رد پای «داروین» در سلول‌های زیستی | شرق


کسی که یک ساعت از وقت خود را هدر می‌دهد، به ارزشمندی زیست پی نبرده است. «چارلز داروین»
این مقاله بررسی و معرفی ویراست سوم کتاب «نظریه اطلاعات و فرگشت» [information theory and evolution] اثر جان اسکیلز ایوری [John Scales Avery] است. نظریه اطلاعات و فرگشت در ظاهر به هم ربطی ندارند، اما درواقع بسیار درهم‌تنیده‌اند.



اگر بخواهیم در کوتاه‌ترین جمله ممکن این درهم‌تنیدگی را بیان کنیم، می‌توان این جمله چهارواژه‌ای را گفت: «زیست دربردارنده اطلاعات» است. اگرچه این جمله بسیار ساده‌شده است، اما به خوبی دو بِگِرت یا مفهوم را نمایان می‌کند. گره‌خوردن زیست و اطلاعات. منظورمان از «زیست» همان واژه عربی جاافتاده در زبان فارسی یعنی «حیات» است. زیست را در این مقاله به معنای گسترده «life» گرفته‌ایم. زیست از دریچه دانشی با نظریه فرگشت گره خورده است و به همین دلیل نویسنده، عنوان کتابش را «نظریه اطلاعات و فرگشت» نامیده است که نشان از هوشمندی است.

پیش از پرداختن به بن‌مایه و درون‌مایه کتاب، می‌خواهیم درباره چند واژه و برابرنهادهای فارسی آن توضیح دهیم. نخست اینکه واژه «اطلاعات» را برای واژه انگلیسی «Information» برگزیده‌اند که افسوس‌مندانه فراگیر شده است، اما انتخابی ناپخته می‌نماید. برابر درست اما مهجور و ناشناخته‌مانده درست «ازدایش» است. ما در این مقاله کماکان از همان واژه نادلنشین اطلاعات استفاده خواهیم کرد، اما خوانندگان بدانند ازدایش برگردان درست‌ است. فرگشت را هم به‌جای تکامل برگزیده‌ایم. تکامل واژه‌ای جاافتاده است، اما اگر با وسواس کافی دانشی به آن نگاه کنیم، برای «Evolution» درست نیست. حتی عرب‌زبان‌ها هم تکامل را در زیست‌شناسی با این معنا به کار نمی‌برند. جالب اینکه واژه «Evolution» نه‌تنها در زیست‌شناسی، بلکه در اخترشناسی و دانش‌های اجتماعی هم پرکاربرد است و فراخور هریک برابر خوب فارسی دارد. بسیاری از دانش‌پژوهان فارسی‌دوست که به اهمیت پرمایه‌ترکردن زبان فارسیِ دانشی پی برده‌اند، برابرنهاد فرگشت را برگزیده‌اند و این واژه آرام‌آرام در حال جا بازکردن در میان دانش‌دوستان فارسی‌گو است. واژه دیگری هم ساخته شده که از بن‌مایه‌های خوبی برخوردار است، اما اندک‌شماری از افراد آن را به کار می‌بردند. آن واژه «آوالِش» است. تا جایی که ما می‌دانیم این واژه از ساخته‌های استاد ملایری عزیز است. اخترفیزیک‌دان و زبان‌پژوه نام‌بردار فارسی برای واژه «Theory» هم نظریه را بسیار به کار می‌برند که درست است، اما بد نیست بدانید برابر فارسی پیشنهادشده برای «تئوری» در فارسی «نگره» است. با این توضیح کوتاه درباره واژگان، در بخش‌های بعدی مقاله، نخست نظریه اطلاعات یا درست‌تر آن نگره ازدایش را معرفی می‌کنیم، سپس برای آشنایی خوانندگان خوبمان کمی درباره فرگشت خواهیم گفت و بعد به شرح این کتاب برگزیده و تحسین‌شده از سوی اهل‌ فن خواهیم پرداخت.

