يحتوي هذا الفيلم على بعض الأفكار الخبيثة الإلحادية الشِركية يُرجى المشاهدة بوعي ونبذ الأفكار التي يُنسب فيها الخلق إلى غير الله عز وجل - المترجم
كيف اكتسب البشر الطاقة اللازمة لجعل الكوكب كما يبدو هنا؟
التمعّن بكوكب الأرض ليلاً
يكشف لنا النجاح الباهر الذي حققناه
في تسخيرنا للطاقة وتلاعبنا بها ومدى أهميتها لوجودنا
لا غنى لنا عن الطاقة
نستعملها في تشييد الإنشاءات التي تُحيط من حولنا وتحمينا
نستعملها لتشغيل وسائل مواصلاتنا وإنارة منازلنا
،وأهم من كل ذلك الطاقة ضرورية للحياة نفسها
من دون الطاقة التي نستمدها من الطعام الذي نتناوله، مصيرنا الموت
لكن ما هي الطاقة بالضبط؟
وما الذي يجعلها نافعة جدًا لنا؟
في محاولة إجابة هذه الأسئلة
سيتصادف العلماء مع مجموعة قوانين غريبة
من شأنها جمع الأشياء معًا من المحركات إلى البشر وانتهاءً بالنجوم
تبين أنّ الطاقة مصيرية لحياتنا اليومية
وتساعدنا في فهم الكون بأسره
يحكي هذا الفيلم القصة الساحرة
لإكتشافنا آلية عمل القوانين التي تُسيّر الكون
إنها القصة التي أدركنا عبرها
أنّ كل أشكال الطاقة مصيرها الإنحلال والتفكك
لتنتقل من النظام إلى الفوضى
إنها قصة كيف أنّ هذه العملية المدهشة
استثمرها الكون لخلق كل شيء نراه من حولنا
ترجمة مهند مسلّم frozendocs.blogspot.com
((النظام والفوضى ))
(( الحلقة الأولى: قصة الطاقة ))
على مدار تاريخ البشرية
مررنا بجميع الوسائل المختلفة لإستخلاص الطاقة من بيئتنا #الأستاذ جيم الخليلي - جامعة سوري#
كل شيء من قطف الفاكهة #الأستاذ جيم الخليلي - جامعة سوري#
إلى حرق الخشب والإبحار بالقوارب وساقيات الماء
لكن قبل حوالي 300 عام حدث شيءٌ خيالي
طوّر البشر آلات
كانت قادرة على معالجة كميات هائلة من الطاقة
لإنجاز مهمات لم نحلم بها يومًا
يعود الفضل بهذا إلى عديد الأشخاص ولأسباب كثيرة
لكنّي أود البدء مع هذه القصة
مع أكثر الشخصيات سحرًا في تاريخ العلم
واحد من أوائل المبادرين لفهم الطاقة
#غوتفريد لايبنتس# #1716-1646#
كان (غوتفريد لايبنتس) دبلوماسي وعالم وفيلسفوف وعبقري
لم ينفكّ عن محاولاته في فهم الميكانيكا التي تُدير الكون
كان (لايبنتس) كعديد معاصريه العظماء
واثق تمام الثقة أنّ العالم الذي نراه من حولنا
عبارة عن آلة فسيحة صممها شخص جبّار وحكيم
ولو أنّك تفهم آلية عمل الماكنات #الأستاذ سايمون شيفر - جامعة كامبردج#
حينها أمكنك فهم آلية عمل الكون
والمبادئ التي اُستخدمت لتشغيل الكون
(لذا بالنسبة لـ (لايبنتس كان هناك علاقة وطيدة جدًا
بين علم اللاهوت والفلسفة من جهة
والهندسة والميكانيكا من جهة أخرى
لقد كانت تلك العلاقة بين الفلسفة والهندسة
التي قادته سنة 1676 لتقصي
ما بدا للوهلة الأولى أنّه سؤال غاية في البساطة
ما الذي يحدث عند تصادم الأجسام؟
(ذلك ما كان (لايبنتس وعديد معاصريه يتشاحنون فيه
عندما تصطدم هاتان الكرتان في بعضهما الآخر
فإنّ حركة إحداهما تنتقل إلى الأخرى
وكأن شيئًا انتقل فيما بينهما
وذلك ما دعاه (لايبنتس) بالقوة الحيّة
فكّر فيها كـ حاجة
كـ مادة ملموسة حقيقية تُستبدل خلال التصادمات
جادل (لايبنتس) في أنّ العالم آلة حيّة
وأنّه داخل هذه الآلة
يوجد مقدار من القوة الحيّة أودعها الله عند بداية الخلق
لن تنقص أو تزداد أبد الدهر
إذًا كمية القوة الحيّة في العالم محفوظة
تمثّلت المعضلة بتعريفها
سرعان ما وجد لايبنتس) طريقة رياضية بسيطة)
لوصف القوة الحيّة
لكنه سيلاحظ أيضًا شيئًا آخر
أدرك أنّ في ثنايا البارود والنار والبخار
توجد قوة حيّة تُحرَر بوسائل عنيفة وشديدة
إن أمكن تسخيرها
لعلها تهب البشرية قوة لا تُعقل
سرعان ما استحوذت وسائل (حبس القوة الحيّة على عقل (لايبنتس
امتاز (لايبنتس) بكثرة خطاباته حتّى بدأ بمراسلة
(عالم فرنسي شاب يُدعى (دينيس بابان
وأثناء مراسلاتهم (أدرك (لايبنتس) و (بابان
أنّ القوة الحيّة تُحرَر تحت ظروف معينة
يُمكن استغلالها فعلاً
يُمكن تحويل الحرارة إلى بعض أشكال الشغل المفيد
