نويسنده : ابراهيم رفرف

قانون دوم ترموديناميک که مقبوليت جهاني دارد، به «اصل انحطاط انرژي» معروف است. انرژي از هيچ زاده نميشود و از بين نيز نميرود، اما ممکن است ماهيت آن در جريان تبديلات طوري دچار دگرگوني شود که امکان مهار کردن آن براي انجام کارهاي مفيد کاهش يابد. به عنوان مثالي اوليه، فرض کنيم که دو منبع در اختيار داريم که يکي از آنها حاوي مايعي در درجه حرارت بالاست، و ديگري حاوي مايعي در درجه حرارت پائين. اينک با استفاده از وسائل نسبتا ساده‌اي مانند يک ژنراتور کوچک ترموالکتريک ميتوانيم از اين اختلاف دما استفاده کرده و ضمن توليد جريان الکتريکي کارهاي متنوعي را انجام دهيم يا دستگاهي را به حرکت در آوريم و از انرژي موجود بهره‌برداري کنيم. حال فرض کنيد که دو منبع را در مجاورت همديگر قرار ميدهيم تا مقداري حرارت از منبع گرم خارج شده و وارد منبع سرد بشود. در پايان اين فعل و انفعال، مقدار انرژي تغيير نکرده است، اما سازماندهي انرژي طوري است که ديگر نميتوانيم از آن برداشت کرده و براي انجام کارهاي مفيد مورد استفاده قرار بدهيم. اين دقيقا به معناي انحطاط انرژي است که آنتروپي نيز سنجش ميزان همين انحطاط است.

اگر دقت کنيم، قرار گرفتن بيشتر انرژي در منبع گرم و موجود بودن مقدار کمتري از انرژي در منبع سرد نوعي «نظم» يا سازماندهي در ساختار انرژي است و هنگامي که حرارت از منبع گرم به منبع سرد جريان پيدا ميکند، اين نظم رو به انحطاط مينهد. پس مفهوم ديگر آنتروپي همانا «درجه بي‌نظمي» است. قانون دوم ترموديناميک حاکي از آن است که نظم و سازمان در يک سيستم بسته همواره در حال کاهش بوده و آنتروپي، که معکوس مفهوم نظم است، همواره رو به افزايش است. اين بدان معنا نيست که نظم نميتواند افزايش يابد. نظم ميتواند به طور موضعي در بخشي از جهان افزايش يابد، اما اين امر با کاهش مشابه يا بيشتري در نظم جهان در نقاط ديگر همراه خواهد بود. به ديگر سخن، آنتروپي کل جهان همواره در حال افزايش است. اين امر ايجاب ميکند که در ابتداي جهان يعني در مرحله بيگ- بنگ، جهان در حد اقل آنتروپي و حد اکثر نظم ممکن بوده باشد، زيرا اگر ابتداي جهان را مرحله اغتشاش و هرج و مرج کامل ارزيابي کنيم، که به معناي آنتروپي حد اکثر است، ديگر محلي براي افزايش آنتروپي در فعل و انفعالهاي فيزيکي باقي نميماند. چنين جهاني نميتواند با اجزاء خود تعاملي داشته باشد، زيرا هر تعاملي ضرورتا مقداري افزايش آنتروپي را ايجاب ميکند. به اين ترتيب، امکان تکامل و پيدايش تنوع و تولد نو از کهنه به طور کامل منتفي ميشود. جهان بايد بتواند امکان افزايش آنتروپي را فراهم نمايد، تا بعضي فعل و انفعالات فيزيکي بتوانند به صورت موضعي جريان پيدا کنند، که در اثناي آنها، نظم و سازمان و ساختار در بعضي از نواحي جهان متحقق ميشود، و هم بهاي آن به صورت افزايش آنتروپي در بخشهاي ديگر جهان پرداخته شود. اما براي آن که آنتروپي بتواند با گذشت زمان افزايش پيدا کند، لاجرم بايد در گذشته مقدار کمتري داشته باشد و در آغاز جهان نيز مقدار آن بايد در حد اقل ممکن بوده باشد.

