ما هو الإنتروبي Entropy ؟
ما هو الإنتروبي؟
ملخص الإنتروبي Entropy
مرحباً بكم في موقعنا النورس العربي << التفاعلي ل س و ج >> يسرنا بزيارتكم أن نقدم لكم أصدق المعلومات والاجابات كما نقدم لكم الأن ما هو الإنتروبي Entropy ؟
الإجابة هي
الإنتروبي Entropy هو مقياس لفوضوية نظام ما يحتوي على طاقة أو معلومات، فعلى سبيل المثال: لو كان لدينا عدة نظم قيد الدراسة، يكون النظام الأقل ترتيبًا (أي الأكثر فوضوية) من بينهم هو أكثرهم إنتروبية، ويعود مصطلح الإنتروبي تاريخيًّا إلى الألماني رودولف كلاوزيوس Rudolph Clausius الذي قام بتقديمه لأول مرة عام 1865.
يحظى الإنتروبي بأهمية كبيرة في كثير من المجالات المختلفة، فعلى سبيل المثال: في علم الديناميكا الحرارية Thermodynamics يعبّر الإنتروبي عن مقدار الطاقة المكتسبة أو المفقودة عند درجة حرارة معينة، في نظرية الإتصالات Communication Theory أيضًا يعبّر الإنتروبي عن مقدار المعلومات المفقودة نتيجة عملية نقل لإشارات ما.
ومن أحد أهم القوانين القائمة على الإنتروبي هو ما يسمى بالقانون الثاني للديناميكا الحرارية ونصُّه: تتجه "العمليات الطبيعية" خلال الكون أو خلال نظام مغلق Isolated System تجاه زيادة الفوضى أو الإنتروبي أو (على الأقل) المحافظة عليها، ويحدث هذا بسبب وجود العديد من الطرق العشوائية المختلفة لترتيب مكونات أي نظام، فعلى سبيل المثال: لو قمنا بهز صندوق يحتوي على عملات نقدية مرتبة في صفوف لوجدنا أن العملات تستقر في النهاية في ترتيب غير منظم من بين العديد من الترتيبات الأخرى غير المنظمة. بعبارة أخرى، إحصائيا، هنالك احتمال أكبر بكثير لتواجد النظام في صيغة عشوائية (زجاج مكسور، حجر متناثر، إلخ) من أن يتواجد في صيغة محددة يمكن وصفها ب "المُرَتّبة" أو "المُنظَّمة".
يمكننا لمس العديد من الظواهر التي تعتمد على خواص الإنتروبي حولنا، انتقال الحرارة كمثال يتم من الأجسام الساخنة إلى الباردة، لكن لمَ بالتحديد من الساخن إلى البارد؟ لماذا لا يزداد البارد برودة والساخن يصبح أكثر سخونة؟ الإجابة يحملها الإنتروبي، حيث -وكما نعلم- أن الطاقة الحرارية تعبّر عن مقدار طاقتي حركة ووضع الجزيئات في المادة، بالتالي فإن الجسم الساخن تكون جزيئاته في حالة حركة عشوائية أكثر من الجسم البارد، مما يؤدي إلى امتلاك الجسم الساخن لإنتروبية أعلى من البارد، تنتقل الحرارة من الساخن إلى البارد لزيادة إنتروبية الجسم البارد حتى تزداد إنتروبية النظام ككل.
أيضًا من المعلوم أنه وفي عمليات تحولات الطاقة بأشكالها المتعددة، أو عند استخدامها لتوليد شغل ما، توجد العديد من الفواقد في الطاقة على شكل حرارة تكون ناتجة عن الإحتكاك مثلًا أو غيره، هذه الطاقة الحرارية المفقودة تزيد من إنتروبية النظام، بالتالي يمكننا الحصول من هنا على تعريف آخر للإنتروبي وهو: كمية الطاقة غير القابلة لبذل شغل في نظام ما. لذلك فإنه ووفقًا لزيادة الإنتروبي لابد من وجود هذه الفواقد. بالتالي فإن الحلم بآلة مثالية تنتج شغلًا بمقدار ما تُزود من طاقة بدون خسائر لهو ضرب من المستحيل، لذلك لا تستغرب يا صديقي إن أخبرتك أن مالك الذي تدفعه لشراء الوقود تضيع منه نسبة معينة تعتمد على كفاءة مركبتك لصالح الطبيعة لتزداد إنتروبيتها.
لكن لحظة، هل تتجه كل العمليات في الكون دومًا نحو زيادة الإنتروبي، ألا يُمكننا ببساطة ترتيب ماهو عشوائي، ألا نقوم بترتيب غُرفنا كل يوم؟ هل يخالف ذلك قاعدة زيادة الإنتروبي؟!
لا، لاحظ في نص القانون أننا ذكرنا أن النظام ينبغي أن يكون "مغلقا"، أي لا يحدث فيه تبادل للطاقة أو المادة مع أي نظام خارجي، بالتالي فإنه من الممكن التقليل من إنتروبية نظام ما بالفعل، لكن ببذل شغل خارجي. و النظام الوحيد الذي يلبي شروط النظام المغلق بشكل تام، وفق ما توصلت إليه الفيزياء لحدود اليوم، هو الكون بكامله. وكل ما دون ذلك هو أنظمة تتبادل الطاقة فيما بينها بأشكالها المختلفة، لتضيف بذلك لإنتروبي النظام الكوني، دون أن يمنع هذا تناقص الإنتروبي، و لو بشكل مؤقت في حيز صغير منه.
كمثال، الجرَّة ستُكسر من تلقاء نفسها (زيادة إنتروبي) لكنها لن تُرمَّم (تقليل إنتروبي) إلا بواسطة بذل شغل خارجي.
ويمكننا ذكر الثلاجة كمثال على هذا المفهوم، فكما أشرنا من قبل، لا يمكن للبارد أن يزداد برودة بمرور الزمن، إلا أن هذا يحدث في الثلاجة، وهو يعني انخفاض مستوى الإنتروبي. مما يتطلب -كما أسلفنا الذكر- بذل شغل خارجي، وهو (الكهرباء) في هذه الحالة.
يتبقى أخيرًا الإشارة إلى مفهوم هام أدخله النمساوي لودفيغ بولتزمان Ludwig Boltzmann وهو فيزيائي من أشهر من عملوا على تطوير مفهوم الإنتروبي، ولتوضيحه نعود لمثال صندوق العملات النقدية، فعند قيامنا بهز الصندوق، هل من المستحيل أن ترتب العملات بشكل عمودي مثلًا؟ يبدو أنه كذلك.
إلا أن الترتيب العمودي يمثل أحد الترتيبات الممكنة للنظام، بالتالي فإنه جائز حيث لا يوجد احتمال مستحيل، لكنه ضئيل جدًا جدًا، ويمكنك فهم مقدار ضآلة هذا الإحتمال لو تخيلت ملايير الملايير من الترتيبات الممكنة. ولكن يعتمد ذلك في النهاية على ظروف النظام الإبتدائية وغير ذلك من العوامل، فقد يتعدى الإحتمال حدود الصدفة ويُستبعد أو يظل ممكنًا.