نظریه اطلاعات چیست؟

لطیف کاشیگر و عبدالحسن بصیره که بزرگ‌ترین فرهنگ فیزیک را به زبان فارسی نوشته‌اند، در جلد سوم این فرهنگ درباره نظریه اطلاعات چنین نوشته‌اند: بررسی ریاضی آهنگ اطلاعات و گنجاندن آنها در یک سامانه؛ برای نمونه، بررسی نوفه و آهنگ آشفته‌سازی آن، ظرفیت‌های نظری تراگسیل در حلقه‌های ارتباطات و فشرده‌سازی داده‌ها و... چند شاخه فیزیک به نظریه اطلاعات وابسته‌اند و برعکس. برای مثال، محتوای اطلاعات را با واژگان درگاشت یا انتروپی بیان می‌کنند. درواقع افزایش در درگاشت، کاهش در اطلاعات تلقی می‌شود. چنین می‌پندارند که می‌توان قانون‌های پایه فیزیک را با نظریه اطلاعات بیان کرد. فناوری اطلاعات درگیر شیوه‌های گردآوری، تراگسیل و پردازش اطلاعات درون سیگنال‌های الکتریکی و مغناطیسی است. در این زمره، می‌توان از تبدیل کمیت‌های غیرالکتریکی به کمیت‌های الکتریکی، رقمی‌کردن سیگنال‌های قیاسی یا مانسته، پردازش آنها (تقویت، مدوله‌سازی، وامدوله‌سازی و ترکیب منطقی)، انتقال با سیم و بی‌سیم آنها و... نام برد.

آنچه خواندید تعریفی بسیار نخستینی از نظریه اطلاعات بود و فناوری اطلاعات را هم تعریف کردیم. اما اجازه دهید کمی فراتر برویم و تعریفی نزدیک‌تر به آنچه در پژوهش‌های فرگشتی به کار می‌آید، ارائه دهیم. نظریه اطلاعات پس از جنگ جهانی دوم و به دست کلود شانون، پی‌ریزی شد. این نظریه به مقداردهی، ترابرد داده و مدل‌سازی ریاضی می‌پردازد. مفهوم اطلاعات که شانون پیشنهاد داد بسیار بر آمار فیزیکی و نظریه احتمال استوار بود و کمی با آن نگاه قدیمی تفاوت داشت. کما اینکه درحال‌حاضر هم نظریه کوانتومی اطلاعات با نظریه کلاسیکی شانون تفاوت دارد. کار شانون با کدگذاری و کدگشایی گره خورد و خیلی زود فهمیدند با ترمودینامیک و درگاشت یا انتروپی ارتباط گسترده دارد. همین‌جاست که پای زیست هم به ماجرا باز می‌شود؛ زیرا دوربین ترمودینامیک یکی از مهم‌ترین ابزارهای بررسی زیست است.

فرگشت چیست؟

اجازه دهید پاسخ به این پرسش را از کتاب «تکامل» [Evolution] نوشته دانیل لاکستون [daniel loxton] با ترجمه کاوه فیض‌اللهی و طاهره رنجبر از انتشارات فاطمی بگوییم. تکامل (فرگشت) چیزی نیست جز ماجرای شگفت‌انگیز حیات (زیست) روی زمین. داستانی حماسی که میلیاردها سال به طول انجامیده است. زمین در بیشتر تاریخ طولانی‌اش سیاره‌ای چنان بیگانه بود که اگر آن را می‌دیدید، نمی‌شناختید. زمانی بود که در آن پتروسورهای خزنده خفاش‌مانند در آسمان و بر فراز دنیایی که دایناسورها حاکمش بودند، پرواز می‌کردند. صدها میلیون سال قبل از آن، موجودات 10پای عجیب‌وغریب در کف اقیانوس‌ها با هم می‌جنگیدند. درحالی‌که خشکی‌ها خالی از حیات (زیست) گیاهی و جانوری بودند و مدت‌ها پیش از آن، به مدت بیش از سه میلیارد سال، تنها اَشکال حیاتی (زیستی) موجودات تک‌سلولی‌ای بودند که بدون میکروسکوپ نمی‌توانستید آنها را ببینید.

