WEBVTT

00:00:06.875 --> 00:00:10.453
موضوعی حیاتی در شیمی و فیزیک وجود دارد.

00:00:10.453 --> 00:00:15.293
که توضیح می‌دهد چرا فرایند‌های فیزیکی
در یک جهت حرکت می‌کنند و نه از سوی دیگر:

00:00:15.293 --> 00:00:16.849
چرا یخ آب می‌شود،

00:00:16.849 --> 00:00:19.279
چرا شیر در قهوه پخش می‌شود،

00:00:19.279 --> 00:00:22.529
چرا باد از یک لاستیک سوراخ خارج می‌شود.

00:00:22.529 --> 00:00:27.039
نامش آنتروپی است،
و بدبختانه فهمیدنش سخت است.

00:00:27.039 --> 00:00:31.879
آنتروپی معمولا به عنوان اندازه گیری
بی نظمی تعریف می‌شود.

00:00:31.879 --> 00:00:35.739
این تصویری ساده است،
اما متاسفانه گمراه کننده.

00:00:35.739 --> 00:00:38.511
برای مثال، کدام بیشتر بی‌نظم است؟

00:00:38.511 --> 00:00:43.469
فنجانی از یخ خرد شده یا لیوانی از
آب در دمای اتاق؟

00:00:43.469 --> 00:00:45.373
بیشتر مردم می‌گویند یخ،

00:00:45.373 --> 00:00:49.069
اما در واقع آنتروپی آن کمتر است.

00:00:49.069 --> 00:00:52.898
به شکل دیگری هم از طریق احتمالات
می‌توان آن را تصور کرد.

00:00:52.898 --> 00:00:57.290
ممکن است فهمیدنش سخت تر باشد،
اما برای درکش به خود فرصت بده

00:00:57.290 --> 00:01:01.260
تا فهم بسیار کاملتری
از آنتروپی داشته باشی.

00:01:01.260 --> 00:01:03.661
دو جسم جامد کوچک را در نظر بگیر

00:01:03.661 --> 00:01:07.541
که هرکدام از شش پیوند اتمی
تشکیل شده‌اند.

00:01:07.541 --> 00:01:12.781
در این مدل، انرژی هر جسم در 
پیوند‌هایش ذخیره شده.

00:01:12.781 --> 00:01:15.292
می‌شود آنها را مانند مخزن‌هایی ساده
تصور کرد،

00:01:15.292 --> 00:01:20.070
که می‌توانند واحد‌هایی از انرژی نامرئی
به نام کوانتا را ذخیره کنند.

00:01:20.070 --> 00:01:24.601
هرچقدر انرژی جسم بیشتر باشد،
داغتر است.

00:01:24.601 --> 00:01:29.042
مشخص شده که راه‌های بیشماری
برای توزیع انرژی

00:01:29.042 --> 00:01:30.552
در دو جسم جامد وجود دارد

00:01:30.552 --> 00:01:34.592
تا هر کدام همان مجموع انرژی کلی را
داشته باشند.

00:01:34.592 --> 00:01:38.502
هر کدام از این امکان‌ها یک 
ریز حالت نام دارد.

00:01:38.502 --> 00:01:43.341
برای شش کوانتا انرژی در جامد A
و دو کوانتا انرژی در جامد B،

00:01:43.341 --> 00:01:47.832
۹۰۷۲ ریز حالت وجود دارد.

00:01:47.832 --> 00:01:52.861
مسلماً، راه‌های دیگری برای مرتب کردن
هشت کوانتا انرژی وجود دارد.

00:01:52.861 --> 00:01:57.833
مثلا، تمام انرژی در جامد A باشد
و چیزی در B نباشد،

00:01:57.833 --> 00:02:00.872
یا نصفش در A و نصف دیگر در B،

00:02:00.872 --> 00:02:04.154
اگر فرض کنیم هر ریز حالت
با دیگری مشابه است،

00:02:04.154 --> 00:02:06.794
می‌توانیم ببینیم که
بعضی از ترتیب‌های انرژی

00:02:06.794 --> 00:02:10.543
نسبت به سایرین احتمال وقوع بیشتری دارند.

00:02:10.543 --> 00:02:14.184
که به دلیل ریز‌حالت‌های بیشتر است.

00:02:14.184 --> 00:02:20.143
آنتروپی سنجش مستقیم
احتمال هر ترکیب انرژی است.

00:02:20.143 --> 00:02:23.193
آنچه می‌بینیم این است
که حالتی از انرژی

00:02:23.193 --> 00:02:26.843
که در آن انرژی بیشترین میزان
توزیع میان دو جامد را داشته باشد

00:02:26.843 --> 00:02:28.924
حداکثر میزان آنتروپی را دارد.

00:02:28.924 --> 00:02:30.474
پس بطور کلی،

00:02:30.474 --> 00:02:34.853
می‌توان آنتروپی را به عنوان میزان
توزیع انرژی تصور کرد.

