المؤلف: محمد الشرعبي الكتاب أو المصدر: الفريد في الفيزياء الجزء والصفحة: القسم: علم الفيزياء / مواضيع عامة في الفيزياء / مصطلحات وتعاريف فيزيائية / القانون الثاني للديناميكا الحرارية يتم انتقال الحرارة تلقائيا من الجسم الساخن إلى الجسم البارد وليس العكس. وهناك عدة صيغ للقانون الثاني للديناميكيا الحرارية: 1 / صيغة كلاوزيوس. 2 / صيغة كلفن- بلانك. هو مجموعة نظريات فيزيائية ظهرت في القرن العشرين، الهدف منها تفسير عدة ظواهر تختص بالجسيمات والذرة ، وقد قامت هذه النظريات بدمج الخاصية الموجية بالخاصية الجسيمية، مكونة ما يعرف بازدواجية الموجة والجسيم. ونظرا لأهميّة الكم في بناء ميكانيكا الكم ، يعود سبب تسميتها ، وهو ما يعرف بأنه مصطلح فيزيائي ، استخدم لوصف الكمية الأصغر من الطاقة التي يمكن أن يتم تبادلها فيما بين الجسيمات. جاءت تسمية كلمة ليزر LASER من الأحرف الأولى لفكرة عمل الليزر والمتمثلة في الجملة التالية: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث المحفز Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي. Radiation وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت انشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث المحفز.
حتى عندما يتم زيادة الترتيب في موقع معين ، على سبيل المثال عن طريق التجميع الذاتي للجزيئات لتشكيل كائن حي ، عندما تأخذ النظام بأكمله بما في ذلك البيئة في الحسبان ، هناك دائمًا زيادة صافية في الانتروبيا. في مثال آخر ، يمكن أن تتكون البلورات من محلول ملحي مع تبخر الماء. البلورات أكثر انتظامًا من جزيئات الملح في المحلول ؛ ومع ذلك ، فإن الماء المتبخر أكثر اضطرابًا من الماء السائل. تؤدي العملية ككل إلى زيادة صافية في الفوضى. تاريخ كتب ستيفن ولفرام في كتابه "نوع جديد من العلم" ، "حوالي عام 1850 ذكر رودولف كلاوزيوس وويليام طومسون (اللورد كلفن) أن الحرارة لا تتدفق تلقائيًا من الجسم الأكثر برودة إلى الجسم الأكثر سخونة. " أصبح هذا أساس القانون الثاني. أدت الأعمال اللاحقة التي قام بها دانيال برنولي وجيمس كليرك ماكسويل ولودفيج بولتزمان إلى تطوير النظرية الحركية للغازات ، حيث يتم التعرف على الغاز على أنه سحابة من الجزيئات المتحركة والتي يمكن معالجتها إحصائيًا. يسمح هذا النهج الإحصائي بالحساب الدقيق لدرجة الحرارة والضغط والحجم وفقًا لقانون الغاز المثالي. أدى هذا النهج أيضًا إلى استنتاج مفاده أنه في حين أن التصادمات بين الجزيئات الفردية قابلة للانعكاس تمامًا ، أي أنها تعمل بنفس الطريقة عند تشغيلها للأمام أو للخلف ، بالنسبة لكمية كبيرة من الغاز ، فإن سرعات الجزيئات الفردية تميل بمرور الوقت إلى تكوين عادي أو غاوسي.
