3. Ştiinţe admirate

Te poţi supune ştiinţelor doar dacă te supui mai întâi Naturii.

3.1.  Termodinamica şi opţiunile despre limita înţelegerii

Fiecare dintre oameni este doar un grăunte mic, aproape invizibil, de căldură luată împreună.

Omul nu poate privi spre cuante, pentru că nivelul structural la care se află fiinţa sa este unul mult exterior miezului. Este nivelul la care corpul material, pentru a fi perceptibil prin simţuri, îşi schimbă consistenţa pe o scară a corpuscularului şi semnificaţia, în comparaţie cu fundamentele sale informaţionale. Pătura materiei la care s-a oprit expansiunea spaţială a acesteia în partea sa microstructurală şi în care este plasată şi natura sesizabilă de către noi, căreia îi aparţinem, este aceea a unor aglomerări moleculare, în combinaţii probabil inepuizabile. Astfel se constituie ceea ce vedem sau ceea ce percepem, cu aparatele traducătoare aflate la îndemâna fiecărui om şi lipite fiziologic pe faţa sa, dându-i în acelaşi timp şi aşa-numita frumuseţe. În acest mediu pătrund şi există şi manifestări ale straturilor submoleculare, cum ar fi lumina, electricitatea, magnetismul, gravitaţia, dar natura proprie omului, cea care îi rămâne lui, este natura moleculară.

Ştiinţa fizicii moleculare, în speţă termodinamica, este ştiinţa care se ocupă de comportamentul energetic al acestor molecule, iar din punct de vedere al combinărilor lor constitutive este ştiinţa chimiei. Energia, sau forma de energie dominantă, în această pătură a constituirii în corpuri, este căldura. Dacă am scoate omul din natură, cu toate invenţiile sale, ca să poată privi din exteriorul stadiului molecular, ar vedea că nici cea mai mică mişcare: a apei, a norilor, a aerului, a pietrelor care cad, a vântului care rupe copacii, şi în parte a organismelor vii, nu se poate întâmpla fără o singură resursă, căldura, înţeleasă ca un roi de molecule care aleargă la nesfârşit între două surse sau două stări, cea caldă şi cea rece.

Să nu ne imaginăm că vreodată căldura se va duce în alt sens, chiar dacă uneori avem impresia. Frigiderul de fapt nu răceşte acel spaţiu interior în care păstrăm alimentele, ci încălzeşte aerul din încăperea în care se află, folosind căldura existentă în interiorul său. Răcirea este un efect secundar al cedărilor succesive de căldură. Sursa caldă, cea care vaporizează freonul din circuitul termic al frigiderului, este acea cantitate de căldură existentă în incinta răcită, ca urmare a cedării căldurii. Conceptul de răcire este un mic fals tehnic. Răceala, sau răcirea a ceva, este de fapt un loc golit din punct de vedere termic, un loc de unde căldura, adică energia moleculară a fost, într-un mod sau altul, îndepărtată. Răceala înseamnă căldură mai puţină decât o referinţă la care se aşteaptă cel ce o apreciază, adică un invers de căldură. Corect este a spune: aici este mai puţin cald şi nu aici este frig, dacă vrem să vorbim corect din punctul de vedere termodinamic, adică în concordanţă cu fenomenele moleculare ce au loc.

Căldura este într-o continuă cădere. De la sursa caldă spre cea rece, dacă ne putem imagina aşa ceva. Ar fi ca o ploaie atotcuprinzătoare, permanentă, invizibilă, în care trăiesc fiinţele, dar şi toate lucrurile. Ceea ce pare inepuizabil şi ciclic, căldura atmosferică, este epuizabilă, dacă sursa solară de căldură nu ar alimenta permanent atmosfera, respectiv scoarţa Pământului. Primirea căldurii de la Soare nu se petrece însă pe o cale moleculară.

Căldura, în contextul discuţiei de până acum, este o mişcare proprie moleculelor de toate felurile. Ca tip de mişcare poate fi o oscilaţie, o vibraţie sau o deplasare efectivă a moleculelor, pentru substanţele fluide, adică cele lichide sau gazoase. Teoria cinetico moleculară ne spune că mişcarea moleculelor este aleatorie, după direcţii şi sensuri, cu o  repartizare a mărimii vitezelor, întâmplătoare. Pe baza acestei afirmaţii s-a dezvoltat  întreaga tehnică de până acum, în situaţia în care nu a depins în realitate de această afirmaţie, în nici unul dintre principiile care guvernează în tehnică. Dacă ar fi fost aşa, cum se pretinde teoretic, ar fi fost imposibil de stăvilit ceva pe lumea aceasta. Este foarte dificil să fie contrazisă o premisă de bază, pe care se aşază sistemul tehnic, cel care funcţionează acum. Doar dacă acest sistem funcţionează aşa, indiferent de părerea fizicienilor şi a tehnicienilor, sistem care a fost construit prin încercări practice, în paralel cu dezvoltarea acestor teorii.

Analizând modul în care moleculele primesc şi cedează energie, respectiv formează acele premise, numite căldură şi lucru mecanic pentru sistemele din care fac parte, ne dăm seama că acestea sunt controlate riguros prin legi informaţionale, necunoscute nouă. Nişte fenomene aparent simple, cum ar fi vaporizarea unui fluid şi destinderea vaporilor rezultaţi, pun sub semnul întrebării teoria mişcării browniene, care afirmă că moleculele în aceste procese termice sunt într-o mişcare dezordonată, incontrolabilă.

