من الذين أسهموا أيضًا في زوال نظرية السيَّال الحراري الإنكليزي جيمس جول الذي أوضح أنَّ كمية الحرارة الناتجة عن الاحتكاك متناسبة مع العمل المبذول، وقال جول: «إنني ألزم النظرية التي تعتبر الحرارة بوصفها حركةً لجسيمات المادة.»¹³¹ وهو مقتبس عن كلام جان أندريه ديلوك الذي قال ذلك قبل قرن ونصف. ¹³²

كان جول مهتما بالعلاقة بين الطاقة والحرارة، وفي الوقت نفسه كان تلميذا لجون دالتون صاحب النظرية الذرية الحديثة الذي اعتبر تفسير الحرارة على أنها مادة أمر مقبول بشكل جيد. ¹³³ لذلك ليس غريبًا أن يكون لديه اعتقاد راسخ بالنظرية الذرية، مع وجود جمهرة من العلماء المشككين بها، كما أنَّه أحد العُلماء القلائل الذين تقبلوا العمل المهمل لجون هيرباث J. Herapath حول النظرية الحركية للغازات. وقد تأثر كثيرًا بالبحث الذي نشره بيتر إيوارت Ewart .P عام 1813م الذي كان بعنوان «حول قياس قوة الحركة»، ¹³⁴ واطلع على أفكار سعدي كارنو، ودفع بها إلى الأمام.¹³⁵

أخيرًا، عندما علم جول بما كتبه رمفورد أدرك وجود علاقة حقيقية بين الحرارة والحركة وتحول أحدهما إلى صورة الآخر. وما يؤكّد ذلك أنَّه عندما يكون لدينا كرة تتدحرج على الأرض فإن احتكاكها بالأرض سيولد حرارةً، وهذا يعني تحول الطاقة الحركية للكرة إلى طاقة حرارية. ¹³⁶

وقد اقتنع جول فيما بعد أن جميع أشكال الطاقة يمكن أن يتحول إلى حرارة، سواء ميكانيكية أو كهربائية أو مغناطيسية، وهو ما سيقوده للقول بقانون حفظ الطاقة. وفي عام 1840م، بدأ يُجري قياساته الدقيقة لاختبار هذه الأفكار؛ أي إنَّ أي مقدار من الطاقة يجب أن يعطي قدرًا مُعينًا من الحرارة، فراح يتحقق تجريبيا من قانون حفظ الطاقة في دراسته على تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة حرارية. وباستخدام عدة أساليب مستقلة، استطاع جول تحديد العلاقة العددية بين الطاقة الحرارية والطاقة الميكانيكية؛ أي ما يُعادِل الحرارة ميكانيكيا؛ منها تقليبه الماء بوساطة عَجَلةٍ مجدافية (لها زعانف)، مع أخذ قياس الطاقة الحركية، وارتفاع درجة الحرارة في السائل. كما قام بضغط الهواء، ثم قاس الطاقة التي استهلكت في الانضغاط، والحرارة التي نشأت في الهواء. أيضًا قام بدفع الماء داخل أنابيب ضيقة، وأحدث تيارًا كهربائيا في ملف من السلك، بتدوير السلك بين قطبي مغناطيس، وكذلك مرَّر تيارًا خلال سلك بدون مساعدة المغناطيس، وفي كل حالة، ¹³⁷ أخذ جول يقيس الطاقة المستهلكة والحرارة الناتجة. وبعد سبعة أعوام؛ أي حوالي 1847م ، بات جول على قناعة تامة بأنَّ أية كميةٍ من الطاقة، ومن أي نوع، ستعطي قدْرًا مُعيَّنا من الحرارة، فإذا تم قياس الطاقة بوحدات الإرغ، ودرجات الحرارة بالكالوري، فقد تبيَّن لجول أن كل واحد كالوري من الحرارة ينتج من استهلاك 4.8 مليون إرغ من الطاقة من أي نوع كان، وهي العلاقة بين الطاقة والحرارة التي سُمِّيت بـ (المكافئ الميكانيكي الحراري mechanical equivalent of heat)، ثم سميت وحدة الطاقة بـ (الجول) تكريمًا لجهوده، حيث إن واحد جول يساوي 10 مليون إرغ؛ وعليه فإنَّ الكالوري الواحد يُعادل 4.18 جول.¹³⁸

وقد كتب جول في عام 1847م قائلًا: «إنَّ التجارب قد أبانت أنه عندما تفنى القوة الحية ¹³⁹ ظاهريًّا، سواء بالاصطدام أو بالاحتكاك أو بأية وسيلة مشابهة، تنشأ محلها حرارة تكافئها بالمقدار والعكس صحيح أيضًا، فالحَرَارة والقوة الحيَّة والجاذبية في الفضاء، ويُمكن أن أضيف إليها الضوء أيضًا، تتحوّل إلى بعضها بعضًا، ولا يُفقد شيء خلال هذا التحول.»¹⁴⁰ وهو ما سيشكّل الأساس لمبدأ حفظ الطاقة، الذي سيدخل في صراع طويل الأجل مع أصحاب الآلات دائمة الحركة.

_______________________________________________

هوامش

131- جيمس جول، التسخين أثناء التحليل الكهربائي للماء، مذكرات الجمعية الفلسفية والأدبية في مانشستر، السلسلة II، المجلد 7، (1864م)، الصفحة 67.

132- Miller, Ingo, A History of Thermodynamics, p. 24.

133- كوب، كاتي ووايت هارولد جولد إبداعات النار، ص230.

134- عن موسوعة ويكيبيديا، مدخل «نظرية السيال الحراري»، 2015م.

135- مطلب، محمد عبد اللطيف، تأريخ علوم الطبيعة، ص258.

136- أسيموف، إسحاق، أفكار العلم العظيمة، ص81.

137- لقد بات لدى جول هاجس حول قياس قيمة المكافئ الميكانيكي للحرارة، حتى إنه اصطحب زوجته أثناء شهر العسل في رحلةٍ إلى شلال في سويسرا، وذلك حتى يتمكن من قياس الفرق في درجات حرارة الماء بين قمة وقاع الشلال، والتي يتسبب فيها سقوط الماء من هذا الارتفاع. طبعا لم يتمكن من الحصول على قياسات جيدة بسبب الرذاذ، ولأنه كان يُحاول قياس فرق يبلغ أقل من درجة مئوية واحدة. انظر: كوب، كاتي ووايت هارولد جولد إبداعات النار، ص238.

138- أسيموف، إسحاق، أفكار العلم العظيمة، ص83-82.

139- وهي الطاقة الحركية كما كان يسميها في ذلك الوقت.

140- مطلب، محمد عبد اللطيف، تأريخ علوم الطبيعة، ص 259.

141- أسيموف، إسحاق، أفكار العلم العظيمة، ص83.