اخترفیزیکدانان دانشگاه شیراز با مشارکت در یک رشته مطالعات بین‌المللی موفق به اثبات منشا و ماهیت ترمودینامیکی نیروی گرانشی شدند.

به گزارش ایسنا، در این طرح با عنوان «ماهیت ترمودینامیکی نیروی گرانش» نشان داده شده است که قوانین گرانش موجود در طبیعت از جمله قانون گرانش نیوتن و معادلات میدان گرانشی انشتین و تعمیم‌های آن در نظریه‌های مختلف از جمله سناریوی جهان لایه‌ای، قوانین بنیادی نیستند و همگی آنها را می‌توان از رهیافت‌های مختلف ترمودینامیکی به دست آورد.

سه رهیافت مختلف برای استخراج قوانین گرانش از ترمودینامیک بررسی شده که شامل استفاده از قانون اول ترمودینامیک، به کارگیری مفهوم نیروی آنتروپی و استفاده از اختلاف درجات آزادی درون سیستم و روی مرز آن است.

با به کارگیری هر سه این رهیافت‌ها نشان داده شده است که معادلات حاکم بر گرانش برای نظریه‌ها و سیستم‌های گرانشی مختلف مخصوصا برای کل جهان ما را می‌توان از ترمودینامیک استخراج کرد. نتایج این تحقیق که به صورت حدود 25 مقاله ISI در مجلات معتبر بین‌المللی به چاپ رسیده، نشان می‌دهد که گرانش چیزی جز جلوه‌ای از ترمودینامیک برای مقیاس‌های بزرگ فضا – زمان نیست.

این مطالعات منجر به شناخت بیشتر و عمیق‌تر ماهیت نیروی گرانش به عنوان یکی از نیروهای اصلی طبیعت که قوام گیتی و حرکت منظم ستارگان و کهکشان‌ها به وجود آن وابسته است، می‌شود.

دکتراحمد شیخی، دانشیار گروه اخترفیزیک دانشگاه شیراز و از پژوهشگران این طرح در گفت‌وگو با خبرنگار علمی خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا) بابیان‌اینکه مطالعات صورت گرفته در زمینه طرح ماهیت ترمودینامیکی نیروی گرانش بخشی از مطالعات بین‌المللی‌ است، گفت: این بخش از مطالعات ما از سال 2007 آغاز شده که تاکنون منجر به چاپ 25 مقاله در مجلات علمی بین‌المللی شده است.

‌وی با بیان اینکه دو نظریه گرانش و ترمودینامیک از شالوده های علم فیزیک به شمار می روند،‌ اظهارکرد: نظریه گرانش به عنوان یکی از نظریه‌های بنیادی فیزیک که اولین بار به وسیله نیوتن مطرح و با نظریه نسبیت عام اینشتین در سال 1915 به اوج شکوفایی خود رسید، توصیف کننده فضا - زمان و کیهان اطراف ما است و در حقیقت علم کیهانشناسی نوین بر اساس این نظریه، استوار است. نظریه ترمودینامیک نیز از حدود 300 سال پیش مطرح شده است که در علوم مهندسی و فرایند های حرارتیکاربردهای فراوانی دارد.

شیخی گفت: ترمو به معنای دما مبین میزان سردی و گرمی سیستم است. دینامیک نیز به معنای تحول و حرکت است و علم ترمودینامیک توصیف کننده نحوه تحول و تغییرات سیستم های حرارتی می باشد.

این محقق به جزئیات اجرای مطالعات انجام شده در این زمینه اشاره کرد و گفت: این مطالعات منجر به شناخت بیشتر و عمیق‌تر ماهیت نیروی گرانش به عنوان یکی از نیروهای اصلی طبیعت می‌شود که قوام ‌گیتی و حرکت منظم ستارگان و کهکشان‌ها به وجود آن وابسته است.

