عرفان کسرایی پژهشگر مطالعات علم در دانشگاه کاسل آلمان

عرفان کسرایی
پژوهشگر مطالعات علم در دانشگاه کاسل آلمان

آشنایی من با فلسفه باز می گردد به سالها پیش و به زمانی که دانشجوی رشته مهندسی مکانیک بودم. خوب خاطرم هست؛ اولین بار در کلاس درس ترمودینامیک؛ جایی که صحبت از قانون دوم ترمودینامیک شد مات و مبهوت به تخته خیره ماندم و لابلای معادلات ریاضی پیچیده ترمودینامیکی؛  به چیزهایی فکر می کردم که بعدها فهمیدم به آن چیزها “پرسشهای فلسفی” می گویند.

قانون دوم ترمودینامیک از وجود یک محدودیت عجیب و اجتناب ناپذیر در رویدادهای جهان صحبت می کرد. این قانون فیزیکی اجازه نمی داد که کارها در بهترین حالت خود پیش بروند و به بیان ساده کاری می کرد که اوضاع هرگز خوب نباشد! قانون دوم ترمودینامیک همیشه یک جای کار را لنگ می گذاشت تا هیچ رویدادی ایده آل پیش نرود. در آن زمان به قدری تحت تاثیر پیامدهای فکری و فلسفی قانون دوم ترمودینامیک قرار گرفتم که تصور می کردم می شود از ترمودینامیک یک فلسفهء تمام عیار ساخت. فلسفه ای که درباره هر چیزی می تواند حرف داشته باشد و همه رویدادهای جهان را تفسیر کند. مرگ ؛ حیات؛ زمان؛  اینکه چرا یک چیز اتفاق  می افتد و یک چیز اتفاق نمی افتد و خیلی پرسشهای فلسفی دیگر. به عبارت دیگر فکر می کردم کلید حل معماهای فلسفی بشر در علم نهفته است و ترمودینامیک آن را پیدا کرده است و به چیز دیگری نیازی نیست.

به صورت کلاسیک؛ قانون دوم ترمودینامیک را به دو شکل می توان توضیح داد. اولی که به بیان کلوین- پلانک مشهور است می گوید امکان ندارد بتوان موتور حرارتی ساخت که قادر باشد تمام انرژی ورودی را به کار مفید تبدیل کند. به بیان ساده تر این بیان می گوید حتما بایستی اتلاف داشته باشیم تا یک موتور حرارتی کار کند.

یک بیان دیگر هم از قانون دوم ترمودینامیک وجود دارد که به آن بیان کلازیوس می گویند. طبق بیان کلازیوس غیر ممکن است که مثلا یک یخچال یا کولر بتواند بدون اتلاف کار کند. روی همین اساس از پشت یخچال یا کولر ؛ حرارت بی خود و بی جهت بیرون می زند. بیان کلازیوس می گوید که فیزیک جهان اجازه نمی دهد که مثلا کولر گازی بدون  پس دادن حرارت اتلافی از پشت خود کار کند.

اجازه بدهید خلاصه بگویم. قانون دوم ترمودینامیک دست و پای رویداد های جهان را می بندد و اجازه نمی دهد که هر کاری دلمان خواست بکنیم. این خاصیت محدودکننده قانون دوم ترمودینامیک را می توان به حوزه های گوناگونی تعمیم داد. قانون دوم ترمودینامیک می خواهد بگوید رویدادهای جهان فقط در یک جهت می توانند پیش بروند و نه بالعکس. مثلا فنجان چای  اگر از روی میز بیفتد و بشکند به تکه های ریز تقسیم می شود و چایی روی زمین می ریزد. این رویداد یکطرفه است. یعنی هیچکدام از ما تا بحال ندیده ایم که خرده های شکسته فنجان چایی خود بخود از روی زمین جمع و به هم چسبیده شود و چایی داخل آن هم از کف زمین جمع شده و برگردد. اگر چنین صحنه ای ببینیم تنها حالت ممکن این است که فیلم این رویداد؛ رو به عقب در حال پخش است.

وقتی هیزم می سوزد از آن خاکستر و دود به جا می ماند. قانون دوم ترمودینامیک می گوید این رویداد برگشت ناپذیر است. چوب خودبخود می سوزد و دود می شود اما امکان ندارد که دود و خاکستر خودبخود دوباره تبدیل به چوب شوند.

این واقعیت که رویدادهای جهان تنها در یک جهت بخصوص پیش می روند در ترمودینامیک با مفهومی به نام ٬آنتروپی٬ توضیح داده می شود. اگر یه توپ را روی سطح شیب دار رها کنیم خودبخود به سمت پایین قل می خورد. اما عکس این رویداد اتفاق نمی افتد. به بیان بهتر؛  قانون دوم ترمودینامیک اجازه چنین کاری را نمی دهد. هیچ وقت توپ به صورت خودبخودی از سربالایی بالا نمی رود!

