مشاوره رایگان تحصیلی
منو

انرژی و آنتروپی

+ 84
رأی شما
- 29

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

+ 84
رأی شما
- 29
نظر شما :
● فارسی نویس
نام کاربری :

کلمه عبور :


 تذکر :   تنها اعضای سایت مجاز به ارسال نظر می باشند. جهت عضویت در سایت   اينجـــا   کلیک کنید.




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
کتاب های فیزیک دبیرستان دهه هفتاد (2 پاسخ)
جنس زمان از چیست؟ اصلا زمان چیست؟ (213 پاسخ)
گردش زمین به دور خورشید (16 پاسخ)
درخواست مشاوره از دوستانی که فیزیک خوندن (42 پاسخ)
پیشنهاد خرید کتاب از نمایشگاه کتاب سال 96 (1 پاسخ)
مواد عايق امواج مغناطيسي (11 پاسخ)
چرخش زمین (16 پاسخ)
برگزاري اولين كارگاه كاربرد پرتوها در صنعت دانشگاه شاهرود (0 پاسخ)
تعدادی از کاربردهای فناوری های هسته ای (0 پاسخ)
پیش نیاز mcnp و مونت کارلو (1 پاسخ)
هواپیما در میدان مغناطیسی (2 پاسخ)
تولید مایعی که قانون نیوتن را نقض می‌کند! (8 پاسخ)
فرایند هم فشار بر عکس فرایند هم دما است؟! (12 پاسخ)
جسم دوار (22 پاسخ)
اندازه گیری جرم و بار الکترون بدون نسبیت؟ (2 پاسخ)
جاذبه زمین (6 پاسخ)
برخورد كشسان (55 پاسخ)
کیهان و کائنات؛ فیزیک یا ریاضی؟ (10 پاسخ)
ضرایب کولبش گوردن (1 پاسخ)
ترمودینامیک-فرایند هم حجم (2 پاسخ)
آیا مغزهای بزرگ باهوش ترند؟ (1 پاسخ)
کشف شگفت‌انگیز نحوه حفظ خاطره در مغز (0 پاسخ)
ایستگاه تفکر (130 پاسخ)
فوق لیسانس فیزیک با لیسانس غیرفیزیک میشناسین؟ (0 پاسخ)
سوال در مورد نمودار چرخه گاز کامل (1 پاسخ)
ساخت سرعت سنج حقيقي (22 پاسخ)
تلسکوپ تک عدسی با روزنه (0 پاسخ)
منظور از جذر همون رادیکاله؟ (2 پاسخ)
شوخي و فكاهي در رياضيات و فيزيك (511 پاسخ)
درخواست course ها و کتاب های اموزشی راجع به لیزر و فوتونیک (1 پاسخ)
شبیه سازی در نرم افزار zemax (1 پاسخ)
لطفا کارکرد این مدار رو بگید (1 پاسخ)
کتاب اصولی و کامل نسبیت عام و هندسه ریمانی (3 پاسخ)
کشف پنج ذره تازه تشکیل دهنده اتم در سرن (0 پاسخ)
عکسی دروغین؟! (12 پاسخ)
قانون سوم نیوتن (34 پاسخ)
در لحظه ی تحویل سال، چه اتفاق نجومی رخ می دهد؟ (1 پاسخ)
حرکت بردار شار مغناطیسی در هسته فرومغناطیس (1 پاسخ)
اصل عدم قطعیت هایزنبرگ (28 پاسخ)
نقطه ی بحرانی (7 پاسخ)
PI-DAY (28 پاسخ)
فرمول اصطکاک در هوا، مثلا اصطکاک میان بدنه هواپیما و هوا (2 پاسخ)
وقایع نجومی سال 96 (2 پاسخ)
درهم تنیدگی ساعت های کوانتومی از طریق گرانش (0 پاسخ)
ليزر (9 پاسخ)
پارادوکس تئوری اطلاعات با ژنتیک (12 پاسخ)
آيا سفر به ماه بزرگترین دروغ تاریخ است ؟ (242 پاسخ)
سرعت تله پورت (12 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (970 پاسخ)