زمین در هر مرحله از تاریخ طولانی‌اش خانه مجموعه‌ای از جانداران با تنوعی حیرت‌انگیز بوده است. چرا دنیای جانداران بارها، و هر بار تا این حد تغییر کرده است؟ این تغییرات چگونه روی داده‌اند؟ انواع جدید جانداران از راه فرایندی به نام تکامل (زیست) از اَشکال حیاتی (زیستی) پیش از خود پدید می‌آیند. تکامل (فرگشت) این نیروی پدیدآورنده تنوع سرشار حیات (زیست) روی زمین مهم‌ترین ایده‌ای است که در تمام زیست‌شناسی مطرح شده است. تکامل (فرگشت) همان فرایندی است که هم دندان‌های ترسناک تیراناسوروس را به وجود آورده و هم زیبایی و لطافت یک گلبرگ گل رز را به آن بخشیده است. تکامل (فرگشت) موتوری است که بیماری‌های جدید تولید می‌کند و شناخت تکامل (فرگشت) به ما کمک می‌کند تا با همان بیماری‌ها مبارزه کنیم. حدود 150 سال پیش، دانشمندی انگلیسی به نام «چارلز داروین» کلید حل معمای تکامل (فرگشت) را یافت. سدشکنی شگفت‌انگیز داروین در نتیجه کارهای دانشمندان دیگر امکان‌پذیر شد. دانشمندانی که با کشف‌های مهمشان درباره تاریخ حیات (زیست) روی زمین راه را بر او هموار کردند.

پیوند نظریه اطلاعات و فرگشت

شاید برای خوانندگان این پرسش پیش آید که میان نظریه اطلاعات و فرگشت چه رابطه‌ای وجود دارد. بگذارید پاسخ به این پرسش را با یک نمونه ساده از فیزیک آغاز کنیم. یک ستاره را در نظر بگیرید، برای نمونه، خورشید خودمان. این ستاره که اندازه‌ای بسیار میانی دارد، در میان دیگر ستارگان، از مرتبه 10 به توان 57 اتم ساخته شده است. رفتار این ستاره و هر ستاره دیگری، یک برون‌داد و ظاهر بیرونی دارد، همچون دما و درخشندگی و عوارض سطحی، یک نمود داخلی هم دارد که در قلب ستاره رخ می‌دهد. به زبان ساده‌تر، در خورشید هم شاخص‌های بزرگ‌مقیاس داریم و هم شاخص‌های ریزمقیاس؛ و این دو به هم گره خورده‌اند. آنچه پایداری خورشید را در بزرگ‌مقیاس نگه می‌دارد، واکنش‌های گداخت هسته‌ای در ریزمقیاس است. حال به زیست و فرگشت بازگردیم. ظاهر بزرگ‌مقیاس زیست و فرگشت آن چیزی است که داروین دید و دریافت. اما این تمام ماجرا نیست. در پس پرده تغییرات تدریجی یا ناگهانیِ فرگشتی، تغییراتی در سطح مولکولی رخ می‌دهد. این تغییرات نه‌فقط در جانوران امروزی که در شکل‌گیری زیست روی زمین هم بدین‌سان بوده است. حال وقتی در مقیاس ریز نگاه می‌کنیم، پای محتوای ازدایشی یا محتوای اطلاعاتی به داستان باز می‌شود و وقتی با سامانه‌های ریزمقیاس سروکار داریم، پای ترمودینامیک و مکانیک آماری هم به ماجرا باز می‌شود. یادمان باشد که ترمودینامیک را می‌توان در دو تراز ریزمقیاس و بزرگ‌مقیاس بررسی کرد. حالا دیگر به‌راحتی مشخص است که چرا نظریه اطلاعات و فرگشت به هم ربط دارند و چگونه ترمودینامیک و مکانیک آماری و بخش‌های دیگر این دو را به هم پیوند می‌زنند. نکته آخر این بحث اینکه از این دریچه، نه‌فقط می‌توانیم خاستگاه و روند فرگشت را دریابیم؛ بلکه می‌توانیم از آن برای پژوهش‌های زیست اُسترزمینی یا فرازمینی هم بهره جوییم.

جان کلام کتاب

هدف این کتاب بحث درباره زیست و خاستگاه آن و نیز فرگشت فرهنگی انسان با رویکرد ترمودینامیک، مکانیک آماری و نظریه اطلاعات است. براساس قانون دوم ترمودینامیک، درگاشت یا انتروپی یا به تعبیری بی‌نظمی در گیتی همواره روندی افزایشی دارد. تضاد اصلی بین قانون دوم ترمودینامیک و نظم و پیچیدگی تولیدشده در موجودات زنده ستون فقرات این کتاب است. این تناقض روشن، در محتوا و بن‌مایه اطلاعات یا ازدایش حل می‌شود که ارتباط مستقیم با انرژی آزاد گیبس دارد.

