بحث عن الفيزياء

الفيزياء : علم الطبيعه . لكى نعرف علم الفيزياء نبدا بهذا المدخل التاريخى و منذ قديم الزمان بدا الانسان باجراء رصد منتظم لظواهر الطبيعه من اثناء سعية لملاحظه تتابع الظواهر التي تقع فالطبيعه .ونتيجه لذا تعلم الانسان كيف يتنبا بالكثير من الظواهر الطبيعيه كتوالى فصول السنه و اوقات الفيضانات فالانهار . و وظف الانسان هذة المعلومات لخدمتة فمجالات الحياة المختلفه كو قت البذر و وقت الحصاد و لذا اقتنع الناس بان دراسه ظواهر الطبيعه تعود عليهم بالخير العميم , و لهذا ظهر العلماء الذين و هبوا حياتهم لدراسه الظواهر الطبيعيه و استفادوا من خبره الاجيال السابقه .ودونوا نتائج تجاربهم

ان الكلمه اليونانيه (( physis )) تعني الطبيعه و كمصطلح يعرف علم الفيزياء بانه


(( العلم الرئيسي للعالم الطبيعي الذي يبحث فمفاهيم الماده و الاشعاع و تفاعلهما و حركتهما فالزمان و المكان ))منذ بدايه القرن السابع عشر تطورت الفيزياء تطورا سريعا و بالتدريج تبلورت عن الفيزياء علوم حديثة عن الطبيعه كالكيمياء و الفلك و الجيولوجيا و الارصاد الجويه . و لقد كان للعلماء العرب و المسلمين دورا كبيرا فتقدم العلوم الطبيعيه و بعتبر الحسن بن الهيثم منشىء علم الضوء . و فالعصر الحديث يبرز العالم المصري الكبير الدكتور مصطفي مشرفه الذي يعتبر بحق رائد علم الفيزياء الحديث و كذلك من علماء المسلمين فالعصرالحديث العالم الباكستاني محمد عبدالسلام الحاصل علي جائزه نوبل فالفيزياء عام 1976وحديثا جدا جدا العالم المصري الكبير الدكتور احمد زويل .

الذى نواجهة فحياتنا فان النجاح فدراسه الفيزياء له متعه خاصة. فمن حصل علي شهاده علميه فاحد تخصصات الفيزياء فانة يصبح مرشح للنجاح فالكثير من المجالات التي ربما يوضع فيها فعلم الفيزياء يكسب دارسة الكثير من المهارات و منها علي سبيل المثال ليس للحصر:

* التمثيل الرياضى لايه مشكل لايجاد الحل المنطقى لها.


* اكتساب المهارات الكافيه لتصميم التجارب و اجراءها،


* العمق فايجاد تفسير لنتائج التجارب.


* اكتساب الخبرات فمجال البحث العلمي.


هل ترغب فمعرفه كيف تعمل الحاجات من حولنا كالكمبيوتر و الليزر و الصواريخ الفضائية؟ و هل ترغب فايجاد تفسير لما يدور فهذا الكون من ظواهر عديده كالجاذبيه و الضوء و النجوم و العواصف و الاعاصير و الزلازل. هل ترغب فالشعور بمتعه الاكتشاف و المشاركه بالمعرفه العالميه و اجراء التجارب العلميه و اكتشاف نظريتها. اذا كنت مغرم بهذا فان الفيزياء هى لك…


اذا كنت من المولعين بفهم و تعلم كيف تعمل الحاجات و تحب الرياضيات و الكمبيوتر و اجراء التجارب فان عليك ان تصبح فيزيائيا. فان دراسه ذلك العلم سوف يشبع رغباتك و ستجد فكل موضوعاتة ما يزيدك زهوا و فخرا كلما اكتشفت جديد فدراسه الفيزياء مغامره جدير بالاهتمام. و لا يجب عليك قبل التفكير فدراسه ذلك التخصص بفرص العمل المتوفره لك بعد اتمام الدراسه المهم ان تدرس ما يشبع رغباتك و ان تستمتع بما تدرس و دع المستقبل للخالق.

