الانتروبي مقياس للعشوائية ، تقيس عدة امور منها انتظام توزيع الطاقة وانتظام التوزيع عبر المكان او تقيس الاتزان بمعنى آخر. ما هو الاتزان ؟الاتزان هو الحالة التي تستقر عندها المادة عند تعرضها لتغير ما في احدى محدداتها.مثلا، غاز معين له (P1,T1,V1) ومستقر.اذا تعرض لاي مؤثر خارجي فإنه يغير من قيم محدداته (P,T,V) وينتقل الى وضع آخر (P2,T2,V2). لماذا ينتقل الى هذه القيم بالذات ؟؟
تقول النظرية الحركية السائدة بأن هذا يحدث لأن عشوائية النظام تحت تأثير المؤثر الخارجي تكون قصوى عند هذه القيم بالذات. اي ان S=k Ln (omega) تكون قصوى. هذه وجهة نظر محترمة ، بدليل احترام المجتمع العلمي لها لاكثر من قرن .
لكن الاتزان ( العشوائية القصوى) تتضمن معنى الانتظام، اي ان النظام وجد ( في ذروة عشوائيته) حالة معينة اعتبرها نفس النظام الاكثر انتظاما وعدلا في توزيع المكان والطاقة.
حالة الاتزان اذن ، هي حالة العشوائية القصوى من جانب والانتظام الاقصىمن جانب آخر. وهنا نستذكر السؤال الاساسي الذي طرحه بولتزمان قديما:
لماذا تتوزع الجزيئات بالشكل التالي ؟؟ في حين كان ممكنا ان تترتب بالشكل التالي ؟؟
لاحظ هنا الامور التالية :
· ان التوزيع الاول متحرك ، والثاني ساكن
· ان التوزيعان يحتويان انتظاما وتناظرا
· ان الاول محتمل والثاني غير محتمل
· ان التوزيع الاول يضمن قابلية واستمرارية ( نسبية) للحركة في الافق، والثاني يحجز ويحجر على القابلية والاستمرارية في الحركة والتوزيع نفسه لا يضمن افقا للحركة.
قبل ان نحاول معالجو الموضوع من منظور آخر ، نقدم بعض التعاريف الجديدة ، تعريف :
· استمرارية الحركة : هي ما نص علية قانون نيوتن الاول ، فأي جسم يمتلك طاقة لا ترتبط استمراريته في الحركةبمقدار الطاقة التي تمتلكها ... بل بأمتلاك الطاقة فقط. فكمية صغيرة من الطاقة كفيلة بجعل الجسم يتحرك الى الابد.
· مقدار الحركة : هو يعتمد على مقدار الطاقة الممنوحة للجسم ، او هو معدل سبر الجسم للفراغ في وحدة الزمن.
· افق الرصد المحلي: مقدرة الجزيء على التفاعل مع اقصى عدد من الجزئيات المحيطة به، وله نصف قطر متوسط يكافئ متوسط الحجم الذي يعتبر الجزيء نفسه موجودا فيه.
فالافق المحلي للجزيء، هو اكبر فراغ يستطيع الجزيء رصده ( دفعة واحدة) عند لحظة زمنية معينة .... وسميناه الافق المحلي بخلاف الافق الكلي الذي هو حيّز النظام ككل.
المقدرة على الحركة : هو مقدرة الجسم ذو التحرر من القوى المحيطة به ، ليتحرك عبر الفضاء بشكل انتقالي ( اضافة الى الحركة التذبذبية ).
هنا يكمن ببساطة تفسير سبب اختيار الجزيئات للتوزيع الحركي الاول وكما يلي:
· انه منتظم
( الاعتراض : التوزيع الثاني ايضا منتظم .... بل مرتب ...وهذا ليس شرطا اساس التفضيل بين التوزيعين)
· يمكن القول منتظم وقابل للحركة .
( الاعتراض : لماذا لا تشغل الجزيئات نصف وعاء معين .. وتفضل دائما ملء الوعاء كاملا !! اليست حرية الحركة مكفولة في كلا الحالتين !!)
· اذن نقول منتظم وقابل للحركة وله افق رصد محلي اقصى .
( الاعتراض : ماذا عن الاجسام الصلبة ؟ فهي لا تملك القدرة على الحركة ( والحديث عن جزيئاتها ) لماذا اذن عند ظروف معينة تأخذ المواد الصلبة (.....,T,V) معينة ومحددة بدقة ؟؟
· ( الاجابة على الاعتراض : العنصر المفقود في المواد الصلبة هو المقدرة على الحركة الانتقالية ، فالقابلية موجودة اما المقدرة فمحدودة بسبب القوى التي تؤثر على الجزيئات . علما بأن جزئيات الالمواد الصلبة تتحرك حركة تذبذبية ضمن نطاق ضيّق ، وحركتها هذه تكسبها افق رصد يختلف عن افق رصد الجزيئات الساكنة كليا.)
تعميم :
اذا زودت اي كمية معينة من المادة ( نوع ، حجم ، عدد جزيئات ) بمقدار معين من الطاقة، فإنها تكتسب افق رصد معين بدقة.
بمعنى آخر، لكل كيان من كيانات مقدار معين من مادة معينة عند طاقة معينة افق رصد معين بدقة ايضا. كذلك يمكن ان تكتسب المواد المختلفة آفاق رصد متساوية، عند تواقفات معينة للطاقة والمادة، وهذا يذكرنا بالمبدأ المسمى principle of coressponding state
هذا الطرح يثير نقطة مهمة عن العلاقة بين الطاقة والفراغ. اذ ان الطاقة ليست الا مقدرة الاشياء على اكتساب القابلية للحركة ، بالتالي القابلية للاحتفاض بمزيد من افق الرصد المحلي . فكلما زادت الطاقة زادت قابلية الاجسام لسبر اكبر ما يمكن من الفضاء المحيط بها.
مبدأ CS يقول بأن الجزيئات تعتبر نفسها في حيّز له حجم اكبر من او اصغر من الحجم الحقيقي للنظام. وكلما زادت طاقة الجزيئات اعتبرت الجزيئات نفسها في حجم اكبر ، وكأن الاشياء تنظر الى العالم على انه ذو حجم مجتلف عن حجمه الحقيقي!!!!
