Poimanje vremena kod većine ljudi uglavnom se svodi na linearni tok – prošlost, sadašnjost i budućnost, isključivo tim redosledom. Međutim, ako bih vam rekao da vreme ne postoji, da je ono samo misao koja nam daje orijentaciju za kretanje, šta biste pomislili o meni? Sa pretpostavkom da niste upoznati sa pojmom "entropija", verovatno bi vam svašta palo na pamet. Štaviše, ko može da vas okrivi za to? Čovek se rodi, živi i na kraju umre; na vremenskoj pravoj kreće se od tačke A do tačke B i tu staje. Linearno poimanje vremena nam je urođeno, a jedino kroz nauku možemo zaista da razumemo suštinu ove fizičke veličine i kako se ona ispoljava u našem četvorodimenzionom svemiru.
Entropija, pomenuta u prethodnom postu, najprostije rečeno predstavlja meru neuređenosti sistema. Međutim, ona je mnogo više od toga. Termin entropije danas se naširoko koristi, ali u ovom tekstu stavljam akcenat na termodinamičku entropiju:
Termin i koncept entropije (S) u nauku uveo je Klauzijus. Formula (iznad) predstavlja matematičku definiciju promene entropije (S – S₀) jednog tela: integral količine toplote (Q) koja napušta telo date temperature (T).
Promena ukupne entropije mora biti jednaka ili veća od nule – drugi zakon termodinamike.
Vezu između entropije i vremena razumeo sam kroz najnoviju knjigu italijanskog teoretičara fizike, Karla Rovelija, a ona nosi naziv The Order of Time. Nakon ove matematičke formule Roveli u svojoj knjizi kaže: "Oprostite mi za jednačinu i ne brinite, to je jedina jednačina koju ćete videti ovoj knjizi." Drugi zakon termodinamike (ΔS ≥ 0) je glavni razlog zašto ne možete da se vratite u prošlost. Nasuprot našem mentalitetu koji je skeptičan na samu pomen reči "zakon", jer živimo u društvu gde se zakoni retko poštuju, priroda svoje zakone i te kako poštuje!
Najniža moguća temperatura u našem svemiru je apsolutna nula¹. Na toj temperaturi atomi gotovo da se i ne kreću, a znajući da viša temperatura uslovljava veći stepen haotičnosti u sistemu, može se zaključiti da je to stanje apsolutne uređenosti, odnosno stanje minimalne entropije. Međutim, ako uzmemo za primer hlađenje nekog tela koje se nalazi u našem univerzumu radi smanjenja entropije, šta god uradili tom sistemu i bez obzira na njegov krajnji ishod, finalni rezultat bilo bi povećanje ukupne entropije univerzuma.
Primer: Dok sada čitate ovaj tekst uz kafu ili čaj, zamislite da slučajno oborite šoljicu sa stola. Ona padne na pod i polomi se u paramparčad. Od jedne šoljice – uređeni skup čestica – dobili ste veliki broj delića šoljice – veliki broj malih uređenih skupova čestica. Uzimajući u obzir da je šoljica pravljena od keramike, čestice keramike su povezane hemijskim vezama koje nose određenu količinu energije. Ako saberemo energiju svih veza dobićemo sumu energije veza šoljice.
Nakon pada i razbijanja šoljice, zbir sume energija veza parčića šoljice je sada niži od sume energija veza prvobitne šoljice, što znači da je deo energije negde "pobegao", a taj deo je proporcionalan ukupnom porastu entropije. To može da bude energija u vidu toplotnog otiska na podu, na mestu gde je udarila šoljica i zvuk lomljenja (mehanički talas koji je nastao usled kidanja hemijskih veza između čestica keramike).
Entropija se povećava kada materija prelazi iz manje stabilnog u stabilnije stanje². Ovo je takođe razlog zašto ne možemo da vratimo vreme čak ni jedan sekund ranije. Ne možete vratiti vreme tj. naterati prirodu da magično sastavi šoljicu iz parčića i spontano ohladi mesto na podu gde je pala šoljica ili npr. kuvano jaje vratiti u svoje sveže stanje, a da pritom ukupna promena entropije univerzuma bude negativna (ΔS < 0).
