Την μέρα που γνώρισα για πρώτη φορά την έννοια της εντροπίας, ένα κρυμμένο μέρος του κόσμου φανερώθηκε ξαφνικά μπροστά μου. Γράφοντας αυτό το άρθρο στόχος μου είναι να σε ξεναγήσω σε αυτό το μέρος και έπειτα να σε αφήσω μόνο σου να ανακαλύψεις τα μυστικά του. Θα αποφύγω τα σκληροπυρηνικά μαθηματικά. Σου το υπόσχομαι.
Μια σύντομη εισαγωγή
Οι ορισμοί για την έννοια της εντροπίας ποικίλλουν, καθώς ποικίλλει και η εφαρμογή της. Από την θερμοδυναμική εντροπία ως την εντροπία του Shannon κανείς μπορεί να διαβάσει ορισμούς οι οποίοι είναι φαινομενικά διαφορετικοί μεταξύ τους. Η βάση τους όμως είναι μια και κοινή.
Εντροπία ονομάζουμε το μέτρο της αταξίας ή αβεβαιότητας σε ένα σύστημα. Με πιο απλά λόγια, εντροπία ονομάζουμε τον λόγο που το σπίτι μας συνεχώς τείνει να αποδιοργανωθεί, το σώμα μας συνεχώς γερνάει, η σχέση μας με οικογένεια, φίλους και έτερον ήμισυ τείνει συνεχώς να χαλάσει -αν δεν αναλάβουμε δράση. Η εντροπία μοιάζει λοιπόν να είναι σχεδόν συνώνυμη με την έννοια του χάους.
Θα μπορούσαμε να πούμε ότι είναι ο ρυθμός που ένα σύστημα οδεύει προς το χάος, την αποδιοργάνωση.
Ένας συνταξιδιώτης στην ζωή
Η εντροπία υπάρχει πάντα και παντού. Κάθε στιγμή κάθε ημέρας, καλούμαστε να έρθουμε αντιμέτωποι μαζί της.
Είναι ο λόγος που όταν ένας άνθρωπος μένει αδρανής, αρχίζει και μαραζώνει. Το άθροισμα λοιπόν της εντροπίας και της αδράνειας είναι κατά μία έννοια ο θάνατος.
Συνεπαγωγικά, είναι ο λόγος που ένας άνθρωπος ενεργεί -αν βέβαια έχει βούληση να ζήσει. Το άθροισμα λοιπόν της δράσης και της εντροπίας είναι κατά μια έννοια η ανάπτυξη. Η ανάπτυξη είναι συνώνυμο της ζωής.
Ο Αριστοτέλης έβλεπε την εντροπία με τα μάτια του πνεύματος του όταν είπε το “Αγαθά κόποις κτώνται”. Το υπέρτατο αγαθό, η ευδαιμονία απαιτεί κόπο, ενέργεια, δράση. Απαιτεί μια δύναμη αντίθετης κατεύθυνσης και μεγαλύτερου μέτρου από αυτήν που ασκεί η εντροπία στην ζωή μας.
Η εντροπία είναι ένας φίλος καρδιακός, ένας φίλος που ανιδιοτελώς βρίσκεται συνεχώς στο πλευρό μας και μας δείχνει τον δρόμο στην ζωή. Όσο εμείς τον αγνοούμε, τόσο περισσότερο αυτός παλεύει για να μας ξαγρυπνήσει. Ο ψίθυρος και το χάδι, γίνεται σκούντηγμα και σιγανή φωνή. Το σκούντηγμα και η φωνή σπρώξιμο και ουρλιαχτό. Τα νιούτον και τα ντεσιμπέλ αυξάνονται με τον καιρό. Κάθε φορά όμως μας λέει την ίδια πρόταση, με σταθερό ρυθμό:
“Ξύπνα ξύπνα φίλε ξύπνα, μιά στιγμή είναι η ζωή
αν τα μάτια δεν ανοίξεις, θα την χάσεις και αυτή.”
Κείμενο: Δημήτρης Πρασάκης
ΕΝΤΡΟΠΙΑ: ΦΟΝΙΑΣ ΤΟΥ ΣΥΜΠΑΝΤΟΣ Ή ΔΗΜΙΟΥΡΓΟΣ ΖΩΗΣ
Η Εντροπία, είναι μία έννοια που πιθανόν να έχετε διδαχθεί στο μάθημα της Φυσικής όταν είσαστε μαθητές. Η κατανόηση της έννοιας της Εντροπίας είναι αρκετά δύσκολη και ως εκ τούτου είναι επίσης πολύ δύσκολο να εξηγήσει κάποιος την φυσική της σημασία. Σαν έννοια και σαν ένα μέγεθος της Φυσικής έχει κατηγορηθεί ότι θα προκαλέσει τον θάνατο του Σύμπαντος, αλλά και έχει υμνηθεί σαν δημιουργός της ζωής. Στο άρθρο αυτό θα αναφέρουμε πως ορίζεται η Εντροπία στην Φυσική, με πάρα πολύ απλό τρόπο (χωρίς όμως να ξεφύγουμε πολύ από τον επιστημονικό ορισμό της) και μετά θα εξετάσουμε πιθανές προεκτάσεις της έννοιας αυτής στην ζωή, την φιλοσοφία και στον εσωτερικό ανθρώπινο κόσμο γενικότερα.
Μετατροπή μιάς μορφής ενέργειας σε άλλη μορφή ενέργειας.
Η επιστήμη της Φυσικής μας λέει ότι μια μορφή ενέργειας μπορεί να μετατραπεί σε άλλη μορφή ενέργειας. Έτσι π.χ. η κινητική ενέργεια του νερού ενός καταράκτη, μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια σε ένα υδροηλεκτρικό εργοστάσιο. Η ηλεκτρική ενέργεια μιάς μπαταρίας μπορεί να μετατραπεί σε κινητική ενέργεια σε ένα ηλεκτροκινούμενο όχημα. Η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε θερμική ενέργεια σε μια ηλεκτρική θερμάστρα. Η θερμική ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε κινητική ενέργεια σε μία ατμομηχανή.
Παραδείγματα για τις παραπάνω προτάσεις.
Ένα παράδειγμα που θα μας βοηθήσει να καταλάβουμε καλύτερα τις παραπάνω προτάσεις είναι το εξής:. Ας φανταστούμε ένα δοχείο με νερό που συγκοινωνεί με ένα άλλο δοχείο με λιγότερο νερό, με ένα σωλήνα. Στο σωλήνα, παρεμβάλλεται ένας μικρός μύλος, που συνδέεται με μία γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος (π.χ. ένα δυναμό). Η διαφορά στάθμης του νερού στα δύο δοχεία, παρέχει δυναμική ενέργεια, που κάνει το νερό να κινείται (μέσω του σωλήνα) προς το δοχείο με το λιγότερο νερό. Έτσι, το νερό στο σωλήνα αποκτά κινητική ενέργεια που κάνει το μύλο να περιστρέφεται και να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. (ιδέ σχήμα 1).
σχήμα 1Εδώ έχουμε να κάνουμε τις εξής παρατηρήσεις:
Η δυναμική ενέργεια του συστήματος, δεν μετατρέπεται εξ ολοκλήρου σε ηλεκτρική ενέργεια. Ένα μέρος της ενέργειας αυτής μετατρέπεται, λόγω των τριβών στα κινούμενα μέρη του συστήματος σε θερμική ενέργεια, η οποία αποβάλλεται σαν θερμότητα στο περιβάλλον. Όταν η στάθμη του νερού στα δύο δοχεία γίνει ίδια (αλλοιώς, όταν η διαφορά στάθμης του νερού στα δύο δοχεία μηδενιστεί) το νερό θα σταματήσει να κινείται στο σωλήνα, και το σύστημα θα σταματήσει να παράγει ηλεκτρική ενέργεια.