 

 

رودوف کلاوسيوس (۱۸۸۸ - ۱۸۲۲) بنيانگذار نظريه آنتروپی

فرضيه آغاز جهان با آنتروپي بسيار پائين تضمين ميکند که بعد از حادثه بيگ بنگ بتوانيم شاهد شکل گيري کهکشانها و منظومات شمسي و پيدايش موجود زنده و موجود زنده هوشمند باشيم. بدون اين فرضيه، همه فعل و انفعالات متوقف ميشوند و زمان مفهوم خود را از دست ميدهد. به اين ترتيب، عدم امکان افزايش آنتروپي موجب ميشود که بردار زمان نيز مفهوم خود را از دست بدهد و گذشته و آينده نتوانند نمودي در فعل و انفعالهاي فيزيکي داشته باشند. اگر گذشته و آينده مفهومي نداشته باشند، «اکنون» نيز به مفهومي ميان تهي تبديل خواهد شد و لذا موجوديت جهان در حکم عدم خواهد بود. تمامي اين ملاحظات موجب شده است که فيزيکدانان به چنين فرضيه‌اي متوسل شوند که گويا در لحظات اوليه جهان يعني در مراحل اوليه بيگ بنگ، جهان در حد اکثر نظم و در حد اقل آنتروپي بوده است. اما ميدانيم که کل جهان در مرحله بيگ بنگ به صورت ماده فشرده‌اي در نقطه‌اي متمرکز بوده است، و اگر شروع به انبساط ميکرد، ماده به صورت يکنواختي سرتاسر جهان را پر ميکرد، بدون آن که هيچگونه ساختاري بتواند تشکل پيدا بکند. لذا مفهوم اين آنتروپي پائين و اين «نظم بالا» چه ميتواند باشد؟

بدون ترديد اگر جاذبه وجود نداشته باشد، گازهاي پراکنده‌اي که در لحظات اوليه بعد از بيگ بنگ در همه جا پراکنده ميشدند، توزيع يکنواختي پيدا ميکردند و نميتوانستند شکل و ساختار معيني به خود بگيرند و شکل گيري هر نوع سازمان مادي در جهان غير ممکن ميشد. لذا وجود نيروي جاذبه عالي‌ترين نشانه نظم در ابتداي جهان و عاملي تعيين کننده در سير تکوين بعدي آن شناسائي ميشود. در ابتداي جهان، ماده فشرده فاقد سازمان دروني بود، اما چون همه چيز به حکم فرمان جاذبه در تمرکزي بيسابقه قرار داشت، اين ماده فشرده ظاهرا نظمي معادل بيش از يک ميليارد کهکشان و منظومه‌هاي متعدد خورشيدي و تعداد بيشماري از اتمها و ذرات درون اتمها را در خود محافظت مينمود. در مورد ميلياردها موجود زنده هوشمند و مجموعه تکنولوژي و جهان بيني و هنر و انديشه نسلهاي متعدد انسان و همه دائره‌المعارفهاي کنوني و ساير محصولات فکري انسان فعلا سخني نميگوئيم، اما اعتقاد بسياري از دانشمندان بر آن است که ماده فشرده در مرحله بيگ بنگ (با در نظر گرفتن نيروي جاذبه) به صورت بالقوه حاوي تمام ساختارهاي منظمي بود که در طول 15 ميليارد سال بعدي در جهان شکل گرفت.

انبساط جهان موجب ميشود که نيروي جاذبه نقش تعيين کننده خود در پيدايش ساختارهاي فضائي را ايفا کند. گازهاي پراکنده، در فقدان نيروي جاذبه، صرفا ميتوانستند تا بينهايت به صورت يکنواختي گسترده شوند، بي آن که کوچکترين ساختاري در آنها پديد آيد. اما نيروي جاذبه کم- کم موجب ميشدند که گازهاي پراکنده به صورت کپه- کپه درآيند که اين کپه‌ها ضمن فاصله گرفتن از همديگر و تبديل شدن به توده‌هاي موضعي، شروع به فعل و انفعالات کيهاني ميکنند که منجر به پيدايش کهکشانها و منظومات ميشود. اين فعل و انفعالات که به معني ايجاد نوعي نظم در بخشهائي از جهان است، لزوما با افزايش آنتروپي در بخشهاي ديگر جهان همراه بوده است، زيرا مطابق قانون دوم ترموديناميک، نظم عمومي جهان همواره رو به کاهش و آنتروپي کلي آن همواره رو به افزايش است.

