آنتروپی

آيا می دانيد آنتروپی به چه معناست؟ اگر افزايش آنتروپی به معنای افزايش بی نظمی سيستم است، آيا هر گونه افزايش بی نظميي، حتی مثلاً آشفته شدن اتاق شما نيز افزايش آنتروپی محسوب می شود؟ اگر آنتروپی به معنای از دست دادن قابليت انجام کار است، آيا از دست دادن هرگونه قابليت انجام کاری ضرر و خسران محسوب می شود؟ آيا افزايش آنتروپی در سيستمی با دمای صد درجه که با محيطی با دمای دويست درجه تبادل حرارت دارد، با افزايش آنتروپی سيستمی در دمای پانصد درجه که با محيطی با دمای ششصد درجه تبادل حرارت می کند يکی است؟ شاخص تعيين کننده ميزان افزايش يا کاهش آنتروپی چيست؟

تفاسیر مختلف انتروپی
واژهٔ اِنتروپی یا آنتروپی در رشته‌های گوناگون علمی، معانی متفاوت پیدا کرده است که اساسی‌ترین آنها در زیر آورده شده‌اند.
• برای یک فرآیند بسیار کوچک هم‌دمای برگشت‌پذیر داریم:

• انتروپی بردار زمان است یعنی یک شاخص اساسی زمان است.
• از دیدگاه انرژی آزاد انتروپی با گرمایی که برای انجام کار در دسترس نیست، ارتباط دارد.
• انتروپی اندازهٔ بی‌نظمی سیستم یا ماده‌ای است که در حال بررسی است.

• انتروپی معیاری از اشتباهات تصادفی است که در هنگام انتقال یک سیگنال به وجود می‌آید. بنابراین می‌تواند معیاری از بازدهی سیستم ارسال پیام باشد.

• انتروپی معیاری از تعداد حالت‌های داخلی است که یک سیستم می‌تواند داشته باشد، بدون آنکه برای یک ناظر خارجی که فقط کمیت‌های ماکروسکوپیک (مثلاً جرم، سرعت، بار و…) آن را مشاهده می‌کند، متفاوت به نظر برسد.

مفهوم ترمودینامیکی
انتروپی (S) کمیتی ترمودینامیکی است که اندازه‌ای برای درجهٔ بی‌نظمی در هر سیستم است. هر چه درجهٔ بی‌نظمی بالاتر باشد، آنتروپی بیشتر است. بنابراین برای یک مادهٔ معین در حالت تعادل درونی کامل در هر حالت، داریم:
انتروپی جامد < انتروپی مایع < انتروپی گاز

واحد انتروپی در سیستم SI، ژول به مول کلوین است. (J/mol.K).
توجه به این نکته ضروری است که انتروپی یک تابع حالت و مستقل از مسیر است.

با فرض صادق بودن قانون سوم ترمودینامیک می‌توان بصورت زیر مقدار مطلقی برای انتروپی جامدات در دماهای بالا بدست آورد:
در صورتی که مادهٔ مورد نظر در دماهای بالا تحت استحاله‌های فازی قرار گرفته و حالت آن تغییر یابد، باید از صورت کلی فرمول انتروپی به شکل زیر استفاده کرد:

که در این فرمول، Tm دمای ذوب، Tv دمای جوش،ΔHm تغییر آنتالپی در اثر ذوب، ΔHv تغییر آنتالپی در اثر جوش و (Cp(l)، Cp(s و (Cp(g به ترتیب ظرفیت گرمایی ماده در حالت جامد، مایع و گاز در فشار ثابت هستند.

