فلسفه و تاریخ علم

دما چیست؟ حرارت چیست؟

Temperature - دماسنج
نوشته شده توسط عرفان کسرایی

این پرسش در نگاه اول ممکن است خیلی ساده و بدیهی به نظر برسد.
حرارت همان چیزی است که در یک روز تابستانی زیر نور خورشید یا در یک روز سرد زمستان مثلا کنار بخاری حس می کنیم. شیر آب گرم یا سرد را باز می کنیم و با آب ولرم دوش می گیریم. غذا را روی اجاق گذاشته و گرم می کنیم. اما هیچ فکر کرده اید که در حقیقت در این بین چه اتفاقی می افتد که بعضی چیزها را گرم و بعضی چیزها را سرد ارزیابی می کنیم؟
ھایزنبرگ فیزیکدان آن گونه که خود شرح می دهد طی مباحثه ای با بوهر در تفسیر مفھوم دما از وی می پرسد : آیا دما یک خاصیت عینی نیست؟ ما ھمیشه فکر می کردیم که گزارهء “دمای چای درون این کتری ٧٠ درجه است” به یک واقعیت عینی اشاره می کند. یعنی ھر کس که دمای درون این کتری را اندازه بگیرد عدد ٧٠ را قرائت خواھد کرد و فرقی نمی کند که این اندازه گیری را چگونه انجام دھد . از طرف دیگر، اگر دما فقط میزان دانش یا جھل شخص را نسبت به حرکت مولکولھای درون چای تعریف کند، آنگاه حتی اگر وضعیت واقعی دستگاه یکسان باشد، ممکن است ناظرھای مختلف مقادیر متفاوتی برای دما قرائت کنند. چون به ھر حال سطح دانش ناظرھای مختلف ممکن است با ھم فرق داشته باشد.
از دیدگاه فیزیکی یا بهتر بگوییم ترمودینامیکی؛ دما معیاری است از میانگین انرژی جنبشی مولکولھا یا اتمھا در یک جسم . البته ما در دنیای ماکروسکوپیک و در زندگی روزمره ؛ نه انرژی جنبشی ذرات را می بینیم و نه اتفاقی که در سطح اتمی می افتد. ما تنها اشیایی را مشاهده و لمس می کنیم که به نظرمان گرم یا سرد هستند. از نظر ترمودینامیکی طبق قانون پایستگی انرژی ؛ حرارت یک صورت از انرژی است که می تواند از حالتی به حالت دیگر تبدیل شود. مثلا بخار آب داغ می تواند پره یک توربین را به حرکت در آورد یا بالعکس می توان با یک عمل مکانیکی مانند ساییدن سمباده روی سطح فلز ؛ حرارت فلز را بالا برد. ضمن اینکه نباید فراموش کنیم که طبق قوانین فیزیک؛ انرژی نه خلق و نه نابود می شود و بنابراین ؛ انرژی حرارتی که روی اجاق ؛ کف ماهیتابه را داغ می کند به نوعی بخشی از انرژی تابشی خورشید یا انرژی حرارتی هسته داغ یک ستاره بوده است.
اما تعریف فیزیکی دما با آنچه که ما به عنوان انسان ادراک می کنیم متفاوت است. اساسا آنچه که در انسان به مثابه کیفیت دما ادراک می شود در مغز روی می دھد. در بخشھای خاصی از مغز بخصوص در ناحیه پیش بصری یا همان قدامی ھیپوتالاموس در قاعده مغز، نورونھایی ھستند که در واقع نوعی ترموستات عصبی به شمار می روند؛ زمانی که دمای این نورون ھا تغییر کند تغییری نیز در عملکردشان روی می دھد. این نورونھا ھم نقش دماسنج درونی را دارند و ھم نقطه تنظیم تعادل حیاتی را حفظ می کنند.
وقتی دمای این نورونھا از سطح طبیعی عدول کند سوخت و سازشان تغییر می کند و در نتیجه الگوی فعالیت یا شلیک عصبی آنھا عوض می شود. به تبع آن احساس ھوشیارانه ای از گرما یا سرما در شخص بوجود می آید. زمانی که احساس گرما می کنیم نسیمی خنک، احساس مطبوعی به ما می بخشد؛ اما ھمین که دمای درونی تغییر کند ادراک ما از این وقایع بیرونی نیز تغیر می کند. گرچه در موقعیت ھایی که احساس گرما یا سرمای شدیدی می کنیم دمای بدن معمولا یکی دو درجه تغییر کرده است، اما میزان تغییر دمای مغز که موجب چنین احساسی شده تغییری است جزئی و نه در حد میزان تغییر دمای بدن.
می توان با تغییر دمای بعضی نورون ھای ھیپوتالاموس، مغز را فریب داد و احساس گرما یا سرما در آن بوجود آورد. به ھر ترتیب؛ آنچه که مسلم است تفاوت بنیادین احساس و ادراک فیزیولوژیک حرارت با خود مفھوم حرارت، گرما یا دما از دیداه فیزیکی است.
یک اتفاق جالب این است که محرک احساس دما، حرارت پوست بدن است و گیرنده ھای مربوط به آن، نورونھایی ھستند که انتھای آزاد آنھا درست زیر پوست قرار دارد. در مرحله نیروگردانی، وقتی حرارت پوست کاھش می یابد گیرنده ھای سرما (cold receptors) و زمانی که دمای پوست افزایش یابد گیرنده ھای گرما (warm receptors) تکانهء عصبی ایجاد می کند، بنابر این کیفیت ھای مختلف دما اصولا بر حسب نوع گیرنده ھای فعال شده رمزگردانی میشوند. با این حال این اختصاصی بودن واکنش عصبی محدودیت ھایی دارد، بدین معنی که گیرنده ھای سرما نه تنھا به درجات پایین حرارت بلکه به دماھای بسیار بالا (بالاتر از ۴۵ درجه سانتیگراد) نیز پاسخ می دھند. در نتیجه ھر محرک بسیار داغ ھر دو دسته گیرنده ھای گرما و سرما را فعال می کند و این موجب احساس داغی میشود.
نویسندگان کتاب ترمودینامیک معروف به ون وایلن درباره مفهوم انرژی می نویسند: انرژی از مفاھیم مجردی است که انسان برای برخی مشاھدات خود آن را ابداع کرده است. زمانی که از انرژی صحبت می کنیم یک ادراک کلی را در نظر داریم که مستقل از تحلیل ھای آماری است. به بیان دیگر دیدگاه ما نسبت به انرژی به گونه کاملا محرزی مستقل از این مساله است که تعبیر ماکروسکوپیک آن، بواسطه کاربرد آمار در رفتار تعدادی مولکول بدست آمده است.

درباره نویسنده

عرفان کسرایی

کسرایی، عضو انجمن فلسفه علم آلمان و پژوهشگر مطالعات علم و فناوری در دانشگاه کاسل است
زمینه های پژوهشی او عبارتند از:
-فلسفه فیزیک؛ منطق مدلسازی در ریاضیات مهندسی
-ارتباطات علم و جامعه شناسی شبه علم در ایران
-تاریخ فیزیک مدرن در قرن بیستم

دیدگاه شما چیست