افزايش حيرت انگيز نظم موضعي جهان که در شکل گيري کهکشانها و ستارگان و پيدايش موجود زنده، به خصوص موجود زنده هوشمند تجلي ميکند، به نظر دانشمندان بايد هزينه سنگيني از لحاظ آنتروپي براي کل جهان داشته باشد. دانشمندان تکوين کهکشانها را ناشي از نابودي بخش عظيمي از نظم اوليه جهان و رشد و تکوين موجودات زنده به خصوص موجود زنده هوشمند در کره زمين را در عالي‌ترين تحليل ناشي از پديده فتوسنتز ميدانند و طبيعتا به اين نتيجه ميرسند که استهلاک خورشيد که به منزله افزايش قابل ملاحظه‌اي در آنتروپي است، همان بهائي است که براي شکل گيري و تکوين حيات سازمان يافته پرداخته شده است.

پروفسور گرين تأکيد ميکند که فرق بين يک اتاق مرتب و يک اتاق بي‌نظم با تفاوت آنتروپي بيان ميشود، يعني اتاق مرتب نشان دهنده آنتروپي پائين‌تر است، اما اين درجه نظم و ترتيب به بهاي کاهش بيشتري در نظم يا افزايش آنتروپي در محيط اطراف محقق شده است، که مرتب کنندگان اتاق در حين انجام کار و سوزاندن چربي و توليد حرارت موجب آن شده‌اند. پروفسور گرين فعاليت ذهن انساني را موقتا به کناري مينهد (زيرا مکانيزم فعاليت مغز کاملا شناخته شده نيست)، اما بحث خود را بر روي فرايند داده‌پردازي در کامپيوترها مترکز ميکند و به درستي اعلام ميکند که کامپيوترها نيز هنگام پردازش و سازماندهي داده‌ها به صورت سيستماتيک، آنتروپي محيط اطراف را افزايش ميدهند، به طوري که بيلان آنتروپي باز هم همواره نشان دهنده افزايش است و هرگز نميتوان شاهد کاهش آنتروپي خالص در جهان بود.

نکته مورد تأکيد ما اينجاست که آيا ميتوانيم فعاليت ذهن انسان را «نوع پيشرفته‌تري» از فعاليت کامپيوترها شناسائي کنيم يا نه؟ و آيا فعاليت ذهن انسان صرفا در چهارچوب بيلان آنتروپي قابل توجيه است؟ البته مثالهاي ساده مانند مرتب کردن يک اتاق يا نوشتن يک نامه يا انجام يک مصاحبه ممکن است همين حکم را تأييد بکند و حق داشته باشيم چنين استدلال کنيم که چون مرتب کننده اتاق يا نويسنده نامه يا انجام دهنده مصاحبه قبلا کالباس يا چلوخورشت قيمه خورده و متابوليزم بدن او ضمن سوزاندن اين مواد غذائي موجب افزايش آنتروپي محيط شده است، پس بيلان آنتروپي مثبت است و همه چيز بر قانون دوم ترموديناميک منطبق است. و چون کالباس يا چلوخورشت قيمه در تحليل نهائي به برکت پديده فتوسنتز فراهم مي‌آيد، لذا کاهش موضعي در آنتروپي مانند آنچه هنگام مرتب کردن يک اتاق صورت ميگيرد، لاجرم در نتيجه فعاليت خورشيد عملي ميشود که بخش بزرگي از انرژي آن هدر رفته و صرف افزايش آنتروپي جهان ميشود، تا بخش بسيار کوچکي از آن صرف شکل گيري و تکوين حيات در کره زمين بشود که مرتب شدن اتاق من و شما نيز نمود کوچکي از آن است. هنگامي که اين قضيه را پي‌گيري ميکنيم، و از خود مي‌پرسيم که خورشيد چرا و چگونه قادر است تا آنتروپي جهان را افزايش دهد، در نهايت به اين نتيجه ميرسيم که نظم بسيار بالا و آنتروپي بسيار پائين جهان در لحظات اوليه بيگ بنگ چنين امکاني را فراهم آورده است، که آن نيز ظاهرا به برکت جاذبه فراهم آمده است.