مقادیر "مجاز" انرژی یعنی چی؟ (4 پاسخ)
معما های سخت (297 پاسخ)
شبیه ساز زیمکس (0 پاسخ)
معرفی کتابی در رابطه با تانسورها (4 پاسخ)
همگنی و همسانگردی فضا (9 پاسخ)
جـنـگنـده ها و اســلحــه های بــرتــر (104 پاسخ)
کهکشان ها در کجای جهان قرار دارن ؟ (8 پاسخ)
مزیت مکانیکی (0 پاسخ)
سازمان بهداشت جهانی فهرست ۱۲ باکتری خطرناک را منتشر کرد (2 پاسخ)
نوشتن روی شیشه (5 پاسخ)
چرا قبل از بارش برف آسمان قرمز میشود؟ (26 پاسخ)
مقالات فیزیک
رابطه‌ی سلفی گرفتن با بهداشت محیط
تصویربرداری از سایه‌ی سیاه‌چاله
چند میلیون دلار، هزینه‌ی تماس نگرفتن با دانشمندان
کشف مومیایی گمشده‌ی مصر باستان، در کنار رود نیل
تاجی از خار در مغز موش
امواج بزرگ و سرکش پدیده‌هایی روزمره
اسپیس ایکس دو گردشگر را به ماه می‌فرستد
جهش‌های DNA ماموت‌های پشمالو قبل از انقراض
اثرات بلند مدت آسیب مغزی شدید
خطر کمتر شیوع بیماری‌های خطرناک با زندگی در ارتفاعات بالاتر
ارتباط خواب فضانوردان و کارمندان روی زمین
در جهان کوانتومی ماهیت مفهومی مبهم است
دشواری رفتاری برای ورزش‌کردن افراد چاق
ارتباط کم‌خوابی و هوشیاری
چرا مردم زبان خود را تغییر می‌دهند؟
دست‌یابی به اساس تکامل
رفتار بسیار جالب بک نوع مورچه
نخستین شواهد از ادغام کهکشان‌های کوتوله
نسل جوان، پیام‌آوران تغییر ابدی
همکاری لوکسِ مرسدس بنز و دایمر
سلامت استخوان در خوردن غذاهای ضد‌ اِلتهابی
قدرت هوش مصنوعی در برنامه‌نویسی آینده
آتش‌فشان‌ها زمین را به گلخانه تبدیل می‌کنند
ساخت ماده‌ای جدید برای رویش مجدد استخوان‌ها
زهره‌نورد جدید؛ مقاوم‌تر از گذشته
بهبود عملکرد ایمپلنت‌ها با ابداع جدید
گورخر‌ماهی نابینایی انسان‌ها را درمان می‌کند
معمای هیولای تالی حل شد
تاثیر منفی دو بار تغییر ساعت در سال
حرکت افراد فلج با افکارشان
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
گوشت قرمز و مرغ، عامل دیابت (0+)
خویشاوندی ساکنان شرق آسیا و انسان‌های عصر سنگی (0+)
راز برنج؛ کدام برنج مغذی‌تر است؟ (0+)
ساخت دقیق‌ترین نقشه‌ی توزیع ماده‌ی تاریک در جهان (0+)
سیستم‌های تشخیص چهره، بالا رفتن سن را تشخیص می‌دهند؟ (0+)
تاثیر ویتامین ب در بهبود علائم اسکیزوفرنی (0+)
جادوی کامپیوتر DNA (0+)
صفحه‌ی شطرنج عجیبی که از فضا قابل مشاهده است! (0+)
کشف بانوی ایرانی؛ ارتباط بیماری پارکینسون با باکتری روده (0+)
ظاهر و بوی خوب، معیارهای مهم برای انتخاب جفت در حشرات! (0+)
هابل کهکشان جالب توجهی را به نمایش گذاشت (0+)
تحریک مغز، نیشتری برای بهبود حافظه (0+)
منظره‌ای جدید رو به کیهان با تلسکوپ فضایی جیمز وِب (0+)
روشی جدید برای کاهش خطر مرگ در بیماران سرطانی (0+)
گونه‌هایی جدید! قورباغه‌ی کوچک و پشه‌ی قارچی! (0+)
ادامه ...