کاربردی کردن نقض قانون دوم ترمودینامیک

به بیان دیگر هیچ فرآیند ترمودینامیکی وجود ندارد که با گذشت زمان با افزایش آنتروپی همراه نباشد. از دیدگاه ترمودینامیک آنتروپی کمیتی برای بیان درجه بی‌نظمی در هر سیستم است. هر چه درجه بی‌نظمی بالاتر باشد، آنتروپی بیشتر است. بر اساس این قانون انرژی همواره از جایی با دمای بیشتر به جایی با دمای کمتر منتقل می‌شود. اما در سال‌های اخیر محققان راه‌هایی برای نقض این قانون یافته‌اند. مثلا در آزمایشات جدید دانشمندان، نانوذراتی که با لیزر گرم شدند گرمای خود را به ناحیه گرم‌تر منتقل کردند که این امر در دنیای ماکروسکوپی اتفاق نمی‌افتد. همچنین محققان در تحقیق دیگری حالاتی را به وجود آوردند که آنتروپی سیستم با گذشت زمان کاهش پیدا می‌‌کند. اما این کار هم در مقیاس میکروسکوپی و در کوتاه مدت امکان پذیر بوده است. حالا اما گویا دومحقق ایرانی با همکاری محققانی از آلمان و کره جنوبی راهی برای کاربردی کردن نقض این قانون مهم یافته‌اند.

به گزارش سیناپرس و به نقل از دیدبان علم ایران؛ دانشمندان ایرانی با کاربردی کردن نقض «قانون دوم ترمودینامیک» دریافتند که پدیده‌های نقض این قانون، پیامدهای بسیار ارزشمند و جالب توجهی خواهد داشت.دکتر عباس علی صابری، عضو هیأت علمی دانشکده فیزیک دانشگاه تهران و پژوهشگر پژوهشگاه دانش‌های بنیادی(IPM)  و دکتر سید حبیب الله ابراهیم‌نژاد رهبری ازKIAS  موسسه مطالعات پیشرفته کره  جنوبی،  با همکاری دو پژوهشگر دیگر از کره جنوبی به نام‌ «هیونگو پارک»  و «یورگن ولمر» از آلمان در مقاله خود تحت عنوان Characterizing rare fluctuations in soft particulate flows که در مجله Nature Communications  منتشر شده است، با ارائه راهکاری برای توصیف نقض قانون دوم ترمودینامیک، مسیر توسعه مطالعه سیستم‌های مورد علاقه در ماده چگال نرم را هموار ساختند.  

از چپ: دکتر ابراهیم‌نژاد رهبری، دکتر صابری، دکتر پارک و دکتر ولمر

دکتر عباس‌علی صابری، دانشمند ایرانی ، پژوهشگر برنده «جایزه ابوریحان» و برگزیده علوم پایه کشور در سال ۹۵،‌ در گفت‌و‌گو با دیده‌بان علم ایران درباره این دستاورد مهم گفت: قانون دوم ترمودینامیک، بر پایه‌ این واقعیت تجربی استوار است که به‌عنوان مثال، هیچ‌گاه نمی‌توانیم ماشین گرمایی داشته باشیم که کل انرژی حرارتی دریافت شده را به کار مفید تبدیل کند، به عبارتی، ما ماشینی با بازدهی ۱۰۰ نداریم. مثلا امکان ندارد که یک یخچال طی یک چرخه، تمام انرژی را که از منبع سرد دریافت می‌کند به منبع گرم انتقال دهد؛ بلکه مقداری از این انرژی طی این فرایند هدر می‌رود. به عبارتی، قانون دوم ترمودینامیک متضمن این مفهوم است که یک فرایند، فقط در یک جهت معین پیش می‌رود و در جهت خلاف آن قابل وقوع نیست. به گفته وی، تاکنون نقض چنین قانونی در دنیای اطراف ما به عنوان یک سیستم بزرگ-مقیاس مشاهده نشده است.

هیچ‌گاه نمی‌توانیم ماشین گرمایی داشته باشیم که کل انرژی حرارتی دریافت شده را به کار مفید تبدیل کند، به عبارتی، ما ماشینی با بازدهی ۱۰۰ نداریم

پژوهشگر پژوهشگاه دانش‌های بنیادی (IPM) افزود: یکی از دلایلی که نقض قانون دوم ترمودینامیک در زندگی روزمره مشاهده نمی‌شود، خاصیت ظهوری برآمده از آمار بسیار بالا است، یعنی وجود تعداد بسیار بالای درجات آزادی (یا تعداد ذرات بسیار بزرگ) از مرتبه عدد آووگادرو یعنی در حدود ۱۰ به توان ۲۳ ؛ بنابراین ما هیچ وقت، به عنوان مثال، شاهد آن نیستیم که یک مقاومت الکتریکی به یک مدار انرژی بدهد؛ بلکه همواره انرژی را به صورت گرما هدر می‌دهد؛ یا به عنوان مثال دیگر هیچ‌گاه ندیده‌ایم که گرما به‌طور خودبخود از جسم سردتر به جسم گرم‌تر منتقل شود؛ اما در سیستم های کوچک که شامل تعداد ذرات کمی مثلا از مرتبه ۱۰ یا ۱۰۰ هستند، افت و خیزهای آماری به شدت غالب می‌شوند که نقش بسیار تعیین کننده ای در توصیف رفتار سیستم‌های غیرتعادلی ایفا می‌کنند.

مشاهده نقض قانون دوم  ترمودینامیک در سیستم کوچک امکانپذیراست و هیچ تناقضی با دانسته‌های قبلی ندارد

دکتر صابری تاکید کرد: باید گفت هرچند که اکثر سیستم‌های اطراف ما دور از تعادل هستند، ولی به دلیل دشواری این‌گونه مسائل، نظریه‌های اندکی برای توصیف آن‌ها در دنیا توسعه داده شده است.

 

دکتر صابری خاطرنشان کرد: بنابراین هر گامی در جهت توسعه این نظریه‌ها بسیار ازشمند بوده و یکی از  نیازهای اساسی در این زمینه تحقیقاتی محسوب می‌شود. از طرفی، مشاهده نقض قانون دوم  ترمودینامیک در سیستم کوچک امکانپذیراست و هیچ تناقضی با دانسته‌های قبلی ندارد.

این فیزیکدان افزود: می‌توان از مشاهدات نقض قانون دوم ترمودنیامیک در سیستمهای کوچک، برای درک بهتر سیستم‌های دور از تعادل به نحو جالبی بهره جست. حتی می‌توان از این اتفاقات استفاده کرد و برای سیستم کمیت‌های تعادلی نظیر دما تعریف کرد. مثلا به عنوان یک کاربرد عملی می‌توان از این دستاورد به دلایل فروریزش سیلوهای نگهداری مواد دانه‌ای شبیه برنج و گندم و … پی برد و در جهت رفع این مشکل گام برداست.

 

به گزارش دیده‌بان علم ایران، دانشمندان ایرانی با ارائه راهکاری مدرن جهت مطالعه نقض قانون دوم ترمودینامیک امیدوارند بتوانند راه را برای توسعه نظری درک سیستم‌های دانه‌ای و نیز سیستم‌های مورد علاقه در ماده چگال نرم  هموار سازند.

No tags for this post.