Ένα άλλο παράδειγμα μετατροπής μιάς μορφής ενέργειας σε ενέργεια άλλης μορφής είναι το εξής. Έχουμε ένα κύκλωμα που αποτελείται από δύο αγωγούς από διαφορετικά μέταλλα (λόγου χάρη Fe και Cu) και από ένα μικρό κινητήρα Κ (ιδέ σχήμα 2). Οι επαφές των δύο αγωγών τοποθετούνται σε δεξαμενές με διαφορετικές θερμοκρασίες Τ1 και Τ2, όπου Τ1>Τ2. Το κύκλωμα θα διαρρέεται με ηλεκτρικό ρεύμα η εμφάνιση του οποίου οφείλεται στο θερμοηλεκτρικό φαινόμενο, όπου διαφορετικά μέταλλα των οποίων τα σημεία επαφής ευρίσκονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες, αναπτύσουν μία θερμοηλεκτρική τάση < Ιδέ βιβλιογραφία (1) σελ. 160>. Το ρεύμα αυτό διερχόμενο από τον ηλεκτρικό κινητήρα Κ παράγει μηχανικό έργο.
σχήμα 2
Εδώ έχουμε να κάνουμε τις εξής παρατηρήσεις:
Από τη δεξαμενή με την μεγαλύτερη θερμοκρασία Τ1 (θερμή δεξαμενή), αφαιρείται θερμότης Q1 (θερμική ενέργεια). Μέρος της θερμικής αυτής ενέργειας μετατρέπεται σε ενέργεια ηλεκτρικού ρεύματος (ηλεκτρική ενέργεια) η οποία μέσω του κινητήρα Κ μετασχηματίζεται σε μηχανικό έργο, ενώ αποδίδεται θερμότης Q2 στη δεξαμενή με την μικρότερη θερμοκρασία Τ2 (ψυχρή δεξαμενή). Όταν οι θερμοκρασίες Τ1 και Τ2 γίνουν ίσες (Τ1=Τ2), τότε θα σταματήσει να διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα από το κύκλωμα και δεν θα παράγεται πια έργο.
Ορισμός της Εντροπίας
Η «Εντροπία» επινοήθηκε από τον Ρούντολφ Κλαούζιους (Rudolf Julius Emmanuel Clausius), ο οποίος παρατήρησε ότι, το πηλίκο της θερμότητας ΔQ που ανταλλάσσει ένα σύστημα με το περιβάλλον του κατά μία αντιστρεπτή φυσική διεργασία, προς την θερμοκρασία του T, είναι ανεξάρτητο του τρόπου με τον οποίο το σύστημα οδηγείται από την αρχική στην τελική του κατάσταση και εξαρτάται μόνο από τις καταστάσεις αυτές. Αυτό το πηλίκο το ονόμασε μεταβολή της Εντροπίας και το συμβόλισε με ΔS, δηλαδή εξ' ορισμού ισχύει: ΔS = ΔQ/T
Τις παρατηρήσεις του ο Κλαούζιους τις έκανε σε σύστηματα που τα υπέβαλε σε ιδανική αντιστρεπτή μεταβολή με την απόλυτη θερμοκρασία της μεταβολής να είναι σταθερή.
Τί είναι όμως αντιστρεπτή μεταβολή;
Αντιστρεπτή μεταβολή σε ένα σύστημα έχουμε, όταν σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή κατά τη διάρκεια της μεταβολής αντιστραφεί η φυσική του πορεία με δυνατότητα το σύστημα να επανέλθει στην αρχική του κατάσταση διερχόμενο από τις ίδιες ενδιάμεσες καταστάσεις με αντιστροφή της σειράς τους. Βέβαια, αντιστρεπτές μεταβολές δεν υπάρχουν στη φύση. Στα εργαστήρια, μπορούμε να δημιουργήσουμε «περίπου» αντιστρεπτές μεταβολές, (κατά προσέγγιση αντιστρεπτές μεταβολές) δηλαδή να προσεγγίσουμε πραγματικές μεταβολές με αντιστρεπτές μεταβολές για να κάνουμε παρατηρήσεις και υπολογισμούς.
Αντιστρεπτή μεταβολή σε ένα σύστημα έχουμε, όταν σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή κατά τη διάρκεια της μεταβολής αντιστραφεί η φυσική του πορεία με δυνατότητα το σύστημα να επανέλθει στην αρχική του κατάσταση διερχόμενο από τις ίδιες ενδιάμεσες καταστάσεις με αντιστροφή της σειράς τους. Βέβαια, αντιστρεπτές μεταβολές δεν υπάρχουν στη φύση. Στα εργαστήρια, μπορούμε να δημιουργήσουμε «περίπου» αντιστρεπτές μεταβολές, (κατά προσέγγιση αντιστρεπτές μεταβολές) δηλαδή να προσεγγίσουμε πραγματικές μεταβολές με αντιστρεπτές μεταβολές για να κάνουμε παρατηρήσεις και υπολογισμούς.
Φυσική σημασία της Εντροπίας
Είναι δύσκολο να δοθεί κάποια φυσική σημασία στην έννοια της Εντροπίας, επειδή αυτή δεν αντιστοιχεί σε κάποιο φυσικό μέγεθος που να είναι αισθητό στον άνθρωπο, όμως ο ρόλος της στην εξέλιξη του Σύμπαντος είναι σπουδαιότατος και ουσιώδης, για τους εξής λόγους:
Είναι δύσκολο να δοθεί κάποια φυσική σημασία στην έννοια της Εντροπίας, επειδή αυτή δεν αντιστοιχεί σε κάποιο φυσικό μέγεθος που να είναι αισθητό στον άνθρωπο, όμως ο ρόλος της στην εξέλιξη του Σύμπαντος είναι σπουδαιότατος και ουσιώδης, για τους εξής λόγους:
Σε κάθε μεταβολή ενός κλειστού συστήματος, η Εντροπία του πάντοτε αυξάνεται. Από τη σκοπιά του Μακρόκοσμου όσο μεγαλύτερη γίνεται η εντροπία, τόσο μειώνεται η δυνατότητα του συστήματος να παράγει ωφέλιμο έργο. Από τη σκοπιά του Μικρόκοσμου, η Εντροπία εκφράζει την έλλειψη οργάνωσης. Είναι ένα μέτρο της αταξίας των ατόμων ή των μορίων. Όσο αυξάνεται η Εντροπία εξαλείφονται οι λεπτομέρειες οργάνωσης και αυξάνεται η αταξία.
Η Εντροπία ρυθμίζει την φορά της εξέλιξης όλων των αυτόματων μεταβολών, διότι η φορά πρέπει να είναι τέτοια ώστε πάντοτε να αυξάνεται η Εντροπία. Στην συνέχεια θα δόσουμε μερικές επεξηγήσεις για κάθε μία από τις παραπάνω προτάσεις.
Η Εντροπία ρυθμίζει την φορά της εξέλιξης όλων των αυτόματων μεταβολών, διότι η φορά πρέπει να είναι τέτοια ώστε πάντοτε να αυξάνεται η Εντροπία. Στην συνέχεια θα δόσουμε μερικές επεξηγήσεις για κάθε μία από τις παραπάνω προτάσεις.
Η Εντροπία ενός κλειστού συστήματος.
Κατ΄αρχήν πρέπει να υπενθυμίσουμε τι είναι ένα κλειστό σύστημα. Κλειστό είναι ένα σύστημα που αποτελείται από σώματα που δεν αλληλοεπιδρούν με άλλα σώματα, εκτός του συστήματος. Πιo απλά μπορούμε να πούμε ότι ένα κλειστό σύστημα είναι ένα απομονωμένο σύστημα. Θεωρητικά από τους νόμους της Θερμοδυναμικής αλλά και πρακτικά από παρατηρήσεις και πειράματα, αποδεικνύεται ότι σε κάθε μεταβολή ενός κλειστού συστήματος η εντροπία αυξάνεται!!!
