قانون نيوتن الثالث يتم خرقه ضمن حالات خاصة

كلنا يعلم قانون نيوتن الثالث الذي يقول: لكل فعل رد فعل مساوٍ في الشدة ومعاكس في الاتجاه، والذي نلاحظه في العديد من المشاهدات اليومية، فمثلاً عندما نمشي تدفع أقدامنا باتجاه الأرض ( و هو الفعل )، وتدفع الأرض بقوة مساوية ومعاكسة في الجهة ( و هو رد الفعل )، ويعد هذا القانون أساسياً لفهم وتطوير السيارات، والطائرات، والقوارب، والكثير من التقنيات الأخرى.

وعلى الرغم من أنه يعتبر واحداً من القوانين الأساسية في الفيزياء، إلا أن قانون نيوتن الثالث من الممكن أن يُخرق في حالات خاصة من عدم التوازن. فعندما يخرق جسيمان أو جزيئان هذا القانون يقال بأن لهما تفاعل غير متماثل. يحدث هذا الخرق غالبا عندما تتدخل الطبيعة في التفاعل بين الجزيئين بطريقة ما. كأن تتحرك الطبيعة بالنسبة للجسيمين، إلا أن قانون نيوتن الثالث يبقى صالحاً لكامل الجملة المكونة من الطبيعة والجسيمين.

توجد الكثير من الأمثلة على التفاعل غير المتماثل ولاسيما على المستوى المجهري والذي نستخدم الميكانيك الإحصائي لدراسته. ففي ورقة جديدة نشرت في Physical Review X تم التحقق من الميكانيك الإحصائي لأنواع مختلفة من التفاعلات غير المتماثلة، واكتشاف بعض النتائج المفاجئة، كأن يكون بالإمكان توليد تدرجات لدرجة الحرارة الحدية على المستوى الجزيئي.

يقول العالم الفيزيائي إيفليف من معهد ماكس بلانك بألمانيا: " أعتقد أن المعنى الأهم لعملنا هو أننا أظهرنا بدقة فئات معينة من الجمل غير المتوازنة أساساً، من الممكن وصفها تماماً باستخدام الميكانيك الإحصائي لحالة التوازن، حيث أمكن الحصول على تابع هاميلتون (تابع الطاقة) الذي يصف هذه الجمل. إحدى النتائج المدهشة هو إمكانية ملاحظة مزيج من سائلين في توازن معين ولكن يبقى لكل سائل درجة حرارته الخاصة".

ومن حالات التفاعل غير المتماثل، تجربة درس فيها الباحثون جسيمات كروية مشحونة تدور فوق صفيحة مشحونة في حجرة من البلازما. تضم الجملة نوعين من الجسيمات المشحونة، والتي يؤدي اختلاف حجمها وكثافتها إلى التحليق على ارتفاعات مختلفة فوق الصفيحة في الحجرة، ما يؤدي إلى نشوء قوى تنافر بين طبقتي الجسيمات لأن التفاعل بينهما عكوس في حين لا تنشأ قوى التجاذب لأن هذه القوى تنقص مع تزايد المسافة بين الجسيمات وبالتالي يحدث خرق لقانون نيوتن الثالث، فجسيمات الطبقات السفلى تطبق على جسيمات الطبقات العليا قوة أكبر من تلك التي تطبقها جسيمات الطبقات العليا على جسيمات الطبقات السفلى، لذا تمتلك الطبقات العليا طاقة حركية أكبر وحرارة أعلى من الطبقات الدنيا. و بإمكان الباحثين بضبط الحقل الكهربائي زيادة فرق الارتفاع بين الطبقتين والذي سيزيد بالتالي فرق درجة الحرارة.

يقول إيفليف: "ما أثق به تماماً هو أن نتائجنا تعطي خطوة مهمة للأمام نحو فهم أفضل لأنواع عديدة من الجمل غير المتوازنة. يوجد العديد من الأمثلة لجمل غير متوازنة مختلفة حيث يختل توازن الفعل ورد الفعل في التفاعلات ما بين الجسيمات. ولكننا أظهرنا أنه ومع ذلك بإمكاننا إيجاد تناظر أساسي يسمح لنا بوصف جمل كهذه بمصطلحات توازن الميكانيك الإحصائي".

تعد تجارب البلازما مثالا على اختلال تناظر الفعل ورد الفعال في بعدين، يمكن كذلك أن يحدث هذا الاختلال في ثلاثة أبعاد، حيث يتوقع العلماء أن نوعي الجمل له سلوك غير اعتيادي، ويطمحون لبحوث متقدمة حول هذه الجمل في المستقبل.

ويكمل إيفليف : " تركز أبحاثنا الحالية على العديد من المواضيع ضمن هذا التوجه، أحدها دراسة أثر اختلال توزان الفعل ورد الفعل على المعلقات الغروية، حيث يقود التفاعل غير المتماثل إلى تنوع كبير لظواهر توازن مختلفة (تشكل طبقات، انفصال أطوار، تجمع ديناميكي). و ربما تقود نتائج أبحاث كهذه إلى تطبيقات مهمة وعديدة

المصادر:

هنا

هنا