مشاوره رایگان تحصیلی
منو

انرژی و آنتروپی

+ 90
رأی شما
- 31

چه چیزی باعث می شود رویدادها اتفاق بیفتند یا اتفاق نیفتند؟ مثلا آب در سرازیری جریان می یابد، اما سر بالایی نمی رود. قند و شکر در قهوه حل می شوند، مثل اینکه وقتی شکر مدت زیادی در قهوه بماند دیگر نمی توان آن را برگرداند. چرا نمی توان از سوختن چوب کبریت پس از شعله ور شدن جلوگیری کرد. آیا قانون و قاعده ای کیهانی وجود دارد که تعیین کند چه اتفاقی می تواند بیفتد و کدام نمی تواند؟

این پرسش یکی از ژرف ترین پرسش ها در تمام حوزه ی علم می باشد. با این وجود، تا اواخر قرن نوزدهم که نابغه ای به نام جوسایا ویلارد گیبس ان را به تمامی حل و فصل کرد، پاسخ درستی به این پرسش داده نشده بود. پاسخ این پرسش از این قرار است که در هر جای طبیعت بین دو کمیت بنیادی توازن برقرار است: انرژی و آنتروپی. تنها همین توازن است که تعیین می کند آیا اتفاقی رخ می دهد یا خیر.

برخی رویدادهای فیزیکی می توانند تک و تنها اتفاق افتند، اما نمی توانند در جهت مخالف رخ دهند مگر این که از خارج کمکی دریافت کنند. مثلا می توانیم از طریق وسیله ای، آب را به بلندی برسانیم و اگر واقعا بخواهیم، می توانیم از طریق تبخیر کردن آب و سپس جداسازی شیمیایی شکل های جامد شکر و قهوه، شکر را دوباره به دست آوریم. سوزاندن چوب کبریت دشوارتر است، اما وقت و ابزارکافی و لشکری از شیمیدانان میخواهد که احتمالا بتوانند چوب کبریت را از خاکستر، دود و انواع گاز بازسازی کرد. نکته این است که در هر یک از این موارد مقدار زیادی دخالت-ورود انرژی از خارج-لازم است. در طبیعت بسیاری اتفاقات را مجاز می داریم که خود به خود و به تنهایی رخ دهند، اما اتفاقات دیگری هم هستند که هرگز خود به خود پیش نمی آیند، حتی اگر بدون مداخله تا ابد منتظر بمانیم. ماحصل و نتیجه گیری عظیم طبیعت از این قرار است که اگر توازن بین انرژی و آنتروپی به درستی برقرار باشد، آن اتفاق خواهد افتاد؛ اگر این توازن برقرار نباشد، آن اتفاق هم نمی افتد.

به طور کلی همه چیز در صورت توانایی تلاش می کند انرژی اش را کاهش دهد. در آبشار، آب از طریق فرو ریختن یک آبگیر خود را از انرژی گرانشی انباشته اش خلاص می کند، اما همین که آب به داخل آبگیر پای آبشار ریخت، دیگر آن انرژی نمی تواند آن را به بالای آبشار و نقطه ی آغاز ریزش آب برگرداند. تعداد زیادی واکنش شیمیایی فقط به یک دلیل مشابه اتفاق خواهند افتاد: موادشیمیایی از دست انرژی شیمیایی انباشته در خود به طور خود به خود را رها می کنند تا به مواد شیمیایی دیگری تبدیل شوند که انرژی شیمیایی کمتری دارند. اما این مواد نمی توانند به تنهایی به شرایط انرژی اولیه شان برگردند. به این ترتیب اگر همه شرایط دیگر بدون تغییر بمانند، گرایش طبیعت از این قرار است که هر چیزی در صورت توانایی انرژی خود را کم تر می کند: این قانون طبیعت است.

