למרות הישגים גדולים אלו, תורה זו עדיין לא הייתה מושלמת.
המאה ה־20.
בשנים 1904–1905 פרסם אלברט איינשטיין סדרת של מאמרים אשר הניחה את הבסיס למכניקה הסטטיסטית. במאמריו ניתח איינשטיין דווקא את הסטיות מהממוצע והראה שבאמצעותן אפשר ללמוד רבות על הפיזיקה של המערכת; השלב הבא בהתפתחותה של התרמודינמיקה שילב את מכניקת הקוונטים במכניקה הסטטיסטית. שילוב זה היה מהותי מאחר שרק באמצעות מכניקת הקוונטים אפשר לספור נכון את המצבים המיקרוסקופיים כראוי ולחשב פונקציות ריבוי נכונות.
החל ממחצית השנייה של המאה ה-20 החלה התפתחות של תרמודינמיקה סופית בזמן.
ארבעת החוקים הבסיסיים.
בעולם התרמודינמיקה ישנם ארבעה חוקים מרכזיים:
המתקפה על פרל-הארבור
תעלת פנמה
תעלת פנמה (בספרדית: Canal de Panamá) היא נתיב ספנות חשוב החוצה את מצר פנמה שבאמריקה המרכזית, ומחבר בין האוקיינוס האטלנטי לאוקיינוס השקט. בניית התעלה הייתה אחד האתגרים ההנדסיים הגדולים והקשים ביותר אי פעם. התעלה השפיעה רבות על השיט בין שני האוקיינוסים, שכן חסכה את השייט במסלול הארוך מסביב לאמריקה הדרומית ודרך מצר מגלן. לאחר השלמת בניית התעלה, מרחק השיט הנדרש, לדוגמה, מניו יורק לסן פרנסיסקו, קטן ב-13,000 קילומטר ממרחק השיט שנדרש קודם לכן בנתיב המקורי סביב אמריקה הדרומית.
אף שהרעיון המקורי של תעלה בפנמה הועלה לראשונה כבר במאה ה-16, הניסיון הראשון לכריית התעלה החל רק בשנת 1880 על ידי יזמים צרפתים, בניצוחו של פרדיננד דה לספס, והסתיים ב-1889 מבלי שהושלם. העבודה התחדשה ב-1904 על ידי ארצות הברית, והתעלה נפתחה לשיט בשנת 1914. בניית התעלה, שאורכה 77 קילומטר, הייתה רצופה בבעיות שונות, כמו מפולות בוץ ואף פרוץ מחלות שונות (בעיקר מלריה וקדחת צהובה) בקרב עשרות אלפי בוניה. על פי ההערכה, יותר מ-27,500 עובדים מתו במהלך ניסיונות הבנייה השונים.
מאז פתיחתה, מהווה התעלה נתיב מרכזי בספנות הבינלאומית. מדי שנה עוברות בתעלה יותר מ-14,000 ספינות, הנושאות יותר ממאתיים מיליון טונות סחורה. מפתיחתה ועד לסוף שנת 2002 עברו בתעלה יותר מ-800,000 ספינות שונות. התעלה מספקת כ-80% מהכנסותיה של פנמה באופן ישיר או עקיף.
תיאור התעלה.
תעלת פנמה מחברת את מפרץ פנמה הנמצא באוקיינוס השקט עם הים הקריבי שבאוקיינוס האטלנטי. בגלל צורת ה-S של מצר פנמה, התעלה עוברת מהאוקיינוס השקט שבדרום מזרח לאוקיינוס האטלנטי שבצפון מערב. על מנת למנוע בלבול, רשויות התעלה מכנים את המעבר מהאוקיינוס האטלנטי לאוקיינוס השקט כמעבר דרומה ואילו הדרך ההפוכה נקראת צפונה.
התעלה יכולה להעביר החל מיאכטות קטנות ועד לספינות מטען ונוסעים גדולות. עד 2016 כלי השיט הגדולים ביותר שיכלו לעבור בתעלה הוגדרו "פנמקס" לפי ממדיהן. ב-26 ביוני 2016 נפתחה בתעלת פנמה מערכת תאי שיט גדולים יותר שהביאו לקביעת סיווג חדש לכלי שיט, "נאופנמקס" (Neopanamax). מכולות הענק עם קיבולת של מעל 20,000 מכולות מכונות פוסט-פנמקס והן גדולות מכדי לעבור בתעלה.