کتاب با نگاهی تاریخی به روند اندیشه فرگشتی آغاز می‌شود و نه‌تنها به داروین می‌پردازد؛ بلکه به دوردست رفته از آریستول (یا همان ارسطو/ ارستو) لینه، لامارک و بسیاری دیگر راه را پی می‌گیرد. این دانشمندان کسانی هستند که داروین روی شانه‌های اینان ایستاد. پس از مرگ داروین به سال 1882، پژوهش درباره فرگشت ادامه یافت و با دستاوردهای جدید بیش‌ازپیش تقویت شد. زیست‌شناسی مولکولی نوین و فناوری‌های دی‌ان‌ای سبب شد درخت فرگشتی را با توجه به ریخت‌شناسی، هرچه پرسونانه‌تر (دقیق‌تر) ترسیم کنیم و بشناسیم. داده‌های برآمده از توالی‌یابی ژنتیکی سبب شد آن تصویر کلی از نظریه فرگشت قرن نوزدهمی را تأیید کنند. داروین فرگشت را براساس تغییرات کوچک ارثی در یک گونه می‌دید؛ اما پژوهش‌ها نشان داد تغییرات بزرگ و ناگهانی هم براساس جهش‌ها امکان‌پذیر است.

داروین درباره خاستگاه زیست روی زمین حدس‌هایی می‌زد؛ اما به‌ عمد آن را از نوشته‌ها و مقاله‌هایش حذف کرد. اگرچه در یکی از آخرین نامه‌هایش چنین نوشت: از این ‌پس اصول زیست بخشی از یک قانون کلی است. بعدتر و در دوره‌ معاصر، پژوهشگرانی مانند «اوپارین»، «میلر»، «شانون»، «کالوین»، «فاکس»، «لزلی»، «کافمن»، «شرودینگر» و بسیاری دیگر به دنبال یافتن این قانون‌های کلی بودند. تصویر کلی برآمده از کارهای این پژوهشگران از این قرار است. پس از شکل‌گیری زمین در راژمان یا سامانه‌ خورشیدی، این سیاره اکسیژن مولکولی نداشت. منابع انرژی مانند منفذهای هیدروترمال یا آب‌گرمایی در ژرفای اقیانوس‌ها، فرایندهای پرتوزایی، آذرخش‌ها، آتش‌فشان‌ها و برخوردهای شهاب‌سنگی و دیگر موارد سبب شدند تا اقیانوس‌ها و جو نخستین زمین شاهد پدید‌آمدن اسیدهای آمینه و نوکلئوتیدی‌ها و دیگر اجزای سازنده زیست باشند. مولکول‌های پرانرژی هم تولید شدند. سپس دوره‌ای از داروینیسم شیمیایی آغاز می‌شود و زیست یک گام به جلو می‌رود.

یکی از جنبه‌های بسیار جالب تصویری که درمورد آن بحث شد، نقش ویژه مولکول‌های غنی از انرژی است. آنها نقش ویژه‌ای ایفا می‌کنند؛ زیرا فرایند داروینیسم مولکولی، در نگاه اول، به نظر می‌رسد که قانون دوم ترمودینامیک را نقض می‌کند -ایجاد نظم از بی‌نظمی زمانی که طبق قانون دوم، بی‌نظمی باید به‌ طور مداوم در حال افزایش باشد. اگر در این راستا بیشتر تأمل‌ کنیم، در نگاه اول به نظر می‌رسد همه اشکال زندگی در حال ایجاد نظم از بی‌نظمی و نقض قانون دوم هستند. موجودات زنده توان انجام این کار را دارند؛ زیرا آنها سامانه‌های بسته نیستند. اگر به «نسخه ریز» قانون دوم ترمودینامیک نگاه کنیم، می‌گوید که درگاشت (یا بی‌نظمی) جهان همیشه افزایش می‌یابد -و البته افزایش می‌یابد. موجودات زنده با ایجاد بی‌نظمی در کل جهان، نظم را در درون خود و محیط‌های نزدیک خود ایجاد می‌کنند. تجزیه مواد غذایی به مواد زائد درواقع فرایندی است که از طریق آن زیست نظم موضعی را به قیمت بی‌نظمی جهانی ایجاد می‌کند. زیست نمایش‌های شگفت‌انگیزی از نظم موضعی ایجاد می‌کند؛ درعین‌حال، اختلال یا بی‌نظمی در سامانه‌ای بزرگ‌تر افزایش می‌یابد. سامانه بزرگ‌تر می‌تواند شامل خورشید، زمین و ابرهای غبار سرد فضای اندر-اختری باشد. در تصویر فرضی خاستگاه زیست که در بالا ارائه شد، مولکول‌های «غذا» با خودکاتالیست‌ها در فرایند ایجاد نظم تکامل مولکولی تجزیه می‌شوند.

