قانون دوم ترمودینامیک و انفجار بزرگ
بسم الله الرحمن الرحیم
قانون دوم ترمودینامیک و انفجار بزرگ
موجه سازی گزاره نیاز علم به ماوراء الطبیعه/Super Natural در نظریه بیگ بنگ
بجای اینکه بدنبال اثبات باورهایمان باشیم
بهتر است در پی یافتن باوری اثبات پذیر باشیم
عموماً از قانون دوم ترمودینامیک برای آغاز داشتن جهان مادی ما بهره برده میشود (1) اما در اینجا میخواهیم از منظری دیگر به این قانون و رابطه اش با نظریه بیگ بنگ نگاه کنیم. رابطه بین دما و آنتالپی و آنتروپی در لحظه انفجار بزرگ قابل توجه هست و در این یادداشت کوتاه سعی دارم نشان بدهم طبیعت و قوانینش که در قالب علوم طبیعی و نیز علومی همچون ریاضیات میشناسیم نمیتوانند اتفاقی را که در آن لحظه رخ داده توجیه کنند و در صورتی که بخواهیم آنرا واقعه ای صرفاً فیزیکی و منحصر در طبیعت بدانیم به تضاد با علم فیزیک برمیخوریم.
نویسنده: سید آرش ابطحی، تابستان 1402
پرده اول) پروفسور راجر پنروز در مصاحبه با رابرت کوهن میگوید (2):
پنروز: تنظیم دقیق در منشأ جهان وجود داشته که مربوط به قانون دوم ترمودینامیک میشه که به شدت باید دقیق بوده باشه در واقع دقتش باید دست کم به اندازه ی یک در ده بتوان ده بتوان صد و بیست و سه باشه
کوهن: عدد شگفت آوریه!
پنروز: بله عدد خنده داریه! خب افراد نگران ثابت های طبیعت اند.
میخوان این ثابت ها رو تعیین کنند اما در قبال این عدد. هیچه، این ظرافتی که ما در وضعیت اولیه ی جهان می بینیم هر توضیح دیگه ای رو ناچیز و بی اهمیت جلوه میده، توضیحی براش وجود نداره. ... شما نمی تونید بگید جهان های زیادی وجود داره و ما در اون یه دونه جهان خاصیم که از قضا درش وجود داریم بازهم نمی تونی این عدد رو توضیح بدی حتی نزدیکش هم نمی تونی بشی.»
اشکال پروفسور کارلو روولی به فاین تیونینگ [تنظیم دقیق] (3):
«... نمی‌توانیم بدانیم که جهان‌هایی که بر اساس اصول دیگر شکل گرفته‌اند، کار نمی‌کنند.
... we can’t know that universes formed on other principles would not work.»
اشکال روولی در اینجا وارد نیست چنانچه پنروز متذکر شد:
«به شدت باید دقیق بوده باشه ... این ظرافتی که ما در وضعیت اولیه ی جهان می بینیم هر توضیح دیگه ای رو ناچیز و بی اهمیت جلوه میده، توضیحی براش وجود نداره».
بنابراین تغییر کمی ازین مقدار منجر به عدم ادامه روند تشکیل جهان مادی و نابودی میشد نه اینکه صرفاً جهانی مناسب مثلاً حیات اما متفاوت ازین جهان پدید بیاید.
پرده دوم) پروفسور شان کارول در نشست انجمن نجوم آمریکا (AAS) به سال 2017 میگوید (4):
«... یکی از عجیب‌ترین ویژگی‌های جهان ما این است که جهان دارای آنتروپی بسیار کمی است. به این معنا که بی‌نظمی بسیار کمی در جهان وجود دارد یا به بیانی دیگر مقدار عظیمی نظم درمیان همه‌ی ذرات جهان وجود دارد. برای درک بهتر این موضوع بیگ بنگ (شروع جهان) را میتوان به یک بمب پر از شن تشبیه کرد. اگر یک بمپ پر از شن منفجر شود شما انتظار دارید که شن‌ها به طور یکنواخت به اطراف پراکنده شوند (و هیچ قلعه‌ی شنی ساخته نشود). اما در عوض جهان ما بعد از انفجار سریعا به قلعه‌هایی از شن تبدیل شده است و ما واقعا نمیدانیم چرا. جهان بعد از شروع شدن (بیگ بنگ) میتوانست و حتی باید به یک توده با آنتروپی و بی‌نظمی بسیار بالا تبدیل میشد اما در عوض ما منظومه‌های خورشیدی و کهکشان‌ها و... داریم که همگی با خلاء تاریک به هم مرتبط هستند. به عبارت دیگر ما نظم داریم.