آنتروپي دنيا و شتاب زمان

آنتروپي (Entropy) همواره از آغاز جهان (بيگ بنگ) در حال گسترش بوده و محققان همچنان به دنبال دليلي براي توجيه آن هستند.
همچنين سوال ديگر جوامع علمي اين است كه آيا چنين موضوعي براي زمان نيز در حال رخ دادن است؟

VMR-PCR بنابه مدل كيهاني و مكانيك خود اين موضوع را از ديدگاه جديدي بررسي مي كند.
اين تئوري اعتقاد دارد كه فضازمان دو عامل متفاوت و جدا از يكديگر هستند كه فضاي عمومي (در بررسي انحراف آن در برخورد با جرم) و فضاي جرم هر دو توپولوژي هايي هستند كه صفحات زمان (صفحه ي اول براي فضاي اول و صفحه ي دوم براي فضاي دوم) آنها را با ايجاد نقش هوموتوپي به يكديگر متصل مي كند.

بنابراين ديگر نيازي نيست هرجا كه زمان صفر است فضا هم صفر شود.

در هنگام رخ دادن بيگ بنگ نيز طبق مدل كيهاني VMR-PCR زمان دنياي جديد براي آغاز صفر درنظر گرفته مي شود كه اگر فضازمان پيوسته باشند فضا نيز بايد در همان لحظه ايجاد شود.
اما با نگاهي دقيق تر بايد پرسيد اگر فضايي نبوده اين پديده خود كجا رخ داده و به اين مرحله رسيده؟ (با فرض اينكه بنابه قرارداد زمان دنياي جديد را صفر فرض كرده ايم).
در مدل VMR-PCR فضا ثابت است و اين ذرات خلا هستند كه در برخورد با جسم خميده و چگال مي شوند.

بر همين مبنا نيز VMR-PCR تعريف جديد از اتساع زماني را به ما مي دهد.

اين نظريه بيان مي دارد كه عام جرم كه اينشتين آن را در اتساع زماني خود تنها عامل قرار داده خود يكي از نتايج عامل تاخير در زمان است!
بر طبق همين مدل از آنجاكه هر دنيايي زماني جدا از دنياي قبل براي خود دارد بعد از بيگ بنگ هر فضايي نزديك و نزديك تر به مركز دنيا باشد زمان برايش با تاخير بيشتري مي گذرد.

و يكي از نتايج آن اين است كه چگالي اجرام سماوي در مركز دنيا بيشتر است! نه اينكه اين تاخير خود براي اجرام است.
زيرا اگر اينگونه بود حتي در ماه زمان بايد به طور محسوسي از زمين تندتر مي گذشت.

و اگر اينطور بود اصلا بيگ بنگي رخ نمي داد. زيرا تمام جرم دنيا در مركز دنيا چگال شده بود و اين تاخير به نهايت خود رسيده بود. تا حدي كه گذر زمان صفر شده بود.

 

اينشتين در محاسبات خود دقيقا به اين مشكلات برخورد كه اگر تاخير زماني وجود دارد پس زمان در لحظه ي بيگ بنگ صفر مطلق است.
كه اگر بود بدون گذر زمان مگر اتفاقي هم مي افتاد؟

مسئله ي پيوستگي فضازمان هم كه مشكل ديگر آن بود كه بررسي اش كرديم.
به همين دليل VMR-PCR با بيان مدلي ساده مي گويد:

۱) تاخير يا اتساع زماني به دليل خميدگي فضا در برخورد با جرم نيست. بلكه اتساع زماني در نقاط نزديك تر به بيگ بنگ (مركز دنيا) بيشتر است و اين دليل چگال تر بودن اجرام سماوي در مركز دنياست. زيرا آنها با سرعت كمتري شتاب به خارج مي گيرند.

۲) زمان و فضا دو عامل جدا از هم هستند. هنگاميكه دو فضا را بررسي مي كنيم اين دو فضا داراي خاصيت توپولوژي هستند و صفحات زمان كه متصل كننده ي آنها هستند داراي خواص هوموتوپي مي باشند.

۳) نه زمان و نه فضا در بيگ بنگ صفر بوده. فضا و زمان هيچ گاه از بين نمي روند. تنها براي نشان دادند تفاوت ميان دنياي قديم و دنياي جديد بعد از بيگ بنگ زمان به صورت قراردادي صفر فرض مي شود.

با همين دلايل ساده VMR-PCR مسئله ي آنتروپي را حل مي كند:
حال كه دنياي خارج از دنياي داخل با سرعت بيشتري پيش مي رود پس با فاصله گرفتن از بيگ بنگ (مركز دنيا) چيزي به جز افزايش آنتروپي انتظار نمي رود.

بنابراين پيش بيني مي كنيم كه در نقطه اي كه بيگ بنگ رخ داد (مركز دنيا) آنتروپي صفر باشد.
همچنين وضعيتي دقيقا براي زمان نيز وجود دارد. با اين تفاوت كه بي نظمي در زمان با افزايش سرعت آن همراه است. اين بدان معناست كه همواره در مركز دنيا اصلا زمان نمي گذرد.

اينكه چرا اتساع زماني در محاسبات اينشتين اينگونه بدست آمد مربوط به پيوستگي فضازمان در معادلات اوست.
در صورتيكه بخواهيم تاخيري را در زمان ايجاد كنيم از آنجا كه فضازمان به هم پيوسته است پس ناچار بايد فضا را نيز با تاخير تصور كنيم. اينشتين اثر تاخير زمان بر فضا را انحراف فضا و ايجاد گرانش از اين پديده دانست.
در صورتيكه اگر درست ببينيم مي توانيم به راحتي به اين نتيجه برسيم كه فضا اصلا مادي نيست كه در برخورد با ماده (مانند زمين) خم شود. خود اين ماده روي همان فضا تعريف شده است. در واقع اين خلا نيست كه از هيچ است. بلكه اين فضا است كه كاملا فرضي و پوچ است.
فضا و زمان هر دو قراردادهايي در دنياي ما هستند اما براي مثال ماده اي مثل سياره ي خود ما (زمين) كاملا حقيقي است.
حتي اگر از اين مطالب بگذريم همانطور كه در بخش معرفي گفتيم فضا سه بعدي و زمان تك بعدي است و اصولا در رياضي وقتي دو عامل داراي تعداد ابعاد متفاوت هستند اصلا با هم بررسي نمي شوند. اينكه آنها را پيوسته بدانيم ديگر اصلا منطقي نيست. اما انحراف نور آزمايشي تجربي براي نظريه ي اينشتين بود. پس همگان ساكت شدند!

اما اگر فرض كنيم خلا ذراتي دارد از جنس ضد ماده (كه در مدل استاندارد مقدار ضد ماده (خلا) و ماده ي دنيا يكي پيش بيني شده) آنگاه هم مدل استاندارد توجيه مي شود و هم مي بينيم كه با تشكيل يك جرم در ميان خلا اين ذرات در اطراف ماده چگال شده و مي خواهند به مكان اول خود بازگردند.

پس به ماده دافعه وارد مي كنند و ماده نيز در عكس العمل نيروي دافعه ي به آنها وارد مي كند كه برآيند اين نيروها همان نيروي گرانش است.
در واقع در اين مدل به جاي انحراف فضا چگالش خلا پيشنهاد مي شود.

 

حال كه در پيش فرض مسئله اين اطلاعات را داريم مي توانيم گفت كه تاخير زماني هم به دليل چگالش جرم نيست بلكه به دليل مركزيت زماني بيگ بنگ است. (اين بدان معنا نيست كه صفر باشد بلكه به معناي مبدا هر دنياي جديد است).

در آخر VMR-PCR فضا و زمان جدا از هم را در هر دنيا اينگونه پيش بيني مي كند:

“شكل (۱۰٫۱): مدل فضا و زمان گسسته در هر دنيا”

همانطور كه مشاهده مي كنيد اين مدل جز دسته مدل هايي است كه نظريه ريسمان پيش بيني مي كرد.

همچنين از نظر زماني اين مدل سازگار با مخروط زماني نيز مي باشد.
به همين دليل VMR-PC تبديل به يك نظريه ي هم جانبه شده است