מעבר ממוצע של ספינה בתעלה אורך כ-9 שעות.
תוכנית התעלה.
התעלה מורכבת משני אגמים מלאכותיים, מספר תעלות מלאכותיות וכן מספר קבוצות של תאי שיט. אגם מלאכותי נוסף, אגם אלחואלה, משמש כמאגר מים לתעלה.
מאפיין מרכזי בתוכנית התעלה נובע מהפרשי גובה. במרכז נתיב התעלה שטח קרקעי גדול, אשר גבוה בכ-26 מטר מגובה פני הים. לצורך זה מועלות הספינות בחלק הראשון של מסען בתעלה באמצעות תאי שיט עד לגובה זה, ומורדות חזרה לגובה פני הים, שוב באמצעות תאי שיט, בחלק האחרון של מסען.
להלן מערך התעלה במסלול העובר מהאוקיינוס השקט לאוקיינוס האטלנטי:
אורכו השלם של המעבר, החל מתעלת הכניסה בצד האוקיינוס השקט ועד לשובר הגלים שנמצא באוקיינוס האטלנטי, הוא 76.9 קילומטר. טווח הגאות ושפל המקסימלי בצד האוקיינוס השקט הוא בין 3.35+ מטר ל 3.20- מטר. ולכן, ההעלאה בתאי השיט מירפלורס נעה בין 13.1 מטר בעת שיא הגאות, ל-19.1 מטר בעת שיא השפל. טווח הגאות והשפל בצד האטלנטי של התעלה אינו עולה על 60 סנטימטר. גובה פני הים הממוצע בצד הפאסיפי של התעלה גבוה ב-20 סנטימטר מהגובה בצד האטלנטי.
מפרץ לימון, שנמצא בצד האטלנטי, משמש מעגן מוגן לספינות על ידי שובר גלים מלאכותי ענקי. אולם, השטח שבתוך המפרץ אינו מספיק יותר בגלל כמות הספינות וגודלן. ולכן, ספינות רבות הממתינות למעבר בתעלה נאלצות לעגון מחוץ למפרץ בים הפתוח. המעגן בצד הפסיפי של התעלה פתוח, אף על פי שהוא מוגן בגלל צורתו הטבעית של מפרץ פנמה.
תאי השיט.
המאפיין המרשים ביותר של התעלה הוא תאי השיט שלה. רוחבם של תאי השיט 33.53 מטר, ואורכם השמיש 304.8 מטר. עומקם של תאי השיט משתנה, והרדוד ביותר ביניהם הוא בעומק של 12.55 מטרים, במפתן הדרומי של תא השיט פדרו-מיגל. ממדים אלו קובעים את גודלן המרבי של הספינות שיכולות להשתמש בתעלה. גודל זה ידוע גם כפנמקס. כל תאי השיט בתעלה כפולים, ולכן ניתן להעביר ספינות בשני הכיוונים בעת ובעונה אחת. אך כיוון שספינות גדולות אינן יכולות לחצות את מעבר גיילארד במהירות ובבטחה, בפועל זורמת תנועת האוניות לסירוגין לכל כיוון, ולכן תאי השיט משמשים כמסלולים "כפולים" בכיוון אחד.
כל תא שיט דורש 101,000 מטר מעוקב של מים כדי להתמלא. מים אלו נכנסים לתא בכוח הכבידה ובעזרת רשת תעלות הנמצאת מתחת לכל תא. ספינות נגררות דרך התאים בעזרת קטרים מיוחדים הנקראים mulas (על שם הפרד, ששימש בעבר לצורך משיכת דוברות לאורך תעלות), שנעים על מסילות מיוחדת שנמצאות על קירות התאים. ספינות קטנות יותר, כמו סירות טיול או יאכטות פרטיות, מועברות באופן ידני דרך התאים, ונקשרות אל קירות התא על ידי מטפלי חבלים שנמצאים על כלי השיט.
אגמי גאטון ואלחואלה.