فى اي مكان تتواجد فية التكنولوجيا يجد الفيزيائى عمل له و يصبح مفضل عن غيرة لما يمتلكة من معلومات عن المبادئ الاساسيه و الخبرات الذاتيه التي تؤهلة للتعامل مع التكنولوجيا و تطورها بشكل اسرع. و فالدول الصناعيه المتقدمه لا ممكن ان يوجد فيزيائى عاطل عن العمل. فيمكن للفيزيائى ان يعمل فالمجال الطبى حيث ان جميع اجهزه التشخيص فالمستشفيات يعتمد تشغيلها علي الفيزياء كاستعمال اشعه اكس و النظائر المشعه و الرنين المغناطيسى و الامواج فوق الصوتيه و اشعه الليزر و المنظار و غيرها من الاجهزه المستخدمه و التي هى تطبيقات لاكتشافات و ابحاث الفيزيائيين و لا ممكن ان يصبح هنالك علاج بدون تشخيص فكلما تطورت و سائل التشخيص امكن التغلب علي امراض كانت قاتلة. ايضا فمجال الاتصالات و الاقمار الصناعيه الذي يعتمد علي تطور احد فروع الفيزياء و هو الالكترونيات. كما و ان علم الفيزياء ضروريا لمراكز الارصاد الجويه و مراكز التنبؤ بالزلازل و مراكز البحوث كما ان للفيزيائى دورا اساسيا فمجال التعليم لاعداد اجيال حديثة لاكمال مشوار التقدم العلمي. و ايضا فالتطبيقات الصناعيه و مراكز تطوير مواد حديثة و لا شك ان علم الفيزياء و راء تطور اجهزه الكمبيوتر بكافه مكوناتة من المعالج الي الذاكره الي الشاشه الي اقراص الليزر و كلما تقدمت الابحاث الفيزيائيه كما انعكس هذا علي تطور اجهزه الكمبيوتر و كفاءتها….

فروع الفيزياء

علوم الفيزياء تنقسم الي مجموعتين كبيرتين هما :


الفيزياء الكلاسيكية: ( تعنى بالاسئله حول الحركه و الطاقه ) و تشمل الفروع الاتية

* الميكانيكا.


* الديناميكا الحرارية.


* الكهرباء و المغناطيسية.


* الضوء.

الفيزياء الجديدة : ( تعنى بدراسه التركيب الاساسى للعالم المادى ) و تشمل الفروع الاتية

* النظريه النسبية.


* الفيزياء الجزيئية.


* الفيزياء الذرية.


* ميكانيكا الكم.


* الفيزياء النووية.


* فيزياء الحاله الصلبة.


منذ نهايه القرن الثامن عشر كان التقدم و التطور فالعلوم الطبيعيه مصحوبا بتقدم سريع فالتكنولوجيا. و ممكن تتبع العلاقه المتبادله بين بين تطور العلوم الطبيعيه و التكنولوجيا علي مدي تاريخ العصر الحديث كله.ففي النصف الثاني من القرن الثامن عشر و النصف الاول من القرن التاسع عشر ظهرت و تطورت الالات البخاريه و ظهر من الفيزياء علم جديد هو الديناميكا الحرارية. و بسبب الاستعمال الواسع للالات البخاريه فو سائل النقل سميه هذة الفتره الزمنيه ب (( عصر البخار ))


و فنهايه القرن التاسع عشر و بدايه القرن العشرين ظهرت و تطورت الالات الكهربائيه و اخترع الكثير و الكثير من الاختراعات المدهشه و برز من الفيزياء علوم الفيزياء الكهربيه و كان الاستعمال الواسع للطاقه الكهربائيه سببا فتسميه هذة الفتره الزمنية


ب (( عصر الكهرباء ))


و فالنصف الثاني من القرن العشرين استعملت الطاقه الذريه فالاغراض السلميه و بدا (( عصر الذره ))


و فمطلع الستينيات بدا غزو الفضاء و اعتبر النصف الثاني من القرن


العشرينب (( عصر الفضاء ))


و الان و مع الطور المذهل فو سائل الاتصال و تبادل المعلومات ممكن اعتبار العصر الحالى (( عصر المعلوماتية))


و لذا يتضح لنا مدي الدور الذي تلعبة الفيزياء فجميع المجالات ..

البرت اينشتاين (بالالمانية: Albert Einstein) ‏ (14 ما رس 1879 – 18 ابريل 1955) المانى سويسرى امريكى الجنسية، احد اهم العلماء فالفيزياء. يشتهر بابو النسبيه كونة و اضع النظريه النسبيه الخاصه و النظريه النسبيه العامه الشهيرتين اللتان كانت اللبنه الاولي للفيزياء النظريه الجديدة ، حاز فالعام 1921 علي جائزه نوبل فالفيزياء عن و رقه بحثيه عن التاثير الكهروضوئى ضمن ثلاثمائه و رقه علميه اخري له فتكافؤ الماده و الطاقه و ميكانيكا الكم و غيرها، و ادت اسنتاجاتة المبرهنه الي تفسير الكثير من الظواهر العلميه التي فشلت الفيزياء الكلاسيكيه فاثباتها . ذكائة العظيم جعل من كلمه ” اينشتاين ” مرادفا ” للعبقرية


و لد ف14 ما رس 1879


اولم، الامبراطوريه الالمانية

توفى ف18 ابريل 1955 (العمر: 76 عاما)


نيو جيرسي، الولايات المتحدة

مكان الاقامه المانيا، ايطاليا، سويسرا، الولايات المتحدة

الجنسيه المانيا (1879–96, 1914–33)


(1901–55)