لكن إلى أيّ مدى يُمكن البلوغ مع هذه الفكرة؟
كان (بابان) خاليًا من الشكوك
إليكم اقتباس (من رسالته إلى (لايبنتس
أستطيع أن أؤكد لك" أنني كلما مضيت قدمًا
وجدت سببًا أكثر إقناعًا للتفكير بهذا الإختراع
والذي يُمكنه من ناحية نظرية إرباء قوى الإنسان إلى المالانهاية
لكن من ناحية عملية، أعتقد أنني يمكنني القول دون مبالغة
أنّ رجلاً واحدًا يستخدم هذه الوسائل
سيكون قادرًا على إنجاز "ما ينجزه 100 رجل من دونها
لعلك في هذه النقطة تتوقع منّي إخبارك
(أنّ (لايبنتس) و (بابان غيّرا العالم إلى الأبد
كلا، لم يفعلوا
صحيحٌ وأنّ أفكارهم كانت عميقة التفكير وصعبة المنال
لكنهم لم يصعدا بأفكارهم سلّمة إضافية
لهذا تحتاج شيئًا ملموسًا أكثر
تحتاج إبتكار وصناعة
تحتاج أعدادًا لا تُحصى من الأيدي العاملة الماهرة والحرفيين
الذين سيُطبقون تلك الأفكار
لتجريبها في وسائل مبتكرة وجديدة
في القرن الذي تلا (لايبنتس) و (بابان)
طُبقت أفكارهما بأعجب الوسائل التي لا تُصدق
عقب 150 عام (من مناقشات (لايبنتس) و (بابان
سُخّرت القوة الحية بطرق مدهشة
تحوّلت آلات أحلامهما إلى حقيقة
باتت الآن محركات البخار آخر الصرعات التقنية في القرن الـ 19
لو تمعّنت عتبات الحضارة #الأستاذ بيتر أتكنز - جامعة أكسفورد#
ستكون إحدى العتبات العظيمة هي المحرك البخاري
لإنه استبدل عضلات الحيوانات وعضلاتنا بالطاقة البخارية
والطاقة البخارية كانت غير محدودة بصورة فعّالة
ولا غنى عنها في إنجاز أشياء تقريبًا كانت من ضرب الخيال
لكن تقنية البخار لها شأن أكبر من مجرد تحويل المجتمع الإنساني
من شأنها إماطة اللثام عمّا دعاه (لايبنتس) بالقوة الحيّة
وكشف بصائر جديدة عن أساليب عمل كوننا
(نحن في (كروسنيس (في جنوب شرقيّ (لندن
إنها كاتدرائية صناعية مذهلة
معقل لبعض أعجب المحركات البخارية الفكتورية التي صُنعت يومًا
شُيدت (كروسنيس) سنة 1854 وتأوي أربع محركات ضخمة
تطلبت ذات يوم 5000 طن من الفحم كل عام
لتدوير أعمدتها بوزنها البالغ 47 طن
يظهر وأنّ كل محتويات هذا المكان شُيدت لتثير إعجاب الناظر
من الأجزاء الحديدية الباذخة؛
كالأعمدة الفخمة التي كأنها تعود لمعبد إغريقي أو روماني
إنها مجهودات تتوقع أن تُبدد
على باخرة محيطية مترفة للأثرياء والمشاهير
إلاّ أنّ هذا المكان شُيد لمعالجة مياه المجاري
ولو أنّ قلّة من العمال والمهندسين كانوا يتواجدون هنا
أمسى البخار جزءًا حيويًا من الطاقة البريطانية والنماء الإقتصادي
حتّى كاد يحظى مكانة العابد الزاهد
لكن برغم كل النجاح العظيم والطاقة الهائلة
أتحفت تلك المحركات صانعيها
حيث ظلّ هناك مقدار عظيم من الحيرة والغموض
يلفّ الآلية الدقيقة لعملها وسبب عملها
:طُرحت هذه الأفكار بأسئلة مثل إلى أي درجة من الفاعلية يُمكن صناعتها؟
أهناك حدود لطاقتها؟
في النهاية، أراد الناس معرفة
ما يُمكن تحقيقه بإستخدام البخار
هناك سبب بسيط جعل هذه الأسئلة ملحّة؛
لا أحد تقريبًا فهم الطبيعة الأساسية لمحرك البخار
قلّة هم من أدركوا المبدأ الكوني الداعم له
الآت العظيمة التي نعتبرها متثاقلة كالمحركات البخارية الأولى
كانت في الواقع بذرة فهم كل شيء يجري في الكون
،بخلاف ما تظهر عليه
تحمل محركات البخار في طياتها أسرار الكون
(هذا قصر (تشاتو دي فانسان (في (باريس
ستُحفِز الفعاليات القائمة هنا رحلة أحد الرجال لكشف الحقيقة الكونية
حول المحرك البخاري والمساعدة في إنشاء علم جديد
علم الحرارة والحركة أو الديناميكا الحرارية
#نيكولا ليونارد سعدي كارنو# #1832-1796#
،في آذار/مارس سنة 1814 وفي خضم الحروب النابليونية
عندما كان (نابليون) وجيوشه تقاتل في مكان آخر
قاست (باريس) نفسها وطأة هجومات شديدة
من قبل القوات المتحالفة لـ روسيا وبروسيا والنمسا
نُشر المدنيين حول المواقع الهامة لحمايتها
كان هذا القصر يتلقى الحماية من قبل مجموعة طلاب هاويين
الذين اضطروا للتقهقر تحت قصف المدفعية العنيف
كان أحدهم عالم شاب عبقري وجندي
(كان اسمه (نيكولا ليونارد سعدي كارنو
والذل الذي شعر به شخصيًا