در اينجا ناچاريم متوقف بشويم، زيرا هيچ توضيحي نداريم که آنتروپي فوق العاده پائين جهان در لحظات اوليه بيگ بنگ را به کمک آن توجيه کنيم. اين که جهان در مرحله بيگ بنگ چگونه با اين سطح نازل آنتروپي موجوديت داشته است، يکي از معضلات بزرگ فيزيک و فلسفه است، اما از يک نکته نيز نبايد غافل بود و آن اين که، صِرف ماده فشرده و نيروي جاذبه نميتواند تضمين کننده اين واقعيت باشد که جهان از لحظه بيگ بنگ به بعد در مسير توسعه ساختار تکوين نمايد، تا جائي که کهکشانها و منظومات خورشيدي و موجود زنده هوشمند در آن شکل بگيرند. از مطالعه اصل آنتروپيک (اصل جهان انسان محور) دريافته‌ايم که سرعت انبساط اوليه جهان عاملي بسيار حساس در تاريخ بعدي آن بوده است. ميزان اين سرعت انبساط به طرزي شگفت انگيز دقيق بوده است، در غير اين صورت يا جهان مجددا در خود ريزش ميکرد و يا در اثر انبساط سريع به سرعت سرد ميشد و امکان شکل گيري اتمهاي کربن در کل جهان براي هميشه منتفي ميگرديد. هر دو سناريو بدان معناست که موجود زنده نميتوانست شکل بگيرد. بنا بر اين، صِرف ماده فشرده و نيروي جاذبه نميتواند به معناي «نظم بالا» يا آنتروپي پائين در مرحله بيگ بنگ تلقي شود. تحليل ترموديناميکي سياه‌چاله‌ها نشان ميدهد که اين سياه‌چاله‌ها بايد حاوي آنتروپي باشند و اين آنتروپي با ورود ماده بيشتر به درون سياه‌چاله افزايش مي‌يابد، و گرنه قانون دوم ترموديناميک نقض خواهد شد. به اين ترتيب، آنتروپي سياه‌چاله اوليه جهان را بايد در حداکثر ممکن ارزيابي کرد، نه در حد اقل ممکن. اين مسأله، يعني وجود حداکثر آنتروپي در لحظه بيگ بنگ، تکوين جهان بعد از رويداد بيگ بنگ را به سناريوي محالي تبديل ميکند، زيرا تکوين جهان خود مستلزم افزايش عظيمي در آنتروپي است، و لاجرم مقدار آنتروپي در لحظه بيگ بنگ بايد در حد اقل ممکن بوده باشد، اما چگونه؟