عجیب است. اینطور نیست؟ از دید ترمودینامیک بدن انسان مانند یه ماشین حرارتی عمل می کند. سوخت و ساز غذا انرژی ورودی ما را تامین می کند و بدن ما نیز کار انجام می دهد. اما کمتر از آن میزانی که انرژی دریافت کرده! یعنی حتما بخشی از انرژی ورودی باید اتلاف شود و تنها قسمتی از آن به کار بدن یعنی پیاده روی و ورزش؛ مطالعه؛ پلک زدن و … تبدیل می شود.

در واقع هیچ انرژی این وسط گم نمی شود. میزان انرژی ورودی طبق قوانین فیزیک همیشه با انرژی خروجی برابر است و موازنه شده! اما مساله بر سر این است که بخشی از انرژی ورودی الزاما باید اتلاف شود تا یک چرخه بتواند راه بیفتد.

زندگی انسان با این تفسیر؛ تلاشی است برای حفظ درجه حرارت. غذایی که می خوریم سوخت بدن را تامین می کند تا درجه حرارت بدن مان ثابت بماند. این جدال برای حفظ درجه حرارت با مرگ پایان می یابد و بدن انسان با محیط همدما می شود. یک تکه سنگ؛ برای حفظ درجه حرارتش تلاشی نمی کند. با سرد وگرم شدن هوا ؛ سرد و گرم می شود و مقاومتی برای حفظ دما از خود نشان نمی دهد.

 

 

۱entropy

 

 

قانون دوم ترمودینامیک و مفهوم آنتروپی تا حد زیادی یادآور پیکان زمان است. زمان تنها در یک جهت پیش می رود و گذشته قابل دسترس نیست. قانون دوم ترمودینامیک هم همین را می  گوید. وقتی سس سفید و سس قرمز را با هم مخلوط می کنیم و هم می زنیم؛ دیگر همه چیز تمام شده و این رویداد فقط یکطرفه است. دیگر نمی توان آن دو را از هم تفکیک کرد. اگر جهت چرخش قاشق را برعکس کنیم؛ سس سفید و قرمز دوباره از هم جدا نمی شوند و این رویداد اساسا بازگشت ناپذیر است.

دلیل در دسترس نبودن گذشته هم چیزی شبیه به همین است. ما نمی توانیم به گذشته سفر کنیم چون قانون دوم ترمودینامیک اجازه نمی دهد. گذشته بازگشت ناپذیر است؛ همانطور که فرایند هم زدن سس سفید و قرمز بازگشت ناپذیر است.

فنجان چایی داغ روی میز اگر همانطور روی میز بماند سرد می شود. حتما با محیط تبادل حرارت می کند و همدما می شود. البته می شود قانون دوم ترمودینامیک را تا حدی دور زد! مثلا فلاسک باعث می شود حرارت چایی برای مدت زمان بیشتری حفظ شود. اما در نهایت ؛ قانون دوم ترمودینامیک پیروز میدان است و چایی درون فلاسک بالاخره سرد می شود. حتی چایی درون فلاسک؛ با اینکه حرارت خود را برای مدت زمان بیشتری حفظ می کند ؛ باز هم تحت اثر قانون دوم ترمودینامیک قرار دارد. باری! محدودیتی که قانون دوم ترمودینامیک برای طبیعت ایجاد می کند شکست ناپذیر است.

ممکن است گفته شود محدودیت هایی که سایر قوانین فیزیک ایجاد می کنند هم شکست ناپذیرند و این مساله فقط مختص به قانون دوم ترمودینامیک نیست. مثلا گرانش را هم هرگز نمی توان از بین برد. بله درست است. اما درباره مساله ای مانند گرانش مثلا می توان از  قوانین و معادلات مکانیک سیالات استفاده کرد و هواپیمایی ساخت و لااقل به صورت ظاهری بر آن غلبه کرد. یا دقیق تر بگویم. می توان در فضا در حالت بی وزنی قرار گرفت و به نحوی با وارد کردن شتاب در جهت مخالف اثر گرانش؛ آن‌را خنثی کرد. تفاوت قانون دوم ترمودینامیک این است که حتی به صورت موقتی و ظاهری هم هیچ راهی برای غلبه قطعی بر آن وجود ندارد.

تفسیر فلسفی مفهوم قانون دوم ترمودینامیک و به عبارتی آنتروپی؛ به حدی انتزاعی Abstract است که در نوشتن این مطلب ؛ به خصوص حین نوشتن دو پاراگراف آخر تردید داشتم که مبادا خودم آن را درست نفهمیده باشم!

دیدگاه های وب سایت

نوشتن دیدگاه

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.