والنتيجة لذلك هي عند وضع الغاز الساخن والغاز البارد معًا في وعاء، ينتهي الأمر بتكوين غاز دافئ. على أي حال، فإن الغاز الدافئ لن يفصل نفسه تلقائيًا إلى الغاز الساخن والبارد، ما يعني أن عملية خلط الغاز الساخن والبارد غير عكسية. غالبًا ما يلخص ذلك على أنه «لا يمكنك استرجاع بيضة مقلية ومخلوطة». وفقًا لولفرام، أدرك بولتزمان في عام 1876 تقريبًا أن السبب في ذلك هو أنه يجب أن يكون هناك العديد من الحالات الفوضوية للنظام أكثر من الحالات الانتظامية، وبالتالي فإن التفاعلات العشوائية ستؤدي حتمًا إلى حالة أكثر فوضوية. الشغل والطاقة. يوضح القانون الثاني نقطة مهمة وهي أنه من المستحيل تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية بكفاءة 100%. بعد عملية تسخين الغاز لزيادة ضغطه لتحريك المكبس، هناك دائمًا بعض الحرارة الباقية في الغاز والتي لا يمكن استخدامها للقيام بأي شغل إضافي. يجب التخلص من هذه الحرارة المهدورة عن طريق نقلها إلى المشتت الحراري. في حالة محرك السيارة يتم ذلك عن طريق طرح خليط الوقود المحترق والهواء إلى الجو. بالإضافة إلى ذلك، ينتج عن أي جهاز فيه أجزاء متحركة احتكاك يحول الطاقة الميكانيكية إلى حرارة غير قابلة للاستخدام بشكل عام ويجب إزالتها من النظام عن طريق نقلها إلى المشتت الحراري.
هذا هو السبب في رفض مكتب براءات الاختراع الأمريكي بإجراءات موجزة المطالبات المتعلقة بآلات الحركة الدائمة. عندما يتلامس جسم ساخن وبارد مع بعضهما البعض ، ستتدفق الطاقة الحرارية من الجسم الساخن إلى الجسم البارد حتى يصلوا إلى التوازن الحراري ، أي نفس درجة الحرارة. ومع ذلك ، لن تتراجع الحرارة أبدًا في الاتجاه الآخر ؛ لن يزداد الفرق في درجات حرارة الجسمين تلقائيًا. يتطلب نقل الحرارة من الجسم البارد إلى الجسم الساخن العمل الذي يجب القيام به بواسطة مصدر طاقة خارجي مثل مضخة الحرارة. قال ديفيد ماكي ، أستاذ الفيزياء في جامعة ولاية ميسوري: "إن المحركات الأكثر كفاءة التي نبنيها الآن هي توربينات الغاز الكبيرة". "إنهم يحرقون الغاز الطبيعي أو أنواع الوقود الغازية الأخرى في درجات حرارة عالية جدًا ، أكثر من 2000 درجة مئوية [3600 فهرنهايت] ، والعادم الخارج هو مجرد نسيم قاسي ودافئ. لا أحد يحاول استخراج الطاقة من الحرارة المهدرة ، لأنه ليس هناك الكثير ". سهم الزمن يشير القانون الثاني إلى أن العمليات الديناميكية الحرارية ، أي العمليات التي تنطوي على نقل أو تحويل الطاقة الحرارية ، لا رجعة فيها لأنها تؤدي جميعها إلى زيادة في الانتروبيا.