Prošlost je uređenija od sadašnjosti, a sadašnjost od budućnosti. Putujemo ka haosu većem nego što je ikada bio. Ovo je moje poimanje vremena nakon čitanja The Order of Time. Zvuči pesimistično, zar ne? Pesimizam ili optimizam prisutni su samo u subjektivnom umu, ali kada je u pitanju objektivnost, onda tu nema mesta emocijama. Tako je kako je, priroda to radi i može joj se! Mi, zajedno sa ostalim oblicima života, smo samo uređene, nestabilne tvorevine prirode koje tokom vremena teže ka tome da se raspadnu i postanu stabilne. Ono što nazivamo našim telesnim ćelijama i našim molekulima i atomima, to nije naše. Mi smo tu materiju pozajmili na određeno vreme i od nas se očekuje da to vratimo prirodi u "predviđenom roku". Priroda upravlja nama kroz drugi zakon termodinamike i mi (trenutno) ne možemo ništa da učinimo kako bi se otrgli iz okova vremena.
Vreme ne teče svuda istom brzinom. Na većoj nadmorskoj visini ono teče sporije nego na nivou mora, a ovaj fenomen je Albert Ajnštajn predvideo već u svojoj Teoriji relativiteta. Razlika u proticanju vremena je vrlo mala, jedva merljiva atomskim satovima, ali ipak postoji! Ovo znači da vreme u blizini crne rupe³ teče veoma sporo u odnosu na vremenski tok kakav poznajemo na planeti Zemlji. Otuda onaj izgovor za kašnjenje: "Vreme je relativno!"
Meni je fascinantno da jedan teoretičar fizike ume tako odvažno, kao vrhunski filozof, da interpretira jednu večitu enigmu – vreme – rečenicama koje svaki čovek može da razume. Naravno, svaki čovek koji ume da čita italijanski ili engleski pošto još uvek ne postoji srpski prevod. Toplo preporučujem ovu knjigu svima koji žele da razumeju vremenski tok, nahrane svoj um i promene pogled na svemir i život koji se u njemu nalazi (Carlo Rovelli – The Order of Time).
Od svog osnivanja, nauka je znala da odgovari i na najteža pitanja, ali kada se s vremena na vreme postavi poneko "jednostavno pitanje", ona se zbuni.
Prva asocijacija na pomen entropije je da čvrsta tela imaju manju entropiju u poređenju sa tečnostima i gasovima zbog toga što se čestice (atomi, molekuli ili joni) gotovo i ne kreću u čvrstom agregatnom stanju. Da je kuvano jaje zaista "čvrsto", možda bi bili u pravu, jer bi promena entropije bila velika samo na račun promene faze (tečno → čvrsto). Međutim, uzimajući u obzir da voda nije prošla kroz ljusku i napustila belanac tokom kuvanja, već se samo dogodila denaturacija proteina⁶, a voda ostala zarobljena između dugačkih isprepletanih peptidnih lanaca, onda to stanje nije čvrsto, nego gel.
Tečnost i gel, kao sistemi, imaju bliske vrednosti entropije, ali promena koja se desila proteinima dodatno je zakomplikovala odgovor na ovo naizgled jednostavno pitanje. Nativni proteini u svojoj tercijarnoj i kvaternernoj strukturi mnogo su uređeniji od slobodnih peptidnih lanaca, pa se denaturacijom nekog povećava njegova entropija. Stoga je reakcija denaturacije ireverzibilna (nepovratna).
Naučnici još uvek pokušavaju da odgovore na ovo pitanje, ali ono je ipak preteško za trenutni nivo razvijenosti nauke i tehnologije. Možda, nekada u budućnosti, kada bude uznapredovao AI (skr. Artificial Intelligence – veštačka inteligencija), moći će da obradi tu ogromnu količinu podataka tj. proračuna sve moguće stepene slobode proteina u nativnoj i denaturisanoj formi i da nam konačno da precizne vrednosti entropije jednog i drugog.