اما کاهش انرژی فقط نیمی از ماجرای عواملی است که رویدادها از آنها ناشی می شوند. نیمه ی دیگر افزایش آنتروپی است. آنتروپی یعنی بی نظمی، یا اتفاق، یعنی آرایش آشوبناک و بی نظم حوادث و چیزهاست. اتم ها و مولکول ها در هر لحظه ی مشخص، ممکن است یا در آرایشی منظم باشند یا به صورتی نامنظم به هر سو بجهند، یا هر آرایش دیگری را مابین این دو حالت به خود بگیرند، یعنی می توانند مقادیر گوناگونی آنتروپی از کم تا زیاد داشته باشند. هرگاه همه عوامل دیگر(یعنی انرژی) مساوی باشند، گرایش طبیعت از این قرار است که همه چیز میل دارد هر چه بی نظم تر شود-یعنی، هر چیزی در صورت توانایی آنتروپی اش را افزایش می دهد؛ به بیان دیگر، مادامی که افزایشی بیشتر از آن که جبران شود در آنتروپی پیش بیاید افزایشی غیر طبیعی در انرژی می تواند رخ دهد.

پس این پرسش که آیا یک رخداد می تواند خود به خود در طبیعت روی دهد یا خیر- بدون هیچ دخالتی از خارج- صرفا برمیگردد به مسئله ی توازن بین قوانین انرژی و آنتروپی. درمورد آبشار؟ این اتفاق(فروریختن آب) به این علت می افتد که افت پردامنه ای درانرژی(گرانشی) پیش می آید، عملا هیچ اختلاف انرژی بین مولکول های آب در بالاترین نقطه و پایین ترین نقطه ی آبشار وجود ندارند. یک فرایند انتقال انرژی رخ می دهند. درباره شکر در قهوه موضوع از چه قرار است؟ شکر عمدتا به این علت حل می شود که افزایش آنتروپی بسیار زیادی اتفاق می افتد؛ مولکول های شناور شکر در قهوه بسیار بی نظم تر از وقتی اند که به صورت بلورهای دانه ی شکر به هم پیوند خورده بودند. در این میان ،عملا اختلاف انرژی بین شکر جامد و شکر محلول وجود ندارد. این هم فرایند انتقال انتروپی است.

ماجرای سوختن چوب کبریت چیست؟ آشکار است که افزایش زیادی در انرژی می افتد که یک انتقال ناگهانی انرژی است. انرژی شیمیایی ذخیره شده در سرچوب کبریت به صورت یک جهش یا انفجار گرمایی رها می شود و نور می تاباند. اما افزایش عظیمی در آنتروپی هم اتفاق می افتد، زبانه کشیدن شعله، دود و گازها خیلی بی نظم تر از گوگرد فشرده ی چوب کبریت است. از این رو که هم با انرژی و هم با انتروپی به راه می افتد و برانگیخته می شود. چه می شود اگر فرایندی پیش بیاید که یکی از این کمیت ها یعنی انرژی یا آنتروپی راه اشتباهی را طی کنند؟ اگر کمیت دیگر باقدرت کافی راه درست را پیماید که بر ان که در راه خطا پیش می رود غلبه یابد، باز هم این فرایند می تواند اتفاق افتد. یعنی انرژی تاوقتی می تواند افزایش یابد که افزایش آنتروپی چندان شود که آن توازن را برهم بزند، و آنتروپی می تواند تا وقتی کاهش یابد که انرژی تا حد زیادی که توازن را برهم بزند، افزایش یابد.

کاری که ویلیارد گیبس کرد این بود که برای این تعادل و توازن انرژی-آنتروپی معادله ای را تدوین کرد. اگر معادله گیبس نشان دهد که پس از برهم کنش هرگونه تغییرات آنتروپی خطایی هنوز هم مقداری انرژی باقی مانده است، آن انرژی می تواند برای راه انداختن رویدادهایی مصرف شود و فرایند مورد نظر خود به خود اتفاق خواهد افتاد. از سوی دیگر، اگر مقدار انرژی قابل دسترس برای بر هم کنش و تغییرات آنتروپی خطا ناکافی باشد، فرایند رخ نمی دهد و نمی تواند رخ دهد مگر این که مقداری انرژی اضافی از خارج کسب کند. در این صورت با اضافه کردن انرژی کافی همواره می توانیم بر این قانون آنتروپی طبیعت غلبه کنیم که بنا بر آن همه چیز به سوی بی نظمی میل و گرایش دارد. اگر انرژی کافی داشته باشیم می توانیم جهان آشوبناک را به نظم در آوریم.

