طريقة الباحثين لنقض قانون الديناميكا الحرارية الثاني
لأكثر من قرنٍ ونصفِ القرن على عمر الفيزياء، فإن لقانون الديناميكا الحرارية الثاني مكانةً أقرب مما تكون لعدم نقضها، على عكس باقي القوانين التي نعرفها.
حيثُ ينصُّ القانون على أنَّ: الانتروبيا أو (الفوضى/التبدّد) هي في حالة ازديادٍ دائم.ففي هذا الكون، الفوضى تسود.
** ومن الجدير بالذكر بأن الإنتروبيا مفهوم مُجرّد لذا يصعب توصيفه، لكن مع ذلك فقد تعامل العلماء معه في ذلك الحين بشكل حدسي، فهم فقط بحاجة إلى أن يشيروا بشكل عقلي إلى الحالات الموجودة بشكل فعلي، كالفوضى، والتبدّد، والفقد في الطاقة أو المعلومات.
المصدر 1″ مفهوم الانتروبيا
بيدَ أنَّ الباحثينَ مع مختبر آرجون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE’s) أعلنوا مؤخرًا بأنهم قد اكتشفوا ثَغرةً في هذا القانون الشهير.
وقد نُشرَت نتائج بحثهم في التقارير العلمية، مُمهدّةً الطريق لإمكانية نقض هذا القانون إذا ما وُضع تحت المِجهر.
ويرتكز القانون الثاني في الثروموديناميك على ما تُسمّى “نظرية الكتلة”، والتي تقول بأننا لو قُمنا بفتحِ بابٍ بين غُرفتين إحداهما حارّة والأٌخرى باردة، فسوفيحدث بينهما تبادُلٌ حراريّ، حتى يصلان في النهاية إلى توازنٍ حراريٍ فاترٍ؛ وبالتالي فإن الغرفة الساخنة لن تزداد سُخونةً أبدًا.
ولكن حتّى في القرن العشرين، ومع معرفتنا بميكانيكا الكمّ المتقدِّمة، فإننا لم نُدرك بشكلٍ كامل التفسير الفيزيائي الأساسي لـ “نظرية الكتلة”.
وقد أدَّت التطوّرات المتقدّمة في مجال نظريّة المعلومات الكموميّة إلى عرض البناء الرياضي في ظل تزايد الانتروبيا (التبدّد).
علّق فاليري فينوكور (ValeriiVinokur)وهو عُضو بارز في مُختبر آرجون الوطني ومؤلِّف مُقارِن على هذهالدراسة قائلًا: «ما فعلناه هو صياغة للكيفية التي يُمكن أن تربُط هذه النظريات الرياضيّة المُجرّدة الجميلة مع واقِعنا الفج».
أخذ العلماء نظرية المعلومات الكموميّة، والتي تقوم على أنظمة رياضيّة مُجرّدة، وقاموا بتطبيقها على فيزياء المادة المُكثَفة -وهو مجال مستكشف بشكلٍ جيّد- مع العديد من القوانين والتجارب المعروفة.
وأضاف إيفان سودوفسكي (Ivan Sadovskyy)أيضًا،وهو الكاتب والمُعيَن المُشترِك مع قسم علم المواد في مختبر آرجون ومعهد الحوسَبة:«سيسمح لنا هذا صياغة نظرية الكتلة الكموميةبما أنها تتعلق بالأشياء التي يُمكن ملاحظتها ماديًّا، وهذا يؤسس لاتصال بين عمليات الفيزياء الكموميّة الموثّقة جيدًا والقنوات الكموميّة النظرية، والتي تُشكّل نظرية المعلومات الكمومية».
ويتنبّأ هذا العمل بظروفٍ مُعيّنة والتي من شأنها إمكانية نقض نظرية الكتلة، وبذلك فإن الانتروبيا (التبدّد) -على المدى القصير- يمكن أن تتناقص.
وبالعودة في الزمن إلى عام 1867م، فإن العالِم الاستكلندي جميس كلاك ماكسويل (James Clerk Maxwell) أوجد تجربته الافتراضية لإثبات أن القانون الثاني ذو حقيقة إحصائية فقط، فقد وصفها بتقسيمِ وعاءٍتخيُّلي إلى جزأين عن طريق جدارٍ عازلٍ للحرارة، يحويالجدار بابًا يمكن فتحه وإغلاقه بواسطة ما أُطلق عليه لاحقا “عفريت ماكسويل”.يستطيع “العفريت” الافتراضي أن يسمح لجزيئات الغاز “الساخنة” فقط بالتدفّق إلى جانبمُفضّل من الغرفة، مما يسبب ارتفاع حرارة ذلك الجانب تلقائيًا فيما يبرُد الجانب الآخر.
يقول فاليري فينكور أيضًا: «على الرغم من أن نقض القانون كان على النطاق المحلي فقط، إلا أن الآثار المترتبة على ذلك ستكون بعيدةَ المدى، وهذا من شأنهِ أن يُوفر لنا مِنصةً لإدراكِ “عفريت ماكسويل” الكمومي بشكلٍ فعلي، والذي يُمكِّننا من صُنعِ آلةٍ كُموميةٍ دائمةِ الحركة».
وعلى سبيل المثال، فإن هذا المبدأ يمكن تصميمه في “الثلاجة”، والتي يمكن أن تُبَرّد عن بُعد، والطاقة المبذولة لتبريدها يُمكن أن تحدث في أي مكان. كما وقال المؤلفون بأنهم يُخططون للعمل بشكل وثيق مع فريقٍ مختص من خبراء التجارب العلميّة وذلكلتصميم نظام من شأنه أن يُثبت مفهومهم.
هذه الدراسة كانت قد نُشرت في موقع (Nature) للتقارير العلمية بتاريخ الثاني عشر من أيلول تحت مُسمّى: “نظرية الكتلة في فيزياء الكَم”.
ترجمة: رامي الحرك
تدقيق: دانه أبو فرحة
