إنتروبيا وسهم الزمن

إنتروبيا (بالإنجليزية : Entropy) هي الكمية الوحيدة في الفيزياء و الكيمياء التي تحتاج إلى تعريف اتجاه الزمن أو ما يسمى سهم الزمن . ف بحسب القانون الثاني للديناميكا الحرارية تزداد إنتروبية نظام معزول مع مرور الزمن . أي يمكن قياس مرور الزمن بمعرفة تغير الإنتروبية . ولكن بالنسبة إلى الأنظمة الترموديناميكية (الحرارية) الغير معزولة يمكن لأنتروبية النظام المفتوح أن تنخفض : وتوجد أنظمة عديدة يتغير فيها ويقل مع الزمن ، مثل الكائنات الحية ، و عمليات التبلور. في تلك الأنظمة تنخفض قيمة الإنتروبيا على حساب زيادته في الجو المحيط . ومثال على ذلك تبلور البلورات وعمل الثلاجة و ووجود الحياة.

على عكس ذلك نجد أن قارورة بها غاز لا تتغير مع الزمن ويمكن القول بأن أنتروبيته ثابتة . أما إذا كان لدينا قارورتين واحدة بها غاز والأخرى فارغة وبينهما صمام ، فعند فتح الصمام يبدأ الغاز يتوزع في القاروة الفارغة ويصل إلى حالة استقرار عندما تكون كثافة الغاز في القارورة اليمني مساوية لكثافته في القارورة اليسرى . فنقول أن أنتروبية الغاز زادت مع الزمن حتى الوصول إلى حالة التوازن . ولكن ليس من المحتمل إطلاقا أن يعود الغاز ويتجمع في إحدى القارورتين مهما طال الزمن .

مقدمة

يسمح القانون الثاني للديناميكا الحرارية بثبات إنتروبية نظام بصرف النظر عن الزمن . فإذا كانت الإنتروبية ثابتة بصرف النظر عن اتجاه الزمن فلا يكون للزمن اتجاها معينا . ولكن إنتروبية نظام تكون ثابتة فقط عندما يكون النظام في أعلى درجة من درجات الهرجلة والعشوائية ، مثل ذرات غاز منتشرة في صندوق ، لا تتغير أنتروبيته. ووجود سهم زمني ترموديناميكي يعني أن النظام يكون على درجة عالية من النظام والترتيب في اتجاه واحد للزمن ، وهو بحسب تعريف القانون الزمن "الماضي" .

ملف:Translational motion.gif

حركة الذرات والجزيئات في الغاز حركة عشوائية مهرجلة ، تتسم بإنتروبا عالية .

وعلى عكس قوانين الفيزياء ، نجد أن القانون الثاني للديناميكا الحرارية هو قانون لعملية إحصائية في الطبيعة ، ويختص بأنظمة تحتوي على أعداد كبيرة من الجسيمات أو الذرات في نظام عيني كبير . ومن الوجهة الإحتمالية فيمكن القول بأنه يوجد احتمال لكي تتجمع جميع عدد 6 × 10²³ من الذرات (وهي ما يحتويه 1 مول من غاز) فجأة في أحد أركان الصندوق ، ولكن هذا الاحتمال ضعيف جدا جدا جدا ، ولذلك لم نرى أي مخالفة عمليا لهذا القانون . وتظهر طبيعة الكون لنا أنه لا تتناظر فيه الأحداث عند عكس اتجاه الزمن ، وذلك أساسا بسبب القانون الثاني للديناميكا الحرارية .

الإنتروبية والكون

ويرتبط سهم الترمويناميكا غالبا بسهم الزمن الكوني حيث أنه بصفة عامة برتبط بالأحوال الإبتدائية عند نشأة الكون . فطبقا نظرية الانفجار العظيم كان الكون في البدء شديد السخونة وكان توزيع الطاقة فيه متساويا . فإذا نظرنا إلى نظام الكون عند نشأته - وهو نظام تسود فيه قوى الجاذبية - نجد أن أنتروبيته كانت منخفضة (بالمقارنة بحالة عالية من الإنتروبيا إذا تجمعت كل المادة في جسم واحد في صورة ثقب أسود ، وهي حالة قد تحدث مستقبلا ) . ومع تمدد الكون منذ بدايته تنخفض درجة حرارته ، وبالتالي تنخفض كمية الطاقة فيه التي يمكنها أداء شغل مع مرور الزمن .بالإضافة إلى ذلك فطبقا لنظرية الاضطراب يمكن أن يحدث اضطراب في كثافة الطاقة ، مما يؤدي إلى تكون مجرات و نجوم. وعلى ذلك يمكن القول بأن للكون سهما زمنيا ترموديناميكي . و لكن ذلك الفكر لا ينظر إلي مسألة لماذا كانت إنتروبية الكون منخفضة عند نشأته . فإذا تسببت الجاذبية في إيقاف تمدد الكون ، ثم عملت على تجميع المادة في نقة واحدة ثانيا فإن درجة حرارة الكون ستتزايد ، ويتزايد أيضا الإنتروبية بسبب تزايد الاضطرابات وربما يتكون ثقب أسود حتى يحدث الانسحاق الشديد عندما تنخفض أنتروبية الكون عما هو عليه الآن.

انظر أيضا

• إنتروبيا
• سهم الزمن
• ثقب أسود
• قوة اعتلاجية Entropic force
• إنتروبية المزج Entropy of mixing
• إنتروبية المعلومات Information entropy
• إنتروبية كولموغوروف-سيناي Kolmogorov-Sinai entropy (في الجمل الحركية)
• وحدات لوغاريثمية Logarithmic units
• عفريت ماكسويل Maxwell's demon
• إنتروبية متبقية Residual entropy
• كمون ترمودينامي Thermodynamic potential
• الإنتروبية السالبة Negentropy
• Ectropy

مراجع

Entropy (arrow of time)]] pl:Termodynamiczna strzałka czasu