معرفی و دانلود کتاب قانون دوم: انرژی، آشوب و شکل

معرفی کتاب قانون دوم: انرژی، آشوب و شکل

پیتر اتکینز در کتاب قانون دوم، به شرح مفهوم آنتروپی می‌پردازد و معیار ارزیابی کیفیت انرژی یک سیستم را تحلیل می‌کند. این کتاب متشکل از 9 فصل و 2 پیوست است که در آن ضمن اشاره به اهمیت فراگیر بی‌نظمی، کارکرد آنتروپی در محیط پیرامون تشریح می‌شود. نویسنده در تلاش است از طریق این کتاب، عدم تقارن حاکم بر طبیعت را آشکار سازد و در این راستا برای قابل فهم بودن مباحث، از مثال‌های متعددی بهره می‌برد.

درباره‌ی کتاب قانون دوم

قانون دوم ترمودینامیک، درباره‌ی مفهوم آنتروپی است؛ معیاری که کیفیت انرژی یک سیستم را می‌سنجد. این قانون توضیح م‍ی‌دهد که آنتروپیِ یک سیستم ایزوله، هیچ‌وقت کاهش پیدا نمی‌کند. چراکه سیستم‌های ایزوله خودبه‌خود تعادل ترمودینامیکی را برقرار می‌کنند. اما لازم به ذکر است که موانع ریاضی متعددی، مانع درک این مفهوم و اصول بنیادی آن می‌شود. در این میان کتاب قانون دوم (The Second Law) نوشته‌ی پیتر اتکینز (Peter Atkins)، موانع را از میان برمی‌دارد و به توصیف منشأ، مبنای اتمی و کاربردهای گسترده‌ی این مفهوم می‌پردازد. این کتاب با ذکر مثال‌هایی از موتورهای حرارتی، چگونگی طراحی مقیاس دمای مطلق را براساس یک فرمول که در ابتدا تشریح می‌شود، توضیح می‌دهد.

کتاب با فرمولی آغاز می‌شود که کاربرد آن محاسبه‌ی کارایی موتور بخار است. در واقع قانون دوم، عدم تقارنی را که در ماهیت طبیعت وجود دارد به رسمیت می‌شناسد و بر این باور است که جنبه‌های مختلف آن در محیط پیرامون قابل مشاهده هستند. برای مثال، اجسام داغ می‌توانند خنک شوند اما این تغییر به‌خودی‌خود صورت نمی‌گیرد و مستلزم عبور از مراحلی مشخص است.

پیتر اتکینز اثبات این مفهوم را با مشاهده‌ی ماشین بخار آغاز می‌کند و توضیح می‌دهد که این پدیده‌ی حیاتی، در ظاهر تصادفی به‌نظر می‌رسد اما از نظمی سازمان‌یافته پیروی می‌کند. او در ادامه‌ی مطالعاتش، سراغ چگونگی ایجاد پایه‌ی اتم می‌رود و به تجزیه‌وتحلیل این قانون از دیدگاهی مدرن می‌پردازد. خواننده‌ی کتاب درنهایت درمی‌یابد که چگونه ایده‌ی ساده و درعین‌حال حیاتی قانون دوم، تمام عناصر تغییر را دربرمی‌گیرد.

از دیگر مباحث کتاب پیش رو می‌توان به شرح نیروی محرکه‌ی واکنش‌های شیمایی اشاره کرد که منجر به شکل‌گیری ساختارهای منظم موجود شده است. نویسنده در این مباحث، عملکرد یخچال‌ها و پمپ‌های حرارتی را بررسی می‌کند. همچنین برای خلق تصویری یکپارچه از طبیعت، از گرافیک‌های کامپیوتری بهره می‌گیرد.

به عبارت دیگر این کتاب، راهنمایی برای درک ساده‌تر پیچیدگی‌های جهان پیرامون است. عنوان نخستین فصل از کتاب قانون دوم، «بی‌تقارنی طبیعت» است. نویسنده در این فصل به شناسایی انرژی، قوانین ترمودینامیک و شناسایی بی‌تقارنی‌ها می‌پردازد. سپس در فصل دوم وارد مبحث نشانه‌های دگرگونی می‌شود و ضمن تشریح ماهیت گرما و کار، درباره‌ی اندازه‌گیری آنتروپی، سقف‌های کارایی و شکافتن پوسته صحبت می‌کند. توان آشوب، تبدیل‌های آشوب، توان‌های دما و الگوهای آشوب، شماری از دیگر مباحث و فصول کتاب پیش رو هستند.

این کتاب اولین‌بار در سال 1984 وارد بازار شد و انتشارات مازیار آن را با ترجمه‌ی رامین رامبد منتشر کرده است.