Κατ΄αρχήν πρέπει να υπενθυμίσουμε τι είναι ένα κλειστό σύστημα. Κλειστό είναι ένα σύστημα που αποτελείται από σώματα που δεν αλληλοεπιδρούν με άλλα σώματα, εκτός του συστήματος. Πιo απλά μπορούμε να πούμε ότι ένα κλειστό σύστημα είναι ένα απομονωμένο σύστημα. Θεωρητικά από τους νόμους της Θερμοδυναμικής αλλά και πρακτικά από παρατηρήσεις και πειράματα, αποδεικνύεται ότι σε κάθε μεταβολή ενός κλειστού συστήματος η εντροπία αυξάνεται!!!
Ας δούμε ένα παράδειγμα ενός κλειστού συστήματος που έχουμε ροή θερμότητας από ένα θερμό σώμα θερμοκρασίας Τ1 σε ένα ψυχρό σώμα θερμοκρασίας Τ2 δια μέσου μιάς ράβδου από χαλκό. (ιδέ σχήμα 3). Είναι προφανές ότι η θερμοκρασία Τ1 του θερμού σώματος θα είναι μεγαλύτερη από τη θερμοκρασία Τ2 του ψυχρού σώματος, δηλαδή θα ισχύει Τ1 > Τ2 .
σχήμα 3
Αν η θερμότητα που ρέει από το θερμό σώμα προς το ψυχρό είναι Q, τότε η Εντροπία του θερμού σώματος θα μεταβληθεί κατά –Q/T1. Η Εντροπία της ράβδου από χαλκό δεν μεταβάλλεται, διότι από κάθε σημείο αυτής, όση θερμότητα έρχεται από το θερμό σώμα, τόση φεύγει προς το ψυχρό σώμα. Η Εντροπία του ψυχρού σώματος θα μεταβληθεί κατά +Q/T2. Η ολική μεταβολή της Εντροπίας του κλειστού συστήματος θα είναι:
ΔS = -Q/T1 + 0 + Q/T2 ή
ΔS = -Q/T1 + Q/T2 = Q (1/Τ2 – 1/Τ1)
ΔS = -Q/T1 + Q/T2 = Q (1/Τ2 – 1/Τ1)
Επειδή Τ1 > Τ2 θα είναι 1/Τ2 > 1/Τ1 άρα 1/Τ2 - 1/Τ1 > 0, άρα και ΔS > 0. Δηλαδή η Εντροπία του κλειστού συστήματος θα αυξηθεί.
Εδώ έχουμε να κάνουμε τις εξής παρατηρήσεις:
Μπορεί η Εντροπία του κλειστού αυτού συστήματος να αυξήθηκε, όμως η ενέργεια του δεν μεταβλήθηκε. Με την πάροδο του χρόνου, η θερμότητα που ρέει από το θερμό σώμα A προς το ψυχρό B προκαλεί πτώση της θερμοκρασίας Τ1 του θερμού σώματος και αύξηση της θερμοκρασίας Τ2 του ψυχρού σώματος. Όταν οι θερμοκρασίες Τ1 και Τ2 γίνουν ίσες (Τ1=Τ2), τότε θα σταματήσει η ροή θερμότητας από το ένα σώμα στο άλλο.
Μπορεί η Εντροπία του κλειστού αυτού συστήματος να αυξήθηκε, όμως η ενέργεια του δεν μεταβλήθηκε. Με την πάροδο του χρόνου, η θερμότητα που ρέει από το θερμό σώμα A προς το ψυχρό B προκαλεί πτώση της θερμοκρασίας Τ1 του θερμού σώματος και αύξηση της θερμοκρασίας Τ2 του ψυχρού σώματος. Όταν οι θερμοκρασίες Τ1 και Τ2 γίνουν ίσες (Τ1=Τ2), τότε θα σταματήσει η ροή θερμότητας από το ένα σώμα στο άλλο.
Μείωση της δυνατότητας ενός συστήματος να παράγει μηχανικό έργο.
Θεωρητικά από τους νόμους της Θερμοδυναμικής αλλά και πρακτικά από παρατηρήσεις και πειράματα, αποδεικνύεται ότι όσο μεγαλύτερη γίνεται η Εντροπία ενός κλειστού συστήματος, τόσο μειώνεται η δυνατότητα αυτού του συστήματος να παράγει μηχανικό έργο. Ας δούμε και πάλι το προηγούμενο παράδειγμα του κλειστού συστήματος που έχουμε ροή θερμότητας από ένα θερμό σώμα θερμοκρασίας Τ1 σε ένα ψυχρό σώμα θερμοκρασίας Τ2 διαμέσου μιάς ράβδου από χαλκό. (Ιδέ σχήμα 3). Αρχικά, επειδή τα δύο σώματα ευρίσκονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες, το σύστημα έχει τη δυνατότητα να παράγει έργο. Αυτό μπορεί να γίνει π.χ. με την παρεμβολή κατάλληλα, μιάς θερμοδυναμικής μηχανής μεταξύ των σωμάτων. Τελικά όμως, όταν οι θεροκρασίες Τ1 και Τ2 γίνουν ίσες (Τ1=Τ2), και σταματήσει η ροή θερμότητας από το ένα σώμα στο άλλο, το σύστημα δεν θα έχει πια τη δυνατότητα να παράγει έργο. Στο ίδιο συμπέρασμα μπορούμε να καταλήξουμε και για το παράδειγμα που η θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια (ιδέ σχήμα 2). Θα μπορούσαμε λοιπόν γενικά να συμπεράνουμε, ότι όσο μεγαλύτερη γίνεται η Εντροπία ενός κλειστού συστήματος, τόσο μειώνεται η δυνατότητά του να παράγει έργο ή ελαττώνεται η ενέργεια συστήματος που μπορεί να μετατραπεί σε έργο ή υποβαθμίζεται η ενέργεια του συστήματος, αφού δεν μπορεί να μετατραπεί σε έργο.
Θεωρητικά από τους νόμους της Θερμοδυναμικής αλλά και πρακτικά από παρατηρήσεις και πειράματα, αποδεικνύεται ότι όσο μεγαλύτερη γίνεται η Εντροπία ενός κλειστού συστήματος, τόσο μειώνεται η δυνατότητα αυτού του συστήματος να παράγει μηχανικό έργο. Ας δούμε και πάλι το προηγούμενο παράδειγμα του κλειστού συστήματος που έχουμε ροή θερμότητας από ένα θερμό σώμα θερμοκρασίας Τ1 σε ένα ψυχρό σώμα θερμοκρασίας Τ2 διαμέσου μιάς ράβδου από χαλκό. (Ιδέ σχήμα 3). Αρχικά, επειδή τα δύο σώματα ευρίσκονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες, το σύστημα έχει τη δυνατότητα να παράγει έργο. Αυτό μπορεί να γίνει π.χ. με την παρεμβολή κατάλληλα, μιάς θερμοδυναμικής μηχανής μεταξύ των σωμάτων. Τελικά όμως, όταν οι θεροκρασίες Τ1 και Τ2 γίνουν ίσες (Τ1=Τ2), και σταματήσει η ροή θερμότητας από το ένα σώμα στο άλλο, το σύστημα δεν θα έχει πια τη δυνατότητα να παράγει έργο. Στο ίδιο συμπέρασμα μπορούμε να καταλήξουμε και για το παράδειγμα που η θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια (ιδέ σχήμα 2). Θα μπορούσαμε λοιπόν γενικά να συμπεράνουμε, ότι όσο μεγαλύτερη γίνεται η Εντροπία ενός κλειστού συστήματος, τόσο μειώνεται η δυνατότητά του να παράγει έργο ή ελαττώνεται η ενέργεια συστήματος που μπορεί να μετατραπεί σε έργο ή υποβαθμίζεται η ενέργεια του συστήματος, αφού δεν μπορεί να μετατραπεί σε έργο.
Η Εντροπία είναι ένα μέτρο της αταξίας των ατόμων ή των μορίων.