وعلى الرغم أن الأمر قد لا يبدو بهذا الوضوح، يوضح القانون الثاني للديناميكا الحرارية أيضًا عدم قدرة إحدى محطات الطاقة أو المحرك الذاتي على تحويل الطاقة من نوع إلى آخر بكفاءة بنسبة 100%. Though it may not be as obvious, the second law of thermodynamics also explains the inability of a power plant or an auto engine to convert energy from one type to another with 100% efficiency. نشأت الفرضية من القانون الثاني للديناميكا الحرارية والذي ينص على أن الإنتروبيا تبدأ بالتزايد في نظام منعزل. This conflicts with the second law of thermodynamics, which states that entropy will increase in an isolated system. في الواقع، هذه المسألة الأولية تنعكس في واحدٍ من أكثر قوانين الفيزياء أساسيةً، القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، أو قانون الأنثروبيا. In fact, this gut instinct is reflected in one of the most fundamental laws of physics, the second law of thermodynamics, or the law of entropy. في عام 1951 نشر بلوم نظرية عن سهم الزمن، الذي "يستكشف العلاقة بين سهم الزمن ( القانون الثاني للديناميكا الحرارية) والتطور العضوي" In 1951 Blum published Time's Arrow and Evolution, which "explores the relationship between time's arrow (the second law of thermodynamics) and organic evolution. "
على سبيل المثال، افترض أن هناك معادلة تصف اصطدام وارتداد كرتي بلياردو متطابقتين. إذا سُجّلت لقطة مقربة لهذا الحدث بكاميرا وشُغّل الفيلم عكسيًا باتجاه الماضي ، فما يزال من الممكن تمثيلها بنفس المعادلة. الأكثر من ذلك، أنه لا يمكن التمييز من التسجيل إذا كانت قد عولجت أو لا. فكِلا الإصدارين يبدوان منطقيين كما لو كانت كرات البلياردو تتحدى الإحساس البديهي بالوقت. ومع ذلك، تخيل تسجيلًا للكرة المحايدة البيضاء لكسر هرم كرات البلياردو التي ستنتشر في جميع الاتجاهات. في هذه الحالة، من السهل التمييز بين سيناريو الحياة الحقيقية والمشهد كما لو كان مسجلًا بطريقة عكسية. ما يجعل الأخير يبدو سخيفًا هو فهمنا الحدسي للقانون الثاني للديناميكا الحرارية؛ أي أن النظام المعزول إما أن يبقى ثابتًا أو يتطور نحو حالة من الفوضى بدلًا من النظام. لا تمنع معظم قوانين الفيزياء الأخرى المتداولة كرات البلياردو من العودة للاصطفاف في هرم، أو الشاي المتدفق في الكوب من العودة مرة أخرى إلى كيس الشاي، أو البركان من الانفجار في الاتجاه المعاكس. لكن هذه الظواهر ليست مرصودة؛ لأنها تتطلب نظامًا معزولًا لافتراض حالة أكثر ترتيبًا دون أي تدخل خارجي، وهو ما يتعارض مع القانون الثاني.
تشبه هذه العملية تقلبات موجات الميكروويف في الخلفية الكونية العشوائية في حالة الإلكترون، ولكن هذه المرة، تُحدث عن عمد. إن هذا يشبه في مثال البلياردو أن يعطي شخص ما الطاولة ضربة محسوبة تمامًا. المرحلة الرابعة: (البعث – Regeneration) [ عدل] يُطلق برنامج التطور من المرحلة الثانية مرة أخرى. بحيث تقدم "الضربة" بنجاح، لا يؤدي البرنامج إلى مزيد من الفوضى بل يعيد حالة البتّات الكمومية إلى الماضي، وستستعيد الطريقة التي سيتموضع الإلكترون المشوش أو كرات البلياردو بها مساراتها في اتجاه التشغيل المعاكس، لتكوّن في النهاية شكل المثلث. وجد الباحثون أنه في 85% من الحالات، عاد البت الكمومي لحاسوب الكم الآلي ثنائي البت الكمومي إلى الحالة الأولية. ولكن عندما أصبحت هناك ثلاثة بتّات كمومية، حدثت المزيد من الأخطاء؛ ما أدى إلى نسبة نجاح بلغت حوالي 50%. وفقًا للمؤلفين، فإن هذه الأخطاء ناتجة عن عيوب في الحاسوب الكمومي الفعلي. بتطوير تصميم الأجهزة، من المتوقع أن ينخفض معدل الخطأ. ومن المثير للاهتمام، أن خوارزمية الانعكاس الزمني نفسها قد تكون مفيدة في جعل أجهزة الحاسوب الكمومية أكثر دقة. يشرح ليبيديف: «يمكن تحديث خوارزميتنا واستخدامها لاختبار البرامج المكتوبة لأجهزة الحواسيب الكمومية والقضاء على الجلبة والأخطاء». '