نویسنده: میلاد اسکندر دوست / سایت علمی بیگ بنگ

+ 90
رأی شما
- 31



www.HUPAA.com
مشاوره رایگان تحصیلی
ویدیو کلیپ علمی
محک
● مقالات فیزیک
● اخبار فیزیک
● مطالب پربیننده
● مجله علمی
● کوانتوم و فیزیک جدید
● الکترومغناطیس
● نظریات ایرانی
● نجوم و اخترفیزیک
● فلسفه و متافیزیک
● نانوتکنولوژی
● برق و الکترونیک
● هواشناسی و فیزیک جو
● فیزیک نور و اپتیک
● مکانیک و ترمودینامیک
● مطالب متفرقه
● معرفی کتاب
● دانشمندان
● فیزیک در ایران
● سایتهای فیزیک انگلیسی
● سایتهای فیزیک فارسی
● دانلود نرم افزار
● تصاویر دیدنی
● پزشکی و سلامت
امکانات
● خانه
● انجمن فیزیکدانان جوان ایران
● چت روم هوپا
● درباره ما
● سفارش آگهی
● تماس با ما
● عضویت در انجمن
● ورود
● RSS
آگهی های متنی
● ادامه تحصیل در مالزی
● دانشگاه های مالزی
● سعيد سيوف جهرمي
● هر آنچه می خواهید
● مجله پزشکی
● توصیه های پزشکی
● پس از باران
● انجمن علمی فیزیک پیام نور
● دانلود کامل
● سایت گردشگری آنوبانی نی
● جاویدان
● سنگ شکن
● آگهی رایگان
● ایتکا
● پزشکی
● مجله علمی
● پی سی گیمرز
● موسسه پروفسور حسابی
● میهن کمپ
● پی سی وبلاگ
● کتاب هفته
● دهکده فضایی
● ایران حافظ
● Airgo Design
● دکتر علی افضل صمدی
عضویت در خبرنامه
ایمیل :
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
پزشکی و سلامت
مشاوره رایگان تحصیلی
بیگ بنگ
آخرین گفتگوها در انجمن
لکه های خوشیدی چگونه به وجود می آیند؟ (5 پاسخ)
اکسل برای مدیران، مهندسان، حسابداران و تولید ایده های نو (5 پاسخ)
جسم مجازی چیست؟ (13 پاسخ)
آیا مولتی متر بدون باتری کار می کند؟ (2 پاسخ)
کمیت عامل شکل ( عملیات ریاضی) (0 پاسخ)
محاسبه چگالی میدان در فاصله مشخصی از سیم پیچ (1 پاسخ)
چرا خطوط میدان الکتریکی همدیگر را قطع نمی کنند؟ (25 پاسخ)
اثبات قاون پتانسیل کیرشهف با اصل بقای انرژی (1 پاسخ)
اختلال دو قطبی (0 پاسخ)
حل یک معادله دیفرانسیل (1 پاسخ)
موتور مثلث در شش ضلعی در دایره اشکال هندسی مزارع (0 پاسخ)
نسبیت (0 پاسخ)
در زمان نمی توان سفر کرد (30 پاسخ)
نسبیت خاص خوانی(!)،سوالات و مقالات پراکنده پیرامون نسبیت خاص (31 پاسخ)
انتشار کتاب ((نظریه ی غلظت)) در نیویورک-آمریکا (21 پاسخ)
چرا قبل از بارش برف آسمان قرمز میشود؟ (30 پاسخ)
همجوشی هسته ای (4 پاسخ)
اثبآت فرمول تغییر سطح (1 پاسخ)
حمام نمک (0 پاسخ)
گامی پیش‌تر به سوی آشکارساز امواج گرانشیِ مستقر در فضا (0 پاسخ)
انرژی در موج های مکانیکی (7 پاسخ)
خواص ذاتی ذرات؟! (10 پاسخ)
تصاويري از تجهيزات نظامي عجيب و غريب! (113 پاسخ)
تساوی صفر و یک؟؟ (5 پاسخ)