سيقوده ويُحفزه
لأخذ لمحة عميقة على آلية عمل جميع المحركات
ينحدر (كارنو) من عائلة عسكرية رفيعة القدر
بعد هزيمة الفرنسيين هنا وفي سائر أنحاء أوروبا
صار عازمًا على استعادة هيبة فرنسا
ما ضايق (كارنو) حقًا كان التفوق التقني
الذي بدا وأنّ أعداء فرنسا يتمتعون به
وبريطانيا على وجه الخصوص امتلكت تلك الأفضلية الكبيرة
عسكريًا واقتصاديًا على حد سواء
نظرًا لإنهم برعوا في طاقة البخار
فأخذ (كارنو) عهدًا على نفسه ليفهم تمامًا آلية عمل محركات البخار
وتسخير معرفته لصالح فرنسا
قالها بكل وضوح لو أمكنك نزع المحرك البخاري من بريطانيا
حينها ستنهار الإمبراطورية البريطانية
وله تدوينات على عاقبة هزيمة فرنسا العسكرية
يقترح فيها تحليل
مصدر الطاقة البريطانية فعليًا
وذلك بتحليل طريقة عمل محركات النار والحرارة
يعيش على نصف مرتّب (برفقة أخيه (إيبوليت
(في شقّة صغيرة في (باريس
ألّف (كارنو) سنة 1824 الأسطورة الحيّة
(تأملات في القدرة الدافعة للنار)
في أقل من 60 صفحة
طوّر ولخّص الطريقة الأساسية التي تعمل وفقها جميع المحركات الحرارية
رأى (كارنو) أنّ جميع المحركات الحرارية
تشتمل على مصدر ساخن في محيط أبرد
اعتقد (كارنو) أنّ الحرارة كانت نوع من المواد
تمتلك خاصية تدفق الماء من وسط حار إلى آخر بارد
وتمامًا كما يُستغل الماء الساقط من ارتفاع
يُمكن استغلال تدفق الحرارة في عمل مفيد
كانت رؤية (كارنو) الهامة
برهانًا على أنه لزيادة كفاءة أيّ محرك حراري
كل ما عليك صنعه هو رفع فرق درجة الحرارة
بين مصدر الحرارة ومحيطه الأبرد
أرشدت هذه الفكرة المهندسين لمئتيّ عام
أساسًا، إنّ محرك السيارة أكثر كفاءة من المحرك البخاري
لإنه يعمل عن درجة حرارة أعلى بكثير
وحتّى المحركات النفاثة أكثر كفاءة
بفضل درجات الحرارة الجنونية التي يُمكنها العمل عندها
أوضح (كارنو) أنّ المحركات الحرارية ليست اختراعًا ذكيًا فحسب
إنها أيضًا استغلال عميق لإحدى خواص الطبيعة
إنها تستثمر الطاقة المتدفقة بين الساخن والبارد
لمح (كارنو) حقيقة طبيعة المحركات الحرارية وفي مضيّ ذلك
استهل فرعًا جديدًا من فروع العلوم
لكنه لن يشهد الأثر الذي ستخلّفه فكرته على العالم
،في سنة 1832 (اجتاح وباء الكوليرا (باريس
استفحل لدرجة كبيرة فقتل زهاء 19 ألف شخص
لم يكن وقتها وعي علمي حقيقي
لطريقة انتشار المرض فمؤكد وأنّ عاشوا حالة ذعر
قرر (كارنو) غير آبه بالمخاطر
دراسة وتوثيق انتشار المرض
لكن لسوء الحظ نانتقلت إليه العدوى وتوفي على إثرها في اليوم التالي
توفي وعمره 36 سنة فقط
تم إحراق العديد من أوراقه العلمية الثمينة
لإيقاف انتشار العدوى وسقطت أفكاره في ظلمة مؤقتة
بدا وأنّ العالم (لم يكن مستعدًا لـ (كارنو
قدّم (كارنو) أول مساهمة عظيمة لعلم الديناميكا الحرارية
لكن مع مرور سنوات القرن الـ 19 فإنّ دراسة الحرارة والحركة والطاقة
بدأت في الإستحواذ على المجتمع العلمي الأوسع
سرعان ما أدركوا أنّ في جعبة هذه الأفكار أكثر بكثير
من مجرد تفسير بسيط لآلية عمل المحركات الحرارية
(تمامًا كما اقترح (لايبنتس مع تصوّره عن القوة الحيّة
كانت هذه الأفكار قابلة للإستعمال على نطاق أفخم بكثير
بحلول منتصف القرن التاسع عشر
استنبط العلماء والمهندسون بدقة
علاقة أشكال الطاقة المختلفة ببعضها البعض
حسبوا المقدار المطلوب من نوع محدد من الطاقة
لإنتاج مقدار معلوم من نوع آخر
دعوني أعطيكم مثال
مقدار الطاقة المطلوب لتسخين 30 ملم من الماء
مقدار درجة مئوية واحدة
هو نفس المقدار المطلوب من الطاقة
لرفع هذا الثِقل البالغ وزنه 12.5 كغم بواقع متر واحد
المسألة الماكرة التي أدركها الناس هنا
هي؛ رغم أنّ الشغل الميكانيكي والحرارة يبدوان مختلفان جدًا
هما في الواقع وجهان لعملة واحدة وهي الطاقة
ستُعرف هذه الفكرة لاحقًا بـ القانون الأول للديناميكا الحرارية
وضّح القانون الأول أنّ الطاقة لا تفنى ولا تُستحدث
إنما تتغير من شكل لآخر
أدرك علماء القرن الـ 19 بناءً على ما جاء أنّ الطاقة الكلية
للكون بأسره تساوي مقدارًا ثابتًا
