מסתרי הזמן ההפוך

מדוע הזמן נע רק קדימה? לשאלה הפשוטה הזאת אין תשובה פשוטה. הצטרפו למסע בעקבות התשובה

מאת אורן פרבר, חמד"ע

עידו רוזנבלום ומכונת זמן מתוך קמפיין הפנסיה של משרד האוצר, מאי 2009. באדיבות לשכת הפרסום הממשלתית
עידו רוזנבלום ומכונת זמן מתוך קמפיין הפנסיה של משרד האוצר, מאי 2009. באדיבות לשכת הפרסום הממשלתית

אנו מביטים בסרטון בו מוקרן כדור הנע על השולחן במהירות קבועה. האם נוכל לקבוע בוודאות שהסרטון מורץ מההתחלה לסוף (כרגיל) או שאולי הוא מוצג מהסוף להתחלה? מסתבר שאם החיכוך זניח, אין לנו דרך להכריע. מה לגבי כדור נופל? גם כאן לא ניתן לדעת, כיוון שיכול להיות שבסרטון המקורי זרקו את הכדור כלפי מעלה, ומבחינת הפיזיקה של נפילה חופשית (בהעדר התנגדות אוויר), זריקה מעלה וצניחה מטה מבוטאות על ידי אותן משוואות בדיוק.

מה לגבי כוס נשברת, פיצוץ או התנגשות? במקרים אילו ברור הכיוון ה'נכון' של זרימת הזמן: מעולם לא נצפו שברים שיתאחו לכוס, או מכונית חדשה שתתהווה (לשמחת הביטוח) מתוך שבריה המעוכים. אפשר לתת אינספור דוגמאות נוספות: חום אינו זורם ספונטנית ממקום קר למקום חם, אפשר להפוך ביצים לחביתות אבל לא חביתות לביצים; קוביות קרח מפשירות, אבל מים לא קופאים בטמפרטורת החדר. דוגמאות אילו ממחישות היבט מרכזי של חץ הזמן, ויוצרות בנו את התחושה החזקה שלזמן יש כיוון.

עוד בנושא באתר הידען

בעקבות זאת נוכל לשאול, מה בדיוק הופך תהליך לבלתי הפיך בזמן? כלומר, אילו תהליכים ייראו לא סבירים (או בלתי אפשריים) כאשר נקרין אותם מהסוף להתחלה? בניסוח כללי יותר: האם יש לכל התהליכים שאינם הפיכים מכנה משותף בר הגדרה? מסתבר שכן, והתשובה לכך ניתנת במסגרת ענף בפיזיקה הנקרא, מכניקה סטטיסטית שצמח בעקבות תורת התרמודינמיקה.

המפתח להגדרת ההפיכות בזמן של תהליך קשורה למושג 'אנטרופיה' שניתן לפירוש כמידת 'אי-הסדר'. זו פרשנות פופולארית ולא מדויקת, אבל יש בה משהו מן האמת. בהתאם להגדרה זו, האנטרופיה של פאזל מורכב קטנה יותר מזו של פאזל מפוזר והאנטרופיה של כוס שלמה נמוכה מזו של כוס מרוסקת; אם נדמיין את סידור האטומים במרחב, נוכל לומר שהאנטרופיה של קוביית קרח (מאוד מסודר) קטנה יותר מזו של אותה מסה במצב נוזל (פחות מסודר), שקטנה מזו של מים במצב גזי (מאוד לא מסודר).

המכאניקה הסטטיסטית דייקה יותר ופרשה את האנטרופיה כ- "מדד למספר המצבים המיקרוסקופיים שיוצרים מצב מקרוסקופי מובחן". יש רק מצב אחד של פאזל 'פתור' אבל הרבה מצבים של פאזל מעורבב – ולכן הרכבת הפאזל היא תהליך שבו יורדת האנטרופיה. באופן דומה, לחביתה יש אנטרופיה גדולה יותר משל ביצה מכיוון שיש יותר דרכים לארגן את האטומים המרכיבים אותה למצבים שאותם נגדיר כ- 'חביתה' מאשר מצבים מיקרוסקופיים של 'ביצה'.

