النموذج الميكانيكي للغاز والمعوقات التي واجهت العالمين “ماكسويل وبولتزمان”

1997 قطوف من سير العلماء الجزء الأول

صبري الدمرداش

KFAS

النموذج الميكانيكي للغاز والمعوقات العالمين ماكسويل وبولتزمان التاريخ المخطوطات والكتب النادرة

أثارت بحوث ماكسويل عن زحل شغفه بنظرية حركة الغازات، وقد تمخَّض عن اشتغاله في هذا المجال أن وضع تصميماً ميكانيكياً للغاز باعتباره مجموعة من الجسيمات المزدحمة تحمل معها كميات حركاتها وطاقاتها، تسير مسافاتٍ معيَّنة، تصطدم، تغير حركتها، تستأنف سيرها، وهكذا.

وبهذه الصورة التي أعطاها ماكسويل للغاز أمكن التوصل إلى تعريفاتٍ كميةٍ دقيقة للخواص المختلفة للغازات مثل اللزوجة والانتشار وحرارة التوصيل. ويعد هذا انتصاراً علمياً بكافة المقاييس…

وقد وُجِّه الكثير من النقد إلى هذا النموذج على أساس أنَّ جزيئات الغاز ليست صلدة ولا هي تامة المرونة، كما أن تأثير بعضها على بعض لا يقتصر على وقت التصادم.

ومع كل هذا، وبالرغم من كل هذه النقائص والأخطاء في النموذج، فإن النتائج التي أدَّى إليها أثبت التجريب أنها صحيحة تماماً، وما زال قانون ماكسويل عن سلوك الغازات مستعملاً ليومنا هذا.

ترقيع…النموذج

كان عالم الفيزيقا الألماني لودفيج بولتزمان، الذي أدرك مغزى هذه الكشوف وأهميتها، قد بدأ في تنقيح نموذج ماكسويل وتعميمه.

وكان كلٌ من ماكسويل وبولتزمان، وهما يعملان منفصلين ولكن في منافسة هادئة، قد حقَّقا تقدماً ملموساً في شرح سلوك الغازات وتفسيره بواسطة الميكانيكا الإحصائية.

وقد قابلتهما في هذا الشأن عقباتٍ كؤود، من مثل عدم استطاعتهما وضع معادلاتٍ نظرية دقيقة للحرارة النوعية لبعض الغازات.

والتفسير الصحيح لما قابلهما من عقباتٍ لا يمكن أن تقدِّمه سوى نظرية الكمّ التي ظهرت فيما بعد، وهي النظرية التي أوضحت أن دوران الجزيئات حول نفسها وذبذبتها إنما يأخذ قيماً محدَّدة ولكن الحق أنه لم يكن لنظرية الكمّ، ولا النظرية النسبية، أو غيرهما من النظريات العملاقة التي أدت إلى ثورة في علم الفيزيقا في القرن العشرين، لم يكن لأيىٍ من هذه النظريات أن تأخذ مكانها وتظهر لولا الجهود الرائعة لهذين العالمين في تطبيق الأساليب الإحصائية في مجال دراسة الغازات.