،بصورة تثير العجب هناك مقدار موضوع من الطاقة
يتغير فحسب إلى أشكال عديدة مختلفة
إذًا؛ داخل المحرك البخاري الطاقة لا تُستحدث
إنما تتغير من حرارة إلى شغل ميكانيكي
،لكن برغم إبهار القانون الأول طرح سؤالاً ملحًا شائكًا؛
ما الذي يجري بالضبط عندما يتغير أحد أشكال الطاقة إلى آخر؟
بالأحرى، لماذا تتغير بالأساس؟
سيُجيب السؤال جزئيًا عالم (ألماني يُدعى (رودولف كلاوزيوس
وسيضع أساسات ما سيُعرف لاحقًا
بـ القانون الثاني للديناميكا الحرارية
#رودولوف كولاوزيوس# #1888-1822#
كان (رودولف كلاوزيوس) طالب (فيزياء ألماني عبقري من (بوميرانيا
(والذي درس في (برلين
وفي سنّ مبكرة جدًا من عمره أمسى أستاذ لامع جدًا
(في (برلين) ومن ثم في (زيورخ
في جامعة التكنولوجيا الجديدة التي تأسست هناك في سويسرا
وفي خمسينيات وستينيات القرن الـ 19 قدّم (كلاوزيوس) ما كان حقيقةً
أول تحليل رياضي متماسك وناضج
لطريقة عمل الديناميكا الحرارية
أدرك (كلاوزيوس) أنه ليس فحسب هناك مقدار ثابت من الطاقة في العالم
بل أيضًا بدا وأنّ الطاقة تخضع لقاعدة شديدة الصرامة
بإيجاز، الطاقة في شكل الحرارة تتحرك دائمًا في اتجاه واحد دقيق
مفهومه ذاك
هو في الواقع أحد أهم الأفكار في العلوم كلها
:وصفها (كلاوزيوس) كالتالي
يستحيل انتقال كمية من الحرارة" "من جسم بارد إلى جسم أسخن منه تلقائيًا
إنها فكرة بديهية تمامًا
لو تُرك كوب الشاي الساخن هذا لوحده سيبرد في كل مرة
ما يعني أنّ الحرارة ستنتقل من الكوب الساخن
إلى يدي فرضًا ومن ثم من يدي إلى صدري
ربما يبدو هذا بديهي جدًا لكنه مفهوم هام
اكتشف أنّ تدفق الحرارة عملية بإتجاه واحد
يظهر وأنّها وُضعت في أصل أساليب عمل الكون جميعه
بالطبع يُمكن إكساب الأجسام حرارة أسخن
لكنك دومًا بحاجة إلى فعل شيء لها لتحقيق ذلك
لو تُركت الأجسام لوحدها، يظهر حينها أنّ الطاقة دومًا تنتقل من حالة تركيز
إلى حالة تبدد
من أحبّ الجمل العلمية على قلبي صاغها
عالم كيمياء حيوية :يُدعى (ألبيرت جورج) الذي قال
يتمحور العلم كله حول رؤية ما رآه الجميع
لكن التفكير به كما لم يُفكر به أحد
(و (رودولف كلاوزيوس تمعّن في عالمنا الإعتيادي
ورأى ما رآه الجميع
بأنّ الحرارة لا تتدفق تلقائيًا من جسم بارد إلى جسم ساخن
لطالما سلكت الإتجاه الآخر
:لكنه لم يقل فحسب "أجل، أنا أرى ذلك"
جلس مليًا وفكّر بالأمر
جمع (كلاوزيوس) كل تلك الأفكار حول كيفية إنتقال الطاقة
ووضعها في سياق رياضي
يُمكن تلخيصها بهذه المعادلة
ما فعله (كلاوزيوس) هو تقديم "معادلة جديدة أسماها "إنتروبي
"هذه الحرف "أس
ما تنص عليه بالأساس في سياق هذه المعادلة
أنّ الحرارة وأثناء انتقالها من الأجسام الساخنة إلى الأبرد
دائمًا يرتفع مقدار الإنتروبي
ظهر وأنّ الإنتروبي مقياس لكيفية تبدد الحرارة أو تشتتها
بينما تبرد الأشياء فإنّ إنتروبيتها تزداد
(اتضح أمام (كلاوزيوس أنه وفي أيّ نظام معزول
يمكن عكس هذه العملية
كان (كلاوزيوس) واثقًا تمام الثقة بعملياته الرياضية
حتّى أنه اكتشف أنّ هذه العملية القابلة للعكس
جارية هناك في الكون الفسيح
تصوّر أنّ إنتروبي الكون كله
لا بد وأنّه آخذ في الإزدياد نحو القيمة العظمى
وأننا لا نملك تفادي ما يحدث
باتت هذه الفكرة تُعرف بالقانون الثاني للديناميكا الحرارية
واتضح أنها أغرب وأجمل وكونية أكثر
من أيّ شيء أمكن لـ (كلاوزيوس) تخيله
ظهر وأنّ القانون الثاني في الديناميكا الحرارية يفترض وأنّ كل الأشياء
التي تُطلق الحرارة مرتبطة معًا بطريقة ما
كل الأشياء التي تُطلق الحرارة شكّلت جزءًا من عملية قابلة للعكس
تحدث في مكان ما آخر
عملية من التشتيت والتبديد
عملية من ازدياد الإنتروبي
بدا وأنّ الكون بطريقة ما يتقاسم المصير نفسه كما لو كان كوب شاي
الرائع حول علماء العصر الفكتوري
أنهم استطاعوا تحقيق تلك الإرتقاءات العظيمة
واستطاعوا إدراك أنّ دراساتهم لميزان حرارة في دورق
... يمكن في الحقيقة تطبيقها يُمكن التكهن بها
يمكن توسيعها لتشمل الكون كله