در فصل چهارم کتاب حاضر به روابط آنتروپی در این فرایند پرداخته شده است. مکانیک آماری ماکسول، بولتزمن و گیبس با نظریه اطلاعاتی که از سوی «کلود شانون» و دیگران توسعه یافت، مقایسه شده است. نشان داده شده که انرژی آزاد گیبس حاوی محتوایی از اطلاعات است و «اطلاعات ترمودینامیکی» که با اتوکاتالیست‌ها از مولکول‌های غنی از انرژی آزاد در اقیانوس آغازین به دست می‌آید، منبع نظمی است که در طول فرایند تکامل شیمیایی ایجاد شده است. امروزه بزرگ‌ترین منبع اطلاعات ترمودینامیکی زمین، سیل انرژی آزاد است که به شکل فوتون‌های خورشید به ما می‌رسد. در فصل 4، یک رابطه کمی به ‌دست ‌آمده که انرژی یک فوتون جذب‌شده و محتوای اطلاعاتی آن را به هم متصل می‌کند. خوانندگانی که مایل‌اند ریاضیات در فصل 4 را نادیده بگیرند، ممکن است این کار را بدون ازدست‌دادن موضوع و روابط استدلالی آن انجام دهند، مشروط بر اینکه مایل باشند نتیجه اصلی نتایج را بپذیرند -این واقعیت که انرژی آزاد گیبس حاوی شکل ترمودینامیکی اطلاعات است. تا اینجای کار و در این بخش، نشان دادیم که جان کلام کتاب چیست و نویسنده از چه زاویه‌ای به فرگشت می‌نگرد. این بخش را همین‌جا تمام می‌کنیم تا به شرح گزیده‌ای از فصل‌های کتاب بپردازیم.

فصل‌های کتاب

ویراست سوم این اثر درخشان و تحسین‌برانگیز در 316 صفحه، به سال 2021 در انتشارات ورلد ساینتیفیک چاپ شد. ویراست سوم 12 فصل دارد. عنوان فصل نخست کتاب «پیشگامان اندیشه فرگشتی» است و از آریستول یا همان ارسطو آغاز شده و به لامارک ختم می‌شود. جان اسکیلز ایوری چندان به این موضوع نپرداخته؛ اما بد نیست بدانید نظریه فرگشت به‌هیچ‌روی آسان جا نیفتاد و همین امروز هم دشمنان متعصب‌ بسیار دارد که افسانه‌ها را بیش از دانش باور دارند. فصل دوم «زندگی و کارهای چارلز داروین» نام دارد. پروفسور ایوری در بیشتر کتاب‌هایش به زندگی و زمانه داروین پرداخته است. خوبی این فصل در این است که خوانندگان با چگونگی شرایط کاری و خانوادگی و نگرش داروین، همچنین آن سفر تاریخ‌سازش آشنا می‌شوند. ردگیری کارهای داروین در آن سفر با کشتی و پس ‌از آن و نوشتن کتاب خاستگاه گونه‌ها از مهم‌ترین بخش‌های تاریخ دانشِ پسانوزایی است. فصل سوم کتاب «زیست‌شناسی مولکولی و فرگشت» نام دارد. این فصل با ژنتیک کلاسیک شروع می‌کند، با کارهای مندل، سپس وارد ساختار پروتئین و دی‌ان‌ای و آر‌ان‌ای می‌شود و این ماجرا را تا آنجا که رابطه‌اش را با درخت زیست نشان دهد، پیش می‌برد.