Vaporizarea la o anumită presiune se produce la o temperatură constantă, specifică fiecărui fluid. Natura fluidului stabileşte temperatura de vaporizare, iar presiunea influenţează doar valoarea acesteia. Cum? Dacă presiunea creşte, temperatura de vaporizare creşte şi ea. Explicaţia energetică intuitivă ar fi că moleculele fluidului au un supliment de energie prin aflarea lor sub presiune şi ca atare şi cantitatea de energie necesară pentru a rupe legăturile dintre molecule este mai mare. Numai că în mod paradoxal, în timp ce temperatura de vaporizare creşte, căldura de vaporizare necesară scade. Pe de altă parte, înghesuirea mai multor molecule într-un acelaşi spaţiu face ca energia de înghesuire să ducă la o mai mare intimizare, apropiere, a moleculelor, fapt ce ar duce la a face mai grea despărţirea acestora în procesul de vaporizare. Se poate spune, intiutiv, că moleculele sunt încărcate cu energie şi ar putea, aşadar, să se dezică mai uşor de legăturile lor cu celelalte molecule.

Mai greu de explicat este faptul că temperatura se păstrează riguros constantă în întregul volum în care are loc vaporizarea, până ce acest proces se finalizează şi toate moleculele s-au desprins unele de altele, constituind astfel un gaz fierbinte. De ce? Ce face ca întreaga masă să comunice acest prag de temperatură, respectiv de energie, între molecule? Poate fi socotit şi un mod de a se absorbi căldura de către masa de molecule care încă nu s-au desprins, numai că acest fenomen transformă masa de fluid, aducând-o într-o stare instabilă, pe care moleculele nu o doresc.

Procesul de trecere a energiei din ceea ce pentru exterior este căldura conţinută într-un volum de gaz într-o nouă formă de energie, cea mecanică, de mişcare a unui obiect supus acestei energii (piston, paletă etc.) este un proces termic care la ora actuală nu are o explicaţie fenomenologică coerentă şi completă. Cauza pentru care vitezele moleculelor se aliniază vectorial spre sensul destinderii este un mister neelucidat. Chemarea acestor molecule spre sursa rece, invitaţia, optimizată prin ajutaje, de a se realiza trecerea energiei conţinută molecular în energie macromoleculară, de mişcare a unor corpuri, mişcare sesizabilă şi utilă omului, nu este decât un aspect practic, tehnic şi doar descoperit şi nu are nişte explicaţii suficient de plauzibile.

În realitatea sinceră a termodinamicii, lucrurile necunoscute şi întrebările abundă. Este interesant cum se poate vorbi în termodinamică despre molecule ca fiind entităţi materiale independente, care pot avea un comportament explicabil, doar prin consistenţa lor moleculară, prin numărul lor mare, ce permite o abordare statistică mereu acoperitoare şi convenabilă. A se considera că aceste comportamente, legate de schimbul de căldură, de schimbarea fazelor şi de schimbarea formelor de energie conţinute, se poate explica fără întrebări asupra conţinutul intern al moleculelor, nu poate fi complet ştiinţific.

Graniţa dintre structura atomică şi ceea ce este, sau se consideră a fi o moleculă, nu poate fi trasată cu o linie de despărţire prea subţire, nici măcar conceptual, decum plecând de la caracteristicile şi proprietăţile acestor molecule. Ori termodinamica ar putea începe, după cum a fost instituită ca şi ştiinţă, chiar cu această convenţie:

-termodinamica analizează structurile moleculare ca şi cum acestea sunt capabile de comportamente complet independente de constituenţa lor atomică.

Chiar dacă există anumite comportamente, ce ar putea fi considerate ca fiind în completitudinea lor de natură moleculară, acestea suferă o întrebare: unde se poate stoca, în cadrul unei aglomerări moleculare, o informaţie?.

Orice abordare pe un temei informaţional ne duce spre ideea că aceste informaţii se regăsesc undeva, fie în zona învelişului electronic, fie chiar mai spre adâncul materiei:

– Câte sunt aceste straturi care adăpostesc electroni, sunt acestea purtătoare ale unor informaţii, fie că sunt populate cu electroni sau sunt goale sau golite?

– Există ceva propriu acestor straturi şi independent de existenţa electronilor?

– Care este numărul total al acestor straturi?

– Trebuie să existe o limită a acestui număr, fie că acestea sunt sau nu populate sau populabile cu electroni?

– Ce anume permite popularea straturilor electronice, în afara energiei pe care o dezvoltă exploziile unor stele, explicaţie pe care o dau acum teoriile despre formarea elementelor?

Schimbul de căldură, schimbarea fazelor şi schimbarea formelor de energie sunt procese moleculare doar ca şi manifestare practică, rezultativă şi înţelese aşa de către om, dar pentru a fi posibilă o stabilitate a acestor procese este nevoie de un stoc informaţional, alăturat sistemului molecular, care să prestabilească şi să conţină atât determinări generale cât şi determinări particulare.

Nu existenţa, adică o constituire perceptibilă, este cea importantă, atunci când se pune în cumpănă cunoaşterea, ci o parte informaţională a lumii pe care o numim aici pre-existenţă. Nu o pre-existenţă înainte, adică o existenţă aflată în timp, înaintea existenţei percepute, ci o întru-existenţă, precum o fundaţie pe care este construită existenţa percepută. Termodinamica are nevoie de o primenire a înţelesurilor, de o aşezare pe ceva ascuns acum, aflat dedesubtul actualei cunoaşteri.

