Ο ΗΡΑΚΛΕΙΤΟΣ ΚΑΙ Η ΑΡΧΗ ΤΗΣ ΜΗ ΑΝΑΣΤΡΕΨΙΜΟΤΗΤΑΣ

Δρ. Χημικός Μηχανικός Πασχάλης Χριστοδούλου

Θα ήθελα να εκφράσω την άποψη ότι ο πρώτος και ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής είναι το αποτέλεσμα μακράς φιλοσοφικής έρευνας, και εν σπέρματι διατυπώθηκαν από τους προσωκρατικούς Έλληνες φιλοσόφους (πίνακας 1). Ο Ηράκλειτος ο Εφέσιος, ο αποκαλούμενος Σκοτεινός και επίσης ο φιλόσοφος του πυρός, εξέφρασε την αρχή της μη αναστρεψιμότητας λέγοντας: «Ουκ αν εμβαίης δις τοις αυτοίς ποταμοίς, ου γαρ ρέουσι τα αυτά ύδατα», (”Δεν μπορείς να μπεις δύο φορές στους ίδιους ποταμούς,
γιατί δεν ρέουν τα ίδια νερά”). Με τη λέξη ύδατα εννοούσε επίσης τις συνθήκες που ποτέ δεν είναι οι ίδιες αλλά πάντα αλλάζουν. Εννοούσε επίσης τον χρόνο.

Ένα άλλο περίφημο απόσπασμα του Ηράκλειτου που συμπεριλαμβάνει τον πρώτο και δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής είναι: «Κόσμον τόνδε, τον αυτόν απάντων, ούτε τις θεών ούτε ανθρώπων εποίησεν αλλ’ήν αεί και εστίν και έσται πυρ αείζωον, απτόμενον μέτρα και αποσβεννύμενον μέτρα» (Αυτόν τον κόσμο που είναι ο ίδιος για όλα τα όντα, ούτε κάποιος θεός ούτε άνθρωπος τον έκανε αλλά ήταν πάντα και είναι και θα είναι πυρ αείζωο. που ανάβει με μέτρο και σβήνει με μέτρο). Εάνυποκαταστήσουμε τη λέξη “πυρ” με τη λέξη “ενέργεια” φθάνουμε σε πολύ ενδιαφέροντα συμπεράσματα.

Ένα άλλο απόσπασμα που περιγράφει τις τέσσερεις καταστάσεις της ύλης δηλαδή την στερεή, την υγρή, την αέριο και την αέριο σε διάπυρη κατάσταση (πουαντιστοιχούν στις λέξεις γη. ύδωρ, αήρ, πυρ) είναι το ακόλουθο[i]: “Το πυρ ζει από τον θάνατο του αέρα, και ο αέρας ζει τον θάνατο του πυρός, το ύδωρ ζει από τον θάνατο της γης, και η γη από τον θάνατο του ύδατος” και η περιγραφή της ψυχρής, θερμής, υγρής και ξηρής κατάστασης της ύλης[ii]: “Τα ψυχρά γίνονται θερμά και ότι είναι θερμό γίνεται ψυχρό ότι είναι υγρό ξηραίνεται, και το ξηρό υγραίνεται″.

Ένα άλλο χωρίο του Ηράκλειτου μπορεί να ερμηνευθεί με τον τρόπο σκέψης ενός θερμοδυναμικού που γνωρίζει ότι χωρίς διαφορά θερμοκρασίας, πίεσης, συγκέντρωσης κ.λ.π. δεν υπάρχει ροή[iii]. (Πόλεμος (διαφορά) είναι ο πατέρας και ο Βασιλιάς όλων και μερικούς έκανε θεούς και άλλους ανθρώπους, μερικούς δούλους και άλλους ελεύθερους). Αυτό μας θυμίζει την ελεύθερη ενέργεια του Gibbs. Toγινόμενο της εντροπίας και της απόλυτης θερμοκρασίας είναι η δεσμευμένη ενέργεια εντός ενός συστήματος (ανέργεια).

