Ο δεύτερος θερμοδυναμικός νόμος και το βέλος του χρόνου(Μέρος 3)

Το βέλος του χρόνου στο έργο του Ilya Prigogine

Ο Ilya Prigogine στο περίφημο έργο του "Θερμοδυναμικά συστήματα μακράν της ισορροπίας" εξέτασε το σημαντικό ρόλο που παίζει στη φύση το βέλος του χρόνου, την διάκριση μεταξύ του παρελθόντος και του μέλλοντος μέσα στον φυσικό κόσμο.

Αξίζει να σημειωθεί ότι ο Ηράκλειτος υπήρξε ο πρώτος φιλόσοφος που υποστήριξε την ιδέα του γίγνεσθαι της φύσης, κάτι το οποίο, κατά τον Prigogine, κλείνει μέσα του τον σπόρο της ιδέας του βέλους του χρόνου.

Η θερμοδυναμική, που μελετά τον μακροσκοπικό κόσμο της εμπειρίας, είναι η επιστήμη που εξηγεί πώς δουλεύει η ατμομηχανή, πώς αναπτύσσονται οι έμβιοι οργανισμοί κ.ο.κ. Σε όλα αυτά τα φαινόμενα η ροή του χρόνου γίνεται εμφανής στην τάση του συστήματος να περνάει από την τάξη προς την αταξία. Εκείνο που έχει ιδιαίτερη σημασία εδώ είναι ότι πρόκειται για μια διαδικασία η οποία δεν μπορεί ποτέ να γυρίσει προς τα πίσω. Έτσι, οι φυσικές διαδικασίες, όπου υπάρχει μια συνεχής απώλεια ενέργειας με τη μορφή θερμότητας, είναι μη αναστρέψιμες.

Αυτή ακριβώς την ιδέα εκφράζει ο περίφημος δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής: Σύμφωνα με τον νόμο αυτόν, οποιαδήποτε φυσική διαδικασία συμβαίνει σε ένα απομονωμένο σύστημα θα πρέπει να συνοδεύεται από την αύξηση της εντροπίας. Η εξέλιξη ακριβώς αυτή, που δεν πάει ποτέ προς τα πίσω αλλά μόνο προς τα μπρος, αποτελεί μια σαφή ένδειξη του βέλους του χρόνου.

Όταν τώρα η μοριακή εντροπία φθάσει στον μέγιστο βαθμό, όταν λ.χ. η κατανομή των μορίων στο φλιτζάνι του καφέ όπου βάλαμε και γάλα γίνει ομοιόμορφη, τότε λέμε ότι το μείγμα βρίσκεται στην κατάσταση της ισορροπίας. Εδώ χάνεται η δυνατότητα για περισσότερη ανάμειξη. Κάτι ανάλογο ισχύει και για ολόκληρο το Σύμπαν, το οποίο αποτελεί ένα απομονωμένο σύστημα. Έτσι, όταν η εντροπία του Σύμπαντος φθάσει στη μέγιστη τιμή, στην κατάσταση δηλαδή της θερμοδυναμικής ισορροπίας, θα επέλθει ο λεγόμενος θερμικός θάνατος. Όλα αυτά αφορούν βεβαίως συστήματα που βρίσκονται σε κατάσταση ισορροπίας.

Ο Prigogine λέει, ότι στην αρχή αποδέχτηκε τη λύση του Boltzmann και είχε την πεποίθηση πως οι θεμελιώδεις νόμοι της φυσικής είναι αντιστρεπτοί ως προς το χρόνο. «Πίστευα, όπως όλοι, ότι υπάρχει μη αντιστρεπτότητα αλλά πρέπει να προέρχεται από προσεγγίσεις που είμαστε αναγκασμένοι να κάνουμε στους βασικούς κανόνες που είναι χρονικά αντιστρεπτοί. Πίστευα δηλαδή πως η εμφάνιση της μη αντιστρεπτότητας οφείλεται σε άγνοιά μας και στις δικές μας προσεγγίσεις».

Ωστόσο, τονίζει πως «οι μελέτες συστημάτων μακριά από την ισορροπία με οδήγησαν στην πεποίθηση ότι αυτή δεν μπορεί να είναι η σωστή άποψη. Η μη αντιστρεπτότητα παίζει εποικοδομητικό ρόλο. Δημιουργεί μορφή. Δημιουργεί ανθρώπινα όντα. Πώς θα μπορούσε η απλή άγνοιά μας για τις αρχικές συνθήκες να είναι η αιτία γι ' αυτό; Η άγνοιά μας δεν μπορεί να είναι η αιτία που υπάρχουμε».

Άρχισε λοιπόν να πιστεύει ότι δεν είναι τα πράγματα πάντα έτσι, δεν είναι δηλαδή απαραίτητο πάντα στην πορεία ανάπτυξης των συστημάτων να συντελείται μια πορεία από την τάξη προς την αταξία: μπορεί σε κάποιες περιπτώσεις, κατά τον Prigogine, το βέλος του χρόνου να είναι μια πηγή τάξης. Με άλλα λόγια, μέσα από την αταξία μπορεί να πηγάσει η τάξη με τη μορφή της αυτοοργάνωσης.

