نوروز بر شما مبارک باد
منو

انرژی و آنتروپی

+ 83
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

+ 83
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
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)
درخواست مشاوره از دوستانی که فیزیک خوندن (38 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)
سری فوریه (1 پاسخ)
حرکت دورانی حول محور ثابت (4 پاسخ)
راز حیات نهفته در زمین ! (7 پاسخ)
خواب و رابطه آن با جهان هاي موازي (12 پاسخ)
مقدار نیروی محرک مغناطیسی مگنت دائم (3 پاسخ)
قوانین فیزیک (36 پاسخ)
اگر توپی را در فضا رها کنیم (11 پاسخ)
دانشمندان می‌گویند پاک کردن حافظه ممکن است (0 پاسخ)
مجموعه مقالات عرفان کسرایی (5 پاسخ)
تفاوت در انرژی پتانسیل و اصل هم ارزی جرم-انرژی انیشتین (5 پاسخ)
ثابت جهانی گرانش (7 پاسخ)
چه کتابی نسبیت رو از منظر نظریه گروه بحث می‌کنه؟ (1 پاسخ)
بررسی برخی لم ها و قضیه های ریاضی (63 پاسخ)
افزایش پتانسیل گرانشی در تله پورت (5 پاسخ)
زمان و یک چالش جدید (8 پاسخ)
کتاب های هالیدی (6 پاسخ)
انهدام نسبیت خاص و عام آلبرت اینشتین (به همراه مقالات) (354 پاسخ)
سرعت سقوط اجسام (11 پاسخ)
توهم زمان: چه چیزی واقعی است؟ (0 پاسخ)
فشار مایع (9 پاسخ)
نشت يابي خطوط لوله زيرزميني نفت با استفاده از ردیاب هسته ای (3 پاسخ)
نقض بقای انرژی ؛ سرنخ جدیدی برای توضیح ماده تاریک (0 پاسخ)
بسط ها،تيلور يا مكلارن (1 پاسخ)
امواج الكترو مغناطيس (1 پاسخ)
به اشتراک‌گذاری جزوه‌های درسی اسکن شده در اینجا (4 پاسخ)
میدان بوزون هیگز و نسبیت (3 پاسخ)
لطفا این مدار رو برای من توضیح بدید ، مربوط به دزدگیر لیزری (5 پاسخ)
مقالات فیزیک
کشف میکروپروتئینی به‌نام «هیچ‌کس»
موجود بانمکی که نمی‌توان آن را نابود کرد!
موفقیت در ساخت اولین جنین مصنوعی جهان در آزمایشگاه
در جست‌وجوی موجودات فضایی در اعماق اقیانوس آرام
برگر و پیتزا؛ خوشمزه‌های مضر!
گاه‌شماری هجری خورشیدی، چگونه است؟
آیا فیزیک‌دانان وجود روح را رد می‌کنند؟
کوانتوم و اراده‌ی آزاد انسان!
درمان قطعی بیماری کچلی در دانشگاه ییل
مفهوم زنده بودن؛ آیا ویروس‌ها زنده‌اند؟
کشف منابع جدید انرژی برای رشد باکتری‌ها در مریخ
پژوهش دانشمند ایرانی در خصوص اختلالات انعقادی خون
اولین بار در چه زمانی، حیات روی زمین پدید آمد؟
ژاپنی‌ها در فکر پاکسازی فضا از زباله‌های فضایی
بزرگ‌ترین الماس‌های جهان چگونه به وجود آمده‌اند؟
چرا هنگام پلک زدن، همه جا تاریک نمی‌شود؟
مرسدس بنز الکتریکی جدید، در راه بازار
چرا مردم از خرس گریزلی وحشت دارند؟
روش جدید درمان سردردهای میگرنی در کودکان
فضاپیمای ناسا به مقصد خورشید!
فوایدِ علمیِ لالایی گفتن برای نوزادان
آتش‌فشان‌ها زمین را به گلخانه تبدیل می‌کنند
مزایای فرزندآوری در سنین بالاتر مادر!
استفاده از نور فشرده، برای رسیدن به کمترین دما در کیهان
قوت گرفتن نظریه‌ی «فسیل‌های زنده» داروین
اعتیاد به ماری‌جوانا می‌تواند ارثی باشد!
دندان‌پزشکی را فراموش کنید؛ دندان‌ها خودشان ترمیم خواهند شد!
پانصدمین لافراری با قیمتی نجومی!
«شهر فضایی» جانشین ایستگاه فضایی بین‌المللی می‌شود
کرم‌های غول‌پیکر ۴۰۰ میلیون ساله‌
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
خانه‌هایی که صحبت‌های شما را می‌فهمند! (0+)
ساخت آنتی‌بیوتیک جدید برای درمان سوزاک (0+)
دور افتاده‌ترین جای کره‌ی زمین! (0+)
ورزش کنید تا به زوال عقل مبتلا نشوید (0+)
آیا ما در یک هولوگرام غول‌آسا زندگی می‌کنیم؟ (0+)
هنرمندان بیشتر می‌خوابند و خواب‌های آشفته می‌بینند (0+)
درون‌کاشت تیتانیوم در بدن و عوارض آن (0+)
کشف پروتئین در فسیل دایناسور ۸۰ میلیون ساله! (0+)
مانیتور‌هایی که اطلاعات را بر روی پوست انسان نمایش می‌دهند (0+)
ساخت نانوخوشه‌ی الماسی‌شکل از جنس نقره (0+)
چرا کودکان باید به اشتباهاتشان پی ببرند؟ (0+)
کشف سیگنال مغزی جهت چربی‌سوزی در بدن (0+)
شکل‌گیری ستارگان در میان بادهای کهکشانی (0+)
چای سبز موثر در درمان دو بیماری نادر (0+)
آینده‌ی بشریت؛ ادغام بدن انسان با ربات (0+)
ادامه ...