Από τη σκοπιά του Μικρόκοσμου, η Εντροπία αποτελεί μέτρο της αταξίας των ατόμων ή των μορίων. Όσο αυξάνεται η Εντροπία αυξάνεται η αταξία των ατόμων ή των μορίων και εξαλείφονται οι λεπτομέρειες οργάνωσης. Η Εντροπία εκφράζει την έλλειψη οργάνωσης. Τι είναι όμως τάξη και τι αταξία; Λέμε ότι έχουμε τάξη σε ένα σύνολο, όταν τα στοιχεία αυτού του συνόλου είναι οργανωμένα με κάποιο τρόπο. Ας δούμε ένα παράδειγμα. Στο σχήμα 4 έχουμε ένα σύνολο από ονόματα τοποθετημένα τυχαία, χωρίς κάποια οργάνωση. Στο σχήμα 5 έχουμε τα ίδια ονόματα τοποθετημένα όμως το ένα μετά το άλλο και μάλιστα κατά αλφαβητική σειρά.
Από τη σκοπιά του Μικρόκοσμου, η Εντροπία αποτελεί μέτρο της αταξίας των ατόμων ή των μορίων. Όσο αυξάνεται η Εντροπία αυξάνεται η αταξία των ατόμων ή των μορίων και εξαλείφονται οι λεπτομέρειες οργάνωσης. Η Εντροπία εκφράζει την έλλειψη οργάνωσης. Τι είναι όμως τάξη και τι αταξία; Λέμε ότι έχουμε τάξη σε ένα σύνολο, όταν τα στοιχεία αυτού του συνόλου είναι οργανωμένα με κάποιο τρόπο. Ας δούμε ένα παράδειγμα. Στο σχήμα 4 έχουμε ένα σύνολο από ονόματα τοποθετημένα τυχαία, χωρίς κάποια οργάνωση. Στο σχήμα 5 έχουμε τα ίδια ονόματα τοποθετημένα όμως το ένα μετά το άλλο και μάλιστα κατά αλφαβητική σειρά.
Τώρα τα ονόματα είναι τακτοποιημένα ή οργανωμένα και μπορούμε εύκολα να εντοπίσουμε ένα από αυτά. Στο σχήμα (6) φαίνονται ακόμη τρία χαρακτηριστικά παραδείγματα αντικειμένων που βρίσκονται σε κατάσταση τάξεως ή σε κατασταση αταξίας.
σχήμα 4 σχήμα 5 σχήμα 6
Τι είναι όμως τάξη και τι αταξία των ατόμων ή των μορίων ενός σώματος; Για να διαμορφώσουμε την έννοια της τάξεως και της αταξίας σε μικροσκοπικό επίπεδο θα αναφέρουμε τα εξήςπαραδείγματα.
α) Έχουμε σε ένα δοχείο ένα κομμάτι πάγου (ιδέ σχήμα 7). Τα μόρια του πάγου, ευρίσκονται κοντά το ένα στο άλλο και δεν μετακινούνται το ένα ως προς το άλλο. Τα μόρια δηλαδή είναι διατεταγμένα με τάξη. Εάν θερμάνουμε το δοχείο, τα μόρια του πάγου παίρνουν θερμική ενέργεια και αρχίζουν να κινούνται ως προς την θέση τους, με αποτέλεσμα να αυξάνει η αταξία και να επέρχεται τήξη του πάγου. Τελικά, ο πάγος θα γίνει νερό και τα μόρια του νερού είναι κοντά το ένα στο άλλο, έχουν δεσμό το ένα με το άλλο, αλλά έχουν μεγαλύτερη ελευθερία κινήσεων και έτσι έχει αυξηθεί η αταξία. Παράλληλα όμως έχει αυξηθεί και η Εντροπία. Εάν συνεχίσουμε να θερμαίνουμε το δοχείο, τα μόρια του νερού παίρνουν θερμική ενέργεια και αρχίζουν να κινούνται πιο έντονα. Σε κάποια στιγμή θα αρχίσει ο βρασμός, και τα μόρια θα αρχίσουν να κινούνται άτακτα, δημιουργούν ατμό, έχουν πολύ ασθενή δεσμό το ένα με το άλλο και ευρίσκονται σε μεγάλη αταξία. Παράλληλα όμως έχει αυξηθεί ακόμα πιο πολύ και η Εντροπία.
σχήμα 7
β) Ένα βλήμα βρίσκεται σε χαμηλή θερμοκρασία και συγκρούεται με ένα τοίχωμα (ιδέ σχήμα 8). Η κινητική ενέργεια του βλήματος θα μετατραπεί σε θερμική ενέργεια και θα αυξηθεί η θερμοκρασία του και η Εντροπία του. Αρχικά οι ταχύτητες των μορίων του βλήματος, επειδή αυτό βρίσκεται σε χαμηλή θερμοκρασία, θα είναι (πρακτικά) ανύσματα παράλληλα μεταξύ τους. Μετά την κρούση με το τοίχωμα, επειδή θα αυξηθεί η θερμοκρασία, τα μόρια θα εκτελούν θερμική κίνηση και έτσι οι ταχύτητες τους θα κατευθύνονται προς όλες τις διευθύνσεις. Με τον τρόπο αυτό θα αυξηθεί η αταξία των μορίων του βλήματος με παράλληλη αύξηση της Εντροπίας του. < Ιδέ βιβλιογραφια (1) σελ. 177>
σχήμα 8 σχήμα 9
γ) Στην στερεά κατάσταση, το αλάτι, (ΝαCl) συγκρατείται σφικτά σε μία κρυσταλλική δομή των ιόντων του Na+ και CI-. Τα ιόντα δηλαδή είναι διατεταγμένα με τάξη. Όταν το αλάτι διαλύεται σε νερό, τα ιόντα Na+ και CI- διαχωρίζονται και γίνονται ελεύθερα να κινηθούν προς τα ιόντα Η+ και ΟΗ- του νερού, σχηματίζοντας έτσι ένα πιο διαταραγμένο σύστημα, με αποτέλεσμα να αυξάνει η αταξία και παράλληλα να αυξάνεται και η Εντροπία.
Η Εντροπία ρυθμίζει την φορά της εξέλιξης αυτόματων μεταβολών.
Η Εντροπία ρυθμίζει την φορά της εξέλιξης όλων των αυτόματων μεταβολών, διότι η φορά πρέπει να είναι τέτοια, ώστε πάντοτε να αυξάνεται η Εντροπία. Τι είναι όμως μία αυτόματη μεταβολή; Αυτόματη μεταβολή είναι κάθε μεταβολή που γίνεται μόνη της, δηλαδή γίνεται χωρίς αυτή να συνοδεύεται με ανταλλαγή θερμότητας ή έργο με το εξωτερικό περιβάλλον του συστήματος που υφίσταται την μεταβολή. Σύμφωνα με τον ορισμό αυτό, οι μεταβολές κάθε κλειστού συστήματος είναι αυτόματες, διότι τα κλειστά συστήματα δεν αλληλοεπιδρούν με άλλα σώματα, εκτός του συστήματος. Αφού σε κάθε μεταβολή ενός κλειστού συστήματος η Εντροπία του πάντοτε αυξάνεται, πρέπει οι αυτόματες μεταβολές να γίνονται με τέτοιο τρόπο, ώστε να αυξάνεται η Εντροπία. Άρα η Εντροπία ρυθμίζει την φορά της εξέλιξης όλων των αυτόματων μεταβολών.
Η Εντροπία ρυθμίζει την φορά της εξέλιξης όλων των αυτόματων μεταβολών, διότι η φορά πρέπει να είναι τέτοια, ώστε πάντοτε να αυξάνεται η Εντροπία. Τι είναι όμως μία αυτόματη μεταβολή; Αυτόματη μεταβολή είναι κάθε μεταβολή που γίνεται μόνη της, δηλαδή γίνεται χωρίς αυτή να συνοδεύεται με ανταλλαγή θερμότητας ή έργο με το εξωτερικό περιβάλλον του συστήματος που υφίσταται την μεταβολή. Σύμφωνα με τον ορισμό αυτό, οι μεταβολές κάθε κλειστού συστήματος είναι αυτόματες, διότι τα κλειστά συστήματα δεν αλληλοεπιδρούν με άλλα σώματα, εκτός του συστήματος. Αφού σε κάθε μεταβολή ενός κλειστού συστήματος η Εντροπία του πάντοτε αυξάνεται, πρέπει οι αυτόματες μεταβολές να γίνονται με τέτοιο τρόπο, ώστε να αυξάνεται η Εντροπία. Άρα η Εντροπία ρυθμίζει την φορά της εξέλιξης όλων των αυτόματων μεταβολών.