והנה דבר מעניין: מסתבר שבעולמנו תהליכים ספונטאניים נוטים להגדיל את מידת האנטרופיה או אי-הסדר. אפשר להמחיש זאת בדוגמה: אם לא נקפיד לסדר, השולחן במשרד יהפוך מבולגן יותר, הגינה תהפוך מוזנחת, וחלקי הפאזל יישארו מפוזרים על הרצפה (ואולי יאבדו ברחבי הבית). נכון שיש אפשרות להוריד את מידת אי-הסדר באופן מקומי, אבל הדבר יגרור עלייה גדולה יותר במידת אי הסדר של הסביבה. למשל, אפשר לשים מים במקפיא ובכך להוריד את האנטרופיה שלהם, אבל החום שיוצר המקרר יגרום לעלייה גדולה באנטרופיה של מולקולות הגז שבחדר (בשורות רעות למי שחשב שאפשר להשתמש בפריזר כמזגן). באופן כללי, האנטרופיה הכוללת של היקום (או של מערכת סגורה) הולכת וגדלה עם הזמן, וזה אחד הניסוחים של החוק השני של התרמודינאמיקה – חוק טבע עמוק ויסודי, שטרם נמצאה ראיה שתפריך אותו.

אגב, הורדת האנטרופיה באופן מקומי מושגת על ידי הזרמה של אנרגיה מהסביבה למערכת. המקרר, למשל, לא יכול להוריד את האנטרופיה של המים אלמלא אספקה מתמדת של אנרגיה מחברת החשמל. באופן דומה האנטרופיה של גופים חיים היא יחסית קטנה (רמת ארגון גבוהה) , בזכות תהליכי הומיאוסטאסיס המווסתים קליטה של אנרגיה מהסביבה. כאשר תהליכים אלו פוסקים, הגוף מת ומתפורר, כלומר, האנטרופיה שלו עולה. בלשון התרמודינאמיקה: "מאנטרופיה גבוהה באת, לאנטרופיה גבוהה תשוב"

מעכשיו אמור: מוריד אנטרופיה מקומי

וזה מביא אותנו למכנה המשותף שחיפשו קודם לכל התהליכים שאינם הפיכים בזמן: בכולם מידת אי הסדר (או האנטרופיה) עולה ולכן התהליך ההפוך (ירידת האנטרופיה) הוא מאוד לא סביר. מדוע 'לא סביר' ולא 'בלתי אפשרי'? ובכן, עד כמה שזה ישמע מוזר, תהליכים שבהם האנטרופיה יורדת באופן ספונטאני יכולים להתרחש. כדי להבין מדוע, נדמיין מיכל סגור שבו מולקולות גז מפוזרות באופן הומוגני. היות שלכל מולקולה יש מהירות וכיוון, יכול באופן תיאורטי להיווצר מצב בו כל המולקולות (ויש הרבה מאוד) יכוונו לפינה השמאלית של התיבה, ובכך תרד האנטרופיה. מדוע שיקרה דבר שכזה? באמת שאין שום סיבה, אבל זה אפשרי מבחינה תיאורטית. גם אם נושיב קוף מול מחשב וניתן לו לחבוט אקראית על המקלדת, הוא יוכל תיאורטית לייצר מחזה של שייקספיר. הסיכוי לזה הוא אפסי במידה לא נתפסת ולכן זה פשוט לא יקרה. זו בדיוק הסיבה שהאנטרופיה לא יורדת בתהליכים ספונטאניים.

אקראיות מטורפת שכזו מודגמת בפרסומת המושקעת של Bangkok Insurance:

http://www.youtube.com/watch?v=aS7rJyFQezo

הסבטקסט הוא כמובן, "זה אפשרי, אבל לא היית רוצה להסתמך על זה..לכן תעשה ביטוח! "

לאתר הפנסיה של משרד האוצר שבאדיבותו התמונה בכתבה זו

לבלוג של אורן פרבר מדע ושאר רוח

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

117 תגובות

  1. ישראל
    זה בהחלט יכול להיות. ההרגשה שלי היא שמעשית -אנחנו באמת לבד, אבל בפלנטות דומות לשלנו, יש לפחות חיים פשוטים. אל תשכח שגם אצלינו, רוב צורות החיים הם חד-תאיים.