00:02:34.853 --> 00:02:37.893
آنتروپی کم یعنی
انرژی متمرکز شده است.

00:02:37.893 --> 00:02:41.623
آنتروپی زیاد یعنی پخش شده است.

00:02:41.623 --> 00:02:45.765
برای آنکه بفهمیم چرا آنتروپی 
برای تعریف فرآیند‌های خود به خودی

00:02:45.765 --> 00:02:48.075
مثل سرد شدن اجسام گرم مفید است،

00:02:48.075 --> 00:02:52.434
باید ببینیم که در یک سیستم دینامیک
انرژی به کجا حرکت می‌کند.

00:02:52.434 --> 00:02:54.935
در واقع، انرژی در یکجا نمی‌ماند.

00:02:54.935 --> 00:02:58.065
دائما میان پیوندهای کناری حرکت می‌کند.

00:02:58.065 --> 00:03:00.206
همینطور که انرژی حرکت می‌کند،

00:03:00.206 --> 00:03:02.955
ترکیب انرژی می‌تواند تغییر کند.

00:03:02.955 --> 00:03:05.085
به دلیل توزیع ریز حالت‌ها،

00:03:05.085 --> 00:03:09.836
٪۲۱ احتمال دارد که سیستم بعداً در حالت

00:03:09.836 --> 00:03:13.595
توزیع حداکثر انرژی قرار گیرد،

00:03:13.595 --> 00:03:17.357
٪۱۳ احتمال دارد به شکل اولیه برگردد،

00:03:17.357 --> 00:03:22.857
و ۸٪ احتمال دارد که A
درواقع انرژی دریافت کند.

00:03:22.857 --> 00:03:26.935
دوباره، می‌بینیم که چون
در مقایسه با تمرکز انرژی

00:03:26.935 --> 00:03:30.026
راه‌های بیشتری برای پراکنده شدن 
انرژی و آنتروپی بیشتر وجود دارد،

00:03:30.026 --> 00:03:32.558
انرژی تمایل به پخش شدن دارد.

00:03:32.558 --> 00:03:35.509
و به این دلیل است که اگر جسم داغی را 
در کنار جسمی سرد بگذاری،

00:03:35.509 --> 00:03:40.420
آنکه سرد است گرم 
و آنکه گرم است سرد می‌شود.

00:03:40.420 --> 00:03:41.867
اما در همین مثال هم،

00:03:41.867 --> 00:03:47.116
۸٪ احتمال دارد تا جسم گرم، گرمتر شود.

00:03:47.116 --> 00:03:51.427
چرا این هیچوقت در دنیای واقعی
اتفاق نمی‌افتد؟

00:03:51.427 --> 00:03:54.177
در کل دلیل آن اندازه سیستم است.

00:03:54.177 --> 00:03:58.057
اجسام فرضی ما هر کدام 
تنها شش پیوند داشتند.

00:03:58.057 --> 00:04:03.938
بگذارید اجسامی را با ۶۰۰۰ پیوند 
و ۸۰۰۰ واحد انرژی در نظر گیریم،

00:04:03.938 --> 00:04:07.527
و مجدداً سیستمی را بررسی کنیم
که سه چهارم انرژی در A

00:04:07.527 --> 00:04:10.127
و یک چهارم در B باشد.

00:04:10.127 --> 00:04:14.337
حالا می‌بینیم که احتمال آنکه A
خود به خود انرژی بیشتری دریافت کند

00:04:14.337 --> 00:04:17.247
عددی بسیار کوچک است.

00:04:17.247 --> 00:04:22.308
اجسام آشنای روزمره اجزای بسیار
بسیار بیشتری از این دارند.

00:04:22.308 --> 00:04:25.920
احتمال اینکه جسم داغ
در دنیای واقعی داغتر شود

00:04:25.920 --> 00:04:28.011
بی‌نهایت کوچک است،

00:04:28.011 --> 00:04:30.409
هیچوقت اتفاق نمی‌افتد.

00:04:30.409 --> 00:04:31.528
یخ آب می‌شود،

00:04:31.528 --> 00:04:32.918
شیر ترکیب می شود،

00:04:32.918 --> 00:04:34.676
و لاستیک کم باد می‌شود

00:04:34.676 --> 00:04:39.942
چون این وضعیت‌ها انرژی پخش شده‌تری
نسبت به حالت اول دارند.

00:04:39.942 --> 00:04:43.630
هیچ نیروی مرموزی سیستم را
به سوی آنتروپی بیشتر فشار نمی‌دهد.

00:04:43.630 --> 00:04:48.928
تنها به این دلیل است که آنتروپی بیشتر
تنها از دید آماری محتمل تر است.

00:04:48.928 --> 00:04:52.480
به این دلیل است که آنتروپی 
پیکان زمان نامیده می‌شود.

00:04:52.480 --> 00:04:56.739
اگر انرژی فرصتی برای پخش شدن پیدا کند،
حتما این کار را می‌کند.