چیستی زمان (قسمت نهم)

مکانیک آماری
لرد کلوین، جیمز کلرک مکسول، لودویگ بولتزمن، و ویلارد گیبز از بوجود آورندگان مکانیک آماری هستند.
این فرضیه با نوسانات جددای از ارزش های ترمودینامیکی در سیستم های بسیار کوچک اثبات شده است.
بینش اصلی در توضیح مکانیک آماری قانون دوم را به سادگی می توان تصویر کرد.
تصور کنید دو جعبه داریم:
A و B و 20 توپ بیلیارد که از 1 تا 20 شماره گذاری شده اند.
به تعداد زیاد راه هایی که می توانیم این توپ ها را بین این دو جعبه تقسیم کنیم فکر کنید.
می توانیم هر 20 تا را در A بگذاریم و B خالی بماند.
یا می توانیم 1،3،7،20 را در A و بقیه را در B بگذاریم و یا...

نامتقارن آماری
این عدم تقارن جالب ابتدا به نظر بولتزمن رسید.
راه تقسیم توپ ها بطور مساوی در دو جعبه بیشتر است تا بطور نامساوی.
به عنوان مثال:
تنها در یک راه می توانیم همه توپ ها را در A بگذاریم و B خالی بماند. ولی به 15000 روش می توان پنج تا را در A و پانزده تا را در B گذاشت.
و به 180000 روش دیگر می توان ده تا را در A و ده تا را در B گذاشت!
اگر احتمال هر کدام از آرایش های 10-10، 9-11، یا 11-9 قرار بگیرند و به احتمال خیلی خیلی کم ( 0.000001 ) ممکناست در آرایش های 0-20 یا 20-0 قرار بگیرند.
و احتمال اینکه توپ ها در سلسله مراحلی از توزیع 10-10 به توزیع 0-20 برسند تقریبا صفر است.

اما در مورد گازها که می تواند در هر کدام ار جعبه ها باشند. نیوتن به ما می گوید که حتی اگر دیواره های میان دو جعبه برداشته شود. گاز می تواند به طور کامل در یک جعبه بماند.
در واقع بسیار ناممکن است.
یک گاز قابل مشاهده معمولی مثل مورد بالا 20 ذره ندارد، بلکه بیش از 10 به توان 23 ذره دارد. احتمال اینکه ذرات بطور مساوی میان دو جعبه منتشر شوند بسیار بالاست.
بدبن ترتیب بولتزمن به این نتیجه رسید که قانون دوم ترمودینامیک به طور قطع تایید شده است ولی فقط با احتمال بالا درست است. و انتشار گاز در ظرف محتوی آن ممکن ترین رفتار است.
آنتروپی معیار اندازه گیری احتمال یک حالت است. حالت های خیلی ممکن، مانند آرایش 10-10 توپ ها، آنتروپی بالا دارند، در حالی که آریش های 20-0 آنتروپی پایین دارند.
قانون دوم جدید می گوید :
همان طور که حالتی با زمان تغییر می کند، احتمال اینکه آنتروپی آن بالا بالا رود بیشتر است تا اینکه حتما آنتروپی آن بالا رود.
درک این مهم یکی از بزرگترین موفقیت های علم در قرن نوزدهم بود.

چیستی زمان (قسمت هشتم)

فرآیند های خودانگیخته:
ترمودینامیک غالبا با پدیده های نامتقارن سروکار دارد. گرما در یک سیستم بسته به طور خودانگیخته از گرم به سرد می رود. هرگز از سرد به گرم نمی رود( مگر با صرف انرژی) گاز به طور خودانگیخته منقبض نمی شود. به همین شکل در یک سیستم بسته در حرارت عادی اتاق تکه های یخ خودانگیخته ذوب می شوند و آب جمع شده هرگز به یخ تبدیل نمی شود.

قانون آنتروپی ( درگاشت) :
برای توضیح همه این فرآیندهای ناکتقارن ترمودینامیک یک قانون دارد.
قانون دوم ترمودینامیک:
که بر اساس فعالیت سادی کارنو فیزیکدان و مهندس نظامی قرن هجدهم نوشته شده است. این قانون را به روش های مختلف بیان کرده اند ولی سرانجام رودولف کلاسیوس فیزیکدان آلمانی آن را به این شکل بیان می کند:
درگاشت یک سیستم بسته همیشه با زمان افزایش می یابد.
آنتروپی خاصیتی است در همه اجسام.
نکته مهم آن است که وقتی فرآیندهای نامتقارن در ترتیبی که ما آنها را می یابیم به کار می افتد آنتروپی یا درگاشت افزایش می یابد. و اگر در موقعیت عکس قرار گیرد آنتروپی کاهش می یابد. که این نیز تعریفی دیگر از تجربه زمان است.

