كثيرًا ما يرتهن تقدُّم المعرفة العلمية النظرية إلى التفسير، كما يقول الباحث موريتس شليك M. Schlik؛ فالتفسير يُساعد على التنبؤ بسلوك الأشياء التي عُرفت من قبل، طالما أنَّ ذلك السلوك يُستنتج من سلوك أشياءَ أُشير إليها بتصورات مستخدمة في التفسير؛ فلو فسرنا الحرارة على أنها صورة من صور حركة الجسيمات، لأمكننا أن ننسب كل الظاهرات الحرارية إلى خصائص الحركة غير المرئية لمجموعة من الجسيمات؛ ومن ثم يُمكننا التنبؤ بظاهرات حرارية كانت مجهولة بالنسبة لنا من قبل.¹

لقد بقي علما الميكانيك والحرارة حينًا من الدهر متباعدان عن بعضهما، مع أنه توجد الكثير من الظاهرات الميكانيكية التي ينجم عنها حرارة، خصوصا تلك التي تتعلق بالاحتكاك، لكنها كانت تُهمل ويتم التركيز على القوة المحركة أو الجسم المتحرك. وهكذا برز الثرموديناميك Thermodynamics (أو الديناميكا الحرارية، أو علم التحريك الحراري، حيث صاغ هذا المصطلح وليم طومسون أو اللورد كلفن عام 1849م، ولم يكن معروفًا قبل ذلك)² ليُحقق الارتباط بين الميكانيك والحرارة وانتقال أحدهما للآخر، وذلك كونه يرتكز على مبادئ عامة شاملة مصدرها هو الواقع التجريبي، وبذلك أصبح الثرموديناميك يدخل في جميع الظاهرات العلمية³ التي تتعلق بمفهوم درجة الحرارة (وليس كمية الحرارة)،⁴ وباتت الحرارة إحدى الوظائف الأساسية للثرموديناميك.⁵

نهدف من استعراض تاريخ النظرية الميكانيكية للحرارة دراسة المراحل التي تم خلالها ملاحظةُ العلاقة بين الحرارة والحركة وكيف يتولد كلٌّ منهما عن الآخر، وكيف تأسس على هذه العلاقة الثرموديناميك الحديث، الذي يُعرف بأنه المعالجة الرياضية للعلاقة بين الحرارة والطاقة الميكانيكية والطاقة بأشكالها الأخرى. ولم يُصبح الثرموديناميك – هذا الفرع من العلوم الفيزيائية – ممكنا إلا بعد ظهور النظرية الميكانيكية للحرارة؛ فقد بني وفقًا لمفاهيم مؤلّفي هذه النظرية، وبطريقة تعتمد بشكلٍ كامل على الظاهرات الطبيعية. وقد حَرَصَ العُلماء على تجنُّب الأسئلة المتعلقة بأسباب الظاهرات المختلفة للحرارة من ناحية، وبالعمليات الجزئية المتنوعة التي تعود إليها أصول هذه الظاهرات من ناحية أخرى.⁶

نشأ الثرموديناميك بوصفه علمًا تجريبيا بغض النظر عن بنية المادة. ⁷ واختص بتحديد العلاقات بين مختلف خصائص المادة، دون التعمق في دراسة بنيتها الداخلية، وقد تأسس الثرموديناميك بوصفه علمًا قبل فهم البنية الداخلية للمادة، وبدأ من دراسة إمكانية استخدام الحرارة للقيام بعمل ما.⁸

وهكذا، فقد أسس الربط بين الحرارة والحركة لظهور قوانين الثرموديناميك والذي يفيد بأن الحرارة شكل من أشكل الطاقة ومرادفة بصورةٍ خاصَّة الطاقة الحركية، بخلاف ما حاولت أن تروّج له نظرية السيَّال الحراري. وكما نَعلَمُ فإنَّ الطاقة الحرارية تتحرر من مختلف أنواع الوقود بعد احتراقها؛ ومن ثَم يُستفاد من هذه الطاقة المتحررة في إنجاز عمل مفيد (كما في الآلة البخارية، محرّكات الاحتراق الداخلي، إطلاق القذائف)؛ بمعنى اّخر تتحول الطاقة الحرارية الى ميكانيكية وفق المسيرة الاتية: ⁹ طاقة كامنة (في الوقود او المادة) تتحول بالاحتراق الى ← طاقة حرارية تتحول الى ← طاقة ميكانيكية.

____________________________________________

هوامش

1- قنصوه، صلاح، فلسفة العلم، ص 188-187.

2- جريبين، جون، تاريخ العلم (1543-2001م)، ج2، ص 85.

3- ربما تُستثنى ظاهرة الجاذبية من هذا الشمول حاليًّا.

4- ديفوره وأنوكان دروس في الفيزياء الثرموديناميك والحرارة، قسم 1، ترجمة: عدنان المحاسب، وزارة التعليم العالي، مطبعة جامعة دمشق، دمشق، 1976م، ص 151.

5- دبس، محمد، معجم أكاديميا للمصطلحات العلمية والتقنية، ص277.

6- فوربس، ر. ج.، وديكستر، إ. ج. تاريخ العلم والتكنولوجيا، ج2، ص 56.

7- مصطفى، عدنان أصول الفيزياء للجامعات، ص307.

8- لايتون، روبرت محاضرات فاينمان في الفيزياء، ج 1، قسم 3، الاهتزازات والثرموديناميك، ترجمة: فئة من أساتذة الفيزياء في جامعة دمشق، وزارة التعليم العالي، دمشق، 1974م، ص 215، 218.

9- سويلم، محمد عطية واخرون، الفيزياء العامة، ص 345.

مواضيع ذات صلة

الديناميكا الحرارية الجزيئية

توزيع بولتزمان

العلاقات بين الخواص

القانون الثالث للديناميكا الحرارية

الطاقة الحرة

القانون الثاني للديناميكا الحرارية

القانون الأول للديناميكا الحرارية

Order and entropy

Irreversibility

The Clausius-Clapeyron equation

Internal energy

Entropy