ديديم که صِرف وجود ماده فشرده و حضور نيروي جاذبه، آنتروپي بسيار پائين جهان در لحظه تولد را تأمين نميکند، لذا عامل سومي را بايد به مجموعه نيروهاي دخيل اضافه نمود که همانا «آمادگي جهان فشرده براي انبساط با سرعتي بسيار دقيق» است، که به نظر ميرسد همه نظم مفروض جهان در مرحله بيگ بنگ و آنتروپي پائين آن ناشي از همين عامل باشد. بدون در نظر گرفتن اين عامل، و صرفا با در نظر گرفتن ماده فشرده توام با نيروي جاذبه، با تصويري از جهان اوليه مواجه هستيم که توده ماده کاملا بي ساختاري در درجه فشردگي بسيار بالا در حوزه جاذبه‌اي نيرومند قرار دارد و حتي ميتوانيم آن را فاقد نظم و آنتروپي آن را در حد اکثر ممکن ارزيابي کنيم. در واقع وضعيت جهان قبل از شروع بيگ بنگ را، اگر صرفا فشردگي ماده و اثر جاذبه را در نظر بگريم، ميتوانيم به مرگي ابدي تشبيه کنيم، سکوت ابدي سياه چاله‌اي که همه جهان را در خود بلعيده است، مگر آن که در آرايش نيروها، اين نيروي عظيم بالقوه را نيز به حساب آوريم که قادر است، اين تنها سياه چاله ازلي جهان را وادار به انبساطي دقيق کند که کهکشانهاي بيشماري از درون آن بيرون بجهند و طرحي نو در فلک به وجود آورند.

همانطور که ميدانيم، اين مسأله، يعني اين که جهان چگونه به وضعيت اوليه خود در لحظه بيگ بنگ رسيده بود، و چه عاملي باعث آن انفجار بزرگ و دقيق شده است، بزرگترين معضل علم کيهان شناسي و فلسفه علمي امروز را تشکيل ميدهد. بعضي فيزيکدانها و کيهان شناسان مانند استفن هاوکينگ ترجيح ميدهند که اين معضل را با توسل به سناريوهاي پيچيده‌تر کيهان شناختي توضيح دهند، تا ضرورتي براي فرض وجود خدا و پديده خلقت در ميان نباشد، اما کار فيزيکدانها در حذف نشانه‌هاي خلقت رفته- رفته مشکلتر ميشود.

نشانه غير قابل حذف ديگري از خلقت در جهان هست که در اينجا بدان اشاره ميکنيم. در مرور کوتاه خود بر سناريوي دائمي افزايش آنتروپي، نکته مهمي را مسکوت گذاشته بوديم که به علت ارتباط تنگاتنگ آن با موضوع مورد بحث، توقف روي آن ضروري است، همان نکته‌اي که خود پروفسور گرين نيز از کنار آن گذشته بود، يعني فعاليت ذهن انسان و مقايسه آن با فعاليت کامپيوتر.

مشکل از آنجا آغاز ميشود که کامپيوترها صرفا يک نوع کار انجام ميدهند که عبارت از پردازش داده‌هاست، تفاوت صرفا در مقدار داده‌ها و سرعت پردازش است. فعاليت کامپيوترها به خودي خود موجب هيچ افزايشي در دانش نميشود. فعاليت کامپيوتر هنگامي منجر به افزايش دانش ميشود که به عنوان ابزار ذهن انساني مورد استفاده قرار گرفته باشد. لذا توجيه کارکرد کامپيوتر در چهارچوب بيلان آنتروپي، هم ضروري است و هم مفيد. اما فعاليت ذهن انساني ماهيت کاملا متفاوتي دارد. مسأله اينجاست که يک انسان ممکن است ضمن تغذيه از کالباس يا چلوخورشت قيمه، دست به مرتب سازي يک اتاق بزند، که به منزله کاهش آنتروپي در اتاق و در عين حال افزايش بيشتري در آنتروپي محيط است که فعاليت بدني او ضمن سوزاندن چربي و ايجاد حرارت از عوامل اين افزايش آنتروپي است. اما گاهي هم، چنين انساني اقدام به تدوين يک نظريه علمي مانند تئوري نسبيت ميکند، يا سيستم بسيار پيچيده‌اي را طراحي ميکند، يا فلسفه نويني را بنيان‌گذاري ميکند. آيا کامپيوترها نيز قادر به چنين فعاليتهائي هستند و آيا ميتوانيم مسأله را تا اين حد ساده‌سازي بکنيم که ادعا کنيم، موجود زنده‌اي مثل آلبرت اينشتين صرفا يک ماشين ترموديناميکي بود که از يک طرف، کالباس يا چلوخورشت قيمه را اخذ ميکرد، و از طرف ديگر، تئوري نسبيت و مواد زائد را به بيرون ميفرستاد!؟