اثبات مساحت دایره (22 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (973 پاسخ)
منظور پروفسور حسابی از بی نهایت بودن ذرات چه بوده؟ (38 پاسخ)
سوال در مورد انقباض طولی (6 پاسخ)
حذف یا تضعیف میدان مغناطیسی (1 پاسخ)
رنگ اجسام (3 پاسخ)
چرا نبایست با افراطی ها بحث کرد؟ (3 پاسخ)
میدان مغناطیسی اطراف یک ذره باردار به چه شکل است؟ (1 پاسخ)
پيدايش كاينات (0 پاسخ)
معرفی کانال های تلگرام فیزیک (8 پاسخ)
تابش لیزر به سطح کره ماه (5 پاسخ)
راکتور های هسته ای بی خطر (19 پاسخ)
یک پرسش دینامیکی در رابطه با اصطکاک (7 پاسخ)
توان تشعشعي از ذره شتابدار (0 پاسخ)
تصویر های دانشیک (85 پاسخ)
زاویه بحرانی و اندازه ذرات (0 پاسخ)
استفاده از اثرات میدان مغناطیسی برای چرخیدن دائم جسم (1 پاسخ)
عملگرها و اپراتورها در ریاضیات و فیزیک (73 پاسخ)
شوخي با شيمي (35 پاسخ)
فرگشت انسان (51 پاسخ)
توجیه عملکرد مدار شوکر (9 پاسخ)
مسیر حرکت رعد و برق و بارها (0 پاسخ)
سقوط آزاد و نیروی جزر و مدی (2 پاسخ)
مسئله: چهار گوی رسانای یکسان (2 پاسخ)
سقوط آزاد، پرتاب دو جسم با جرم‌های مختلف (8 پاسخ)
کشت ریزغده ابزاری جدید در مقابله با سرطان (0 پاسخ)
ببینید و لذت ببرید (4 پاسخ)
فرود آمدن عمودی بطری آب بر روی میز (1 پاسخ)
نیوتون چگونه حرکت بیضوی زمین را ثابت کرد؟ (15 پاسخ)
لطفا یه کتاب در زمینه فیزیک بهم معرفی کنید که ترجمه کنم (8 پاسخ)
راهی برای دوباره زیستن - بدن جدید - عمر نامحدود (25 پاسخ)
انرژی چگونه به جرم تبدیل میشود؟ (21 پاسخ)
زمین تخت گرایان (99 پاسخ)
کتاب مناسب برای کنکور (6 پاسخ)
کمبود ویتامین دی و سرطان ها (0 پاسخ)
برنامه‌ای که مرگ را پیش‌بینی می‌کند (0 پاسخ)
مقالات فیزیک
از بزرگ‌ترین خطری که اقیانوس‌ها را تهدید می‌کند چه می‌دانیم؟
ساختار و خواص جالب پوست تخم‌مرغ
معرفی خاص‌ترین سیاره‌ی فراخورشیدی، با ویژگی‌های منحصربه‌فرد
روش استتار به سبک آفتاب‌پرست‌ها امکان‌پذیر شد!
مصائب تلخ این روزهای مارک زاکربرگ
روزهای بازنشستگی کپلر نزدیک است!
این مرد قرون وسطایی چه چیزی در دست دارد؟
توانایی عجیب و غریب نوزادان، دانشمندان را شگفت‌زده کرد!
مژده به بیماران کلیوی؛ منتظر دیالیزی راحت‌تر باشید!
حرکات عجیب این دو کهکشان ناشی از چیست؟
سیستم شبه بلاک‌چین گوگل در فضای ابری منتشر خواهد شد.
جاذبه‌ی منطقه‌ی وان ترکیه چیست؟
رفتار عموزاده‌ی ما در غذاخوردن چگونه است؟
رویداد‌های نجومی اردیبهشت‌ماه ۱۳۹۷
کشف عجیب مینیاتوری در بدن انسان
آینده‌ی خودروهای خودران، مبهم‌تر از گذشته شد.
سنگین‌ترین اتم جهان چقدر وزن دارد؟