Το παίξιμο των ζαριών είναι η βάση της θεωρίας της στατιστικής[iv]. “Ο χρόνος είναι παιδί που παίζει ζάρια, «του παιδιού η Βασιλεία». Η αρχή της αβεβαιότητας καιτης ασαφούς λογικής[v]: “Στο ίδιο νερό των ποταμών μπαίνουμε και δεν μπαίνουμε, και βρισκόμαστε μέσα και δεν βρισκόμαστε” και[vi] “Το σοφό είναι ένα μόνο, θέλει και δεν θέλει να ονομάζεται με το όνομα του Διός”. Επίσης και για το θέμα μας που είναι ο διαχωρισμός[vii]: “Ακόμη και ο χυλός διαχωρίζεται εάν δεν αναδεύεται″.

Το γεγονός ότι ο διαχωρισμός πολύτιμων συστατικών από άλλα λιγότερο επιθυμητά απαιτεί τεράστια προσπάθεια και ενέργεια, εκφράστηκε επίσης από τον Ηράκλειτο:[viii] “Αυτοί που ψάχνουν για χρυσάφι, πολύ χώμα σκάβουν και λίγο βρίσκουν”. Ο Ηράκλειτος με τον α­ξιωματικό τρόπο που διατυπώνει τις έννοιες προείπε την εξέλιξη των μαθηματικών και φυσικών επιστημών του 19ου και 20ου αιώνα που κέρδισαν ακρίβεια και διαύγεια με τις αξιωματικές μεθόδους.

Ο Εμπεδοκλής, ο Παρμενίδης, ο Αναξαγόρας και ο Δημόκριτος (460-390 π.Χ.) εξέφρασαν την αρχή της διατηρήσεως της μάζας και της ενέργειας μ’ αυτά τα λόγια[ix]: “Τίποτε δεν γεννιέται από το τίποτε και τίποτε δεν φθείρεται στο τίποτε”.

Είναι ενδιαφέρον ότι οι περισσότερες λέξεις που χρησιμοποιούνται στη θερμοδυναμική, όπως και σε άλλες επιστημονικές περιοχές είναι Ελληνικής προέλευσης. Μερικές απ’ αυτές προέρχονται απ’ ευθείας από την αρχαία Ελληνική γραμματεία, όπως η ενέργεια και η οικονομία και μερικές διατυπώθηκαν από σύγχρονους επιστήμονες που χρησιμοποίησαν Ελληνικά λήμματα όπως η “εντροπία” που την εισήγαγε ως έννοια ο Clausius και σημαίνει εκείνο το μέρος της ενέργειας που επιστρέφει εντός του συστήματος και δεν είναι πλέον διαθέσιμο. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η έννοια της εξέργειας. που διατυπώθηκε το 1952 από τον Rant από τις λέξεις “εξ” και “έργον” που σημαίνει εκείνο το μέρος της ενέργειας που είναι διαθέσιμο να παράγει έργο. Η εξέργεια (Ε) προσδιορίζεται από τις συνθήκες του περιβάλλοντος:

E = H-H_ο-T_ο(S-S_ο) όπου Η = Ενθαλπία, Τ = απόλυτος θερμοκρασία, S = Εντροπία και ο δείκτης ₀ αναφέρεται στις συνθήκες του περιβάλλοντος.

Βιβλιογραφία

Αξελός Κώστας (1974). Ο Ηράκλειτος και η Φιλοσοφία, Εξάντας, Αθήνα

Christodoulou P. (1996) Energy Economy Optimization in the separation processes of sucrose - water and non - sugars. Science Award winner presentation at the SPRI Conference in New Orleans, Proc. SPRI, 1-23

Χ.Α Λαμπρίδης, Ηράκλειτος (1991) Πάτραι, Βιβλιοπωλείον «Κλειώ»

---

[i] «Ζη πυρ τον γης θάνατον και αήρ ζη τον πυρός θάνατον, ύδωρ ζη τον αέρος θάνατον, γη τον ύδατος»

[ii] «Τα ψυχρά θέρεται, θερμόν ψύχεται, υγρόν αυαίνεται, καρφαλέον νοτίζεται»

[iii] «Πόλεμος πάντων μεν πατήρ έστι, πάντων δε βασιλεύς, και τους μεν θεούς έδειξε τους δε ανθρώπους, τους μεν δούλους εποίησε τους δ’ελευθέρους»

[iv] «Αιών παις εστί παίζων, πεσσεύων, παιδός η βασιληίη»

[v] «Ποταμοίς τοις αυτοίς εμβαίνομεν τε και ουκ εμβαίνομεν, είμεν τε και ου είμεν»

[vi] «Εν το σοφόν μούνον λέγεσθαι ουκ εθέλει και εθέλει Ζηνός όνομα»

