الإنتروبيا هي إحدى المفاهيم العميقة والمخيفة التي تشكل جوهر مجالات الفيزياء بأكملها كالديناميكا الحرارية، والتي يصعب شرحها بلغة واضحة لكثرة المعادلات الرياضية فيها.
كلما رأيت كلمة إنتروبيا أحب أن استبدلها بعبارة (حساب عدد الطرق التي يمكن عن طريقها إعادة ترتيب السيناريو مع تركه كما هو إلى حدٍ كبير). قد يبدو هذا صعبًا ولكن هذا ما تقوم به الإنتروبيا.
تستيقظ في صباح عطلة نهاية الأسبوع وتقرر أخيرًا التعامل مع المهمة المتمثلة في تنظيف غرفة نومك، تلتقط ملابسك وتنظفها وتطويها وتضعها بعيدًا، وتنظم مستنداتك وترتِّب وسائدك.
بعد ساعات من الجهد، ستقف جانبًا منبهرًا بما أنجزته، قبل مرور وقت طويل، ستعرف أن الأمر سيكون فوضويًا مرة أخرى.
أنت تعرف هذا غريزيًا لأنه لا توجد سوى طريقة واحدة للحصول على غرفة منظمة تمامًا، مع مكان لكل شيء وكل شيء في مكانه.
هناك طريقة واحدة فقط للحصول على هذا السيناريو الدقيق وبما أنك الآن على دراية بالكلمة، فلا تتردد في استخدامها: قد تقول إن الغرفة النظيفة تمامًا تحتوي على إنتروبيا منخفضة جدًا.
دعونا نقدم بعض الفوضى، خذ فردةً من جواربك وارمِها في غرفتك وستصبح فوضوية. يمكنك وضع مقياس كمي لهذه الفوضى، حيث يمكن أن يكون جوربك الوحيد على الأرض أو يمكن أن يكون على السرير أو نصفه خارج الدرج.
هناك عدد من الطرق التي يمكنك من خلالها إعادة ترتيب هذا السيناريو، ظهور جورب واحد غير مرتب في غرفتك، مع الحفاظ على الصورة العامة كما هي: الإنتروبيا أعلى.
وبعد ذلك يأتي كلبك أو أطفالك أو كلاهما إلى الغرفة، وهذا ما تسعى إليه الفوضى.
لا يوجد شيء حيث من المفترض أن يكون، وهناك تقريبًا عدد لانهائي من الطرق للوصول لنفس المستوى من الفوضى.
يحب الفيزيائيون استخدام الإنتروبيا لأنها أيضًا بمثابة طريقة سهلة لتشفير المعلومات في النظام.
لذلك عن طريق قياس الإنتروبيا، وهي كمية يشعر الفيزيائيون براحة شديدة في التعامل معها، يمكنهم أيضًا التحكم في كمية المعلومات الموجودة في النظام.
وهذا ينطبق على أي نظام في الكون مثل الثقوب السوداء.
اكتشف الفيزيائي جاكوب بيكنشتاين عام 1981 حقيقتين رائعتين وغير بديهيتين حول الثقوب السوداء وأفق الحدث الخاصة بها. أولًا، يمثل الحجم الموجود داخل الثقوب السوداء أكبر قدر مطلق من الإنتروبيا يمكن أن يمتلكه أي حجم مماثل في الكون.
وبعبارة أخرى، الثقوب السوداء هي مجالات ذات إنتروبيا قصوى.
بغض النظر عن مدى الفوضى التي أصبحت غرفتك عليها وعن مقدار زيادة الإنتروبيا فيها عن قصد أو عن غير قصد، فلن تتمكن أبدًا من التغلب على إنتروبيا ثقب أسود بحجم الغرفة، ينبغي لهذه الحقيقة أن تثير على الفور بعض الأسئلة المثيرة للقلق ولكنها مثيرة للاهتمام.
من بين كل المخلوقات الرائعة في الكون، لماذا اختارت الطبيعة الثقوب السوداء لاحتواء أكبر قدر من الإنتروبيا؟ هل هذه مجرد صدفة، أم أن هذا يعلمنا شيئًا قيمًا حول العلاقة بين ميكانيكا الكم والجاذبية والمعلومات؟
يجب أن يزداد هذا الشعور بالانزعاج والإثارة عندما تعرف الحقيقة الثانية التي اكتشفها بيكنشتاين حول الثقوب السوداء. عندما تضيف معلومات إلى الثقب الأسود، فإنه يصبح أكبر.
وهذا في حد ذاته ليس مفاجئًا، لكن الثقوب السوداء، والثقوب السوداء فقط، تنمو بطريقة تجعل مساحات سطحها وليس أحجامها، تنمو بما يتناسب مع كمية المعلومات الجديدة التي تمر إليها.
إذا أخذت أي نظام آخر في الكون، نجم يلتهم كوكبًا أو تناولت شطيرة ما، فإن الإنتروبيا ومعلومات النظام المدمج ترتفع. وكذلك مستوى الصوت (سواءً بالنسبة للنجم أو بالنسبة لك).
ويرتفع الحجم ارتفاعًا يتناسب مع زيادة كمية المعلومات، لكن تتحدى الثقوب السوداء هذه الصورة البديهية المنطقية لسبب ما لم نفهمه بعد.
اقرأ أيضًا:
دراسة جديدة تُشير إلى أن الثقوب السوداء ليست بسيطة كما اعتقدنا
الثقوب السوداء الفائقة تستطيع إطلاق رياح تصل سرعتها إلى ثلث سرعة الضوء!
ترجمة: محمد فواز السيد
تدقيق: باسل حميدي