Uneori, dar din păcate prea rar, prin literatura tehnică şi ştiinţifică, câte un autor mai deschis gândirii şi poate, cu acea modestie datorată doar inteligenţei, afirmă cu voce joasă că aceste procese tehnice sunt încă insuficient studiate şi înţelese.

Paradigma ştiinţifică a termodinamicii este ca o caracatiţă ce sufocă ideile tehnice ale oamenilor. Mulţi autori însă revin mereu la aceleaşi legităţi frumoase, ale termodinamicii, ediţie după ediţie. Ei sunt bucuroşi că le mai publică odată, mulţumindu-se cu o înţelegere limitată a acestora. Frumoasele formule sunt privite doar şi nici o întrebare, care să mişte înţelesurile spre mai departe, nu vine.

 

3.2. Comentarii la postulatele termodinamicii

Îmi este bine. Dacă vreau să persiste, trebuie să aflu şi de ce.

I. Premise pe baza cărora se comentează postulatele şi principiile termodinamicii.

a. Schimbarea poziţiei având ca rezultat o semnificaţie, ca şi legitate posibilă a structurilor moleculare, se manifestă şi la nivelul atomic. Această supoziţie duce la o abordare (presupunere) diferită, legată de natura mişcării moleculare, faţă de teoria mişcării browniene a moleculelor.

Exemplele de mai jos încearcă să expliciteze, prin imaginile a ceva comun, diferenţa ce o poate aduce în gândire o percepţie paradigmatică, prin confuzie, între o imagine şi un conţinut informaţional al acelei imagini.

– Este o familie de albine un exemplu necesar, sau suficient, înţelegerii mişcării moleculelor?

Privind din exterior spre spaţiul în care un număr de zeci de mii de albine se mişcă, într-un volum de câţiva litri, nouă ni se pare că tot ce se petrece acolo are o noimă doar ca şi ansamblu. La nivelul unei afirmaţii de genul „stupul există” şi ca atare este posibil ca mişcarea dezordonată pe care o vedem din poziţia noastră de observator, privitor, să nu fie chiar aşa de dezordonată. În realitate însă, nici una dintre albine nu se mişcă nici măcar cu un milimetru (un pas) fără un scop bine determinat.

Atunci pe ce se bazează aceea impresie a noastră de observatori ai unor mişcări aparent dezordonate pe care presupunem a o avea moleculele unui fluid, lichid sau gaz.
– Sau să ne urcăm într-un elicopter şi să privim străzile aglomerate ale unui oraş. Vom avea aceeaşi impresie, a unei dezordini de nedescris. Dar punându-ne în locul celor de pe străzi, nu vom accepta că fiecare pieton sau automobil nu are o direcţie şi un scop al mişcării sale, necunoscut de către privitorul din elicopter, dar bine determinat pentru acestea.
Noi nu cunoaştem semnificaţia mişcărilor albinelor, chiar dacă le privim şi nu cunoaştem semnificaţia mişcării pietonilor sau a automobilelor. Dar nici nu putem afla aceste semnificaţii decât prin unitatea şi universalitatea lor. Acest fapt ne dă impresia că se produc mişcări dezordonate şi întâmplătoare. Aceeaşi cauză, se poate spune ipotetic, a dus şi la inventarea matematică şi apoi fizică a ideii de mişcare browniană şi a acceptării unui comportament descris statistic.
Statistic, se poate spune că, mişcându-se, toate albinele din stup produc miere şi este adevărat. Cum se poate spune, de asemenea statistic, fiind adevărat, că moleculele, mişcându-se toate, produc căldură. Pare chiar inofensivă o abordare a mişcării browniene prin globalizare şi mediere statistică. Pare chiar utilă, în sensul că paradigma oricărei părţi a ştiinţei trebuie căutată şi înţeleasă şi prin nevoia de a încheia odată o ipoteză spre folosul practic al tehnicii. Tehnic şi simplificator, mişcarea browniană este o abordare remarcabilă. Dar ştiinţific şi mai ales filozofic, dorind a răzbate în spatele mişcării moleculare, acest concept nu este productiv, devenind un obstacol de netrecut. În acest sens trebuie privite afirmaţiile de mai sus şi ale tuturor dezbaterilor acestor texte, în ansamblul lor.

Mişcarea browniană nu este o mişcare cu desăvârşire dezordonată a moleculelor, ci o mişcare aparent dezordonată, pentru că nu i se cunoaşte semnificaţia la nivelul unei molecule. Lipsa cunoaşterii semnificaţiei elementare şi observaţia făcută asupra mişcării din această postură este corect definită ca mişcare browniană. Nimeni nu poate spune că noţiunea de mişcare browniană nu este corect definită. Ca şi în cazul nedeterminărilor de natură cuantică, aici doar observatorul defineşte observaţia sa, ca fiind globală şi acceptată doar probabilistic.

b. Afirmaţia pe baza căreia se aduc în continuare comentarii asupra postulatelor şi principiilor termodinamicii este următoarea: la nivelul atomic, mişcările electronilor sunt esenţiale pentru ceea ce se petrece la nivelul molecular.

Având în vedere modul de dispunere al electronilor pe straturile atomului şi faptul că aceste dispuneri au fost rezultatul unor schimbări a poziţiei acestora, la formarea elementelor respective, se poate spune că rezultatul acestor schimbări de poziţie este chiar ceea ce reprezintă semnificativ aceste elemente.

