس ابدی نبودن جهان نشانه ازلی نبودن انست .

توضیح بیشتر اینکه اگر جهان را در ازل فرض بگیریم میبایست تا به حال حیات مادی جهان تمام میشد چون هموازه حرارت از اجسام گرم به سرد منتقل میشود واگر جهان ازلی بود تا بحال به تعادل ترمودینامیکی میرسید . (باید اضافه کرد که فیزیکدانهای امروزی جهان قبل از بیگ بنگ را مثل یک گلوله ی آتشین بزرگ میدانند )

در اینجا لازم است پدیدهء مرگ و زوال از دیدگاه ترمودینامیکی تبیین شود. از جمله تواناییهای جالب تمام موجودات زنده خودساختاردهی است. بدین معنی که ما برای ادامه زندگی, مدام به نظم دادن به ساختارهای بی نظم خود می پردازیم" البته این فرایند مستلزم صرف انرژی و در نتیجه افزایش ناخواسته آنتروپی و میزان بی نظمی ساختاربدن موجودات زنده میباشد . موجودات زنده برای زنده ماندن به تغذیه و تنفس نیاز دارند. مواد غذایی ساختاری پیچیده و منظم دارند و آنتروپی آنها پایین است. هر سیستمی که آنتروپی پایینی داشته باشدانرژی متمرکز یا مفید بیشتری دارد و لذا انرژی مفید مواد غذایی بالاست.و این مهمترین مشخصه آنهاست. بنابراین تغذیه و تنفس برای یک موجود زنده عبارتست از وارد کردن مواد کم آنتروپی به بدن و در نهایت پایین آوردن آنتروپی کل و طولانی کردن عمر" از این رو زمانی که موجود زنده ای در ارتباط با محیط نباشد زمان زیادی طول نمی کشد که کلیه حرکاتش تحت ﺘﺄثیر اصطکاک و سایر عوامل برگشت ناپذیری که به افزایش آنتروپی می انجامند متوقف شده توزیع دما در سرتاسر بدن موجود زنده یکنواخت می گردد و در ادامه موجود زنده به یک تعادل ترمودینامیکی میرسد که مرگ خوانده می شود. ما برای ادامه دادن به حیات خود, سعی می کنیم سرعت رسیدن به تعادل ترمودینامیکی را کندتر کنیم و اجازه ندهیم تا آنتروپی و بی نظمی بدن مان به مقدار ماکزیمم خود برسد.اما همواره مقدار انرژی مصرفی بدن موجود زنده, بیشترازانرژی کسب شده آن است و در نتیجه بی نظمی یک سیستم زنده بی تردید به یک مقدار حداکثری می رسد . مانند تمام رویدادهای طبیعت که با افزایش آنتروپی همراهند, آنتروپی موجود زنده نیز به دلیل خود ساختاردهی (که برای کند کردن روند رسیدن به تعادل صورت می گیرد) مدام درحال افزایش است . بنابراین مرگ, همان رسیدن به حالت تعادل ترمودینامیکی یا مقدار ماکزیمم بی نظمی برای بدن موجود زنده است .

در اینجا اشاره به این نکته بیجا نیست که از دید کیهان شناسی سرانجام جهان از انبساط میایستد و دچار فروپاشی درونی یا منقبض میشود :

چنانکه دانشمند معاصر استفان هاوکینگ که وضع کننده نظریه سیاه چاله ها و ثابت کننده انست ، معتقد است:

كه جرم جهان حداقل بايد ۱۰ برابر جرمى باشد كه امروزه براى جهان در نظر مى گيرند، زيرا در جهان حداقل به تعداد ستارگان، سياه چاله وجود دارد
حتى جرم مجموع سياهچاله بيشتر از جرم كهكشان هاست. بنابراين چگالى جهان را نمى توان به طور دقيق محاسبه كرد زيرا ترديد در تعداد سياهچاله مانع از محاسبه دقيق چگالى مى شود ولى آنچه مسلم است اين است كه اگر چگالى جهان حدود ۱۰ برابر چگالى كنونى باشد آنگاه نيروى جاذبه بين كهكشان ها آنقدر زياد مى شود كه انبساط آنها را متوقف مى كند و دوباره آنها را به نقطه آغاز خلقت باز خواهد گرداند.

چنانکه قرآن میگوید :« روزی که آسمان را مانند "طومار نوشته ها" در هم میپیچیم و مانند " آفرینش نخست" که افریدیم آنرا باز میگردانیم ، این وعده ایست که بر عهده ی ماست و ما بی تردید انجام دهنده ان خواهیم بود»انبیا104