Η φορά ρυθμίζεται έτσι ώστε πάντοτε να αυξάνεται. Η Εντροπία. Η Εντροπία ρυθμίζει και την φορά του χρόνου από το παρελθόν στο μέλλον. Η Εντροπία δεν επιτρέπει στο χρόνο να κυλήσει προς τα πίσω (να αντιστραφεί), διότι τότε στις αυτόματες μεταβολές θα είχαμε μείωση της Εντροπίας με την αντιστροφή του. Πλήθος επιστημόνων ασχολήθηκε με το ερώτημα, γιατί ο χρόνος δεν γυρίζει προς τα πίσω, αλλά έχει προτιμητέα κατεύθυνση; Πρώτος, ο Arthur Eddington, βρετανός αστρονόμος, το 1927 όρισε το λεγόμενο βέλος του χρόνου, με την μελέτη της οργάνωσης των ατόμων, των μορίων και των οργανισμών. Κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το βέλος του χρόνου είναι μια ιδιότητα μόνο της Εντροπίας.
Αφού η Εντροπία πάντοτε αυξάνεται και αυξάνεται και η αταξία και μειώνεται έτσι η δυνατότητα παραγωγής ωφέλιμού έργου, τι θα συμβεί στο απώτερο μέλλον στο Σύμπαν; Κάποτε, όλη η ενέργεια του σύμπαντος θα μετατραπεί σε μη ανακτήσιμη θερμική ενέργεια και θα επικρατήσει πλήρης αταξία. Ο Γερμανός φυσικός Herman Von Helmholtz ήταν ο πρώτος που δήλωσε το 1854 ότι «Το Σύμπαν τρέχει προς τον θάνατό του». Θα επέλθει με άλλα λόγια ο «θερμικός θάνατος του Σύμπαντος». Γιατί θα συμβεί αυτό; Διότι η Εντροπία ποτέ δεν μπορεί να μειωθεί. Πάντοτε αυξάνεται. Έτσι, όσο μεγαλύτερη γίνεται η εντροπία, τόσο θα μειώνεται η δυνατότητα ενός συστήματος να παράγει ωφέλιμο έργο.
Η θερμότητα και η ενέργεια θα υποβαθμίζονται. Δεν θα μπορούν να ξαναχρησιμοποιηθούν σαν πηγή ενέργειας.
Η θερμότητα και η ενέργεια θα υποβαθμίζονται. Δεν θα μπορούν να ξαναχρησιμοποιηθούν σαν πηγή ενέργειας.
Επίσης, όσο μεγαλύτερη γίνεται η Εντροπία, τόσο θα αυξάνεται η αταξία των ατόμων ή των μορίων στο Σύμπαν, θα εξαλείφονται οι λεπτομέρειες οργάνωσης και τελικά θα επικρατήσει πλήρης αταξία. Το Σύμπαν θα βυθίζεται σε ένα παγερό και μαύρο σκοτάδι όπου η ζωή δεν θα μπορεί να συντηρηθεί και ο «θερμικός θάνατος του Σύμπαντος» θα επέλθει, όταν το ενεργειακό απόθεμα του τελειώσει. < Ιδέ βιβλιογραφια (4) σελ. 454>
Μερικές προεκτάσεις της έννοιας της Εντροπίας.
Ας δούμε τώρα κάποιες προεκτάσεις της έννοιας της Εντροπίας. Ο άνθρωπος παράγει ενέργεια με την εργασία. Η ενέργεια συμβολίζει κάθε επίτευγμα του ανθρώπου, είτε αυτό είναι υλικό, είτε είναι πνευματικό και η Εντροπία μπορεί να συμβολίζει την κούραση ή τον μόχθο που προκύπτει από την εργασία, ο δε «θερμικός θάνατος του Σύμπαντος» μπορεί να συμβολίζει την εξάντληση ή και τον θάνατο του ανθρώπου από κούραση.
Στις παραπάνω προεκτάσεις της έννοιας της Εντροπίας πολλοί προβάλλουν αντιρήσεις. Μπορεί οι κοινωνίες να είχαν δούλους σε όλες τις περιόδους της ιστορίας της ανθρωπότητας, όμως όλες οι πολιτισμένες κοινωνίες, θεωρούσαν πάντοτε την εργασία ως ένα ωφελιμώτατο νόμο και δεν έβλεπαν με καλό μάτι τους αέργους.
Θεωρούσαν και θεωρούν ότι η ανθρωπότης υφίσταται και τελειοποιείται μόνον δια της εργασίας. Αλλά και πολλοί άνθρωποι θεωρούν την εργασία ωφέλιμη (και όχι ένα «θερμικό θάνατο»), απόδειξη ότι η συνταξιοδότηση για τους περισσοτέρους είναι ένας ισχυρός ψυχοπιεστικός παράγοντας στην ζωή τους. Επίσης, μπορεί το σώμα του ανθρώπου να υφίσταται αλλαγές του βιολογικού κύκλου (να υπόκειται δηλαδή στο νόμο της εντροπίας) όμως το ανθρώπινο πνεύμα μπορεί να εξελιχθεί εντυπωσιακά, και η πνευματική του ικανότητα (αν και αυτό δεν γίνεται συχνά) μπορεί να αυξηθεί μέχρι τα βαθειά γεράματα..
Ας δούμε τώρα κάποιες προεκτάσεις της έννοιας της Εντροπίας. Ο άνθρωπος παράγει ενέργεια με την εργασία. Η ενέργεια συμβολίζει κάθε επίτευγμα του ανθρώπου, είτε αυτό είναι υλικό, είτε είναι πνευματικό και η Εντροπία μπορεί να συμβολίζει την κούραση ή τον μόχθο που προκύπτει από την εργασία, ο δε «θερμικός θάνατος του Σύμπαντος» μπορεί να συμβολίζει την εξάντληση ή και τον θάνατο του ανθρώπου από κούραση.
Στις παραπάνω προεκτάσεις της έννοιας της Εντροπίας πολλοί προβάλλουν αντιρήσεις. Μπορεί οι κοινωνίες να είχαν δούλους σε όλες τις περιόδους της ιστορίας της ανθρωπότητας, όμως όλες οι πολιτισμένες κοινωνίες, θεωρούσαν πάντοτε την εργασία ως ένα ωφελιμώτατο νόμο και δεν έβλεπαν με καλό μάτι τους αέργους.
Θεωρούσαν και θεωρούν ότι η ανθρωπότης υφίσταται και τελειοποιείται μόνον δια της εργασίας. Αλλά και πολλοί άνθρωποι θεωρούν την εργασία ωφέλιμη (και όχι ένα «θερμικό θάνατο»), απόδειξη ότι η συνταξιοδότηση για τους περισσοτέρους είναι ένας ισχυρός ψυχοπιεστικός παράγοντας στην ζωή τους. Επίσης, μπορεί το σώμα του ανθρώπου να υφίσταται αλλαγές του βιολογικού κύκλου (να υπόκειται δηλαδή στο νόμο της εντροπίας) όμως το ανθρώπινο πνεύμα μπορεί να εξελιχθεί εντυπωσιακά, και η πνευματική του ικανότητα (αν και αυτό δεν γίνεται συχνά) μπορεί να αυξηθεί μέχρι τα βαθειά γεράματα..
Μερικές αντιρήσεις για την ευθύνη της Εντροπίας στον «θερμικό θάνατο του Σύμπαντος».