Po meni, pitanja se ne klasifikuju na teška i laka, već na ona koja su postavljena u pravo vreme i na ona koja su izvan svog vremena. Prosto rečeno – sve u svoje vreme.
1. Vrednost apsolutne nule iznosi -273,15°C ili 0 K.
∫ dQ/T = S – S₀ = ΔS
ΔS ≥ 0
Vezu između entropije i vremena razumeo sam kroz najnoviju knjigu italijanskog teoretičara fizike, Karla Rovelija, a ona nosi naziv The Order of Time. Nakon ove matematičke formule Roveli u svojoj knjizi kaže: "Oprostite mi za jednačinu i ne brinite, to je jedina jednačina koju ćete videti ovoj knjizi." Drugi zakon termodinamike (ΔS ≥ 0) je glavni razlog zašto ne možete da se vratite u prošlost. Nasuprot našem mentalitetu koji je skeptičan na samu pomen reči "zakon", jer živimo u društvu gde se zakoni retko poštuju, priroda svoje zakone i te kako poštuje!
Najniža moguća temperatura u našem svemiru je apsolutna nula¹. Na toj temperaturi atomi gotovo da se i ne kreću, a znajući da viša temperatura uslovljava veći stepen haotičnosti u sistemu, može se zaključiti da je to stanje apsolutne uređenosti, odnosno stanje minimalne entropije. Međutim, ako uzmemo za primer hlađenje nekog tela koje se nalazi u našem univerzumu radi smanjenja entropije, šta god uradili tom sistemu i bez obzira na njegov krajnji ishod, finalni rezultat bilo bi povećanje ukupne entropije univerzuma.
 |
| BurbonLovingSoutherner/Imgur |
Nakon pada i razbijanja šoljice, zbir sume energija veza parčića šoljice je sada niži od sume energija veza prvobitne šoljice, što znači da je deo energije negde "pobegao", a taj deo je proporcionalan ukupnom porastu entropije. To može da bude energija u vidu toplotnog otiska na podu, na mestu gde je udarila šoljica i zvuk lomljenja (mehanički talas koji je nastao usled kidanja hemijskih veza između čestica keramike).
Entropija se povećava kada materija prelazi iz manje stabilnog u stabilnije stanje². Ovo je takođe razlog zašto ne možemo da vratimo vreme čak ni jedan sekund ranije. Ne možete vratiti vreme tj. naterati prirodu da magično sastavi šoljicu iz parčića i spontano ohladi mesto na podu gde je pala šoljica ili npr. kuvano jaje vratiti u svoje sveže stanje, a da pritom ukupna promena entropije univerzuma bude negativna (ΔS < 0).
Prošlost je uređenija od sadašnjosti, a sadašnjost od budućnosti. Putujemo ka haosu većem nego što je ikada bio. Ovo je moje poimanje vremena nakon čitanja The Order of Time. Zvuči pesimistično, zar ne? Pesimizam ili optimizam prisutni su samo u subjektivnom umu, ali kada je u pitanju objektivnost, onda tu nema mesta emocijama. Tako je kako je, priroda to radi i može joj se! Mi, zajedno sa ostalim oblicima života, smo samo uređene, nestabilne tvorevine prirode koje tokom vremena teže ka tome da se raspadnu i postanu stabilne. Ono što nazivamo našim telesnim ćelijama i našim molekulima i atomima, to nije naše. Mi smo tu materiju pozajmili na određeno vreme i od nas se očekuje da to vratimo prirodi u "predviđenom roku". Priroda upravlja nama kroz drugi zakon termodinamike i mi (trenutno) ne možemo ništa da učinimo kako bi se otrgli iz okova vremena.
 | |
|
Meni je fascinantno da jedan teoretičar fizike ume tako odvažno, kao vrhunski filozof, da interpretira jednu večitu enigmu – vreme – rečenicama koje svaki čovek može da razume. Naravno, svaki čovek koji ume da čita italijanski ili engleski pošto još uvek ne postoji srpski prevod. Toplo preporučujem ovu knjigu svima koji žele da razumeju vremenski tok, nahrane svoj um i promene pogled na svemir i život koji se u njemu nalazi (Carlo Rovelli – The Order of Time).
