آیا فکر می کنید که شاهدهای تجربی ای دارید که پایستگی انرژی رو اثبات می کنند؟
اگر بله، اون شواهد تجربی چی هستند؟
و اگر خیر، پس چه طور پذیرفتید که انرژی پایسته است؟
6 پسندیده
فک کنم اول باید معلوم کنیم داریم تو فیزیک نیوتونی یا کلاسیک حرف می زنیم یا فیزیک نوین یا کوانتومی. چون تو فیزیک نوین پایستگی جرم و انرژی داریم و پایستگی انرژی مفهوم دیگه ای داره. اما تو فیزیک کلاسیک مثالای خیلی زیاد و ساده ای برای پایستگی انرژی داریم مثلا چرخش یه آرمیچر ساده انرژی الکتریکی و برای ما به انرژی حرکتی یا مکانیکی تبدیل میکنه و اصکاک سیستمم با انرژی درونی و گرمایی خودش و نشون میده و حتی میشه اینا رو محاسبه کرد.
1 پسندیده
جالب است که جریان این پرسش کاملا برخلاف چیزی است که در کتاب ریچارد فاینمن (فصل ۴، جلد ۱، درس‌های فیزیک) وجود دارد:
There is a fact, or if you wish, a law, governing all natural phenomena that are known to date.
There is no known exception to this law—it is exact so far as we know. The law is called the
conservation of energy. It states that there is a certain quantity, which we call energy, that does
not change in the manifold changes which nature undergoes.
فاینمن می‌گوید تا به حال آزمایشی که این قانون را نقض کند وجود نداشته است. شما می‌پرسید آیا آزمایشی هست که این قانون را اثبات کند؟
فکر کنم حتی در مقیاس‌های زمانی خیلی کوچک پایستگی انرژی نقض می‌شود (افت و خیز انرژی خلا). مرتبط با این پرسش:
پرسش
- فرض کنیم انرژی جهان پیوسته در حال کاهش یا در حال افزایش بود. در این صورت چه اتفاقی می‌افتاد؟ آیا ما می توانستیم این تغییر انرژی را احساس کنیم؟
5 پسندیده
برای سادگی بیاید فرض کنیم در فیزیک نیوتونی هستیم. (اگر بخوایم وارد فیزیک جدید بشیم سوال باز هم همینه و فقط به پیچیدگی ظاهری اون اضافه میشه فکر می کنم.)
در مورد مثال خوبی که زدید و برای شروع بحث کاملا مناسبه، بیایم فرض کنیم که ما اصلا چیزی به اسم «انرژی درونی» نمی شناسیم. یک آرمیچر ساده داریم که انرژی الکتریکی رو از طریق باتری به انرژی حرکتی پره ها منتقل می کنه. انرژی الکتریکی رو با استفاده از پارامترهایی مثل جریان و ولتاژ اندازه می گیریم و بعد با استفاده از تعداد دورهای چرخش پره های آرمیچر انرژی مکانیکی رو اندازه می گیریم. مشاهده می کنیم که انرژی مکانیکی قدری کمتر از انرژی الکتریکی هست. بعد از خودمون می پرسیم این انرژی کجا رفت؟ به آرمیچر دست می زنیم و می بینم قدری گرم شده، به کمک دماسنج انرژی گرمایی رو اندازه می گیریم، اما باز هم می بینیم که مجموع انرژی مکانیکی و انرژی گرمایی از انرژی الکتریکی کمتره. همین طور به جستجو ادامه می دیم و به مواردی مثل انحراف محوری پره های آرمیچر، انرژی جنبشی هوای اطراف پره ها، … هم توجه می کنیم و نهایتا حدس می زنیم که تفاوت انرژی نهایی ِ محاسبه شده نسبت به انرژی الکتریکی اولیه، به شکل دیگری از انرژی تبدیل شده که ما اون رو در نظر نگرفتیم!
به نظرتون در تمام این فرآیند آیا ما فرض نکردیم انرژی پایسته است؟!
کجای داستان ممکنه به اشتباه بودن فرض پایستگی انرژی پی ببریم؟ یا با فرض وقوع چه اتفاقی پایستگی انرژی نقض میشه؟
البته شاید اگر دقیق تر بگیم، فاینمن نگفته که “آزمایشی” که این قانون/اصل رو نقض کنه وجود نداره. فاینمن گفته تا اینجا که ما می دونیم این قانون/اصل نقض نشده. یعنی با وجود این اصل همه چی سرجاشه فعلا!
فاینمن در همین لکچر (درسنامه) ها از مثال آجر برای توصیف و توضیح انرژی استفاده می کنه. فرض کنین 28 تا آجر اسباب بازی توی خونه داریم. یک روز بعد از جمع کردنشون می بینیم 27 تاست. کمی بیشتر می گردیم و می بینیم یکیش زیر فرشه و … همین طور این داستان پردازی که درست شبیه داستان انرژی در مثال آرمیچر هست رو ادامه می ده. و نهایتا می گه که ما نمی دونیم انرژی چیه، ما صرفا می دونیم که یک "چیز"ی وجود داره که همیشه مقدارش ثابته و به اون چیز میگیم «انرژی». با این توصیف، پایسته بودن انرژی به کمک هیچ آزمایشی نقض نمی شه یا به اصطلاح ابطال ناپذیره. چون همیشه می شه تصور کرد شکلی از انرژی وجود داره که ما اون رو در نظر نگرفتیم و به سیستم اضافه یا از اون کم شده. و به دلیل مشابه، به کمک هیچ آزمایشی هم اثبات نمی شه چون ابزارهای اندازه گیری همیشه با خطا مواجه هستند و ما نمی تونیم تعیین کنیم که تفاوت محاسبه ی انرژی ناشی از خطای آزمایشه یا ناشی از نقض قانون پایستگی انرژی!