چیستی زمان (قسمت هفتم)

ناوردایی برگشت زمان:
اگرچه برگشت عقربه زمان د آثار تخیلی مانند کتاب جهان عکس عقربه های ساعت اثر فیلیپ دیک امکان پذیر است.
اما در جهان واقعی ظاهرا روی نمی دهد. فرآیندهای طبیعت به روش نامتقارن زمانی عمل می کند.
با این حال در فیزیک بنیادی این فرآیندهای وارونه شدنی هستند. قوانین بنیادین طبیعت ظاهرا ناوردا به برگشت زمان می باشند.
این بدان معناست که:
قوانین طبیعت نسبت به جهت گذشته و آینده زمان بی تفاوت هستند.
عجیب آنکه به نظر می آید ناگهان جدا شدن شیر از قهوه یا متمرکز شدن هوا در گوشه ای از اتاق تناقضی با قوانین بنیادین فیزیک نداشته باشد.

چیستی زمان (قسمت ششم)

صرفه جویی های کوچک در زمان
اتساع زمان در آزمایش های گوناگونی مشاهده شده است.
شاید جالب ترین آن مدرک مسلمی است که با مقایسه یک ساعت اتمی در یک جت با ساعت های اتمی روی سطح زمین به دست آمده است.
این آزمایش را جوزف هافل و ریچارد کیتینگ در سال 1972 به انجام رساندند.
آنها متوجه شدند که در موقع پرواز به سمت شرق ساعت های داخل جت پرسرعت 59 نانو ثانیه عقب افتادند...
و در موقع پرواز به سمت غرب 273 نانو ثانیه جلو افتادند. این اختلاف به دلیل گردش زمین است.
این نوع سفر در زمان کسل کننده است چون اولا چیزی نصیب شما نمی شود. چون اگر ثروت شما بی نهایت باشد و با یک جت سوپرسونیک به مدت 25 سال به سمت شرق سفر کنید ساعت شما حدود چند ثانیه از ساعت های روی زمین عقب تر خواهد بود.
با شاتل فضایی اندک زمانی بیشتر کسب خواهید کرد ولی مسلما چند ثانیه به زحمتش نمی ارزد.
در ثانی این آن نوع سفر در زمانی نیست که همه خوابش را می بینند.

چیستی زمان (قسمت پنجم)

استدلال مک تاگرت:
در کتاب (( غیر واقعی بودن زمان )) مک تاگرت فیلسوف اسکاتلندی استدلالی به میان می آورد که امروزه در میان فلاسفه مشهور است به این مضمون:
نتیجه این استدلال آن است که زمان وجود ندارد.
یا بهتر بگوییم چیزی که ارزش زمان خواندن داشته باشد وجود ندارد.
در این استدلال چیزی جالب توجه برای هر دو گروه وقت گراها و ضد وقت ها وجود دارد. بخشی که وقت گرایان می پسندند این ادعاست که تغییر واقعی نیازمند فرضیه وقت دار است تا حقیقت یابد.
این استدلال دو ادعا دارد:
1- گذشته، حال و آینده ویژگی های متغایر می باشند.
به عنوان مثال اگر رویدادی در گذشته بوده نمی تواند در حال باشد.
2- ولی هر رویدادی هر سه ویژگی را دارد.
به عنوان مثال مرگ سقراط زمانی در آینده بود، سپس حا و اکنون در گذشته است.
نتیجه:
دو ادعای 1 و 2 بنا بر فرضیه وقت دار زمان هر دو درست اند، ولی از لحاظ منطقی مغایر یکدیگرند.
در نتیجه فرضیه وقت دار باید نادرست باشد.
ولی چون او فکر می کند در حال حاضر بهنرین تعریف زمان و تغییر موجود است، استدلال او به این ننتیجه گیچ کننده می زسد که (( اصلا زمان وجود ندارد!!! ))