One of the strangest properties of our universe is that it has very low entropy, meaning there is relatively low disorder, or conversely a large amount of order, among all of the particles. Think of it this way: Imagine a bomb full of sand exploding onto an empty surface—that’s the Big Bang. You would expect a pretty uniform heap of sand after the explosion, but instead, our universe immediately arranged into lots of sand castles… and we don’t really know why… The Big Bang could have (and maybe should have) resulted in a high-entropy mass of uniformly distributed, disorganized stuff. Instead, we’ve got star systems... We have order«.
البته کارول در ادامه به بیان مدل های توجیهی برخی دانشمندان در این رابطه یعنی فرضیه های «کیهان در حال خواب زمستانی/A Hilbernating Universe» و «کیهان در حال جهش/ A Bouncing Universe» اشاره میکند لکن خود او هردو مورد را به صراحت رد و تضادشان با این قانون را نشان میدهد چنانچه برای مورد اول میگوید این نظریه توضیحی در رابطه با علت آنتروپی پایین در ابتدای پیدایش جهان نمیدهد و یا برای مورد دوم هم اشاره میکند که این مدل جهان هایی که با جهش ایجاد میشوند احتیاج به کاهش آنتروپی دارند در حالیکه آنتروپی همواره رابطه مستقیمی با زمان داشته و افزایشی است.
مدل مد نظر خود کارول در اینجا «چند جهانی/ A Multiverse» است و بر اساس مدل وی آنطور که در همان ارجاع توضیح میدهد یک سوپ تورمی بزرگ وجود داشته که جهان های کوچکتر با آنتروپی کم ماننده حباب از آن بیرون می آیند و این جهان ها هرگز قادر به ارتباط با یکدیگر نیستند.
اگرچه این مدل چند جهانی بر خلاف دو مدل دیگر میتواند پیدایش جهانی با آنتروپی پایین را نشان دهد و همچنین زمینه این مدل و تورم و حباب ها آنچنان که خود کارول هم اشاره میکند مکانیک کوانتومی و نوسانات آن است که بنظر میرسد همان نوسانات حالت خلإ یک میدان کوانتومی منتها در مقیاس بزرگ مد نظر کارول باشد که آن نوسانات توانسته به پیدایش جهان ما منجر شوند. اما بازهم به تضادی که در اینجا مد نظر ماست پاسخی داده نشده و آن پیدایش جهانی با ثابت شگفت انگیزی مربوط به قانون دوم ترمودینامیک و آنتروپی بسیار پایین آنهم از یک انفجار بزرگ. نتیجتاً کارول باید اعتراف کند در مدلش نمیتواند انفجار بزرگی در کار باشد تا تضادی که خود او در همان ارجاع بدان اشاره کرد رفع شود. در این حالت با سه فرضیه طرفیم: الف) انفجار بزرگی در کار نبوده – ب) یکسری نوسانات کوانتومی در مقیاس بزرگ وجود داشته – ج) این نوسانات به پیدایش بی نهایت جهان منجر شده و یکی از آنها با آنتروپی پایین و این ثابت ها پدید آمده و ما نیز در آن هستیم!. نقض هریک ازین سه فرضیه کل فرض کارول را از بیخ و بن باطل میسازد اما در ادامه نشان خواهیم داد همین فرض کارول هم در تضاد با فیزیکی هست که ما می شناسیم، نتیجتاً هیچ فرقی با دو مدل دیگر که احتیاج به نقض قانون دوم ترمودینامیک دارند نداشته و این مدل هم به نقض همان قانون منجر خواهد شد.