Το ερώτημα λοιπόν που έθεσε ο Prigοgine είναι το εξής: Το βέλος του χρόνου προκύπτει ως αποτέλεσμα απλώς μιας φαινομενολογικής προσέγγισης των φυσικών διαδικασιών ή μήπως αποτελεί ένα θεμελιώδες στοιχείο, το οποίο οφείλουμε να ενσωματώσουμε στις περιγραφές αυτών των διαδικασιών;

Πώς όμως είναι δυνατόν να συμβεί κάτι τέτοιο; πώς μπορούν οι μη αναστρέψιμες διαδικασίες να προκαλέσουν την αυτοοργάνωση;

Η απάντηση του Prigogine φανερώνει - όπως ο ίδιος επισημαίνει - τον δεσμό που υπάρχει ανάμεσα στο βέλος του χρόνου και στη δυνατή ανάπτυξη των δομών. Αυτό, όπως διευκρινίζει, είναι κάτι που μπορεί να συμβεί με έναν τρόπο εντυπωσιακό στα συστήματα μακράν της ισορροπίας, όπου «το σύστημα αρχίζει να εξερευνά νέες δομές, νέα είδη χωροχρονικής οργάνωσης», που με ένα όνομα ονομάζονται δομές έκλυσης. Τέτοιες είναι αυτές που πραγματοποιούνται στις χημικές αντιδράσεις, οι οποίες όσο βρίσκονται σε κατάσταση ισορροπίας είναι γραμμικές.

Όταν όμως ένα χημικό σύστημα, το οποίο προηγουμένως βρισκόταν σε κατάσταση ισορροπίας, φθάσει πέρα από ένα σημείο κρίσιμης απόστασης από την ισορροπία, εμφανίζεται το εξής εκπληκτικό φαινόμενο: μια διχαλωτή διακλάδωση κάνει την εμφάνισή της και τότε η χημική αντίδραση πρέπει να «κάνει μια επιλογή» ως προς τον δρόμο που θα ακολουθήσει. Δεν είναι δηλαδή δυνατόν εκ των προτέρων να γνωρίζουμε ή να προβλέψουμε ποιο από τα δύο μονοπάτια θα επιλέξει κάθε φορά.

Στο σημείο ακριβώς αυτό το σύστημα αρχίζει να εμφανίζει νέες δομές, νέα είδη χωροχρονικής οργάνωσης. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα διχαλωτής διακλάδωσης είναι αυτό που προκύπτει όταν θερμάνουμε ένα λεπτό στρώμα υγρού ανάμεσα σε δύο γυαλιά. Η θερμότητα μπορεί να προκαλέσει τη δημιουργία οργάνωσης με τη μορφή σχημάτων κερήθρας (εξάγωνα κουτάκια). Όσο μεγαλύτερη μάλιστα είναι η παροχή θερμότητας τόσο πιο εξωφρενική είναι η ταχύτητα των μορίων του υγρού που θερμαίνεται. Η θερμοκρασία στην οποία εμφανίζονται τα εξαγωνικά σχήματα είναι το σημείο διακλάδωσης. Εδώ το θερμοδυναμικό σύστημα μπορεί να επιλέξει τον δρόμο που θα ακολουθήσει. Οταν μάλιστα τα κλαδιά είναι περισσότερα από δύο, τότε προκύπτει μια πολύ απρόβλεπτη συμπεριφορά, γνωστή ως ντετερμινιστικό χάος. Εδώ ανοίγεται ένα εκθαμβωτικό φάσμα συμπεριφορών λόγω των αναρίθμητων δυνατών καταστάσεων. H συμπεριφορά αυτή περιγράφεται από τον «παράξενο ελκυστή», ο οποίος είναι κάτι σαν στόχος για το βέλος του χρόνου.

Με βάση λοιπόν τα ανωτέρω, στα θερμοδυναμικά συστήματα η εικόνα που παρουσιάζεται είναι η εξής: Σε καταστάσεις μακράν της ισορροπίας η ύλη μπορεί να συμπεριφερθεί με θαυμαστούς τρόπους, όπου εμφανίζονται περιπτώσεις αυτοοργάνωσης, αυθόρμητης ανάπτυξης συστημάτων και δομών· όλα αυτά συνοδεύονται από την εμφάνιση απείρων δυνατοτήτων και επιλογών, που καθιστούν μη προβλέψιμη τη μελλοντική εξέλιξη του συστήματος. Καταλύεται έτσι η έννοια του ντετερμινισμού της νευτώνειας φυσικής, το μέλλον αποκτά ένα χαρακτήρα δημιουργικής ελευθερίας, η ύλη εμφανίζει ένα δυναμικό χαρακτήρα και απαλλάσσεται από τους περιορισμούς της κλασικής αντίληψης της αδρανούς ύλης.

Τέλος, εκείνο που έχει ιδιαίτερη σημασία είναι ότι στη δυναμική αυτή εικόνα του φυσικού κόσμου ο χρόνος αποβαίνει ένα εγγενές στοιχείο των διαδικασιών μέσα από τις οποίες ανοίγεται ένας άπειρος κόσμος δυνατοτήτων. Σύμφωνα με τον Prigogine ο χρόνος είναι πραγματικός και είναι συνυφασμένος με το γίγνεσθαι του φυσικού κόσμου. Για να κατανοήσουμε λοιπόν τη φύση του χρόνου θα πρέπει να καταλάβουμε ότι δεν υπάρχει χρόνος χωρίς γίγνεσθαι, και ταυτόχρονα ότι χρόνος και γίγνεσθαι θεμελιώνονται πάνω σε έναν κόσμο άπειρων δυνατοτήτων, έναν κόσμο ανοιχτό στο μέλλον.

Για το τέλος δίνουμε αυτό που ονομάζεται αίτημα του Prigogine. «Όλοι οι νόμοι της φυσικής πρέπει να είναι συμβατοί με την ύπαρξη του βέλους του χρόνου". Και αυτό σημαίνει πως πρέπει οι νόμοι να αναδιατυπωθούν ώστε πρώτον να περιέχουν το βέλος του χρόνου (να μην είναι δηλαδή συμμετρικοί ως προς τον χρόνο) και δεύτερον τα διάφορα επίπεδα περιγραφής να οδηγούν στην ίδια μελλοντική κατάσταση.