Teško pitanje za naučnike
Da li je entropija manja u svežem ili kuvanom jajetu⁴?Na prvi pogled ovo pitanje izgleda jednostavno. Mnogi iz stopa kažu da je manja⁵ u kuvanom jajetu zato što jaje nakon kuvanja očvrsne.
Prva asocijacija na pomen entropije je da čvrsta tela imaju manju entropiju u poređenju sa tečnostima i gasovima zbog toga što se čestice (atomi, molekuli ili joni) gotovo i ne kreću u čvrstom agregatnom stanju. Da je kuvano jaje zaista "čvrsto", možda bi bili u pravu, jer bi promena entropije bila velika samo na račun promene faze (tečno → čvrsto). Međutim, uzimajući u obzir da voda nije prošla kroz ljusku i napustila belanac tokom kuvanja, već se samo dogodila denaturacija proteina⁶, a voda ostala zarobljena između dugačkih isprepletanih peptidnih lanaca, onda to stanje nije čvrsto, nego gel.
Tečnost i gel, kao sistemi, imaju bliske vrednosti entropije, ali promena koja se desila proteinima dodatno je zakomplikovala odgovor na ovo naizgled jednostavno pitanje. Nativni proteini u svojoj tercijarnoj i kvaternernoj strukturi mnogo su uređeniji od slobodnih peptidnih lanaca, pa se denaturacijom nekog povećava njegova entropija. Stoga je reakcija denaturacije ireverzibilna (nepovratna).
Naučnici još uvek pokušavaju da odgovore na ovo pitanje, ali ono je ipak preteško za trenutni nivo razvijenosti nauke i tehnologije. Možda, nekada u budućnosti, kada bude uznapredovao AI (skr. Artificial Intelligence – veštačka inteligencija), moći će da obradi tu ogromnu količinu podataka tj. proračuna sve moguće stepene slobode proteina u nativnoj i denaturisanoj formi i da nam konačno da precizne vrednosti entropije jednog i drugog.
Po meni, pitanja se ne klasifikuju na teška i laka, već na ona koja su postavljena u pravo vreme i na ona koja su izvan svog vremena. Prosto rečeno – sve u svoje vreme.
1. Vrednost apsolutne nule iznosi -273,15°C ili 0 K.
2. Misli se na termodinamičku stabilnost.
3. Crna rupa je masivna zvezda koja je doživela kolaps pod dejstvom sopstvenog gravitacionog polja. Gravitaciono ubrzanje je toliko veliko da ni svetlost (fotoni) ne može da se iz crne rupe otisne u kosmos. Otuda potiče i njen naziv.
4. Zanemarujemo žumanac; uzimamo u razmatranje samo belanac u kojem se nalaze uglavnom voda i nativni proteini – proteini u svojoj prirodnoj (tercijarnoj i kvaternernoj) strukturi.
5. Ovde se posmatra jaje kao izolovani sistem.
6. Denaturacija proteina je narušavanje nativne strukture proteina koje je izazvano povišenom temperaturom (najčešće iznad 50-60°C), delovanjem jakih kiselina ili baza itd.
4 Comments
Odlilan post. :) Ako želiš možeš posjetiti moj blog aboutseason.blogspot.com
ReplyDeleteHvala! :) Posećujem...
DeleteNisam neki stručnjak za fiziku, znam je samo školski, da se tako izrazim, ali mi je ova činjenica, da vrijeme ne postoji često padala na pamet, čak sam bila i ubijeđena u to. I odlično je to što postoji i naučni dokaz za to. Odličan i jako edukativan post.
ReplyDeleteVeliko hvala, Anđela! Školska fizika uglavnom posmatra vreme kao apsolutnu veličinu, pa nakon čitanja ovakvog teksta čitaoci se obično prvo zbune. Zato upućujem na Rovelijevu knjigu, jer je on detaljno obradio vreme i to sa više aspekata, ne samo naučnog, pa svako može da je pročita i razume.
Delete