ما هو القانون الثاني للديناميكا الحرارية؟
يعني القانون الثاني للديناميكا الحرارية أن الأشياء الساخنة تبرد دائمًا ما لم تفعل شيئًا لوقفها. ويعبر القانون عن حقيقة أساسية وبسيطة حول الكون: وهي أن الفوضى، التي توصف بأنها كمية تُعرف باسم الإنتروبيا، تتزايد دائمًا.
وجه عالم الفيزياء الفلكية البريطاني آرثر إدينجتون تحذيرًا صارمًا لمن يطمحون إلى أن يصبحوا فيزيائيين نظريين في عام 1915.
حيث كتب: “إذا تبين أن نظريتك تتعارض مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية، فلن أمنحك أي أمل؛ فلا يوجد شيء سوى الانهيار في أعمق درجات الإذلال”.
شرح القانون الثاني للديناميكا الحرارية
ربما يكون القانون الثاني للديناميكا الحرارية هو الأكثر عمقًا بين القوانين الثلاثة للديناميكا الحرارية. ويمكن التعبير عن أهميته على أفضل وجه من خلال رسم مخطط لموقف ينتهكه.
تخيل وضع 20 عملة معدنية، ووجهها لأعلى، على صينية، وتصويرها أثناء هزها ثم تشغيل الفيلم في الاتجاه المعاكس.
تبدأ العملات المعدنية كفوضى مختلطة، لكنها تقفز جميعًا وتستقر في النهاية بنفس الوجه لأعلى – تسلسل غير واقعي ومخيف بعض الشيء.
وبالمثل، تخيل صفار البيض وبياضه يتجمعان من جديد بعد فتحه، أو حتى عالماً حيث يسهل عليك تجميع الجوارب في أزواج مناسبة كما يسهل عليك خلطها معاً.
إن جذور الديناميكا الحرارية تكمن في الجهود المبذولة لفهم المحركات البخارية التي كانت المحرك للثورة الصناعية في أوروبا في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر. فقد اكتشف المهندس الفرنسي سادي كارنو أن حرارتها تميل دائماً إلى التبدد، وتنتقل إلى مناطق أكثر برودة.
وأي شيء يتعارض مع هذا الاتجاه يتطلب طاقة إضافية لتشغيله. ويرجع هذا أيضاً إلى أن الجزيئات المتدافعة في شيء ساخن تكون أكثر اضطراباً من جزيئات شيء بارد.
إن زيادة الإنتروبيا عالمية إلى الحد الذي يجعل العديد من علماء الفيزياء يقترحون أن هذا هو السبب وراء رؤيتنا للوقت يتدفق. ومن المؤكد أن هذا هو السبب وراء ضرورة ضخ قلوبنا للدم باستمرار، وتزويد خلايانا بالطاقة كإقامة مؤقتة ضد بداية التحلل والاضطراب الحتمية.
هل هناك أي مخرج؟ ربما. إن قوانين الديناميكا الحرارية لا تصمد إلا كمتوسطات إحصائية، ويعتقد البعض أن القانون الثاني لن يكون بهذه الدرجة من الصرامة على المقاييس الصغيرة جداً للفيزياء الكمومية حيث تشارك جزيئات قليلة.
بل إن بعض علماء الفيزياء يعتقدون أن الآلات الكمومية قد تثني القواعد أو تتسبب في صياغتها في شكل جديد.
إقرأ أيضاً… ما هو التمدد الحراري؟
الديناميكا الحرارية والثقب الأسود
قد لا يكون لهذا فائدة عملية كبيرة على المقاييس الكبيرة، ولكن إحدى الحالات التي تدخل فيها الديناميكا الحرارية الكمومية حيز التنفيذ هي عند أفق الحدث لثقب أسود – لذلك يمكن أن تساعد في حل اللغز الدائم حول كيفية توحيد النسبية العامة مع نظرية الكم.
يحدد القانون الثاني في شكله الكلاسيكي أيضًا المصير النهائي للكون. مع زيادة الإنتروبيا، في النهاية لن يكون هناك المزيد من النظام لصنع الفوضى، وفي النهاية ستتوقف الأشياء المثيرة للاهتمام عن الحدوث – “موت حراري” طويل وبطيء.
أو ربما لا. تتنبأ سيناريوهات أخرى بنهاية أكثر دراماتيكية. وقد توصل مؤسس الديناميكا الحرارية الإحصائية الكلاسيكية إلى نظرية غريبة في عام 1896.
زعم لودفيج بولتزمان أنه في حالة وجود وقت كافٍ في كون كبير بما فيه الكفاية، فقد تؤدي التقلبات بشكل عشوائي إلى إنشاء كون فرعي يشبه عالمنا.
والأكثر منطقية، قد تخلق دماغًا يعتقد أنه موجود في مثل هذا الكون – ويعتقد أن الإنتروبيا في ارتفاع دائمًا. في هذه الحالة، قد تكون كل اليقينيات الثابتة في الديناميكا الحرارية مجرد وهم.