متوجه ميشويم که تحليل انسان به عنوان يک ماشين ترموديناميکي چندان سازگاري با عملکرد او در حوزه علم و دانش و تکنولوژي و فعاليتهاي هنري وي و ساير فعاليتهاي ذهني او ندارد. به گفته راجر پنروز دانشمند بلند آوازه علم کوانتوم و رياضيات، فعاليت ذهن انسان جنبه «آلگوريتميک» ندارد، يعني شباهتي به کار کامپيوتر ندارد. ذهن انسان از طريق مسيرهائي نامرئي به قلمرو حقيقت متصل است و از آن سيراب ميشود. به عبارت ديگر انسان را نميتوانيم در معناي ترموديناميکي کلمه يک «سيستم بسته» تلقي بکنيم. اين خصوصيت انسان باعث ميشود که او بتواند در بيلان آنتروپي تغييراتي بدهد که از عهده کل جهان فيزيکي برنمي‌آيد، يعني بتواند آنتروپي خالص جهان را کاهش و نظم آن را افزايش دهد. قانون دوم ترموديناميک تنها توسط انسان يا هر موجود هوشمند ديگري که ذهني شبيه به او داشته باشد، نقض ميشود. قانون دوم ترموديناميک يک قانون فيزيکي به معناي رايج کلمه نيست، و صرفا شاخصي از آرايش سيستم بر مبناي آماري را تشکيل ميدهد. اگر در حوادث فيزيکي دقت کنيم، مشاهده ميکنيم که در موارد نادري امکان نقض اين قانون به صورت تصادفي وجود دارد و هيچ چيز تعجب آوري نيز در اين پديده وجود ندارد، مانند آن که سه بار سکه‌اي را روي ميز بريزيم و هر سه بار شير بيايد يا پولي که مورد نياز ماست، به صورت تصادفي از جائي به دست ما برسد، يا به صورت تصادفي موفق به ديدن دوستي بشويم که مدتها در آرزوي ديدار او بوديم. اما هيچ يک از اينها نقض هوشمندانه قانون دوم ترموديناميک محسوب نميشود. نقض هوشمندانه قانون دوم ترموديناميک آنجا صورت ميگيرد که انسان با استفاده از شعور خود، سير حوادثي، اعم از ساده يا مرکب را مطابق خواست خود سازماندهي ميکند، يا ديواري مانند ديوار چين را ميسازد، يا دائره المعارفي را تدوين ميکند يا تئوري نويني را در علم و فلسفه بنيان گذاري ميکند. بدون ترديد، هرگز نميتوان توقع داشت که حروف الفبا بر حسب تصادف طوري در کنار همديگر قرار بگيرند که نظريه نسبيت عام يا نظريه مکانيک کوانتوم را بيان بکنند، يا نتهاي موسيقي بر حسب تصادف طوري مرتب شوند که سنفوني نهم بتهون را مترنم کنند. اما حتي نيازي به اين فعاليتهاي پيچيده هم نيست، يک شخص عادي که معاش و گذران زندگي و تربيت فرزندان و رابطه با اطرافيان را سازماندهي ميکند، همواره در حال مجادله و اقدام بر خلاف مقتضيات قانون دوم ترموديناميک است.

اگر انسان داراي چنين قابليتهائي است که کل جهان فيزيکي از آن محروم است، پس جايگاه ويژه‌اي در اين جهان دارد و به جاي آن که، مانند همه سيستمهاي فيزيکي، صرفا محصول خلقت باشد، خودش نيز در فرايند خلقت نقشي دارد. او ادامه دهنده راه خداوند در اين جهان است. نقش انسان در کاهش آنتروپي خالص جهان و سوق دادن جهان به سمت نظم و سازمان بيشتر، درست در جهت عکس عملکرد همه سيستمهاي فيزيکي است، و اين قابليت به برکت نيروي اراده او حاصل ميشود که از ابعاد ناشناخته سرچشمه ميگيرند.