Πολλοί επιστήμονες και μη επιστήμονες άρχισαν να προβάλλουν αντιρήσεις μετά τη δήλωση του H. Von Helmholtz ότι λόγω της Εντροπίας «Το Σύμπαν τρέχει προς τον θάνατό του». Πως είναι δυνατόν ένα φυσικό μέγεθος που το ίδιο το Σύμπαν δημιούργησε, να προκαλέσει τον θάνατό του! Στο Σύμπαν (από όσα γνωρίζουμε μέχρι τώρα) υπάρχουν 100 δισεκατομύρια γαλαξίες που έχουν ο καθένας τους δισεκατομύρια άστρα. Το σχέδιο της δημιουργίας φαίνεται μεγαλεπίβολο!
Πως είναι δυνατόν ένα τέτοιο Σύμπαν να πεθάνει από την ιδιότητα που έχει ένα φυσικό του μέγεθος, η Εντροπία!! Βέβαια, αντιρήσεις τέτοιου τύπου είναι φιλοσοφικές, έχουν κάποια λογική βάση, όμως οι νόμοι της Θερμοδυναμικής είναι σαφείς. Η Εντροπία πάντοτε θα αυξάνεται με τα γνωστά επακόλουθα! Ο Charles S. Pierce (1839-1914), Αμερικανός φιλόσοφος, δάσκαλος της λογικής, μαθηματικός και επιστήμονας (γνωστός ως "ο πατέρας του πραγματισμού»), γράφει στο έργο του:
Πολλοί επιστήμονες και μη επιστήμονες άρχισαν να προβάλλουν αντιρήσεις μετά τη δήλωση του H. Von Helmholtz ότι λόγω της Εντροπίας «Το Σύμπαν τρέχει προς τον θάνατό του». Πως είναι δυνατόν ένα φυσικό μέγεθος που το ίδιο το Σύμπαν δημιούργησε, να προκαλέσει τον θάνατό του! Στο Σύμπαν (από όσα γνωρίζουμε μέχρι τώρα) υπάρχουν 100 δισεκατομύρια γαλαξίες που έχουν ο καθένας τους δισεκατομύρια άστρα. Το σχέδιο της δημιουργίας φαίνεται μεγαλεπίβολο!
Πως είναι δυνατόν ένα τέτοιο Σύμπαν να πεθάνει από την ιδιότητα που έχει ένα φυσικό του μέγεθος, η Εντροπία!! Βέβαια, αντιρήσεις τέτοιου τύπου είναι φιλοσοφικές, έχουν κάποια λογική βάση, όμως οι νόμοι της Θερμοδυναμικής είναι σαφείς. Η Εντροπία πάντοτε θα αυξάνεται με τα γνωστά επακόλουθα! Ο Charles S. Pierce (1839-1914), Αμερικανός φιλόσοφος, δάσκαλος της λογικής, μαθηματικός και επιστήμονας (γνωστός ως "ο πατέρας του πραγματισμού»), γράφει στο έργο του:
"... η ενέργεια του Σύμπαντος υποβαθμίζεται και τίποτα δεν θα μπορέσει να σταματήσει τον θάνατό του .... όμως υπάρχει και η τύχη που μπορεί και θα έχει την αντίθετη επίδραση και η ενέργεια του Σύμπαντος θα επανασυγκεντρωθεί ..."
Η διαίσθηση του Charles S. Pierce του έλεγε ότι κάτι θα γίνει, το Σύμπαν τελικά δεν θα πεθάνει με αυτό τον τρόπο! Οι ιδέες του Pierce τότε αντιμετωπίστηκαν σαν φιλοσοφικές και αποξενωμένες από την πραγματικότητα (Σήμερα το έργο του Charles S. Pierce θεωρείται πρωτοποριακό στην κατανόηση της πολυμορφίας και της πολλαπλότητας (του πλουραλισμού) των φυσικών νόμων). < Ιδέ βιβλιογραφια (3) σελ. 388>.
Ακόμα και ο Γερμανός φιλόσοφος και επιστήμονας Ιμμάνουελ Καντ (Immanuel Kant) απέριψε τη θεωρία για το «θερμικό θάνατο του Σύμπαντος» λέγοντας: «Εφ' όσον υπάρχει Θεός, η φύση, ακόμη και σε χαοτική κατάσταση, μπορεί να αναπτυχθεί μόνο με ένα τρόπο τάξης και τέλεια- διαχειριζόμενο». (Immanuel Kant-Universal Natural History and Theory of the Heavens) <Ιδέ βιβλιογραφια (2) σελ. 262>.
Ο ΘΕΡΜΙΚΟΣ ΘΑΝΑΤΟΣ ΤΟΥ ΣΥΜΠΑΝΤΟΣ
Μία αντίφαση στον νόμο της υποβάθμισης της θερμότητας – κάποιο φως στο τούνελ !!
Οι επιστήμονες, διεπίστωσαν μία αντίφαση στον νόμο της υποβάθμισης της θερμότητας και της ενέργειας, της μείωσης της οργάνωσης και της αύξησης της αταξίας. Η ζωή, εξελίχθηκε από τους κατώτερους οργανισμούς, σε πιο σύνθετους στην αρχή και σε πολύ σύνθετους αργότερα φτάνοντας στην πιο τέλεια μορφή της, τον άνθρωπο, μέσα στους γαιολογικούς αιώνες.
Τα έμβια όντα, αντιβαίνουν σε αυτό τον φυσικό νόμο, δηλαδή στον νόμο της υποβάθμισης της θερμότητας και της ενέργειας, γιατί είναι δημιουργήματα τάξης. Πως είναι τότε δυνατόν, ενώ με την πάροδο του χρόνου αυξάνεται η Εντροπία, να έχουμε τη γνωστή βιολογική εξέλιξη; <Ιδέ βιβλιογραφια (6) σελ. 8>
Τα έμβια όντα, αντιβαίνουν σε αυτό τον φυσικό νόμο, δηλαδή στον νόμο της υποβάθμισης της θερμότητας και της ενέργειας, γιατί είναι δημιουργήματα τάξης. Πως είναι τότε δυνατόν, ενώ με την πάροδο του χρόνου αυξάνεται η Εντροπία, να έχουμε τη γνωστή βιολογική εξέλιξη; <Ιδέ βιβλιογραφια (6) σελ. 8>
Μία πρώτη προσπάθεια να εξηγηθεί η αντίφαση αύξησης της Εντροπίας με παράλληλη εξέλιξη της Ζωής, ήταν οι δημιουργίες θεωριών, ότι η ζωή έχει δικούς της νόμους που ξεφεύγουν από το πλαίσιο των φυσικών νόμων. Όμως θεωρίες τέτοιου τύπου εκτός του ότι δεν ήταν δυνατόν να αποδειχθούν, δεν φαίνεται να διαθέτουν και αυστηρή λογική βάση.
Είναι δυνατόν π.χ. κάποιος οργανισμός, να υπερνικήσει το νόμο της βαρύτητας χωρίς να διαθέτει κατάλληλα μηχανικά όργανα (φτερούγες); Η διαπίστωση ότι τα έμβια όντα, αντιβαίνουν στο φυσικό νόμο της υποβάθμισης της θερμότητας και της ενέργειας, οδήγησε πολλούς επιστήμονες στην ιδέα ότι η Εντροπία και γενικότερα η ύλη, πιθανόν να έχουν και άλλες ιδιότητες, οι οποίες δεν μας είναι ακόμα γνωστές.
Είναι δυνατόν π.χ. κάποιος οργανισμός, να υπερνικήσει το νόμο της βαρύτητας χωρίς να διαθέτει κατάλληλα μηχανικά όργανα (φτερούγες); Η διαπίστωση ότι τα έμβια όντα, αντιβαίνουν στο φυσικό νόμο της υποβάθμισης της θερμότητας και της ενέργειας, οδήγησε πολλούς επιστήμονες στην ιδέα ότι η Εντροπία και γενικότερα η ύλη, πιθανόν να έχουν και άλλες ιδιότητες, οι οποίες δεν μας είναι ακόμα γνωστές.
