تابع جيمس ماكسويل ما كان قد بدأه دانييل برنولي وأوغسط كارل كرونيغ وروبرت ماير، وإنما بشكل موسع وأكثر تعميما، وذلك بأن شمل في دراسته التصادمات بين الجزيئات بعضها ببعض، وقد لاحظ أنَّ هذه الجزيئات تتحرك على الأرجح بسرعات متفاوتة، فَعَبَّر عن ذلك بقوله: «إن الدقيق من جسيماتها سريع الحركة سرعة تزيد منها الحرارة حتى لتُثير دقة طبيعة هذه الحركة الفضول العقلاني. كما أظهر كيف يمكننا تحديد متوسط هذه السرعات على وجه الدقة، وكيف تُحسب العلاقة الصحيحة بين الضغط والكثافة والحرارة، وكتب يقول: «ليس من الضروري أن نفترض في أي جسيم أن ينتقل مسافة طويلة على خط مستقيم؛ إذ إنَّ وقع أحداث الضغط سيكون هو ذاته إذا اصطدمت الجُسيمات إحداها بالأخرى؛ ولذلك قد يكون الخط المستقيم الذي يرسمه كلٌّ منها بالغ القصر.» ¹²²

لقد اعتبر ماكسويل الحرارة تعبيرًا عن الطاقة الحركية للجزيئات، وهي في حالة حركة. وقد ناقش فكرته كما يأتي: «من الظاهر أنَّ الجسم قد يكون حارا بدون أية حركة مرئية له، سواء الجسم ككل أو أجزاء منه بالنسبة لبعضها بعضًا؛ لذلك، وإذا كان الجسم حارا بفضل الحركة، فلا بد للحركة أن تقوم بها أجزاء الجسم الدقيقة جدًّا لتكون مرئية بشكل منفصل، وضمن حدودٍ ضيقة؛ لأننا لا نستطيع أن نكشف غياب أي جزء من موقعه الأصلي. والدليل على حالة الحركة السرعة التي يجب أن تتجاوز تماما سرعة قطار سكة الحديد، وهي توجد في الأجسام التي بإمكاننا أن نضعها تحت مجهر قوي جدا؛ حيث إننا لن نكشف شيئًا سوى الاسترخاء الأكثر مثالية، يجب أن تكون طبيعةً مقنعة قبل أن نعترف بأن الحرارة هي حركة بالأساس.»¹²³

ثم قام ماكسويل بوضع فرضية بديلة، تقول إنَّ طاقة الجسم الحار هي طاقة كامنة، أو بمعنى آخر: إنَّ الجسم الحار هو في حالة ركود، إنما تعتمد هذه الحالة من الركود على تضاد القوة المتوازنة طالما هي في درجة الحرارة نفسها، لكن عندما يتم تدمير هذا التوازن تكون قادرةً على وضع الأجسام في حالة حركة. فيما يتعلق بنظرية من هذا النوع، فإنه من الواضح بأن الطاقة الكامنة تعتمد بشكل أساسي على الموقع النسبي لأجزاء النظام الذي تُوجد فيه، وأن الطاقة الكامنة لا يُمكن نقلها بأية طريقة بدون بعض التغيير للموقع النسبي لهذه الأجزاء؛ لهذا، فإنه لدى كل تحوُّل للطاقة الكامنة، يُوجد نوع ما من الحركة. ¹²⁴

فكرة الحرارة الناتجة عن التصادم بين الأجسام تم سحبها وتطبيقها في القرن 19م على النظرية الحركية للغازات على يد ماكسويل، لكنه لن يعامل الجزيئات الغازية معاملة كرات البلياردو عندما تتصادم مع بعضها، وإنما اعتبرها تقترب من مراكز ثقل بعضها حتى حد معين ثم تنفصل عن بعضها لتتابع كلٌّ منها حركتها باتجاه آخر.¹²⁵

_______________________________________

هوامش

122- ويلسون ميتشل الطاقة، ص 54.

123- Heat Is Motion: “A Classic of Science", the Science Newsletter, Vol. 22, No. 589 (Jul.23, 1932), Society for Science & the Public, pp. 54.

124- Heat Is Motion: "A Classic of Science", pp. 54-55.

125- Ibid, p. 55.

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