عنوان فصل چهارم «مکانیک آماری و ازدایش یا اطلاعات» نام دارد و کمی رنگ‌وبوی فیزیک گرفته است. این فصل با قانون دوم ترمودینامیک کلید می‌خورد و مکانیک آماری را معرفی می‌کند. سپس وارد جهانِ نظریه اطلاعات می‌شود. پایان‌بخش این فصل هم پرسش مهم زیست چیست؟ است. فصل پنجم «جریان سرریزشده اطلاعات در زیست‌شناسی» است. این فصل با زبان مولکولی وارد داستان تلاقی ازدایش یا اطلاعات با زیست‌شناسی می‌شود. ایوری در این فصل به دستگاه عصبی و سلول‌ها نگاهی انداخته است. فصل ششم کتاب با عنوان «فرگشت فرهنگی و اطلاعات» ازجمله فصل‌های خوب و شگفت‌انگیز کتاب است که زبان و فرهنگ و هوش گونه انسان را از دریچه‌ای نوین می‌نگرد. این فصل به‌ شکلی تبارشناسی گونه انسان هم به شمار می‌رود. او داستان را از آفریقا شروع می‌کند و نشان می‌دهد چگونه اطلاعاتی است که مسیر فرگشت را مشخص می‌کند. عنوان فصل هفتم «فناوری اطلاعات» است. ایوری در این فصل به پیشینه رایانه‌ها می‌پردازد و دیدگاهی هم از دگوگونی‌های جهان الکترونیک ارائه می‌دهد. فصل هشتم درباره «پیشتازان» است که برای پژوهش‌های‌شان در زمینه‌های دانش‌ عصب‌شناختی، زیست‌شناسی مولکولی و فیزیولوژی جایزه گرفته‌اند. او در واقع نشان داده چگونه این پژوهش‌ها با فرگشت و نظریه اطلاعات گره خورده است.

فصل نهم کتاب درباره «دگرگشت و فرگشت زبان» است. او به‌روشنی در این فصل درباره زبان انسان سخن می‌گوید که تفاوت چشمگیری با زبان حیوانات دارد و از قضا خاستگاه نظریه اطلاعاتی هم دارد. بد نیست اشاره کنیم که زبان‌شناسی در چند دهه اخیر به‌شدت با دانش‌های زاستاری میان‌رشته‌ای مانند فرگشت و نظریه اطلاعات و علوم شناختی و عصب‌شناسی درهم‌تنیده شده است. فصل دهم به «ویژه‌سازی سازوکار سلول» می‌پردازد و برای نمونه درباره بیماری‌ها و نگاه سلولی به آن سخن می‌گوید. فصل یازدهم درباره «فناوری زیست-اطلاعات» است و درواقع خاستگاه بیوتکنولوژی را نشان می‌دهد. این فصل نیم‌نگاهی هم به هوش مصنوعی یا هوش انسان‌ساخت دارد. اندکی هم مطالب ریاضی دارد که زیربنای پژوهش‌های نوین نظریه اطلاعاتی به شمار می‌رود. فصل دوازدهم هم با نام «نگاه به آینده» پیش‌بینی‌هایی درباره آینده فرگشت، هوش مصنوعی، انفجار اطلاعات و چند موضوع دیگر دارد. همچنین به تهدیدها و فرصت‌های پیش‌روی بشر می‌پردازد. در پایان هم سه پیوست درباره انتروپی یا درگاشت وجود دارد.

چند تعریف مهم

در این مقاله، به‌وفور از برخی واژگان استفاده کردیم و می‌خواهیم برای خوانندگان جوان و نوجوان‌مان که مشتاق آموختن هستند و چنین مقاله‌هایی را در کلاس‌های درسی‌شان دورهم‌خوانی می‌کنند، کمی بیشتر درباره معنای دانشی واژگان بگوییم. این بخش را هم از کتاب گران‌سنگ فرهنگ فیزیک روایت می‌کنیم که حاصل کار دو استاد پیش‌کسوت فیزیک، بصیره و کاشیگر است.

1- درگاشت: درگاشت یا انتروپی یا آن‌طورکه در زبان فارسی و برآمده (احتمالا) از زبان فرانسوی، آنتروپی، می‌گویند از دو بخش ساخته شده است. انتروپی از دو بخش «اِن» و «تروپی» درست شده است. بخش نخست به معنای (در/ درون) است و بخش دوم یعنی «تروپی» به معنای (گشت/ تبدیل) است. درگاشت را در فیزیک با نماد «S» نمایش می‌دهند. درگاشت در ترمودینامیک تابع حالتی با کاربرد فراوان است. کمیتی است که به تعبیری نمایش‌دهنده ناتوانی تبدیل انرژی گرمایی سامانه به کار مکانیکی است. در هر سامانه انجام‌دهنده فرایند تغییر برگشت‌پذیر درگاشت با رابطه‌ای نشان داده می‌شود که با دما و ترابرد انرژی نسبت دارد، با دما نسبت وارون و با ترابرد انرژی نسبت مستقیم. درگاشت در مکانیک آماری معیاری از بی‌نظمی هر سامانه و تابعی از احتمال با یک رابطه ساده اما ژرف فیزیکی است. رابطه‌ای که از دو بخش تشکیل شده است:

یکی ثابت بولتزمان و دیگری شمار ریزحالت‌های ترمودینامیکی احتمالی همخوان با حالت ترمودینامیکی سامانه. اجازه دهید توضیحی کوتاه درباره ویژگی‌ها و سودمندی‌های مفهوم درگاشت بگوییم: درگاشت برخلاف انرژی پایستار نیست. هر سامانه منزوی با گذشت زمان مسیری را می‌پیماید که ناگزیر به افزایش درگاشت می‌انجامد. می‌توان گفت که درگاشت «پیکان زمان» را به‌طور عینی نمایش می‌دهد. به‌طور تاریخی وجود تابع درگاشت نخست در نتیجه ریاضی «برابری کلاوزیوس» ظاهر شد. درواقع اگر سامانه‌ای بتواند میان دو حالت ترازمندی الف و ب با فرایندهای مختلف تبدیل برگشت‌‌پذیر انجام دهد و اگر مقدار گرمای جزئی را که در تماس با چشمه گرمایی با دمای معین می‌گیرد، داشته باشیم، آنگاه به این نتیجه می‌رسیم که کمیت درگاشت به نوعی فقط به دو حالت فرین الف و ب بستگی دارد.

2- ترمودینامیک: نخست اجازه دهید بگوییم واژه ترمودینامیک یعنی چه. این واژه از دو بخش ترمو به معنای گرما و دینامیک یا داینامیک به معنای پویایی ساخته شده است. ترمودینامیک شاخه‌ای از فیزیک است با موضوع مطالعه قانون‌های حاکم بر تبدیل انرژی از شکلی به شکل دیگر و نیز تحول هر سامانه فیزیکی‌-شیمیایی، با درنظرگرفتن تبادل‌های اتفاقی انرژی از هر نوع میان سامانه و محیط بیرون. در واقع ترمودینامیک درگیر رفتار سامانه‌هایی است که در آنها دما نقش بسیار مهمی دارد. از میان بنیان‌گذاران نخستین ترمودینامیک، «سادی کارنو»، «مایر»، «کلاوزیوس»، «ژول» و... اساسا به تبدیل‌های دوسویه کار مکانیکی و گرما توجه ویژه داشتند و انتخاب نام ترمودینامیک هم بدین‌ سبب بوده است.

در واقع قانون‌های بنیادین آن برآمده از دل تجربه‌های آزمایشگاهی بود و نتایج گوناگونشان، شیوه‌های تحلیل پدیده‌هایی است که درگیرشان هستند. ترمودینامیک را می‌توان در فیزیک، شیمی، مهندسی، زیست‌شناسی و حتی قانون‌های دانش‌های میان‌رشته‌ای به کار بست. پدیده آزمودنی که در دست باشد، ترمودینامیک می‌تواند ترازنامه انرژی آن را پیدا کند و سوی تحولی را که در پیش گیرد، نشان دهد. آنچه تاکنون فهمیده شده، در ترمودینامیک، تبدیل‌ها یا تحول‌های معروف به برگشت‌پذیر، تحول‌های آزمانی، کندگذر میان حالت‌های نزدیک به ترازمندی پیاپی هستند و به نام تحول‌های ایستانما از برتری ویژه‌ای برخوردارند. این ترمودینامیک «کلاسیک» است که گسترش پیدا کرده و ترمودینامیکی شده که فرایندهای برگشت‌ناپذیر را نیز در بر گرفته که در آن به بررسی سامانه‌های ناترازمند می‌پردازد.

3- انرژی: انرژی همان کارمایه است و ریشه یونانی دارد، به معنای نیروی در حال کنش. انرژی معیاری از توانایی هر سامانه برای انجام‌دادن کار است. افزایش یا کاهش کار به تغییر در حالت حرکت یا تغییر در مکان جسم در میدان نیروی بیرونی می‌انجامد؛ بنابراین لازم است در سامانه‌ها به انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی و تفاوت‌شان دقت شود.