אגם גאטון והנהר צ'אגרס (Río Chagres) מהווים מרכיב חשוב של התעלה, ונושאים ספינות חלק משמעותי מהדרך על פני מצר פנמה. כמו כן, האגם משמש כמאגר מים חשוב, המאפשר לתאי השיט להמשיך לפעול גם במהלך עונת היובש. האגם נוצר, והנהר הורחב והועמק, על ידי בניית סכר גאטון על נהר הצ'אגרס. עם השלמת הסכר הוצף העמק המיוער. כמעט מאה שנה מאוחר יותר, עדיין ניתן לראות את גדמי עצי התולענה המציצים מהמים, וגדמים שקועים המהווים סכנה לכלי שיט קטנים הסוטים מהנתיב המסומן.
ישנו אפיק שיט קטן המשמש כקיצור דרך באגם, הנתיב נקרא גם: "מעבר הבננה", ומספק נתיב קצר מעט יותר מהנתיב העיקרי. בנתיב משתמשים בעיקר נווטי התעלה ויאכטות המעוניינות להימנע מהתנועה הצפופה בנתיב השיט העיקרי.
מספר איים נמצאים בתוך אגם גאטון, ביניהם ניתן למנות את האי "בארו קולוראדו" (Barro Colorado Island), מקום המשכן למכון הסמית'סוניאן לחקר האזור הטרופי (STRI).
נפח המים בו משתמשות הספינות העוברות דרך תאי השיט, יחד עם ירידת הגשמים העונתית באזור פנמה, מקשים את השמירה על גובה המים באגם גאטון, במיוחד בתקופה היבשה של השנה. סכר נוסף, סכר "מאדן" (Madden), נבנה על פני נהר הצ'אגרס מעל לאגם גאטון. הסכר יצר את אגם אלחואלה (Alajuela) – המוכר גם בשם אגם "מאדן" – המספק מקום נוסף לאחסון מים בעת תקופות היובש.
נקודות חציה.
ישנם מספר מעברים מעל לתעלה. בקצה הדרומי (הפסיפי) של התעלה נמצא גשר האמריקות, גשר ראשי לכלי רכב שנפתח בשנת 1962. במשך שנים רבות, הגשר היה נקודת החציה הקבועה היחידה על פני התעלה. לפני בנייתו, רוב התנועה בין שתי גדות התעלה השתמשה במעבורות באותה הנקודה. צפונית לגשר, ליד תאי השיט "מירפלור", נמצא גשר מסתובב המשמש כלי רכב וגם רכבות. הגשר נפתח ב־1942 ויכול להעביר תנועה רק כשאין ספינות עוברות, ולכן משתמשים בו כיום רק לעיתים נדירות. באותה הנקודה, גשר מסתובב נוסף בנוי לתוך מבנה תאי השיט - גם בו משתמשים רק לעיתים נדירות.
נקודת החציה החדשה ביותר היא גשר "יובל המאה", העובר מעל מעבר גיילארד ונמצא צפונית לתא השיט "פדרו-מיגל". גשר זה הוא בעל שישה נתיבי תנועה, ובנייתו הסתיימה בשנת 2004 (אף על פי שהוא נפתח לתנועה רק בשנת 2005). לבסוף, גשר מסתובב נוסף בנוי לתוך תאי השיט "גאטון". ניתן להשתמש בו רק כששערי תא השיט סגורים, ולכן הוא בעל קיבולת נמוכה.
בנוסף למעברים הציבוריים, עובדי התעלה יכולים ללכת על שערי תאי השיט כשהם סגורים.
היסטוריה.
האזכור המוקדם ביותר לתעלה על פני מצר היבשה של אמריקה המרכזית מתוארך לשנת 1534, כשקרל החמישי, קיסר האימפריה הרומית הקדושה ומלך ספרד, העלה את הרעיון לבניית תעלה בפנמה כדי להקל על אוניות המפליגות לפרו ואקוודור.
בגלל מצבה האסטרטגי של מרכז אמריקה - רצועת אדמה צרה המפרידה בין שני אוקיינוסים גדולים - נוסו מספר דרכים אחרות לקשרי מסחר בין שני צדי המצר. תוכנית דריין משנת 1698 הייתה ניסיון של ממלכת סקוטלנד ליצור נתיב מסחר יבשתי, אבל היא סוכלה בגלל התנאים העוינים בשטח ונזנחה בשנת 1700. לבסוף, נבנתה מסילת ברזל על פני המצר, והיא נפתחה בשנת 1855. קשר יבשתי זה הקל מאוד על המסחר. כמו כן, תשתית חשובה זו הייתה נקודת מפתח בבחירת נתיב התעלה.