ویدئو: آنتروپی و مغز بولتزمن

کرونوس – آنتروپی یک مفهوم فیزیکی است که تعاریف متعدد و پیچیده‌ای دارد. اما برای ساده‌فهم شدن موضوع می‌توانید آنتروپی را با میزان بی‌نظمی و نامتعادل بودن یک سیستم بسته هم‌ارز بدانید (سیستم بسته به ظرفی گفته می‌شود که انرژی از آن خارج نشده و به آن وارد نمی‌شود).

یک ظرف پر از توپ پینگ‌پنگ را در نظر بگیرید. فرض کنید درب این ظرف بسته است و هیچ توپی به ظرف اضافه نشده و هیچ توپی از آن خارج نمی‌شود. اگر ظرف را روی زمین قرار دهید، همه‌ی توپ‌ها به صورت نامنظم و اتفاقی درون ظرف خواهند بود. در این حالت، می‌گوییم سیستم ما بی‌نظمی و انتروپی بالایی داشته و در حالت تعادل قرار دارد. اگر به هر شکلی جای توپ‌ها را تغییر دهیم بدین معنی است که برای حرکت دادن آن‌ها انرژی مصرف کرده‌ایم یا به عبارت دیگر انرژی ماهیچه‌های خود را به توپ‌های داخل ظرف منتقل کرده‌ایم. در این حالت سیستم دیگر در حالت تعادل قرار نداشته و بی‌نظمی و آنتروپی آن کم می‌شود.

در ترمودینامیک یک اصل بسیار بنیادین وجود دارد که بر اساس آن آنتروپی سیستم‌های بسته افزایش پیدا می‌کند. یعنی اگر ظرف توپمان را سالیان سال در یک نقطه قرار دهیم، انرژی‌ای که صرف منظم کردن توپ‌های آن شده به تدریج باعث بی‌نظم شدنِ دوباره‌ی آن‌ها می‌شود. این بدین معنی است که ظرف، انرژی‌ای را که قبلاً از دستان ما گرفته است کم‌کم به بیرون از سیستم هدایت کرده و به تعادل انرژی می‌رسد. این حالت تعادل، پایدارترین حالت سیستم بوده و تا زمانی که به ظرف انرژی جدیدی وارد نشود، ظرف تمایل دارد این حالت تعادل و پایداری را حفظ کند.

دلیل وجودی پدیده‌ای به نام آنتروپی همچون دلیل بسیاری از پدیده‌های بنیادین دیگر همچون جاذبه هنوز مشخص نیست. اما دانشمندان توانسته‌اند افزایش آنتروپی را مشاهده کرده و حتی فرمولی برای تعریف آنتروپی معرفی کنند. با این که هنوز دلیل وجود آنتروپی را نمی‌دانیم اما معروف است که اینشتین معتقد بود آنتروپی پدیده‌ای آن‌قدر قطعی و بنیادین است که نمی‌توان از شر آن راحت شد. قانون دوم ترمودینامیک همان‌طور که از نامش پیداست یک نظریه‌ی تأییدشده نیست بلکه یک اصل است که – تا جایی که می‌دانیم – بر همه‌چیز در عالم هستی صدق می‌کند (و این خود بسیار شگفت‌انگیز می‌نماید).

در مورد تاریخچه و چیستی آنتروپی منابع آنلاین بی‌شماری وجود دارد که با یک جستجوی ساده روی گوگل می‌توانید به آن‌ها دسترسی پیدا کنید. ما در این‌جا با همین مقدمه به سراغ فرضیه‌ی عجیبی که به آنتروپی ارتباط پیدا می‌کند می‌رویم: مغز بولتزمن.

لودویگ بولتزمن در اواخر قرن نوزدهم نشان داد که آنتروپی را می‌توان به شکل آماری توضیح داد. یک ظرف پر از مولکول گاز را در نظر بگیرید. مولکول‌های درون این ظرف به صورت رندوم و اتفاقی حرکت می‌کنند و در حین حرکت به هم برخورد می‌کنند یا از هم دور می‌شوند. در حالی که «به احتمال زیاد» مولکول‌ها به صورت اتفاقی حرکت می‌کنند اما اگر زمان بسیار زیادی از حرکت آن‌ها بگذرد گاهی نیز ساختارهایی نامتقارن ایجاد می‌کنند. مثلاً این که تعداد زیادی از مولکول‌ها در یک طرف ظرف قرار می‌گیرند به طوری که طرف دیگر ظرف کمتر مولکول داشته باشد. در نهایت، اگر زمان بی‌نهایت داشته باشیم، همه‌ی حالت‌های قرارگیری مولکول‌ها درون این ظرف – با این که ممکن است احتمال وقوع کمی داشته باشند – اتفاق می‌افتند.

به عبارت دیگر اگر یک ظرف حاوی مولکول‌های آهن را در یک جا قرار دهیم و تا ابد نظاره‌گر آن باشیم، این مولکول‌ها گاهی خودبه‌خود یک خرس پاندای آهنی را تشکیل می‌دهند و گاهی حتی یک مغز آهنی. این اتفاق از نظر آماری کاملاً ممکن است و در زمان بی‌نهایت قطعاً اتفاق می‌افتد.

بر اساس فرضیه‌ی بولتزمن، مغز ما همچون همه‌ی چیزهای دیگر از جمله کهکشان‌ها و ستارگان یکی از بی‌نهایت حالت‌های قرارگیری مولکول‌ها کنار هم است که با این که شکل‌گیری‌اش از نظر آماری احتمال اندکی دارد، اما نامحتمل نیست و بواقع شاید دلیل شکل‌گیری چیزی مثل مغز، زمانِ بی‌نهایت و قانون ساده‌ی آنتروپی باشد. رد کردن این فرضیه از نظر منطقی ممکن نیست، اما اثبات آن می‌تواند از طرقی از جمله پیشرفت «نظریه‌ی جهان‌های هولوگرامی» و «خلاء کوانتوم» امکان‌پذیر باشد.

البته توضیح این فرضیه با ساده‌سازی بیش از این مقدار عملاً ممکن نیست، اما اگر حوصله‌ی مطالعه‌ی بیشتر در این زمینه را داشته باشید قضیه بسیار بسیار جالب‌تر هم می‌شود. طبق فرضیه‌ی مغز بولتزمن، ما و جهان هستی یک اتفاق بسیار نادر از میان تعداد بی‌نهایت زیادی از رویدادهای ممکن بوده و موجودیت ما فقط یکی از امکانات و احتمالات قرارگیری مواد در کنار هم می‌باشد.

ویدیوی ما را روی یوتیوب یا آپارات ببینید و آن را برای دوستانتان هم بفرستید!