Νέες ιδιότητες της ύλης στα συστήματα, μακράν της ισορροπίας.
Ο φυσικοχημικός Ίλια Πριγκοζίν (που τιμήθηκε με βραβείο Νόμπελ) ασχολήθηκε με τα συστήματα μακράν της ισορροπίας. Λέμε ότι ένα σύστημα ευρίσκεται σε ισορροπία όταν δεν μεταβάλλονται οι ιδιότητές του με το χρόνο. Στην αντίθετη περίπτωση, το σύστημα ευρίσκεται μακράν της ισορροπίας. Τα αποτελέσματα της έρευνας του Ίλια Πριγκοζίν στα συστήματα μακράν της ισορροπίας, άνοιξαν νέους δρόμους στην παγκόσμια επιστημονική σκέψη και άλλαξαν τελείως τη θεωρία της Φυσικής του 20ού αιώνα.
Μεταξύ άλλων, ο Ίλια Πριγκοζίν έδειξε ότι μακράν της ισορροπίας η ύλη αποκτά νέες ιδιότητες, οι οποίες κάνουν δυνατή τη δημιουργία νέων πολύπλοκων δομών και ειδικότερα βιολογικών δομών.
Μεταξύ άλλων, ο Ίλια Πριγκοζίν έδειξε ότι μακράν της ισορροπίας η ύλη αποκτά νέες ιδιότητες, οι οποίες κάνουν δυνατή τη δημιουργία νέων πολύπλοκων δομών και ειδικότερα βιολογικών δομών.
Η θεωρία αυτή του Ίλια Πριγκοζίν για τα συστήματα μακράν της ισορροπίας, επαληθεύτηκε πειραματικά την δεκαετία του 1960, και οδήγησε στο συμπέρασμα ότι οι νόμοι της ζωής δεν αντιφάσκουν με τους νόμους της Φυσικής.
Τάξη και νέες μορφές οργάνωσης στα συστήματα, μακράν της ισορροπίας.
Ο Ίλια Πριγκοζίν διατύπωσε την θεωρία ότι η αύξηση της Εντροπίας και της αταξίας συμβαίνει στα συστήματα που ευρίσκονται σε ισορροπία. Σε συστήματα όμως μακράν της ισορροπίας και σε εξαιρετικές περιπτώσεις, παρόλο που αυξάνεται η Εντροπία, δεν προκύπτει πάντοτε αταξία, αλλά τάξη και οργάνωση και μεγαλύτερη πολυπλοκότητα. Με αυτό τον τρόπο, η ύλη αποκτά νέες ιδιότητες. Έτσι είναι δυνατή η δημιουργία νέων μορφών οργάνωσης, νέων πολύπλοκων δομών, καθώς και νέων βιολογικών δομών.
Σχήμα 10
Οι νέες μορφές οργάνωσης και οι διακλαδώσεις.
Σύμφωνα με τον Prigοgine, οι νέες μορφές οργάνωσης για τα συστήματα μακράν της ισορροπίας, δημιουργούνται στις διακλαδώσεις. Ένα σύστημα μακράν της ισορροπίας, σε κάποιο κρίσιμο σημείο, έχει τη δυνατότητα να επιλέξει ένα κλάδο από δύο (ή και περισσοτέρων) διακλαδώσεων, δηλαδή, έχει τη δυνατότητα να επιλέξει ένα από δύο ή περισσότερους τρόπους εξέλιξης. (ιδέ σχήμα 10).
Πιο απλά θα μπορούσαμε να πούμε ότι το σύστημα έχει τη δυνατότητα να επιλέξει ένα από δύο (ή περισσότερους) κλάδους ή δρόμους, όπου νέες μορφές οργάνωσης θα δημιουργηθούν. Το σύστημα θα ακολουθήσει τον δρόμο που επέλεξε μέχρι να βρεθεί σε μία άλλη διακλάδωση. <ιδέ βιβλιογραφια (6) σελ. 9>.
Πρέπει να σημειώσουμε ότι δεν είναι δυνατόν εκ των προτέρων να γνωρίζουμε ή να προβλέψουμε ποιο από τα δύο μονοπάτια θα επιλέξει το σύστημα κάθε φορά. Σύμφωνα με τον Prigοgine, έχουμε να κάνουμε με μία νέα περιγραφή του κόσμου, με μία καινούργια θεώρηση της ύλης, όπου το σύνολο των μορφών που μπορεί να πάρει η ύλη, δεν έχει περιορισμό.
Με την νέα περιγραφή του κόσμου, η ύλη δεν παράγει ένα μοναδικό αποτέλεσμα αλλά μία ποικιλία αποτελεσμάτων, από την ποικιλία των φυσικών όντων, μέχρι και καιρικά συστήματα, μέχρι και την γέννηση του ίδιου του Σύμπαντος. < ιδέ βιβλιογραφία (2) σελ. 382>
Με την νέα περιγραφή του κόσμου, η ύλη δεν παράγει ένα μοναδικό αποτέλεσμα αλλά μία ποικιλία αποτελεσμάτων, από την ποικιλία των φυσικών όντων, μέχρι και καιρικά συστήματα, μέχρι και την γέννηση του ίδιου του Σύμπαντος. < ιδέ βιβλιογραφία (2) σελ. 382>
Ο Prigοgine αναφέρει σαν ένα παράδειγμα, του δυναμικού χαρακτήρα της ύλης, το οικοσύστημα πάνω στην επιφάνεια της Γης. Καθώς το οικοσύστημα δέχεται την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας, απομακρύνεται από την ισορροπία και οδηγείται στην δημιουργία πολύπλοκων δομών.
«Το σημαντικό σημείο, παρατηρεί ο Prigοgine, έγκειται στο ότι, μακρυά από την ισορροπία, όταν το σύστημα διαταραχθεί, δεν υπάρχει καμία εγγύηση ότι θα επιστρέψει και πάλι στην αρχική του κατάσταση. Αντιθέτως, το σύστημα αρχίζει να διερευνά νέες δομές και νέα είδη οργάνωσης. Χωρίς την Εντροπία δεν θα είχε εμφανιστεί η ζωή στη Γη».
<Ιδέ βιβλιογραφια (2) σελ. 389>
«Το σημαντικό σημείο, παρατηρεί ο Prigοgine, έγκειται στο ότι, μακρυά από την ισορροπία, όταν το σύστημα διαταραχθεί, δεν υπάρχει καμία εγγύηση ότι θα επιστρέψει και πάλι στην αρχική του κατάσταση. Αντιθέτως, το σύστημα αρχίζει να διερευνά νέες δομές και νέα είδη οργάνωσης. Χωρίς την Εντροπία δεν θα είχε εμφανιστεί η ζωή στη Γη».
<Ιδέ βιβλιογραφια (2) σελ. 389>
Μερικές προεκτάσεις των εννοιών ισορροπίας, μακράν της ισορροπίας και των διακλαδώσεων.
Ας εξετάσουμε τώρα ορισμένες προεκτάσεις και μεταφορές των εννοιών που αναφέραμε παραπάνω. Η κατάσταση ισορροπίας μπορεί να παραλληλιστεί με την ρουτίνα της καθημερινής ζωής ή τη ράθυμη κατάσταση που μπορεί να περιέλθει ο άνθρωπος για διάφορους λόγους. Η κατάσταση μακράν της ισορροπίας μπορεί να παραλληλιστεί με την ανάπτυξη δραστηριότητας, την πνευματική διέγερση του ανθρώπου στην οποία οφείλονται οι μεγαλύτερες δημιουργίες του.