Ca şi o primă consecinţă a ideii dispunerii electronice, mişcarea electronilor pe orbitele straturilor exterioare ale atomilor se leagă, atât informaţional cât şi energetic, de starea moleculelor şi de mişcările acestor molecule pe fundalul substanţelor pe care le constituie aceste sisteme de molecule şi pe care le percepem noi oamenii ca fiind corpusculi.

Relaţiile dintre poziţionările electronice determină un stoc informaţional ce impune moleculelor mişcări ce au un rezultat energetic exterior. Iar mărimile acestor mişcări, adunate într-un rezultat perceptibil, este înţeles de către om ca fiind căldura.
Cum se trece de la o semnificaţie a poziţiei unor electroni la o emisie de energie din partea atomului pare a fi un mare mister al naturii. Ipotetic se poate spune că dintre modalităţile de a transmite căldură de către fluide sau nefluide, una dintre acestea este o ciudăţenie pentru ştiinţă şi anume aceea care decurge din „natura vibratorie” a transformărilor ce induc, aduc sau transferă căldură.

II. Perspectiva istorică a postulatelor şi a principiilor termodinamicii

– Alături de principiile termodinamicii, în ştiinţă sunt enunţate şi două postulate.
Deferenţa dintre postulate şi principiile care urmează din consistenţa nedemonstrabilă a acestor postulate se conturează destul de ambiguu. Aceasta, pentru că sunt unele elemente constitutive ale principiilor care la rândul lor fac uz de ideea postulării.

– Termodinamica s-a dezvoltat istoric în epoca industrializării capitaliste, adică în secolele XVII – XIX, fiind o abordare ce se suprapunea găsirii unor soluţii tehnice pentru inventarea motoarelor termice. Inventatorii, murdari de fum şi de ulei, încercau în ateliere soluţii tehnice mai mult sau mai puţin ştiinţifice, în timp ce savanţii şi filozofii încropeau teorii paralele, încercând să înţeleagă şi să dea o formă matematică cât mai convingătoare fundamentării teoriei acestor maşini. Metoda aceasta este valabilă şi astăzi. Efortul acestor savanţi a fost remarcabil şi meritele lor istorice sunt incontestabile.

– Atât postulatele, conceptele, cât şi principiile termodinamicii, privite acum din punctul de vedere al acestui text, par mai mult piedici ale drumului parcurs atunci în ştiinţă, depăşite prin accept tacit şi transformate în reguli de descriere ale unor bariere restrictive şi mai puţin principii pe care să se bazeze operativ şi fenomenologic termodinamica. După şlefuirea tehnică a maşinilor termice, ştiinţa alăturată părea potrivită şi coerentă, reuşind să explice suficient de bine fenomenul tehnic.

III. Enunţurile postulatelor de echilibru ale termodinamicii:

– Postulatul 1: „ Un sistem izolat ajunge întotdeauna, după încetarea interacţiunilor cu exteriorul în stare de echilibru termodinamic intern şi nu poate ieşi de la sine din această stare’’.

– Postulatul 2: „Toţi parametrii interni ai unui sistem la echilibru intern sunt funcţii de parametrii externi şi de energia sistemului”.

– Postulatele 1 şi 2 ale termodinamicii sunt două afirmaţii care constată nişte limite de percepţie procesuale ce sunt astfel, printr-o concesie declarată, acceptate.

IV. Comentariu la Postulatul 1 al Termodinamicii:

– Întrebările referitoare la acest postulat se referă în primul rând la cum poate ieşi din starea de echilibru un sistem ajuns la echilibru intern:

– Nu poate ieşi singur din această stare, dar poate ieşi cu un ajutor?

– Ce fel de ajutor îi este necesar?

– Un ajutor energetic sau un ajutor informaţional?

Se pare că posibilitatea ca un sistem aflat în echilibru să revină într-o stare de dezechilibru constă în a-i transmite acestuia ambele cauze. O cauză care determină un nou dezechilibru energetic, fie printr-o sursă de căldură, fie printr-o lipsă de căldură, alăturate, dar şi informaţia necesară acestuia, fie temporală, fie spaţială.
Volantul unui arbore cotit, al unui motor, poate fi asemănat cu un astfel de ajutor energetic, dar şi noua scânteie dată următorului amestec exploziv din sistemul cilindru – piston al acestuia, ajutor care de această dată este şi o informaţie temporală bine stabilită.

În natură, soarele, cu energia sa, este acel volant uriaş care face posibilă rămânerea perpetuă în dezechilibru. Însă informaţia însoţitoare este cu totul determinantă. Care este acea informaţie, cum se produce ea? Acea informaţie se naşte şi constă în rotirea permanentă a Pământului. Este informaţia ce rezultă din mişcarea de rotaţie în jurul axei sale. Valoarea acestei informaţii este dată de existenţa unei variaţii a poziţiei Pământului.
Dacă Pământul nu s-ar roti, pe partea dinspre Soare totul s-ar topi, iar pe partea umbrită, într-o continuă noapte, totul ar fi veşnic îngheţat. Adică Pământul ar deveni un „sistem aflat (ajuns) la echilibru şi care nu poate ieşi din acesta”.

Orice punct al globului pământesc este mai întâi încălzit (ziua), iar apoi răcit (noaptea), într-o gradare oricât de mică şi în acest fel cantităţile de căldură circulă continuu între punctele sale, dându-ne nouă impresia de mişcare şi de viaţă.