على الرغم من نجاح علم الديناميكا الحرارية
لكن في منتصف القرن الـ 19
نشأ هناك جدال عظيم وحيرة حول القضية
ما كان هذا الشيء الغريب والمدعو بـ إنتروبي يعني بالضبط؟
ولماذا عساه يزيد على الدوام؟
إجابة هذا السؤال ستحتاج وثبة فِكرية هائلة
لكنها ستحطّ حيث تكشف حقيقة الطاقة
وأشكال النظام والفوضى العديدة
التي نراها في الكون من حولنا
سيتقدم عديد العلماء لمعالجة المفهوم الغامض لمصطلح إنتروبي
لكن عالم على وجه الخصوص سيُسلّط الضوء على الحقيقة
سيُبيّن ماهية الإنتروبي الحقيقية
والسبب في أنها تزيد بإستمرار مع مرور الوقت
(كان اسمه (لودفيغ بولتزمان
وكان بحقّ ممن أحدثوا ثورات في العلم
#لودفيغ بولتزمان# #1906-1844#
(وُلد (بولتزمان) في (فيينا سنة 1844
كان (فيينا) عالَم من اليقين العلمي والثقافي
لكنّ (بولتزمان) لم يكترث كثيرًا للإعتقادات الراسخة لدى معاصريه
بالنسبة له، العالم المادي
كان شيء أفضل ما يُمكن اكتشافه بعقل منفتح
لم يكن (بولتزمان) عالم تقليدي
في الواقع، كان لديه مزاج
ربما ينسبه الأكثر للفنانين العظماء
صحيح وأنه كان رجل وحشي في المنطق والتحليل
لكنه خاض أثناء عمله فترات من العواطف الجياشة
تلتها إحباطات فظيعة
تركته عاجزًا تمامًا عن التفكير بصفاء ذهن
مرّ بأزمات عقلية فظيعة وانتكاسات #الأستاذ أندريا سيلّا - كلية لندن الجامعية#
والتي اعتقد فيها أنّ العالم يتداعى وينهار
ومع ذلك ترافقت هذه الحالة
ببعض أعمق المفاهيم عن طبيعة عالمنا
،بعيدًا عن الرياضيات كان (بولتزمان) شغوف بالموسيقى
(وكان مأسور بأوبرات (فاغنر المهيبة والمثيرة
(وسيمفونيات الإحساس النقي لـ (بيتهوفن
كان عازف بيانو لامع
وكان ينسى نفسه لساعات في العمل على أفضل مقاطع مُلحّنيه
تمامًا كما كان ينسى نفسه في النظريات الرياضية العميقة
كان (بولتزمان) عالم تقوده عواطفه وغريزته
وأيضًا إيمانه في قدرة الرياضيات على فك طلاسم الطبيعة
تلك هي الخِصال التي ستقوده ليصبح
أحد أبطال نظرية جديدة صاعقة ومثيرة للجدل
نظرية ستصف الواقع في أصغر تفاصيله الدقيقة
أصغر من أيّ شيء يسعنا رؤيته بالعين المجردة
خلال النصف الثاني من القرن التاسع عشر
بدأت مجموعة صغيرة من العلماء في التأمل
أنّه عند أصغر المستويات ربما يعمل الكون بصورة مغايرة تمامًا
لتجارب حياتنا اليومية
لو أمكنك أخذ نظرة أقرب حينها قد يبدو ممكنًا وأنّ الكون
اُنشأ من جسيمات صغيرة صلبة في حركة دائمة
عند النظر إليها بمنظور الذرات
تُصبح الحرارة فجأة مفهومًا أقل غموضًا بكثير
لاحظ (بولتزمان) وآخرون أنّ الجسم لو كان ساخن
فببساطة تكون ذراته في حركة أسرع
بدا وأنّ رؤية العالم بمنظور الذرات فكرة بالغة القوة
لكن يبدو أنّ صورة الكون هذه تحمل معضلة تعجيزية
كيف يُمكن دراسة تريليونات وتريليونات الذرات
حتى إن كانت في حجم قليل من الغاز؟
أنّى لنا أن نأتي بمعادلات رياضية لوصف كل هذا؟
فبعد كل شيء الذرات تتصادم فيما بعضها بإستمرار
مغيرة من اتجاهها وسرعتها وهناك أعداد هائلة منها
تراءى وأنها معضلة تكاد مستحيلة
لكن حينها رأى (بولتزمان) بصيص أمل
تفوّقت بصيرة بولتزمان) على الجميع)
في أنّ الفيزياء ولأجل تفسير هذا الطور الجديد من الواقع
عليها الإنسلاخ من اليقين
عوض محاولة فهم وقياس ،التحركات الدقيقة لكل ذرة منفردة
رأى (بولتزمان) أنّ المرء يُمكنه صياغة نظريات عاملة
وذلك ببساطة بإستخدام إحتمالية أنّ الذرات قد تُسافر
عند سرعات محددة وفي اتجاهات محددة
نقل (بولتزمان) نفسه إلى داخل المادة
تخيّل عالمًا يقبع أسفل واقع حياتنا اليومية
واهتدى إلى عمليات رياضية تصفه
سيكون هنا عند هذا المستوى حيث سيتمكن (بولتزمان) في يومٍ ما
من فتح أعسر مغاليق الطاقة
بغضّ النظر عن الحزازية الدائرة حول نظرياته
(كانت أفكار (بولتزمان مثيرة للجدل على نحو مبالغ
وعليك التذكر أننا اليوم نُسلّم جدلاً بمسألة الذرات
لكن السبب الحقيقي في أننا نُسلّم بمسألة الذرات جدلاً
أنّ عمليات (بولتزمان) الرياضية تصاهرت بكلّ روعة مع التجارب
إحدى أكثر جوانب هذه القصة عجبًا