پرده سوم) پروفسور آلن گوث در مصاحبه با رابرت کوهن (5):
الن گوث در بخشی از مصاحبه خود با رابرت لارنس کوهن که کلیپش در ارجاع شماره پنج قرار داده شده بیان میدارد که قوانین حاکم بر طبیعت (قوانین فیزیک) قبل از وقوع یک چیز فیزیکی [هر رویداد فیزیکی] باید وجود داشته باشند و اگر الآن ما بپرسیم این قوانین از کجا می آیند کوچکترین ایده ای نداریم.
نتیجه گیری از پرده های یک الی سه:
ما در بدو پیدایش جهان و نه حتی مدتی پس از آن، با یک آنتروپی بشدت کم و عدد حیرت انگیزی در رابطه با قانون دوم ترمودینامیک طرف هستیم. پیدایش این عدد عجیب که از علل اصلی وقوع نظم در جهان ماست با وقوع یک انفجار بزرگ کاملاً در تضاد هست. از طرفی دیگر میدانیم باید قوانین فیزیک قبل از وقوع هرگونه رویداد فیزیکی وجود داشته باشند. حال برمیگردیم به مدل کارول، در آنجا می بایست قوانین فیزیک کاملاً بر همان سوپ تورمی بزرگ هم حاکم باشند نتیجتاً آنتروپی آن سوپ هم می بایست در حال افزایش باشد مگر اینکه ادعا شود قانون دوم ترمودینامیک بر آن سوپ تورمی کارگر نبوده و یا اصلاً آنتروپی نمیتوان برایش تعریف کرد! که خب این خود ادعایی شگفت و بر خلاف فیزیکی هست که ما می شناسیم. نتیجتاً کارول به نقض اصل پایستگی انرژی هم می بایست برسد چون بی نهایت جهان به بی نهایت انرژی نیاز دارد که می بایست در ازای این جهان های بی نهایت پدید بیاید.
نکته دیگری که به مثابه سنگ بزرگی در برابر موجه سازی این مدل قرار میگیرد این است که مثلاً برای همان عددی که پنروز بیان داشت در این مدل بی نهایت می بایست تمام ثابت ها و نسبت های ممکن در جهانی بوقوع بپیوسته باشند و در اینجا به مشکل زمان برمیخوریم، اگر هریک در زمانی خاص یا حالا در دسته های چندتایی در زمانی خاص بوقوع پیوسته باشند که در اینجا ما به بی نهایت زمان در آینده احتیاج داریم چون مسئله فقط همین یک ثابت هم نیست و نتیجتاً اگر مثلاً فرض بگیریم بطور شانسی بعد از صد هزار جهان، جهان صد هزار و یکمی این ثابت قانون دوم ترمودینامیک در آن بوقوع پیوسته باز حالا ثابت های مهم دیگر پیش روی ما قرار میگیرد مثل نسبت جاذبه به انرژی تاریک که آنهم اگر از حدی بیشتر یا کمتر باشد جهان دچار نابودی میشود. بنابراین ما به بی نهایت زمان در آینده نیاز داریم تا مدام جهان های مختلف تولید شود!.
اگرهم این جهان ها همه در یک زمان پدید آمده باشند که در این صورت به یک فضای بی نهایت بالفعل نیاز داریم که بی نهایت جهان را در خود جای دهد! فارغ ازینکه اصلاً این انرژی بی نهایت از کجا به یکباره برای پیدایش بی نهایت جهان آمده است؟. اینها همه غیر از اشکال اول است که نشان میدهد در این مدل هم احتیاج به نقض قانون دوم ترمودینامیک داریم.
بنابراین فرضیه جهان های موازی در توجیه فاین تیونینگ نهایتاً میتواند به مواردی بپردازد که مشابه این مورد بر اساس قانون دوم ترمودینامیک به تضاد با انفجار بزرگ منجر نشوند.