Esenţial aici este faptul că schimbarea poziţiei face ca semnificaţia să ducă la permanentul dezechilibru. Acest dezechilibru este înţeles de către om ca fiind procesul energetic. Neprivind un proces termic, decât unilateral, adică doar energetic şi prea puţin informaţional, termodinamica nu dezvoltă sistematic idei şi nici nu dezvoltă un studiu al fenomenelor termice din acest al doilea punct de vedere. Revenirea în dezechilibru, cel ce constituie sursa unor forme majore de energie, are drept principală cauză un demers informaţional şi nu unul numai energetic. Paradigma asupra cauzei pur energetice a unui dezechilibru termodinamic, este instaurată prea adânc în ştiinţă. Chiar entropia, marime cu o tentă explicit informaţională, se defineşte doar pe baza unor nivele termice.

V. Comentariu la Postulatul 2 al Termodinamicii:

Acest postulat exploatează poziţia nu atât a observatorului unui sistem aflat la echilibru, cât a subiectivităţii preconizate sistematic pentru informaţiile descriptive ale acestuia. Prin acest postulat se anunţă de fapt cu multă vreme înainte, aplicaţia ideilor teoriei unei relativităţi, dar nu în general, ci în domeniul termodinamicii. Parametrii de stare ai unui sistem evoluează dinspre dezechilibru spre echilibru, acesta este sensul preferat în care se pot deosebi şi controla schimbări de energie sau, mai bine spus, schimbări de forme de energie.

Funcţiile care leagă parametrii interni ai echilibrului sunt acele trasee de stări perceptibile prin măsurători inventate de către om, stări prin care trece sistemul. Toate funcţiile acestea sunt nişte diferenţe stabilite global şi unitar, de acea idee a „diferenţei de potenţial”, care provoacă schimbul energetic în orice formă s-ar fi regăsit formele de energie în cauză.

VI. Concluzii

Ambele postulate au câteva consecinţe pentru noi, fiind utilizatorii unei energii calorice, deja studiate şi acceptate printr-un înţeles paradigmatic. Acest înţeles este datorat abordării la nivelul cunoaşterii filozofice din momentul decretării lor, adică în secolele XVII – XIX, şi anume:

  1. Nu se putea considera valabilă o teză privitoare la determinarea internă a sistemelor termodinamice.
  2. Nu se putea considera posibilă o determinare individuală a moleculei, ca şi particulă indivizibilă a spectrului molecular.
  3. Nu se putea considera posibilă o structurare informaţională a atomului, bazată pe coduri construite de poziţiile electronilor liberi, aşa cum acest fapt este valabil şi acceptat pentru poziţiile electronice de constituire a elementelor.

VII. Premise ale comentariilor la principiile Termodinamicii

În continuare se vor comenta principiile termodinamicii din perspectiva acelei epoci, dar şi considerând valabile afirmaţiile de mai sus, adică:

a. Sistemele termodinamice au o determinare dublă:

– o determinare exterioară, cauzată de dezechilibre globale de schimb

– o determinare interioară, ce cauzează  procesele interne de schimb a formelor de energie sau de transfer al acestor forme de energie

b. Molecula, privită ca şi entitate elementară, nu are un comportament aleatoriu, ci conţine o cauzalitate informaţională riguroasă.

c. Cea mai importantă presupoziţie a acestor comentarii: Între starea atomică şi starea moleculară a materiei nu există o plajă de delimitare cu o valabilitate fenomenologică. Această delimitare este rezultatul percepţiei limitate a celor ce populează şi deci locuiesc în stadiul molecular al lumii, adică al oamenilor.

Este ca şi cum am spune că lumea este formată în mod categoric doar din felii de pâine, fără a înţelege că de fapt feliile acestea sunt o pâine nesfârşită şi poate doar pare a fi  tăiată la nesfârşit.

 

3.3. Comentarii la principiile termodinamicii

Când leul devine prietenos, eu, iepurele, trebuie să fug.

1. Comentariu la Principiul zero „0” al Termodinamicii

Enunţul principiului: „Într-un sistem izolat, format dintr-un număr de corpuri în contact termic, condiţia necesară şi suficientă de echilibru termic este egalitatea parametrului termic (temperatura) pentru toate corpurile considerate”.

Pentru noi, oamenii, punerea în discuţie a temperaturii este o urmare a unei senzaţii. O senzaţie se pare că are şi mercurul sau alcoolul din termometru, pe care o împrumută omului, capabil să alăture acea alungire, datorate unei dilatări cvasi-liniare, pe baza unor raţionamente devenite paradigme, unor variaţii ale propriilor sale senzaţii, cea de cald sau cea de frig.

Acest principiu este derivat din al doilea postulat, extins la starea mai multor corpuri-subsisteme, care formează acum un singur sistem, echilibru termic cuprinzând toate aceste corpuri. Oricât de multă ar fi energia conţinută de aceste corpuri, dacă toate aceste corpuri au acelaşi nivel al potenţialului, nu se va produce un schimb energetic sau se va produce doar dacă apar diferenţe şi doar atât cât acest dezechilibru există.

Trecerea acestui fenomen, cel al schimbului de energie, în speţă al căldurii, în contul „parametrului termic” denumit temperatură, nu explică, ci doar explicitează, găsindu-se pentru om un sens explicativ, de a percepe astfel fenomenul de transfer de căldură.

