بعد أن قدَّم هرمان هيلموهولتز مبدأ حفظ الطاقة استعاد العلماء البراهين التي قدمها سعدي کارنو حول مقدار العمل المحدود للآلة البخارية، وطرحوا جملة من التساؤلات:

(1) ما السبب الذي يَجْعَل العمل المستفاد منه أقل من الطاقة الكلية التي تُنتجها الآلة؟

(2) لماذا يؤثر فرق درجة الحرارة في الآلة على مقدار العمل الناتج؟

والواقع كان عليهم انتظار الإجابة حتى عام 1850م ليقوم الفيزيائي الألماني رودولف كلاوزیوس بتقديم التقنين الرياضياتي للظاهرة باستخدام مفهوم درجة الحرارة المطلقة، حيث لا يُوجد درجة حرارة تحت القيمة (–273.15° مئوية). ووجد كلاوزيوس أنه إذا قسم طاقة الحرارة الكلية لمنظومة ما على درجة حرارته المطلقة، فإنه سيحصل على نسبةٍ تتزايد بشكل دائم في أية عملية طبيعية، سواء داخل الفرن النووي الشمسي، أو في موقدٍ للفحم الحجري. وكلما تزايدَت هذه النسبة، قلَّ مقدار العمل الذي يمكننا الحصول عليه، وفي العام نفسه اصطلح كلاوزيوس بتسمية هذه النسبة باسم «الإنتروبية» entropy.¹²⁶

ويُعبر هذا المصطلح عن قياس توزّع الطاقة ضمن نظام ما، وتزداد الإنتروبية عندما تنقص فوارق الطاقة ومن ثم إمكانية نقل الطاقة. لقد أنذر سعدي كارنو بالنظرية في تحليله النظري للمحرّكات البخارية في عام 1824م. تزايد الإنتروبية هو ما سيُطلق عليه (القانون الثاني في الثرموديناميك) الذي يمكن صياغته بالقول: «الإنتروبية الكلية للكون تتزايد دائما.» اختراع المصطلح اجتذب استجابةً سريعة من اللورد كلفن في «حول النزعة العامة للطبيعة في تبديد الطاقة الميكانيكية عام 1852م، والتي تضمنت استنتاجه بأنَّ الأرض يجب أن تُصبح ذات يوم غير صالحة للسكن بسبب تأثيرات الإنتروبية. وقد أطلق كلفن بديلًا عن مصطلح الأنتروبية عبارة «الاتجاه العالمي لتبديد الطاقة».¹²⁷

مع أنَّ أعمال كلاوزيوس كانت تتميز بإدراكها القوي للحقائق الأساسية، وبمعرفة التفاصيل المتعلقة بالظاهرات وبالتشابهات في العالم الواقعي، إلا أنه تجاهل التقدم الذي حققه الآخرون في مجال الثرموديناميك؛ فهو لم يأبه أبدًا لأعمال لودفيغ بولتزمان .L. Boltzmann (1844-1906م) ، كما أنه لم يبحث عن التفسير الميكانيكي لميل الإنتروبية إلى التزايد تزايدًا لا عكوسًا حتى نهاية عظمى، إضافةً لإهماله لمتابعة أعمال جوزيا ويلارد جيبس عن التوازن الكيميائي . ¹²⁸

_______________________________________________

هوامش

126- أسيموف، إسحاق، أفكار العلم العظيمة، ص 85-86.

127- كوب، كاتي ووايت هارولد جولد إبداعات النار، ص 240.

128- موتز، لويد وويفر جيفرسون هين قصة الفيزياء، ص 170.