نتیجه گیری نهایی)
به رابطه بین آنتروپی و آنتالپی و دمای مطلق در یک سیستم بسته* (مشابه کیهان ما) دقت کنید:
T. ∆S = ∆H
∆H/T = ∆S
∆H/∆S = T
:T دمای مطلق
:∆H تغییر در آنتالپی
∆S : تغییر در آنتروپی
بر این اساس هرگاه مقدار آنتالپی زیاد شود و ∆H مثبت باشد نتیجتاً واکنش گرما زا بوده و در اثر افزایش اختلاف آنتالپی، دمای مطلق و اختلاف آنتروپی هم زیاد میشوند. انفجار و افزایش دما بدون افزایش آنتالپی ممکن نیست و اگر این افزایش نباشد انفجاری هم صورت نگرفته و حال چگونه در اثر انفجاری میشود آنتالپی و دمای مطلق افزایش پیدا کنند اما آنتروپی خیر و در حد بسیار پایین و دقیقی قرار بگیرد؟!.
تقریر فوق در راستای همان قسمت از سخنان پروفسور کارول است که ابراز داشت: «جهان بعد از شروع شدن (بیگ بنگ) میتوانست و حتی باید به یک توده با آنتروپی و بی‌نظمی بسیار بالا تبدیل میشد.» و این در حالیست که طی انفجار بزرگ ما شاهد پدید آمدن جهانی با آنتروپی بشدت کم و نسبتی فوق العاده دقیق و حساس (بر اساس سخنان پروفسور پنروز) طرف هستیم و باز آنچنان که پروفسور گوث هم بیان داشت قوانین فیزیک (من جمله همین قانون دوم ترمودینامیک) می بایست قبل از وقوع هر رویداد فیزیکی وجود داشته باشند.
*: سیستم بسته به سیستمی گفته میشود که تبادلی با سیستم دیگر نداشته باشد. مثلاً یک انسان در یک اتاق آجری-بتنی تبادل انرژی با هوای درون اتاق دارد و اتاق هم بواسطه دیواره هایش یا پنجره ها و... تبادل گرمایی با محیط بیرون از اتاق دارد اما چایی داخل یک فلاکس تبادل گرمایی با هوای خارج از فلاکس ندارد. در اینجا فلاکس میشود سیستم بسته و اتاق یک سیستم باز. البته فلاکس یک مثال است وگرنه تبادل گرمایی خیلی کمی را دارا میباشد در صورتیکه یک سیستم بسته فی الواقع هیچگونه تبادلی با هیچ سیستم دیگری نباید داشته باشد و بنابراین اگر فلاکس یک سیستم بسته میبود دمای چای داخل آن برای همیشه می بایست ثابت می ماند. در اینجا هم وقتی عنوان میشود کیهان ما سیستم بسته هست یعنی یا غیر از آن عدم مطلق است یا اگر کیهان های دیگری هم باشد با آنها تبادل انرژی ندارد و یا جمع آنها بالأخره یک سیستم بسته را تشکیل میدهد. در اینجا فقط خداوند بعنوان خالق هستی میتواند انرژی خلق و به سیستم اضافه کند چرا که در سیستم بسته بر اساس قانون دوم ترمودینامیک انرژی مدام بر اساس مکانیسم هایی همچون تعادل گرمایی و... از حالت قابل دسترس یا مفید به غیر قابل دسترس تبدیل و جهان مادی به سمت نابودی میرود و بدلیل قانون پایستگی انرژی امکان اضافه شدن هیچ انرژی قابل دسترسی به یک سیستم بسته نیست تا خود بخود از نابودی رهایی پیدا کند یا عنوان شود آغاز نداشته و همان انرژی که در ابتدای خلقتش داشته تا انتهای خلقتش خواهد بود مگر اینکه خالق جرم و انرژی به آن انرژی یا جرم قابل دسترس اضافه کند.