Principiile termodinamicii sunt afirmaţii contemplative ale fenomenelor. Găsirea parametrului „temperaturii” pentru a descrie ceea ce se petrece în lumea căldurii, face ca să existe o coerenţă, dar această coerenţă este cea a unui tablou, a unei suprafeţe, fără a se putea vorbi despre o consistenţă fenomenologică a acestei descrieri. Pentru că temperatura este un rezultat exterior al fenomenului, unul observabil de către om, dar inexistent pentru proces, nu se poate aloca idea de temperatură, mişcării moleculare, ci doar descrierii unei mişcări moleculare.

Principiul zero este o înţelegere între părţi, o convenţie asupra limbajului folosit pentru a vorbi despre energia de natură termică, folosindu-se astfel, ca şi numitor comun, ideea de temperatură. În acest fel derivă de la sine, dar într-un mod indirect şi conceptul de temperatură.

De ce este temperatura subordonată unui concept? Care este acel concept? Este mai mult o idee despre ce este temperatura, decât un concept despre temperatură? Temperatura ca şi concept poate fi şi o piedică, o îngrădire a privirii spre ceea ce ar fi căldura. Mai degrabă căldura se poate alinia unui concept, decât se poate alinia temperatura.

Temperatura este o măsură de stare care este limitată la ideea de măsură rezultativă a vitezei medii de deplasare a moleculelor.

Se pune următoarea întrebare, cu plecare din enunţul principiului III, unde creează un ciudat paradox:

Mai este posibilă relaţia fizică între viteze ale moleculelor devenite zero, temperaturi devenite zero şi, ca urmare, o entropie devenită zero?

Pentru că fenomenologic, la viteze ale moleculelor care nu se mişcă, temperatura nu se mai pretează a fi o mărime de stare, aceasta fiind prin excelenţă cea care exprimă mai întâi o mişcare a moleculelor şi abia apoi o valoare medie a vitezelor, interpretabilă, a acestei mişcări. O mişcare moleculară nu se măsoară cu aceleaşi mărimi ca cele pe care le presupune o ne-mişcare moleculară. Un obiect care stă este asimilat de acelaşi obiect care se mişcă, tocmai prin negarea mişcării. Numirea mişcării unui obiect prin cuvântul automobil nu se pretează sub nici o formă unui obiect care este fixat şi stă.

Înseamnă că temperatura, ca şi mărime de stare globală şi statistică, nu este adecvată descrierii unor procese ce se petrec în zona de energie în care moleculele sunt nemişcate?

II. Comentariu la Principiul I al Termodinamicii

Enunţul principiului: „Într-un sistem termodinamic izolat nivelul energetic rămâne constant.”

Sau: „Suma tuturor formelor de energie ale unui sistem izolat, la intrare, este egală cu suma lor la ieşire, valoarea energiilor componente poate să rămână constantă sau să se modifice prin compensare.”

Traducerea, printr-un înţeles, a acestui principiu este cea mai uimitoare. Se presupune indirect că energia nu are o formă absolută, anume, esenţială şi definitivă, ci este doar o trecere permanentă a acesteia dintr-o formă în alta.

Se pune întrebarea: Energia într-un sistem izolat se păstrează în aceeaşi formă sau în aceeaşi cantitate? Răspunsul la această întrebare nu este dat. Faptul că energia este măsurată cu o aceeaşi măsură indiferent de forma sa, acest lucru fiind actualmente valabil, presupune că mişcarea formelor de energie, dintr-o formă în celelalte, se face printr-un tărâm comun, cel ce permite această consecvenţă (seriozitate) a materiei, de a păstra ceva constant într-un subsidiar necunoscut.

Acest principiu vorbeşte despre o intrare şi despre o ieşire, fără a face totuşi referire la timp. Deoarece, pentru a vorbi despre două stări diferite, referirea este în primul rând despre secvenţe temporare ale energiei.

În orice sistem izolat, energia este captivă în forma în care a fost supusă separării şi izolării. Această completare ideatică aduce însă noi perspective ale înţelegerii acestui principiu, fiind importantă în orice întrebare a cunoaşterii. Izolarea unei forme de energie, adică separarea unei cantităţi cunoscute de energie, cantitate posibilă în oricare dintre forme şi aceeaşi, implică o alunecare a acestei cantităţi prin mai multe stadii, lucru valabil, dacă, în mod esenţial, energia se regăseşte într-un stadiu comun tuturor formelor de energie.

„Energia nu se poate crea şi nici nu se poate distruge” este o altă formă de circulaţie a conţinutului principiului I, al termodinamicii. Energia se poate însă administra şi utiliza de către om, doar la trecerea prin formele sale. Deci, pentru a se putea bucura de binefacerile energiei, omul nu utilizează o formă anume de energie, ci doar o trecere anume a energiei dintr-o formă anume într-o altă formă anume, a acesteia. Acest mod de a ilustra drumul energiei prin treceri şi de a căuta locul acesteia de întâlnire cu omul poate duce spre o abordare nouă a ceea ce credem că este energia.

Pentru natură, această afirmaţie este oarecum diferită. Energia nu se creează şi nu se distruge în natură, însăşi trecerea permanentă a energiei prin formele sale, sub formă liniară, se constituie permanent în ceea ce este natura.

Conservarea energiei, în întreg ansamblul său, este cel mai probabil posibilă prin reducerea sa informaţională la un rezultat aflat în afara naturii.

Pătrunderea în înţelesul acestui rezultat este o neputinţă a ştiinţei actuale?

Sau acest rezultat nu există?

III. Comentariu la Principiul II al Termodinamicii

Enunţul principiului: „ Transformările spontane de energie se realizează de la un potenţial mai înalt spre un potenţial mai scăzut.”

