الوضع مألوف على نحو مخيف لمن درسوا موضوع الديناميكا الحرارية الجميل. ففي هذا المجال، يشيع جدًّا بين دارسيه فهم الكيفية التي يُمكن بها أن تفقد المعلومات أو تتبدد من خلال عمليات فيزيائية. هذا ويتّسم مجال الديناميكا الحرارية بتاريخ طويل شائق. إذ بدأت نظريته الحديثة إبان الثورة الصناعية عندما كان الناس يحاولون التوصل إلى كيفية تعزيز كفاءة المحركات البخارية. يُمكن تعريف الطاقة بالقول إنَّها كمية محفوظة دائمًا وقابلة للتحويل من صورةٍ إلى أخرى. ويُعرف هذا بقانون الديناميكا الحرارية الأول. ولكن بالرغم من إمكانية تحويل أنواع مختلفة من الطاقة من صورة إلى أخرى، لا يُمكن إجراء تحويلات معينة. فمع أننا نستطيع مثلا أن نحول الشغل الميكانيكي بالكامل إلى حرارة (إذ تفعل ذلك كلما استخدمت المكابح لتوقف سيارتك تمامًا)، لا نستطيع تحويل الحرارة بالكامل إلى شغل ميكانيكي، وهذا بالضبط هو ما نتمنى تحقيقه بالمحركات البخارية، لكننا لا نستطيع مع الأسف.

ولذا فالمحركات البخارية في القطارات لا تستطيع إلا تحويل جزء من الحرارة المنبعثة من الموقد إلى شغل ميكانيكي يُدير .العجلات ومن ثَمَّ عُرف أخيرًا أنَّ الحرارة نوع من أنواع الطاقة يتضمن حركة عشوائية للذرات، فيما يتضمن الشغل الميكانيكي حركة منسقة لمواد كبيرة بعض الشيء، مثل عجلة أو مكبس. ولذا فأحد العناصر البالغة الأهمية في طبيعة الحرارة هو العشوائية؛ فبسبب اهتزاز الذرات في الأجسام الساخنة، لا نستطيع تتبع مسار حركة الذرات المفردة. وببساطة لا يُمكن تجريد هذه الحركة العشوائية من عشوائيتها دون ثمن إضافي. فالعشوائية، أو لنقل «الإنتروبيا» حسب تسميتها بالمصطلحات التخصصية، في أي نظام معزول لا تقل أبدًا بل يجب دائمًا أن تبقى كما هي أو تزداد في كل عملية فيزيائية. (هذا هو قانون الديناميكا الحرارية الثاني). ويُمكن النظر إلى هذا من منظور القول إنَّ معلوماتنا عن العالم دائمًا ما تقلُّ لأننا لا نستطيع تتبع مسار حركة كل الذرات في نظام كبير.

فبينما تنتقل الطاقة من نطاقات عيانية إلى نطاقات ميكروية، من مكبس متحرك بسيط إلى الحركة العشوائية لأعداد هائلة من الذرات، عندئذٍ تضيع منَّا المعلومات. وتُتيح لنا الديناميكا الحرارية تحويل هذه الفكرة التي تبدو غامضة إلى مقادير كمية تمامًا. ويتبيَّن هنا أنَّ فُقدان المعلومات بهذه الطريقة مُشابه تمامًا لما كنا نقوله عن سقوط المادة داخل ثقب أسود. صحيح أنَّ مجال الديناميكا الحرارية ابتكر لوصفِ ما يتعلق بالمحركات البخارية، ولكن أغلب الظن أنَّ مبادئه تنطبق على كل العمليات في الكون. وكان من أوائل من فكروا في علاقة ذلك بالثقوب السوداء روجر بنروز أستاذ الفيزياء في أكسفورد. إذ استنتج أنه ربما يكون من الممكن استخراج طاقة من الثقوب السوداء، لأنَّ لديها زخمًا زاويا، ومن ثُمَّ استخدامها كأنها محركات وتَفتَّق ذهنه عن مُخطَّطٍ عبقري تقوم فكرته على إلقاء مادة نحو ثقب أسود دوار بحيث يخرج بعضها من تلك الرمية بطاقة أكبر من طاقته الأصلية. وتُستخرج الطاقة من المنطقة الواقعة خارج أفق الحدث مباشرةً (وبالتحديد منطقة «الإرجوسفير»). وهكذا تؤدي العملية التي تصورها بنروز إلى إبطاء دوران الثقب الأسود. وصحيح أنَّ استخراج كمية هائلة من الطاقة من الثقب الأسود بهذه الطريقة ممكن من حيث المبدأ، لكنَّ هذه بالطبع مجرد تجربة فكرية، ولذا لا تبدو في الوقت الحالي حلًّا عمليا لأزمة الطاقة التي يلوح في الأفق أنها ستخيم على كوكب الأرض! وفي غضون بضع سنوات من هذا العمل الذي أجراه بنروز، حقق جيمس باردين، وبراندون كارتر، وستيفن هوكينج تقدمًا فارقًا وصاغوا ما أطلقوا عليه القوانين الثلاثة لديناميكيات الثقوب السوداء، التي أرست الأسس التي استند عليها تفكير هوكينج اللاحق بخصوص الديناميكا الحرارية للثقوب السوداء، الذي تطلب إنشاء مفهوم درجة حرارة الثقب الأسود التي تُحدد بكتلته وزخمه الزاوي.

مواضيع ذات صلة

الثقوب السوداء

الطبيعة المتفردة للجاذبية

يمكن كشف التموجات الناتجة عن تصادم الثقوب السوداء في الفضاء

لماذا ندرس الثقوب السوداء؟

ماذا يحدث عند سقوط ثقب أسود في ثقب أسود؟

إطلاق النفثات

جمال التناظر

أشباه النجوم الميكروية

الثقوب السوداء لا تمتص فقط

كيف يمكن قياس سرعة دوران الثقب الأسود؟

ما خصائص الأقراص التراكمية وما مدى سخونتها؟

مادة دوامية الحركة