نکته: اگر گفته شود جهان ما سیستم بسته نیست پس می بایست مشخص شود یونیورس هم سیستم بسته هست یا خیر چون اگر یونیورس هم بطور کل سیستم بسته باشد [در اینجا یونیورس میشود یک به اصطلاح جهانی که جهان ما یکی از جهان های موجود در آن که تعامل دارد و مثلاً میتواند انرژی بگیرد] باز این تقریری که عرض کردم بر آن صدق خواهد کرد چون در نهایت با یک سیستم فیزیکی بسته طرف هستیم اما اگر یونیورس هم یک سیستم باز باشد در این صورت می بایست عنوان شود یونیورس، جهانی با فضا-زمان بی نهایت مطلق است و این فضا-زمان باز به بی نهایت انرژی هم نیاز خواهد داشت و در این صورت با پارادوکس های تحقق بی نهایت بالفعل روبرو خواهیم شد [منظور از بی نهایت بالفعل و مطلق چیزی شبیه به بی نهایت ریاضیاتی مجموعه اعداد صحیح است که نه آغازی دارد نه انتهایی، در اینجا هیچ بی نهایتی هم نمیتواند بزرگتر ازین بی نهایت باشد یا... چون از یک سیستم باز با فضا-زمان بی آغاز و بی انتها بدون هیچگونه محدودیتی و انرژی بی پایان حرف میزنیم تا بتوانیم عنوان کنیم مشابه یک سیستم بسته هیچگاه قانون دوم ترمودینامیک و اصل پایستگی انرژی برای آن محدودیت ایجاد نخواهند کرد].
در حالت فوق چون باز قوانینی همچون قانون دوم ترمودینامیک و اصل پایستگی انرژی بهیچ روی بر یونیورس صدق نخواهد کرد نتیجتاً بر جهان ما هم که با آن تعامل دارد و سیستم بسته نیست نمی بایست صدق کنند. حال در اینجا برخی بیان میکنند جهان ما در مقیاس گلوبال میتواند بسته نباشد و... که خب این هم فرضی مهمل است چه آنکه می بایست این فرض را قبلش موجه سازی کنند که چطور میشود جهان در مقیاس گلوبال بسته نباشد اما در مقیاس لوکال باشد و تأثیر باز بودن در مقیاس گلوبال در لوکال مشهود نباشد؟! در حالیکه در پیدایش این جهان کاملاً دخیل بوده چطور در زمان حال دخیل نیست؟ [وگرنه به همان تضاد بین قانون دوم ترمودینامیک و انفجار بزرگ میرسیم] پس این ادعا هم موجه نمیتواند باشد.
حال موجه ترین حالت چیست؟ در اینجا اگر بخواهیم مدل رایج از بیگ بنگ را بدون نقض هیچ یک از قوانین فیزیک بپذیریم می بایست به یک وجودی ماورای طبیعت جرم و انرژی اقرار کنیم که توانسته قوانین فیزیک و بیگ بنگ و فضا-زمان و سپس جرم-انرژی را پدید بیاورد بدون آنکه خود محصور در فضا-زمان و جرم-انرژی و فیزیک کلاسیک-کوانتوم باشد. علم در اینجا برای اینکه ناچار به نقض خود بدلیل نقض قوانین فیزیک نشود به ماوراء الطبیعه محتاج است، ماوراء الطبیعه ای که خود نیز کاملاً به این علم واقف بوده و میدانسته چه نسبت و ثابت ها و قوانینی را قرار دهد.
پانوشت ها
1. برای نمونه میتوان به مقاله پروفسور جان کیمبالا (John M. Cimbala، استاد مهندسی مکانیک دانشگاه پنسیلوانیا) در کتاب «In Six Days, Why 50 Scientists Choose to Believe in Creation» اشاره کرد که از پاراگراف پنجم این لینک میتوان آنرا مطالعه نمود:
https://creation.com/john-m-cimbala-mechanical-engineering-in-six-days
3. https://mindmatters.ai/2021/11/multiverse-cosmology-is-not-a-good-argument-against-god/
4. https://gizmodo.com/what-was-our-universe-like-before-the-big-bang-1791889926