وی اضافه کرد: قوانین ترمودینامیک در مهندسی مکانیک در حوزه‌هایی چون ماشین آلات، انواع صنایع و تکنولوژی کاربرد فراوان دارد.

شیخی گفت: سیستم‌های حرارتی سه قانون اصلی وجود دارد: قانون صفرم ترمودینامیک که تعریف کننده دمای سیستم است، قانون اول ترمودینامیک که نشان دهنده بقای انرژی در سیستم‌های ترمودینامیکی است و قانون دوم ترمودینامیک که نشان می دهد برای سیستم‌های منزوی،تغییرات آنتروپی (عکس اطلاعات درباره سیستم)همواره عددی نامنفی است.

این پژوهشگر با بیان اینکه فیزیکدانان برای پاسخ به این پرسش که آیا سیستم‌‎های گرانشی می‌توانند سیستم‌های ترمودینامیکی قلمداد شوند یا خیر، این پروژه جهانی را اجرایی کرده‌اند، ادامه داد: مطالعات انجام شده از سوی پژوهشگران جهان این موضوع را اثبات کرد که قوانین حاکم برسیستم‌های گرانشی، به عنوان نمونه یک سیاهچاله که میدان گرانشی اطراف آن بسیار شدید است، همان قوانین آشنای ترمودینامیکی است.

وی با بیان اینکه تلاش فیزیکدانان در اواسط دهه 1990میلادی منجر به کشف جنبه‌هایی از این هم ارزی شد، ‌خاطر نشان کرد: نتایج برخی از تحقیقات حاکی از هم ارز بودن معادلات گرانش و ترمودینامیک برای برخی سیستم ها است، ولی در مطالعاتی که ما در بخش فیزیک دانشگاه شیراز اجرایی کردیم، نشان دادیم که این هم ارزی کاملا کلی است و شامل هر نوع سیستم گرانشی می شود.

شیخی اضافه‌ کرد: در این تحقیقات سه رهیافت مختلف برای استخراج قوانین گرانش ازترمودینامیک رابررسی کرده‌ایم که عبارتنداز استفاده از قانون اولترمودینامیک، به کارگیری مفهوم نیروی آنتروپی و استفاده ازاختلاف درجات آزادی درون سیستم وروی مرزآن. با به کار گیری هر سه این رهیافت ها نشان می دهیم که معادلات حاکم بر گرانش برای نظریه ها و سیستم های مختلف گرانشی مخصوصا کل جهان را می توان از ترمودینامیک استخراج کرد. به علاوه این هم ارزی نه تنها در گرانش انشتین بلکه در نظریه های دیگر گرانش مانند نظریه جهان لایه ای نیز وجود دارد.

وی هدف نهایی فیزیکدانان در این زمینه را توصیف حداکثری طبیعت با استفاده از حداقل قوانین دانست و تاکید کرد:‌ در این راستا انتظار داریم که ‌نتایج به دست آمده از این تحقیقات ما را در درک بیشتر و بهتر ماهیت نیروی گرانش به عنوان نیرویی که قوام گیتی و حرکت ستارگان و کهکشان ها به آن وابسته است، یاری کند؛ بنابراین اگر فیزیک ترمودینامیک را به درستی درک کنیم می توانیم به درک بهتری از جهان اطراف خود دست یابیم.

شیخی در پایان، کمک به درک بیشتر قوانین حاکم بر طبیعت، متحد کردن این قوانین، گسترش مرز های دانش بشری و شناخت عمیق تر جهان اطراف را ازدستآورد های ویژه این طرح بر شمرد و اضافه کرد: اهمیت متحد کردن قوانین طبیعت در آن است که وحدت قوانین ما را به وحدت خالق جهان یعنی توحید می رساند که رکن اولیه و از اصول دین ماست.

به گزارش ایسنا، طرح ماهیت ترمودینامیکی نیروی گرانش در بیست‌ و هفتمین جشنواره بین‌المللی خوارزمی رتبه سوم پژوهش‌های بنیادی را کسب کرد.

انتهای پیام