آینده‌ی اِتنا چقدر خطرناک و ویران‌گر است؟
فاصله‌ی ۷،۸۰۰ ساله‌ نوری زمین تا خوشه‌ای ستاره‌ای چگونه محاسبه شد؟
کشف اندامی جدید در بدن انسان
چگونه این یک میلیون نفر در آمازون پنهان شده بودند؟
کدو تنبل چگونه باعث ریزش مو در زنان می‌شود؟
جورابی که به کمک بیماران دیابتی می‌آید!
رازی باستانی از گونه‌ی انسان که در آب دهانش نهفته بود!
هابل از انعکاس نور ابرنواختری در دور دست‌ها خبر داد.
انقلاب بعدی چه زمانی رخ می‌دهد!؟
کشف ردپایی حیرت‌آور از دوران ژوراسیک
بررسی دقیق اوموموا، در فرکانس رادیویی
عواقب خوردن تندترین فلفل جهان چیست؟
آینده‌ی فالکون و چشم‌انداز تسخیر سیاره‌ی سرخ
ادامه ...
اخبار فیزیک
یافته های تازه دانشمندان ممکن است سفر در زمان را غیرممکن کند!
نگاهی به دوردست‌های کیهان به کمک یک خوشه کهکشانی غول‌پیکر
سنجش ذرات در کیهان اولیه
پیش‌بینی جرم ذره «هیگز» توسط سیمپسون‌های کارتونی 14 سال قبل از سرن!
فریب فوق‌العاده نور توسط محقق ایرانی
طراحی پای مصنوعی دارای سیستم بینایی توسط دانشمندان ایرانی
حل یک مساله سی‌ساله فیزیک شبیه‌سازی مواد ابررسانا با اتم‌های فوق سرد با همکاری فیزیکدان ایرانی
مخترع لیزر چارلز تاونز در 99 سالگی درگذشت
حل معماهای فیزیک در آزمایشگاه‌های ارزان بجای شتاب‌دهنده‌! مشاهده حالت بوزون هیگزی در ابررسانا برای نخستین بار
سه ایرانی در میان 100 نفر کاندیدای نهایی سفر بی بازگشت به مریخ
آمادگی برخورددهنده بزرگ هادرونی برای کشف یک ذره جدید
مشاهده پیوند شیمیایی اتم‌ها و تشکیل مولکول برای نخستین‌بار
کشف عجایب حبابی با سی‌تی اسکن درون یک ابرنواختر
لوح انجمن جهانی نفرولوژی به «پدر علم نفرولوژی ایران» اعطا می‌شود
چرا برخی کهکشان‌ها جوانمرگ می‌شوند؟
ادامه ...
مطالب پربیننده
فیزیکدان‌ها غیرممکن را ممکن می‌کنند: تبدیل نور به ماده! (0+)
مشارکت دو دانشمند ایرانی در ساخت نسل جدید باتری‌ها (0+)
سوت اولین قطار تمام خورشیدی جهان در ایستگاه‌های استرالیا (0+)
کشف بخار آب در جو سیاره‌ای فراخورشیدی (0+)
گونه‌های جدیدی از تاردی‌گراد در ژاپن یافت شد. (0+)
خبرهایی از انتشار ارز دیجیتال ملی ایران (0+)
آیا یادگیری در خواب واقعیت دارد؟ (0+)
عشاق، بیشتر دست یکدیگر را بگیرند. (0+)
آینده‌ی نگران‌کننده‌ی خودران‌ها در کالیفرنیا (0+)
رقص باشکوه کهکشان‌های مارپیچی (0+)
آیا بیماری‌های خود ایمنی درمان دارند؟ (0+)
سقوط تاج و تخت کیهانی (0+)
با وجود کمبود فسفر جنگل‌های گرمسیری چگونه رشد می‌کنند؟ (0+)
شما می‌توانید بی‌خوابی را از اجدادتان به‌ارث برده باشید. (0+)
نقش امدادی تکنولوژی در فاجعه‌ها (0+)
ادامه ...