(أنّ العديد من معاصريّ (بولتزمان نظروا إلى أفكاره حول الذرات بحزازية شديدة
وجود الذرات اليوم
وفكرة أنّ كلّ المادة تتألف من جسيمات متناهية الصغر
هي مسألة نتقبلها دون جدال
(لكن في زمن (بولتزمان
كان هناك فيزيائيون مرموقون وبارزون لم يستسيغوها
ولماذا يستسيغوها؟
فلم يسبق وأن رأها أحد وربما لن يراها أحد بحسب ظنّهم
كيف يُمكن اعتبار هذه الجسيمات أنها حقيقية؟
بعد أن ألقى (بولتزمان) إحدى (محاضراته عن نظرية الذرة في (فيينا
نهض الفيزيائي النمساوي (العظيم (ايرنست ماخ
:وقال ببساطة لا أؤمن بوجود الذرات
كانت كلماته لاذعة وقليلة الإحترام
وأن يخرج تعليق مماثل من لسان (عالم رفيع الإعتبار كـ (إرنست ماخ
سيكون ضرره مضاعف
:كانت كلمات جدالهم "كلا، الذرات ليست موجودة"
إنها أسماء أو عناوين أو حكايات ترويحية أو أجهزة حسابية
إنها ليست موجود حقًا ونحن نعجز عن إبصارها
لم يسبق أن رأها أحد
ولهذا السبب وكما يقول نقّاد (بولتزمان)، لقد كان حالِمًا
لكن (بولتزمان) كان محق
لقد أنعم النظر عميقًا في الواقع أكثر مما تجرأ غيره
ورأى أنّ العالم لعله يتكون من فرضيات ذرية
وفهمها يكون عبر رياضيات الإحتمالات
أساسات ويقين علم القرن الـ 19 بدأت في التداعي
(أثناء تحديق (بولتزمان في عالم ذراته الجديد الشجاع
بدأ يُدرك أنّ رؤيته الجديدة للكون تشتمل في ثناياها
على تفسير لأكبر أسرار العلم
رأى (بولتزمان) أنّ الذرات تستطيع كشف
سبب صحّة القانون الثاني للديناميكا الحرارية
والسبب في أنّ الطبيعة متشابكة مع عملية قابلة للعكس
امتلكت الذرات القدرة على كشف ماهية الإنتروبي الحقيقية
والسبب في أنها لا بد وأن تزيد بإستمرار
فهم (بولتزمان) أنّ كل هذه الأجسام ابتداءً من هذه الجدران
وأنت وأنا والهواء داخل هذه الغرفة جميعها تتألف من مقومات بالغة الصغر
أساسًا، كل ما نراه هو تجميعة
من تريليونات وتريليونات الذرات والجزيئات
وكان هذا مفتاح لمفهومه حول الإنتروبي والقانون الثاني
(أدرك (بولتزمان) ما عجز عنه (كلاويزوس
السبب الحقيقي في أنّ الجسم الساخن المتروك مآله أن يبرد دائمًا
تخيّل كتلة من معدن ساخن
الذرات بداخلها تتزاحم في الأرجاء
،لكن في مضيّ تزاحمها الذرات على حافة الكتلة
تنقل بعضًا من طاقتها إلى الذرات على سطح الطاولة
ثم تتضارب هذه الذرات مع جاراتها وبهذه الطريقة
فإنّ الطاقة الحرارية تتشتت وتتبدد ببطء ووفق سلوك طبيعي جدًا
انتقل النظام كله من حالة نظامية شديدة الخصوصية
تشتمل كل الطاقة التي تتركز في بقعة واحدة
إلى نظام فوضوي حيث مقدار الطاقة ذاتها توزعت عبر أعداد أكبر من الذرات
لاحظ عقل (بولتزمان) الألمعي
أنّ هذه العملية برمّتها يُمكن وصفها رياضيًا
تمثلت مساهمة (بولتزمان) الكبرى
ولو أننا نستطيع- التوضيح بمصطلحات أكثر عفوية
مثل إزدياد الأشياء سوءًا -وارتفاع الفوضى
لكن مساهمته الكبرى تمثلت في أنّه استطاع إضافة أرقام
إذًا استطاع اشتقاق صيغة رياضية
مكّنتك من حساب الفوضى الحاصلة في النظام
هذه معادلة (بولتزمان) الشهيرة
ستكون بمثابة مساهمته المتينة للعلم
لدرجة أنها نُقشت (على شاهد ضريحه في (فيينا
ما حملته هذه المعادلة في صميمها
أنّ هناك وسائل كثيرة جدًا لعشوائية وفوضوية الأشياء
تتفوق على وسائل ترتيبها ونظاميتها
لهذا ستظلّ عشوائية الكون في تصاعد طالما لم يعبث به أحد
سترتحل الأشياء من النظام إلى الفوضى
إنه قانون ينطبق على كل شيء
ابتداءً من إبريق يهوي إلى نجم ملتهب
تجسيد مثالي للمنتجات التي نستهلكها كل يوم
كل ذلك هو تعبير لنزعة الكون ليرتحل من النظام إلى الفوضى
الفوضى مصير كل شيء
(أوضح (كلاوزيوس أنّ شيئًا دعاه إنتروبي
كان يكبر مع مرور الوقت
(الآن قد بيّن (بولتزمان ما يعنيه حقًا هذا الشيء؛
كان الإنتروبي في الواقع مقياس لفوضوية الأشياء
الطاقة تتحطم
إنها تتحطم بينما نتحدث
القانون الثاني إذًا يدور حول تزايد الإنتروبي
وهو مجرد أسلوب فنّي للقول أنّ الأشياء تزداد سوءًا
شغف (بولتزمان) وحساسيته المرهفة
وإيمانه بقوة الرياضيات