تا اینجای بحث، می خوام نتیجه بگیرم که «آزمایش» یا «تجربه» وسیله ی کارآمدی برای سنجش قانون/اصل پایستگی انرژی نیست.
5 پسندیده
خب حرف شما درسته. ولی ماجرا سادس ما از ابتدا هیچ منبعی رو برای تولید انرژی یا هیچ دلیلی مبنی بر از بین رفتن انرژی پیدا نکردیم پس میتونیم این قانون رو تا هر وقت که نقض نشه درست در نظر بگیریم و در اصل ما فقط میتونیم آزمایشی داشته باشیم که اینو نقض کنه وگرنه پابرجاست. درست مثل انیشتین که اومد و با نظریه خودش نشون داد که این اتفاق میفته
اتفاقا ما خیلی دلایل می تونیم پیدا کنیم. ولی چون به هر دلیل (منطقی یا غیر منطقی)، مایل هستیم فرض پایسته بودن انرژی رو داشته باشیم، اون دلایل رو نقض پایستگی انرژی در نظر نمی گیریم. مثلا اتلاف انرژی رو می بینیم ولی دنبال منبعی جایگزین می گردیم یا اون رو به خطای آزمایش نسبت می دیم. همین طور افزایش انرژی رو می بینیم اما تصور نمی کنیم که بخشی از این انرژی ممکنه خودش نسبت به مقدار اولیه زیاد شده باشه و از جای دیگه ای نیومده باشه. بلکه با اصل قرار دادن پایستگی انرژی، دنبال منبعی می گردیم که انرژی رو منتقل کرده باشه.
1 پسندیده
ببینید خب دلایل برای اتلاف یا افزایش انرژی وجود دارند که پیدا می کنیم از خودمون که در نمیاریم چیزیو. اگه واقعا تو آزمایشی به جایی میرسیدیم که مقداری انرژی از بین میرفت یا تولید میشد خب اون رو بررسی میکردیم و با باز دلیلی برای اون بود و یا زبونم لال قانون پایستگی انرژی رو نقض می کردیم! 
این تعبیرتون تقریبا درست هست.
بخوایم کنار هم بزاریم حرفها رو، میشه دید بهتری پیدا کرد. حرف فایمن رو میشه اینجوری نوشت تا کارائی بهتری داشته باشه در بحث:
به هر پدیده‌ای توی فیزیک، میتونیم کمیتی نسبت بدیم که تحت تحول زمانی پایسته میمونه. اسم این رو میزاریم انرژی (یکیشون انرژی هست و میشه در جاهای مختلف اندازه حرکت یا کمیتهای دیگه‌ای هم داشت). در واقع تا وقتی که بتونیم برای هر پدیده‌ای این کمیت رو بسازیم و به انرژی کل اضافه کنیم، این اصل همچنان پابرجا میمونه (همون فرآیندی که اشاره کردید با مثال). البته فیزیک بنیادی بهتون میگه که لازم نیست اینکار رو برای هر پدیده‌ای تکرار کنید و به نیروهای بنیادی نگاه کنید کافیه.
من فکر کنم اتفاقا برعکسش خیلی سختتر هست از این لحاظ. یعنی تصور اینکه پدیده‌ای داشته باشیم که نتونیم این کار رو براش انجام بدیم خیلی باید عجیب غریب باشه.
من فکر کنم اهمیت این اصل رو میتونید در این نکته ببینید که از انرژی، میتونید کنشی رو بسازید که با کمینه‌سازی اون، فیزیک مورد مطالعه رو میتونید فرمولبندی کنید. از این لحاظ بخوایم نگاه کنیم، قضیه پایستگی نوتر میتونه کمک کنه به بحث. براساس این قضیه، برای اینکه امکان شکستن اصل پایستگی انرژی رو داشته باشیم، باید تقارن زمانی در سیستم فیزیکی شکسته بشه. این امکان برای مثال در ترمودینامیک اتفاق میوفته و منشا اصل دوم ترمودینامیک هست.
3 پسندیده
به نظر من این یک اصلی بوده که تا به حال ما اونو قبول کردیم و نقض هم نشده ولی دلیل نداره که قبول کنیم که تا ابد بر قراره
سلام دوست عزیزم
اگه یه روزی تونستیم یه دستگاهی بسازیم که انرژی تولید کنه ینی بیش از مصرفش انرژی آزاد بکنه ، آیا قانون انرژی نقض شده؟
1 پسندیده
فیزیک کنونی میگه که این امکان وجود نداره. دقت کنید که مفهوم انرژی و حساب کتاب اون کمی با ذهنیت معمول از انرژی تفاوت داره. تقریبا هر ایده‌ای که به ذهن افراد مختلف میرسه، در بررسی عمیق‌تر ترمودینامیکی، با این واقعیت روبرو میشه که انرژی از منابع مختلف در حال هدر رفتن و تبدیل شدن به گرماست.