În acest enunţ, pare mai important faptul că transformările sunt spontane, faţă de precizarea ţintă a principiului, aceea a direcţiei de derulare a transformărilor de energie. Transformările de energie sunt acele procese prin care energia, ca şi cantitate măsurabilă şi utilă sau nu, trece dintr-o formă în alte forme.

Trebuie să precizăm faptul că întotdeauna o cantitate de energie, regăsită într-o formă de energie, se transformă în cantităţi echivalente de energie, însă regăsită obligatoriu în mai multe forme de energie. Acest fapt se datorează ireversibilităţii acestor transformări.

Sau, mai degrabă, ireversibilitatea transformărilor este cauzată de această realitate?

Ce este spontaneitatea de a se produce un schimb energetic?

Este posibil ca acest enunţ să facă referire la posibilităţile de aplicaţie tehnică ale acestui principiu. Dar spontaneitatea, ca şi conjunctură de petrecere a transformărilor energetice, poate avea şi o interpretare mult mai largă şi cu implicaţii generale. Termodinamica se ocupă de transferul sau de conversia energiei, fără a-şi pune problema explicării unor cauze comune sau a existenţei unor procese comune oricăror forme de energie, la o graniţă cu acea non-formă comună, de energie, aceea esenţă, acea natură comună tuturor formelor, dacă aşa ceva există.

Se petrec spontan transformările în natură? Sau există circuite nevăzute, în speţă circuite informaţionale, care reglementează temporar şi spaţial coerenţa transformărilor energetice?

Ciclicitatea transformărilor de energie presupune o non-spontaneitate a acestor procese, ciclice, dar şi neciclice. Dacă Pământul se roteşte în jurul Soarelui, se produce acea variabilă informaţională ce perpetuează producerea dezechilibrelor, cele pe care le anihilează perpetuu, procesele de schimb de energie. Cum mai spuneam, astfel de activităţi energetice globale dau impresia unor mişcări generale ale naturii prin semnificaţiile pe care se alătură acestor mişcări. Adică, primul ciclu termodinamic, dar şi cel mai amplu pentru noi, îl oferă chiar Globul Pământesc. Prin mişcările sale creează alte cicluri: ere, ani, anotimpuri, luni, zile, perechile noapte/zi, ore. Şi chiar şi mai mult: cicluri necunoscute nouă, pe durate foarte mici şi pe porţiuni foarte reduse ale spaţiului.
Probabil că şi Soarele are o astfel de necesitate informaţională, de a produce dezechilibre termodinamice în drumul său prin Galaxie sau prin Univers. Aceste dezechilibre duc la perpetuarea proceselor sale, ca şi sursă de energie.

Ciclul are menirea de a alătura timpului un proces termic sau energetic. Acesta poate fi imaginat în multe forme tehnice: trecerea paletei prin dreptul unui agent purtător de energie, împingerea periodică a unui piston, trecerea repetată a unei spire electrice, vaporizarea, destinderea şi condensarea repetată etc..

În toate aceste cicluri, periodice sau nu, extinse sau nu, trecerea energiei se produce întotdeauna de la un potenţial ridicat spre un potenţial mai scăzut. Potenţialul, ca şi termen alocat, se referă la purtătorul energetic, la mediul care face subiectul acelei forme de energie şi nu se referă la o energie în sine.

Sieşi-suficienţa cantităţii de energie alocate unei forme este un subiect care merită o analiză aprofundată din partea ştiinţei. Aşadar, energia se transferă de la un purtător la alt purtător, doar dacă celui care primeşte îi lipseşte această cantitate în raport cu ceilalţi purtători ce formează un sistem termodinamic.

IV. Comentariu la Principiul III al Termodinamicii

Enunţul principiului: „Entropia tuturor substanţelor ajunse la echilibru termodinamic intern tinde spre zero, în apropierea temperaturii de zero absolut”.  (Punctul de zero absolut este imposibil de atins pe cale experimentală).

Dacă toate enunţurile acestor principii ale Termodinamicii îmbracă o haină filozofică evidentă, la enunţarea acestui principiu tendinţa nuanţării filozofice este pronunţată.
Cea mai de neînţeles idee, în sensul unei înţelegeri comune, este aceea a ideii de entropie. Entropia, ca şi mărime de stare, a fost enunţată ca şi o cheie matematică de închidere a unor logici. Înţelesul acestei mărimi este unul destul de fluid. Descrierea pe care o oferă acest parametru unei stări termodinamice este una calitativă, de aici dificultatea de a oferi nişte criterii uşoare de înţelegere. Mai degrabă entropia este un fel de o a patra dimensiune a unui spaţiu în care termodinamica se desfăşoară în natură.

Dacă unui alergător, îi căutăm mărimi de stare, care să îl descrie în fiecare punct al cursei sale, entropia nu este nici viteza, nici acceleraţia, nici coordonatele punctului curent de pe pistă, nici distanţa parcursă sau cea rămasă, nici forţa pe care o dezvoltă muşchii săi, nici detenta de la un punct la altul sau alte astfel de mărimi, de acest fel, ci ar putea fi analogă cu capacitatea alergătorului de a rămâne în cursă şi a depune prin perseverenţă efortul necesar, pe baza unor convingeri apriorice.