كل ذلك قاده إلى واحدة من أهم الإكتشافات في تاريخ العلم
لكن هذه العواطف الجياشة نفسها
لها جانب مظلم وصاحب تدمير ذاتي متأصل
كان (بولتزمان) خلال حياته عرضة لنوبات حادة واكتئابات
أحيانًا كانت إنتقادات نظرياته هي المحرّض
وأحيانًا مجرد قضاء وقدر
اُجبر سنة 1906 لأخذ (استراحة من دراساته في (فيينا
بعد حادثة سيئة بصورة خاصة
،في أيلول/سبتمبر 1906 كان (بولتزمان) في عطلة برفقة أسرته
في (دوينو) بجوار مدينة (تريستي) في إيطاليا
أثناء ذهاب زوجته والعائلة إلى الشاطئ
شنق (بولتزمان) نفسه
مختتمًا حياته القصيرة في كوننا بنهاية مفاجئة
ربما يكون أحزن جانب (من قصة (بولتزمان
أنه وبعد بضعة سنوات من وفاته
أفكاره التي هوجمت وتعرضت للسخرية أثناء حياته
لاقت القبول أخيرًا
وعلاوة على ذلك، باتت مضربًا جديدًا في إستقامة الرأي العلمي
في النهاية لا يُوجد مهرب أمام الإنتروبي؛ إنها الحركة القصوى
من النظام إلى الإضمحلال فالفوضوى، وذلك يحكمنا جميعًا
(تحمل معادلة (بولتزمان في جنباتها خلود كل شيء
من الأباريق الصينية فالحياة البشرية وصولاً إلى الكون نفسه
عملية التغيير والإنحلال حتمية
ينص القانون الثاني أنّ الكون نفسه لا بد في يومٍ ما
أن يصل نقطة الإنتروبي العظمى؛ ألا وهي الفوضى العظمى
الكون بحد ذاته لا بد وأن يموت يومًا ما
،لو أنّ كل شيء يضمحل لو أنّ كل شيء يتجه ليكون فوضوي
لعلك تتساءل كيف نحن موجودين؟
كيف تدبر الكون بالضبط خلق
هذا التعقيد والتركيب المتقن لحياتنا على الأرض؟
على النقيض مما قد يخطر لك
بسبب القانون الثاني كل هذه الأشياء موجودة
فوضى الكون العظمى آلت إلى تعقيده
من الممكن تسخير هذا التدفق الطبيعي من النظام إلى الفوضى
لولوج هذه العملية
وتوليد شيء جديد لخلق نظام جيد وبنية جديدة
إنه ما حققه روّاد طاقة البخار الأوائل بعفوية بمحركاتهم
وهو ما يجعل كل شيء نستحسنه شيئًا مميزًا في عالمنا
ابتداءً من هذه السيارة إلى البنايات إلى الأعمال الفنية وحتى الحياة نفسها
محرك سيارتي كبقية المحركات
صُمم لإستغلال القانون الثاني
فهو يشتغل بفضل شيءٍ جميل ونظامي كهذا البنزين
مادة مليئة بالطاقة
لكن عند إشتعال هذا السائل المرصوص داخل المحرك فإنه يتحول
إلى خليط من الغازات حجمه أكبر بـ 2000 ضعف
علاوة على الحرارة الضائعة والضجيج الذي يملأ البيئة
إنه تحوّل النظام إلى فوضى
ما هو شديد الذكاء في سيارتي
أنها تستطيع استغلال هذه الطاقة المبددة
يُمكنها إدّخار بعض هذه الطاقة واستخدامها لإدارة عملية أكثر تنظيمًا؛
مثل تحريك المكابس التي تُحرك العجلات وهي وظيفة المحركات أصلاً
تستثمر هذا التدفق من النظام إلى الفوضى لتحقيق شيء مفيد
لكن الأمر لا يقتصر على السيارات
حضّر التطور أجسامنا للعمل وفق المبدأ ذاته
لو تناولت لوح الشوكولا هذا
الممتلئ بـ طاقة منظمة لطيفة
سيعالجها جسمي ويُحولها إلى طاقة أكثر فوضوية
لكنه يدعم نفسه بنواتج العملية
السيارات والبشر على حدّ سواء يمدّون أنفسهم بالطاقة بإستغلال
التدفق الكوني الأعظم من النظام إلى الفوضى
ومع أنّ العالم بأسره ينهار إلى حالة فوضى
لكنه يعمل وفق أسلوب مثير جدًا
إنه كالشلال المنهمر
لكنّ الشلال يُبعثر بُنية رذاذية
وتلك البنية الرذاذية ربما تكون أنت أو أنا أو نبتة نرجس أو أيًا كان
يستطيع المرء إذًا إدراك أنّ تفكك الكون
أنّ هذا الإنهيار نحو الفوضى قد يكون بالواقع سلوك بنائي
محركات البخار
محطات توليد الطاقة
الحياة على الأرض؛
جميع ذلك يستغل التدفق الكوني من النظام إلى الفوضى
تظهر الأرض في يومنا بهذه الحلّة
لإننا تعلمنا سبيل استغلال الطاقة المتفسخة للكون
للحفاظ على زاويتنا الصغيرة من النظام وتحسينها
لكن تزامنًا مع تطور البشرية
كان لزام علينا إيجاد رقع جديدة من الطاقة المركّزة
التي نستطيع تحريرها لتحريك عجلة الطلب المتزايد على عمران
تقنياتنا ومدننا ومجتمعنا
من الغذاء إلى الخشب إلى الوقود الأحفوري
اكتشفنا عبر تاريح الإنسان أشكالاً أكثر تركيزًا من الطاقة
لكسر أقفالها غاية إزدهارنا