کتاب قانون دوم برای چه کسانی مناسب است؟

مخاطب اصلی این کتاب، علاقه‌مندان به کسب علم به‌ویژه در حوزه‌ی علوم فیزیک هستند.

در بخشی از کتاب قانون دوم: انرژی، آشوب و شکل می‌خوانیم

قانون صفرم نوعی تصمیم منطقی بعدی بود. این قانون که در 1931 فرمول‌بندی شد، با امکان‌پذیری تعریف کردن دمای چیزها سر و کار دارد. دما یکی از ژرفترین مفاهیم ترمودینامیک است، و امیدوارم این کتاب بینش شما را نسبت به ماهیت فریبنده‌ی آن بهبود ببخشد. همان طور که در شاخه‌ای از فیزیک به نام دینامیک، زمان متغیر اصلی است، در ترمودینامیک نیز دما متغیر اصلی است. راستش را بخواهید، بین دما و زمان چندین همانندی جالب وجود دارد که از اینکه تصادفاً هر دوی آن‌ها با یک حرف نشان داده می‌شوند {t,T} داستانی عمیق‌تر دارد. با این حال فعلاً دما را به صورت عبارتی بهبودبخش و کمی از همان برداشت هرروزه از «داغی» در نظر می‌گیریم.

قانون یکم به طور همگانی به صورت «انرژی پایسته است» بیان می‌شود. اینکه انرژی پایسته است، و نه گرما، تبیین کلیدی دهه‌ی 1850بود، و آن چیزی است که کلوین و کلاوزیوس به جهان عرضه داشتند. در واقع، سر برآوردن انرژی به عنوان مفهومی وحدت‌بخش، دستاورد عمده‌ی علم سده‌ی نوزدهم بود: مفهومی به راستی انتزاعی، صاحب جاه و مقامی والا در فیزیک شد. انرژی، مرکزیت را از چنگ مفهوم محسوس‌تر «نیرو» درآورد، که از هنگامی که نیوتون در یک سده و نیم پیش نشان داده بود که چگونه با ریاضیات به آن بپردازیم، به عنوان مفهومی وحدت‌بخش در نظر گرفته می‌شد.

امروزه انرژی به آن چنان واژه‌ی آشنایی برای ما تبدیل شده که به سختی می‌توانیم قله‌ی اندیشمندانه‌ای را که عرضه می‌‌دارد درک کنیم، یا به دشواری مفهومی پیش رویمان در بیان اینکه انرژی دقیقاً چه هست پی ببریم. (همین دشواری را با «بار» و «اسپین» و دیگر مفاهیم بنیادی آشنا در زبان روزمره داریم). فعلاً فرض می‌کنیم که مفهوم انرژی به طور شهودی آشکار است و برحسب تعریف آن یعنی «ظرفیت انجام کار» به اندازه‌ی کافی توصیف می‌شود.

فهرست مطالب کتاب

پیشگفتار
فصل 1. بی‌تقارنی طبیعت
شناسایی انرژی
قوانین ترمودینامیک
انقلاب‌های بی‌تقارنی
شناسایی بی‌تقارنی
فصل 2. نشانه‌های دگرگونی
ماهیت گرما و کار
دانه‌های دگرگونی
به سوی تباهی
اِنتروپی
اندازه‌گیری انتروپی
محو شدن کیفیت
سقف‌های کارایی
شکافتن پوسته
فصل 3. فروغلتیدن در آشوب
درون انرژی
دما
جهت دگرگونی طبیعی
فرایندهای طبیعی
فصل 4. شمارش آشوب
دیوِ بولتسمان
قفس دیو
آشوب، همدوسی، و تباهی
فصل 5. توان آشوب
کارنو زیر میکروسکوپ
موتور استرلینگ
درونسوزی
توان توربین
پیش به سوی همدوسی
فصل 6. تبدیل‌های آشوب
تبدیل‌های شیمیایی
سوزاندن آهن
خنک شدن در نقش گرم شدن
سرعت دورریزی
آشوب و نظم
فصل 7. توان‌های دما
حیات عادی
به دست آوردن سرما
نخستین کاستن از توان
دومین کاستن از توان
کاستن از توان پایینی
توان‌های داغ‌تر
داغ‌تر از بی‌نهایت
به سوی حیات
فصل 8. آشوب سازنده
پدیدار شدن ساختار ظریف
پروتئین‌ها
انرژی آزاد
واکنش‌های غیرطبیعی حیات
الکتروشیمی حیات
فصل 9. الگوهای آشوب
ساختار
ساختارهای ناپدیدشونده
پدیدار شدن پیچیدگی
تقدیس موتور بخار
پیوست 1. یکاها
پیوست 2. روابط رسمی
ترمودینامیک
دما
پیوست 3. منابع