[vii] «Και ο κυκεών διίσταται μη κινούμενος»

[viii] «Χρυσόν οι διζήμενοι γην πολλήν ορύσσουσι και ευρίσκουσιν ολίγοις»

[ix] «Ουδέν εκ του μη όντος γίγνεσθαι ουδέν εις το μη ον φθείρεσθαι»

Πίνακας Ι. Περίγραμμα και εξέλιξη της Θερμοδυναμικής
Όνομα	Χρόνος	Κύρια Συμβολή
Ηράκλειτος	544 - 483 π.X.	Ουκ αν εμβαίης δις τοις αυτοίς ποταμοίς (2. νόμος), αρχή μη αντιστρεπτού
Ξενοφών	430 - 354 π.Χ.	Οικονομία
Δημόκριτος	460-390 π.X.	Ουδέν εκ του μη όντος γίγνεσθαι, ουδέν εις το μη ον φθείρεσθαι (1. νόμος)
Αριστοτέλης	384 - 322 π.X.	Ενέργεια, Δύναμη, Εντελέχεια
Lavoisier	1743- 1794	Νόμος διατηρήσεως της ύλης
Fourier	1768- 1830	Αναλυτική θεωρία της θερμότητας
Carnot	1796- 1832	2. Νόμος της Θερμοδυναμικής-Συντελεστής Carnot
Mayer	1814- 1878	1. Νόμος της Θερμοδυναμικής (Η ενέργεια διατηρείται)
Joule	1818- 1889	Μηχανικό Ισοδύναμο της Θερμότητας
Helmoltz	1821 - 1894	Διατήρηση της ενέργειας
Clausius	1822- 1888	Εντροπία (1865)
Thomson (Kelvin)	1824- 1888	Απόλυτος κλίμακα Θερμομέτρου
Maxwell	1831 - 1879	Ηλεκτρομαγνητική θεωρία
Gibbs	1839- 1903	Ελεύθερη Ενέργεια, Χημικό Δυναμικό
Nernst	1864- 1941	3. Νόμος της θερμοδυναμικής. Το απόλυτο μηδέν δεν είναι εφικτό,Nobel Χημείας 1920
Boltzmann	1844-1906	S=klnW Η εντροπία είναι ανάλογος προς το φυσικό λογάριθμο της πιθανότητας (W) σεWmax = 1 προκύπτει S=0
Plank	1858- 1947	Ακτινοβολία του μέλανος σώματος, Nobel Φυσικής 1918
Καραθεοδωρή	1853- 1950	Αρχή του αδιαβατικού τοιχώματος (2. νόμος χωρίς την έννοια της θερμότητας). (1909)
Einstein	1879-1955	E=m*cm2 Nobel Φυσικής 1921
Onsager	1903-1976	Nobel Χημείας 1968, μη αντιστρεπτή θερμοδυναμική
Shannon	1940	Ι=kInW (Ι=πληροφορία)
Rant	1952	Εξέργεια, Ανέργεια
Landau	1962	θεωρία ιδιοτήτων υγρού στοιχείου ηλίου NobelΦυσικής 1962
Feynmean, Schwinger,Tomonaga	1965	Ηλεκτροδυναμική quantum, Nobel Φυσικής 1965
Prigogine	1977	Nobel Χημείας 1977, μη αντιστρεπτή θερμοδυναμική, συστήματα εκτός ισορροπίας
Kapitza, Penzias,Wilson	1978	Nobel Φυσικής 1978, υπερυγρό ισότοπο ηλίου He-2, φυσική χαμηλών θερμοκρασιών. Ακτινοβολία του Big Bang στο διάστημα 3.1 Kelvin.
Lee,RichardsonOsserof	1996	Nobel Φυσικής 1996, ροή υγρού ισοτόπου ηλίουHe-3 στους - 273oC

Ο Πίνακας 1 περίγραμμα και εξέλιξη της θερμοδυναμικής ανάγει την πρώτη διατύπωση εν σπέρματι των εννοιών της θερμοδυναμικής στους αρχαίους Έλληνες φιλοσόφους Ηράκλειτο, Δημόκριτο και Αριστοτέλη.

Η θερμοδυναμική έχει άμεση σχέση με την πληροφορική, την στατιστική και την θεωρία των πιθανοτήτων (Boltzmann 1844-1906).

ΠΗΓΗ