درباره نویسنده

نوشتن از پروفسور جان اسکیلز ایوری برای ما آسان نیست. او دانشمندی است که هر دو نویسنده این مقاله سخت وامدار دانش و مهربانی او هستند. دانشمندی 90ساله که مهر ایران را هم در دل دارد. هر دو نویسنده این مقاله، این افتخار را داشتند تا در کنار مقاله‌هایی که از او ترجمه کرده‌اند و برخی در صفحه علم روزنامه شرق چاپ شده، کتاب «خاطرات تهران و بیرون» را با انتشارات پارسه چاپ کنند. این کتاب خاطرات پروفسور ایوری و خانواده‌اش از دوره اقامتشان در بیروت و تهران است. از نوشتن بیشتر درباره این کتاب می‌گذریم و فقط این نکته را یادآور می‌شویم که در جای‌جای این کتاب و در مقدمه‌ای که پروفسور برای نسخه فارسی کتابش نوشته، ایران‌دوستی موج می‌زند. پروفسور ایوری یکی از دوستداران فرهنگ و تمدن کهن ایران است و از جمله افراد شاخصی است که همواره با تحریم ایران مخالف بوده است. به‌راستی او اگرچه دانشمندی آمریکایی است که سال‌های زیادی است در دانمارک زندگی می‌کند و استاد بازنشسته دانشگاه کپنهاگ است، اما به‌واقع از فرزندان رشید ایرانشهر است. چراکه ایرانی کسی است که بیش از هر چیز مهر فرهنگ و تمدن این سرزمین را دارد.

جان اسکیلز ایوری استادتمام بازنشسته شیمی‌فیزیک نظری از دانشگاه کپنهاگ و انستیتو نیلز بور است. او در دو بخش شهرت بسزایی دارد. در جهان دانش به‌خاطر پژوهش‌هایش در شیمی کوانتومی، نظریه فرگشت و ترمودینامیک زبانزد است. در جهانِ کوشش‌های سیاسی-اجتماعی هم سمت‌هایی مانند مشاور سازمان ملل، مشاور سازمان بهداشت جهانی داشته و نیز از اعضای برجسته انجمن پوگواش نامور است. پروفسور ایوری در کنار مقاله‌های بسیاری که نوشته، بیش از 10 کتاب بسیار شاخص نوشته که یکی از آنها همین کتاب «نظریه اطلاعات و فرگشت» است که دیدگاهی کاملا نو را درباره فرگشت ارائه داده است. کتاب دیگر او که یکی از نویسندگان این مقاله، ح.ف، آن را با همکاری دوستی دیگر ترجمه کرده و هم‌اکنون تدریس هم می‌کند، «علم و جامعه» است. این کتاب دوره درسی بسیار عالی برای دانشگاه‌ها درباره تاریخ دانش و پیامدهای اجتماعی آن است. از دیگر موارد برجسته زندگی دانشی-اجتماعی ایوری، مخالفت سرسختانه او با جنگ‌افزارهای کشتارجمعی و نیز جنگ‌افزارهای هسته‌ای است. او از جنگ‌افزارهای هسته‌ای با نام «سازوکار شیطانی» نام می‌برد.

او به همراه عده زیادی از دانشمندان نام‌بردار، از پشتیبانان خلع سلاح هسته‌ای است و به‌شدت بر این نکته تأکید می‌کند که چنین جنگ‌افزارهایی نابودکننده تمدن بشر هستند. در کنار اینها، ایوری از نقدکنندگان وضعیت اقتصادی جهان است و بر این نکته تأکید دارد که افزایش بی‌رویه جمعیت، دست‌ آخر کره زمین را با چالش‌هایی بسیار دشوار روبه‌رو خواهد کرد، کمااینکه هم‌اکنون هم روبه‌رو کرده است. ایوری همچنین سنگ بنای یک نشریه تخصصی را با موضوع زیست‌انرژی و زیست‌غشا گذاشته که یکی از مقالات چاپ‌شده در آن جایزه نوبل هم کسب کرده است. نکته مهمی که می‌خواهیم در پایان این مقاله، نخست خطاب به خودمان و سپس خطاب به خوانندگان جوان بگوییم این است که زندگی پروفسور ایوری دو درس مهم دارد؛ نخست اینکه او دانشمندی است که همواره سمت مردم کره زمین ایستاده است و دیگر آنکه در تمام این 10سالی که ما افتخار همکاری و در واقع شاگردی او را داشتیم، او پیر بوده است؛ اما با تمام ناتوانی و بیماری‌اش هر روز چندین ساعت را به نوشتن و پژوهیدن اختصاص داده است. بیماری‌ها و پیری نتوانسته‌اند او را باز ایستانند. چه درسی مهم‌تر از کوشش مدام برای نسل جوان ایران و جهان. پروفسور ایوری به معنای واقعی کلمه فرزند راستین انسان هوشمندِ پایبند به ارزش‌های والای انسانی روی این سیاره است.