الآن في القرن الواحد والعشرين نحن على وشك استغلال
أقصى أشكال الطاقة تركيزًا
المادة التي تُزود الشمس بالطاقة
الهيدروجين
#نيتروجين سائل#
(هذا (مركز كولهام للطاقة الإندماجية (الكائن في (أكسفورد
وفي هذه المنشأة يُحاولون إعادة تصنيع نجم على الأرض هنا
لكن كما قد تتصورون
خلق وإحتواء نجم صغير ليست عملية سهلة
تحتاج العملية مئات الأفراد وبعض التقنيات شديدة البراعة
"تُدعى هذه الآلة بـ "توكاماك وقد صُممت لإستخلاص
نوع غابر من الطاقة عالية التركيز
الطاقة المنظمة لذرات الهيدروجين
طُرقت جيوب الطاقة الضيئلة هذه منذ نشأة الكون
تمامًا بعد ثلاثة دقائق من الخلق نفسه
الآن بإستخدام "توكاماك" يسعنا إستخلاص الطاقة المركزة
المحتواة في هذه الذرات بدمجها معًا
"يوجد بداخل آلة "توكاماك نوعين من غاز الهيدروجين
الهيدروجين الثقيل ونظير الهيدروجين
ممتزجان معًا في حالة شديدة السخونة تُدعى البلازما
عند تشغيل الآلة قد تصل حرارة البلازما درجات جنونية
تبلغ 150 مليون مئوية
توجد مغانط عملاقة في جدران الـ "توكاماك" لإحتواء البلازما
وردعها من ملامسة الجوانب كي لا تبرد
عندما تسخن بما يكفي فإنّ نوعيّ ذرات الهيدروجين
تندمج معًا لتشكيل ذرة هيليوم وطرد نيوترون
تنبعث هذه النيوترونات من البلازما
"وتصطدم بجدران الـ "توكاماك
لكنها تحمل طاقة
ونأمل أن نتمكن في يوم ما استغلال هذه الطاقة لتسخين الماء
وتحويله إلى بخار لتدوير توربين بهدف توليد الكهرباء
في الحقيقة ولبرهة "من الزمن في جوف الـ "توكاماك
يتشكل نجم صغير على هيئة كعكة
المشكلة هنا هي الصعوبة البالغة في إدامة
التفاعل الإندماجي لوقت كافٍ لحصد الطاقة منه
وذلك ما يعمل على إتقانه (العلماء في (كولهام
إنها عملية حدودية بين الفيزياء والهندسة #مورتين لينولم - عالم أبحاث في إفدا جيت#
كيف نُطيل هذا التفاعل شديد السخونة المتمثل بالبلازما؟
وكيف نُحسّن أداء تلك البلازما؟
فما نصبو إليه الآن إبقاء الجسيمات هناك قدر ما أمكن
لرفع فرصة تصادمها مع بعضها البعض إلى أقصى درجة
نحن نسعى إستخراج أقصى ما يمكن
بما يتوفر لدينا من إمكانيات مع هذه الآلة
ومهما تعلّمنا من أشياء لفهم البلازما بصورة أفضل
ستساعدنا في تصميم آلة أفضل في المستقبل
ولو أنّ العملية تحدث مرات عديدة في اليوم ... ها قد بدأنا
لكن العلماء جميعهم يتحلّقون هنا حول الشاشات
حسنًا ستبدأ العملية
"ما تصنعه الـ "توكاماك
هو تعدين الرماد الخصب للإنفجار العظيم
استخلاص طاقة مركزة محبوسة منذ أول الزمان
نظرًا لإنّ الهيدروجين ،هو العنصر الأكثر وفرة في الكون
لو أنّ آلات الغد استطاعت إطالة التفاعلات الإندماجية
ستقدم لنا إمكانية توفير طاقة تكاد غير محدودة
انطلاقًا من العلم الذي بدأ كناتج ثانوي للأسئلة المثارة
حول المحركات البخارية
كان لعلم الديناميكا الحرارية أثر مرعب على حياتنا جميعًا
بيّن لنا حاجتنا في استهلاك طاقة مركزة للبقاء أحياء
وكشف لنا كيف أنّ الكون بحد ذاته سيحين أجله في يوم ما
التمعّن في ليل الكرة الأرضية
يكشف كيف أنّ فكرة واحدة تبدو بسيطة قد حوّلت الكوكب
،على مدار آخر 300 عام طوّرنا وسائل أكثر إبداعًا
لإستغلال الطاقة المركزة من العالم الذي يُحيطنا
لكن جُلّ جهودنا وإنجازاتنا حقيرة
عند النظر إليها من منظور الكون الأوسع
من وجهة نظرنا كل ما نصنعه هو محاولة للحفاظ
على هذا الجيب الصغير من النظام داخل الكون المتداعي
مع أننا عاجزين عن مراوغة مصيرنا المحتوم
منحتنا قوانين الفيزياء تلك اللحظة الإبداعية الجميلة القصيرة
في هذا التفكك الكوني الأعظم
أرجو أننا عن طريق فهم الكون بتفاصيل أكثر دقة
أن نتمكن من إطالة هذه اللحظة لعديد ملايين السنين
وربما لمليارات السنين القادمة
تشاهدون في الحلقة القادمة قصة المعلومات
مفهوم المعلومات مفهوم شديد الغرابة
إنها في الواقع فكرة صعبة لتستوعبها
لكن في غمار رحلة محاولة فهمها
سيكتشف العلم أنّ المعلومات هي في الواقع جزء أساسي من كوننا
ترجمة مهند مسلّم frozendocs.blogspot.com