Όλοι οι άνθρωποι, κάποια στιγμή της ζωής τους αναζητούν κάτι νέο, δραστηριοποιούνται, αποκτούν μεγαλύτερες πνευματικές ανησυχίες, αναζητούν περισσότερη πνευματικότητα. Τότε παίρνουν αποφάσεις οι οποίες επηρεάζουν την υπόλοιπη ζωή τους, επιλέγουν νέους δρόμους (επιλέγουν νέες διακλαδώσεις) που μπορούν να τους φέρουν μπροστά σε νέους πιό πολύπλοκους και πιό ενδιαφέροντες δρόμους και η Ιστορία μας αναφέρει άπειρα παραδείγματα ανθρώπων που με τις επιλογές που έκαναν μεγαλούργησαν!
Αν προεκτείνουμε την έννοια των νέων μορφών οργάνωσης της φύσης, το μέλλον κάθε ανθρώπου, δεν είναι προδιαγεγραμμένο. Στον άνθρωπο μπορούν να συμβούν γεγονότα που αυτός νομίζει ότι δεν έχουν και πολλές πιθανότητες να συμβούν. Η προέκταση αυτή είναι ιδιαίτερα αισιόδοξη διότι θεωρεί ότι ο άνθρωπος με τη μικρή δράση του στα πλαίσια της κοινωνίας μπορεί να επιφέρει σημαντικές αλλαγές στη ζωή του αλλά και στην κοινωνία και να οδηγήσει τη ροή των γεγονότων προς κατευθύνσεις που θεωρούσε ακατόρθωτες.
σχήμα 11
Την έννοια των νέων μορφών οργάνωσης της φύσης καθώς και των προεκτάσεών της μας την διδάσκει αλληγορικά και η Ελληνική μυθολογία. Κατά την μυθολογία ο Ηρακλής ευρισκόμενος σε πνευματική διέγερση, βρέθηκε μπροστά σε δύο δρόμους, της Αρετής και της Κακίας. Του ζητήθηκε να επιλέξει τον ένα από τους δύο αυτούς δρόμους. Η Κακία του υποσχέθηκε έναν δρόμο γεμάτο ηδονές και πλούτη, που όμως οδηγούσε στο άγνωστο. Η Αρετή του υπέδειξε τον δύσκολο δρόμο της συνεχούς εργασίας και προσπάθειας και των αδιάκοπων αγώνων, που περνώντας μέσα από δοκιμασίες θα κατέληγε στην θέωση. Ο Ηρακλής, σύμφωνα με τον μύθο επέλεξε τον δρόμο τής Αρετής, και έτσι έγινε «ημίθεος», απόλαυσε την θεϊκή ευδαιμονία και κατέστησε αθάνατο το όνομά του μέσα στους αιώνες.
Μία αισιόδοξη πρόβλεψη σαν επίλογος.
Όπως και άλλες θεωρίες καταστροφής, έτσι και η θεωρία περί καταστροφής του Σύμπαντος, έστω και μακροπρόθεσμα από την Εντροπία, απασχόλησε τους ανθρώπους. Για πάνω από επτά δεκαετίες επικρατούσαν απαισιόδοξες προβλέψεις, που βασιζόταν στους μέχρι τότε γνωστούς νόμους της Θερμοδυναμικής. Όμως οι νόμοι των διακλαδώσεων μας επιτρέπουν να δούμε τα πράγματα με πιό αισιόδοξο μάτι, και να υμνήσουμε την Εντροπία για την συμβολή της στην δημιουργία.
Το μεγαλεπίβολο σχέδιο της δημιουργίας του Σύμπαντος των δισεκατομυρίων γαλαξιών με τα δισεκατομύρια άστρα ο καθένας τους δεν θα βρεί κανένα εμπόδιο για να ολοκληρωθεί. Ας κάνουμε και μία προέκταση της ιδιαίτερα αισιόδοξης αυτής πρόβλεψης και σε μας. Ας θέσουμε στόχους στη ζωή μας με την βεβαιότητα ότι οι δυσκολίες που θα βρούμε για να τους ολοκληρώσουμε, δεν θα είναι εμπόδια κάποιου γνωστού ή άγνωστου νόμου της φύσεως, αλλά θα υπερνικηθούν ανάλογα με τις προσπάθειες που θα καταβάλουμε για την πραγματοποιησή τους.
Όπως και άλλες θεωρίες καταστροφής, έτσι και η θεωρία περί καταστροφής του Σύμπαντος, έστω και μακροπρόθεσμα από την Εντροπία, απασχόλησε τους ανθρώπους. Για πάνω από επτά δεκαετίες επικρατούσαν απαισιόδοξες προβλέψεις, που βασιζόταν στους μέχρι τότε γνωστούς νόμους της Θερμοδυναμικής. Όμως οι νόμοι των διακλαδώσεων μας επιτρέπουν να δούμε τα πράγματα με πιό αισιόδοξο μάτι, και να υμνήσουμε την Εντροπία για την συμβολή της στην δημιουργία.
Το μεγαλεπίβολο σχέδιο της δημιουργίας του Σύμπαντος των δισεκατομυρίων γαλαξιών με τα δισεκατομύρια άστρα ο καθένας τους δεν θα βρεί κανένα εμπόδιο για να ολοκληρωθεί. Ας κάνουμε και μία προέκταση της ιδιαίτερα αισιόδοξης αυτής πρόβλεψης και σε μας. Ας θέσουμε στόχους στη ζωή μας με την βεβαιότητα ότι οι δυσκολίες που θα βρούμε για να τους ολοκληρώσουμε, δεν θα είναι εμπόδια κάποιου γνωστού ή άγνωστου νόμου της φύσεως, αλλά θα υπερνικηθούν ανάλογα με τις προσπάθειες που θα καταβάλουμε για την πραγματοποιησή τους.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ.
(1). Γενική Φυσική. ΘΕΡΜΟΤΗΣ. (Έκδοσις Δευτέρα). Καίσαρος Δ. Αλεξοπούλου, πρώην καθηγητού Φυσικής στο Πανεπιστήμιο των Αθηνών.
(2). Το βέλος του χρόνου. Peter Coveney και Roger Highfield.
(3). Τάξη μέσα από το χάος. Ilya Prigozin – Isabelle Stengers.
(4). Χάος και αρμονία. Trinh Xuan Thuan, καθηγητού αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια ΗΠΑ.
(5). Το χρονικό του Χρόνου. Stephen Hawking, θεωρητικού Φυσικού, κοσμολόγου και συγγραφέα, καθηγητού στο Πανεπιστήμιο του Cambridge.
(6). Χρόνος, πολυπλοκότητα και πιθανολογική περιγραφή της φύσης. Ιωάννη Ε. Αντωνίου, καθηγητού στο Πανεπιστήμιο Σολβέ των Βρυξελλών και στο Πανεπιστήμιο της Θεσσαλονίκης.
(7). The Feynman Lectures on Physics. Vol. I. Richard P. Feynman, θεωρητικού Φυσικού, με Βραβείο Νόμπελ Φυσικής.
(1). Γενική Φυσική. ΘΕΡΜΟΤΗΣ. (Έκδοσις Δευτέρα). Καίσαρος Δ. Αλεξοπούλου, πρώην καθηγητού Φυσικής στο Πανεπιστήμιο των Αθηνών.
(2). Το βέλος του χρόνου. Peter Coveney και Roger Highfield.
(3). Τάξη μέσα από το χάος. Ilya Prigozin – Isabelle Stengers.
(4). Χάος και αρμονία. Trinh Xuan Thuan, καθηγητού αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια ΗΠΑ.
(5). Το χρονικό του Χρόνου. Stephen Hawking, θεωρητικού Φυσικού, κοσμολόγου και συγγραφέα, καθηγητού στο Πανεπιστήμιο του Cambridge.
(6). Χρόνος, πολυπλοκότητα και πιθανολογική περιγραφή της φύσης. Ιωάννη Ε. Αντωνίου, καθηγητού στο Πανεπιστήμιο Σολβέ των Βρυξελλών και στο Πανεπιστήμιο της Θεσσαλονίκης.
(7). The Feynman Lectures on Physics. Vol. I. Richard P. Feynman, θεωρητικού Φυσικού, με Βραβείο Νόμπελ Φυσικής.
! Ο Παρασκευάς Λιβάνης είναι Φυσικός.