Formalismul utilizat în Termodinamică, formulele în care este implicată şi entropia, au acest neajuns. Acela de a amesteca o noţiune calitativă cu altele, cantitative. Dificultatea intelectuală de a înţelege şi utiliza astfel de relaţii este pe măsura acestui neajuns.
Mai degrabă se poate spune despre entropie că este acea mărime care ne vorbeşte de capacitatea unui sistem de a încasa dezechilibre la un nivel energetic stabilit, pe baza cărora, invocând premisele principiului al II-lea al Termodinamicii, să se poată produce transformări de energie, necesare pentru a tinde spre refacerea acelor echilibre. Acest lucru este favorabil tehnicii, pentru că maşinile termice tocmai acest lucru îl fac: ridică de regulă, acest potenţial, în mod artificial, solicitând (şantajând) apoi ca natura, pe baza principiului său, să readucă sistemul la echilibru. Readucerea la echilibru presupune derularea unei transformări energetice, ce devine, prin practicare, utilă omului.

Devenirea mică sau chiar anularea entropiei se petrece şi în mod natural, nu numai în sistemele tehnice. Dezechilibrul termic intern va auto-deveni echilibru la temperaturi din ce în ce mai mici. Dar nu aceasta este tema expresă a principiului al III-lea al Termodinamicii. În acest principiu se prevede o graniţă valabilă acţiunii acestor postulate şi principii. Graniţa este acolo unde temperatura absolută are o valoare foarte mică, până la a deveni zero.

Este posibil ca temperatura absolută să devină zero? Faptul că entropia va deveni foarte mică înseamnă că acolo este marginea stadiului molecular al lumii.

Afirmaţia principiului are şi ea o limită. Prevede mărginirea moleculară şi dispariţia unei posibilităţi energetice moleculare. Nemaifiind posibilă încasarea unor dezechilibre, principiul nu se mai ocupă de soarta acelor substanţe, ce ajung totuşi la temperaturi apropiate de zero grade absolute.

Substanţele ajunse la temperaturi apropiate de temperatura de zero absolut persistă în forma lor corpusculară, având încă o încărcătură energetică internă, pe baza căreia au fost constituite.

Deci, limita de zero absolut face posibilă o oprire a moleculelor, ducând la o încetare cu totul a agitaţiei moleculare?

Am putea afirma că nu se poate atinge temperatura de zero absolut a unei substanţe, tocmai datorită dispersiei energetice interne a atomilor acesteia. Dacă între energia internă a unei substanţe şi energia ce presupune mişcarea unei molecule ar fi trasată o linie de demarcaţie sigură, atunci am putea asista la o oprire şi apoi la o răcire absolută, cu atingerea valorii nule a entropiei. Dar, faptul că energia de mişcare a moleculelor este o câtime cunoscută din energia de constituire a atomilor, este discutabilă existenţa acestei opriri complete a moleculelor.
Limitarea energetică a stadiului molecular pune însă câteva întrebări:

Ce se petrece cu implicaţiile energetice ale efectelor termice electronice?

Se presupune că aceste implicaţii dispar?

Sau se presupune că nu se poate ajunge la o astfel de temperatură, a unei substanţe, tocmai datorită dualităţii energiei, alocate ca mişcare şi a informaţiei alocate ca şi semnificaţie componentelor acelei substanţe?

Acest lucru se înţelege astfel: nu se poate ajunge la temperatura zero absolut a unei substanţe, pentru că acelei substanţe nu i se poate nega semnificaţia sa submoleculară, atomică.

În ce constă conţinutul informaţional al entropiei?

Rudolf Clausius a propus în anul 1864 această mărime, gândindu-se la un înţeles pe care îl alătură prin chiar cuvântul ales. Şi anume, legătura ,,en+tropein”, însemnând în limba greacă ,,conţinut de transformare” sau ,,conţinut transformaţional”. Adică potenţialitatea de a se petrece transformări energetice, acea dorinţă, acea capacitate a unui alergător (recte moleculă) de a rămâne în cursă, cel din exemplul despre entropie, dat anterior.

Entropia are o referinţă informaţională duală:

  • pe de o parte, este o capacitate de transformare intrinsecă, cea care determină intern o transformare, masurabilă înformaţional prin evoluţia unor mărimi de stare
  • pe de altă parte, este o descriere a acestei capacităţi de transformare, făcută de un observator exterior, extern procesului, o apreciere obţinută printr-un raport informaţional evaluat

Această dublă identitate a înţelesului entropiei nu aduce o consistenţă filozofică pentru ideea entropiei, consistenţă care să fie mai puţin discutabilă.

Va urma.

© Cornel Mărginean

Cornel Mărginean

Cornel Mărginean

Cornel Mărginean s-a născut la Iernut, județul Mureș, în anul 1957.
Este preocupat de filozofia științei și de literatură încă din anii studiilor universitare tehnice de la București.
După absolvirea Facultății de Energetică, din anul 1983, a lucrat în domeniul producerii de energie electrică de mare putere, parcurgând toate treptele profesionale, până la cea de director tehnic al unei termocentrale.
În mod constant, din 2002, postează eseuri, proză și poezie pe site-ul www.poezie.ro.
Din anul 2008 publică articole de epistemologie în revista Noema a Academiei Române.
A debutat cu volumul „Eseuri despre înțeles” - Editura Casa Cărții de Știință - Cluj Napoca, 2010, care cuprinde trei cărți: “Lumile din Om”, “Litere” și “Călător prin caiete”.
Este membru al Societății Române de Science Fiction și Fantasy, din anul 2009.
Cornel Mărginean

Latest posts by Cornel Mărginean (see all)