  2. ישראל
    סמיילי – אתה צודק.

    מולקולה שמשתכפלת? אתה טועה. יש לנו כבר כמה כאלה שמתקרבים למה שחושבים הוא צורת חיים.

    אם יש לך רעיון למקור אחר לחיים – אשמח לשמוע.

  3. לא צריך טריליוני אטומים, גם אם תמצא צורה פשוטה של סמיילי באיזו פלנטה, תדע שמישהו יצר אותה..

    🙂

  4. ישראל
    אנחנו לא יודעים מה היה המשכפל הראשון, וייתכן שהיה לא מורכב במיוחד. בכל מקרה – זהו מולקולה יחידה, ולא עט שמכיל טריליוני אטומים.

    ובנוסף – כימיה אינה תהליך אקראי. לכן, קשה לדבר בצורה מושכלת על הסתברויות ואנטרופיה.

  5. יוצא שהאנטרופיה של תא משתכפל – מנגנון מורכב ביותר – גבוהה מזו של כמעט כל חפץ דומם: עט, עיפרון, מפתח, מסמר, או צמד האותיות תט..

    נו שוין, אבל אל תתפלא שלהרבה אנשים חכמים ונבונים לא פחות ממך קשה לקבל את זה.

  6. ישראל
    בויקיפדיה באנגלית כתוב:

    "There is no single, generally accepted model for the origin of life. "

    כלומר, אין מודל אחד שהרוב מסכימים עליו. זה נכון.

    אם אתה רוצה להבין ספציפית את הנוסח העברי, אני מציע לך לפנות לכותב הערך.

  7. המשתכפל הזה שלך – הוא יכול לסביר אולי את מה שויקי אומרת:

    ״למרות זאת עד היום לא נמצא הסבר שלם ומניח את הדעת להיווצרותו של אותו יצור חי ראשוני, וזאת חרף התקדמות עצומה בהבנת התפתחות החיים וכדור הארץ הקדום״.

  8. ישראל
    אני מניח שהירידה במשתכפל ראשון הרבה יותר נמוכה מאשר בעט.

    ודרך אגב, יש דברים שההסתברות להיווצרותם היא בדיוק 0.

  9. אז האם ניתן להסיק מדבריך שירידת האנטרופיה במקרה של יצירה ספונטנית של תא משתכפל קטנה מירידת האנטרופיה במקרה של יצירה ספונטנית של עט?

  10. ישראל
    אני מסייג את נושא העט – יכול להיות שכל חלק שלו יכול היווצר בצורה ספונטנית, ואז החלקים יתלכדו.
    כלומר – ההסתברות אינה בהכרח 0.

    וכמובן שבן-אדם שנוצר "ספונטנית" יכול לבנות את העט….

  11. בוא ניגש לעיקר.

    האם אתה טוען שעט – או רפיל של עט – או מילה שנכתבה עיי עט – לא יכולים להיווצר ספונטנית במשך חיי היקום אבל תא משתכפל כן?

  12. ישראל
    איפה כתבת שהמערכת סגורה?

    כימיה אינה אקראית. אם תערבב מספר אטומים ביחד מכל מיני סוגים, יווצרו חומרים מסויימים, בהתאם לכל מיני תנאים. אלה לא כדורי ביליארד אינרטיים שיכולים להסתדר בכל צורה אקראית.
    במקרה של העט – אפשר להניח שהחמצן תמיד יתרכב עם הברזל, ולא יווצרו חומרים פלסטיים.

  13. אפשר גם להקל עליך: כשהעוזרת שלך מסדרת את הבית אז האנטרופיה שלו יורדת..

    אז מה הכוונה ב״האנטרופיה תמיד עולה במערכת סגורה״? אם היא יכולה לרדת מתי שבא לה?

    ואם היא אכן יכולה – אז איך אתה מסכים שעט רולקס לא יוכל להיווצר ספונטנית (טעות אגב, הוא כן יכול, רק צריך הרבה הרבה זמן..).

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן