گفتار سوم: آنتروپی

گفتار سوم: آنتروپی^[1]

چیزی از خود هر قدم زیر قدم گم می‌کنم         رفته رفته هرچه دارم چون قلم گم می‌کنم

تا غبارِ وادیِ مجنون به یادم می‌رسد         آسمان بر سر، زمین زیر قدم گم می‌کنم

قاصد مُلکِ فراموشی کسی چون من مباد         نامه‌ای دارم که هرجا می‌برم گم می‌کنم

بیشترین تقارنی را که می‌‌توان فرض کرد فضایی است که در آن فقط خلأ مطلق وجود داشته باشد. به عبارت دیگر بیشینه‌‌ی تقارن، یعنی یکنواختی محض، تنها در نیستی کامل ظهور می‌‌کند. در چنین شرایطی چون هیچ چیز تقارن را نمی‌‌شکند، مقدار اطلاعات صفر است و تقارن در بیشینه‌‌ی مقدار خود می‌‌باشد. در فیزیک فضایی که محتوی هیچ باشد دمایی معادل صفر مطلق خواهد داشت که بروز بیرونی ندارد و تنها به عنوان مقداری بر روی کاغذ قابل‌تصور است. با توجه به نیست بودنِ نیستی و ناممکن بودنِ وجود فضایی که محتوی هیچ باشد، می‌‌توان به دلیلِ حضور اطلاعات در همه جا پی برد.

یکی از مهم‌ترین راه‌‌های تعریف تقارن و اطلاعات آن است که این دو را با بی‌نظمی و ‌‌نظم مترادف بگیریم. این روش از علم ترمودینامیک برخاسته که یکی از شاخه‌‌های فیزیک است که به چرخش گرما در سیستم‌‌ها می‌‌پردازد. شالوده‌ی این علم بر چند قانون بنیادین استوار شده که چارچوب کلی رفتار همه‌‌ی سیستم‌‌های فیزیکی را تعیین می‌‌کنند. از این میان، قانون دوم ترمودینامیک برای ما جالب است، چون به طور مستقیم به مفهوم تقارن و اطلاعات مربوط می‌‌شود.

قانون دوم ترمودینامیک را به شکل ساده می‌‌توان این طور بیان کرد: در یک سیستم بسته در طول زمان آنتروپی (بی‌‌نظمی) زیاد می‌‌شود.

به عنوان مثال، یک لیوان آب را در نظر بگیرید که یک حبه قند در آن انداخته باشیم. لیوان پر آبی که یک حبه قند در آن وجود دارد می‌‌تواند به عنوان سیستمی در نظر گرفته شود که با حد و مرزِ شیشه‌‌ی لیوان و درپوشی شیشه‌‌ای از محیط جدا می‌‌شود. برای این‌که کارمان ساده‌‌تر شود برای لحظه‌‌ای فرضی غلطِ را بپذیرید و چنین سیستمی را بسته در نظر بگیرید.

قانون دوم ترمودینامیک به ما می‌‌گوید که در طول زمان بی‌‌نظمی این سیستم افزایش می‌‌یابد. این بدان معناست که اگر بعد از مدتی به این لیوان بنگرید، خواهید دید که قند در آب حل شده و یکنواختی/ تقارن/ بی‌‌نظمی آن زیاد شده است.

نخست بگذارید مقدار اطلاعات موجود در این دو حالت را با هم مقایسه کنیم. لیوانی پر از آب که حبه‌‌ای قند در کف آن وجود دارد، آشکارا، شکلی از شکست تقارن را از خود نشان می‌‌دهد. چینشِ خاص ماده و انرژی در سیستم به شکلی است که ساختاری بلوری و متراکم از قند در موقعیت فضایی خاصی در کف لیوان وجود دارد و توسط زمینه‌‌ای با عناصر و روابط متفاوت احاطه شده است. در واقع، آب و قندِ این لیوان را می‌‌توان دو زیرسیستم متمایز در نظر گرفت که هریک قواعد و ساختار و کارکرد خاص خود را دارند.

وقتی پس از مدتی دوباره سراغ لیوان می‌‌رویم، می‌‌بینیم که اثری از این دو بخش باقی نمانده است. کل مجموعه به یک سیستم همگن (مقداری آب قند با غلظت ثابت) تبدیل شده است. شکست تقارنی که قبلاً در این مجموعه دیده بودیم دیگر وجود ندارد. به همین دلیل هم می‌‌توان گفت مقدار اطلاعات در سیستم کاهش یافته، تقارن آن زیاد شده و بنابراین بی‌‌نظم‌‌تر شده است.

آنچه در لیوان آب دیدیم در جاهای دیگر هم نمود دارد. آبی که در لیوان است بخار می‌‌شود و مولکول‌های به هم چسبیده‌‌ی آن، با الگویی شبیه به حل شدن قند در آب، در محیط پراکنده می‌‌شوند. بدن جانداران بعد از مرگ تجزیه می‌‌شود و موادش در محیط پراکنده می‌‌گردد و …

1. entropy ↑

ادامه مطلب: گفتار چهارم: سیستم خودسازمانده

رفتن به: صفحات نخست و فهرست کتاب