الولايات المتحده (1940–55)

العرقيه اليهود الاشكناز

مجال البحث الفيزياء

خريج


المعهد الفدرالى السويسري


جامعه زيورخ

اشتهر بسبب نظريه النسبيه العامة


نظريه النسبيه الخاصة


المفعول الكهرضوئي


الحركه البراونية


تكافؤ الماده و الطاقة


معادلات اينشتين للمجال


نظريه التوحيد الكبير


Bose–Einstein statistics

الجوائز جائزه نوبل فالفيزياء (1921)


و سام كوبلاى (1925)


جائزه ما كس بلانك (1929)


اهم 100 رجل فتاريخ البشريه فالقرن العشرين


و لد البرت اينشتاين فمدينه اولم الالمانيه ف14مارس 1879 لابوين يهوديين و امضي سن يفاعتة فميونخ. كان ابوة “هيرمان اينشتاين” يعمل فبيع الريش المستخدم فصناعه الوسائد، و عملت امة “نى بولين كوخ” معة فاداره و رشه صغيره لتصنيع الادوات الكهربائيه بعد تخلية عن مهنه بيع الريش. تاخر اينشتاين الطفل فالنطق حتي الثالثه من عمره، لكنة ابدي شغفا كبيرا بالطبيعة، و مقدره علي ادراك المفاهيم الرياضيه الصعبة، و ربما درس و حدة الهندسه الاقليدية، و علي الرغم من انتمائة لليهودية، فقد دخل اينشتاين مدرسه اعداديه كاثوليكيه و تلقي دروسا فالعزف علي اله الكمان. و فالخامسه من عمرة اعطاة ابوة بوصلة، و ربما ادرك اينشتاين انذاك ان ثمه قوه فالفضاء تقوم بالتاثير علي ابره البوصله و تقوم بتحريكها. و ربما كان يعانى من صعوبه فالاستيعاب، و قد كان مرد هذا الي خجلة فطفولته. و يشاع ان اينشتاين الطفل ربما رسب فما ده الرياضيات فيما بعد، الا ان المرجح ان التعديل فتقييم درجات التلاميذ انذاك اثار ان الطفل اينشتاين ربما تاخر و رسب فما ده الرياضيات. و تبني اثنان من اعمام اينشتاين رعايتة و دعم اهتمام ذلك الطفل بالعلم بشكل عام فزوداة بكتب تتعلق بالعلوم و الرياضيات. بعد تكرر خسائر الورشه التي انشاها و الداة فعام 1894، انتقلت عائلتة الي مدينه بافيا فايطاليا، و استغل اينشتاين الابن الفرصه السانحه للانسحاب من المدرسه فميونخ التي كرة بها النظام الصارم و الروح الخانقة. و امضي بعدين اينشتاين سنه مع و الدية فمدينه ميلانو حتي تبين ان من الواجب علية تحديد كيفية فالحياة فانهي دراستة الثانويه فمدينه اروا السويسرية، و تقدم بعدين الي امتحانات المعهد الاتحادى السويسرى للتقنيه فزيورخ عام 1895، و ربما احب اينشتاين طرق التدريس فيه، و كان كثيرا ما يقتطع من و قتة ليدرس الفيزياء بمفرده، او ليعزف علي كمانه، الي ان اجتاز الامتحانات و تظهر فعام 1900، لكن مدرسية لم يرشحوة للدخول الي الجامعة

عد اول من تنبا بوجود ما يعرف بالموجات الثقالية.والتى نجح علماء الفيزياء من رصدها علي و جة موارب و ملتو، حيث انها و ان لم تبد للعيان، لكنها تعقب خلفها بصمات علي و جودها.تظهر اكثر ما تخرج عندما تسبح الاجرام الهائله فالفضاء باتقاد و زخم [1].


• و من تكهناتة ايمانة باستحاله قياس السرعه اللحظيه للجسيمات متناهيه الدقه و التي تهتز عشوائيا صوب مختلف الاتجاهات بما يعرف باسم الحركه البراونية.لكن بعد قرن من الزمان، تمكن عالم يدعي ما رك رايزن من تفنيد هذة المقوله عمليا بمعمل ابحاثة بجامعه تكساس و استطاع قياس السرعه اللحظيه لتلكم الاجسام، فخضم اختباراتة لقانون التوزع المتساوى الذي يقرر ان طاقه الجسيم الحركيه تعتمد بحتا علي حرارتة و ليس علي علي كتلتة او حجمه.و بفضل تلك الاختبارات برهن بالتجريب صحه القانون علي الاجسام البراونيه [2].


• اثناء لقاء مع صحيفه فمدينه بيتسبرق،بخس اينشتاين قدره العلماء على شطر الذره بتصويب القذائف البروتونية،واصفا اياهم كالذى يسدد بالليل نحو العصافير فبلد ليس فية الا قله من العصافير.وهذا ما دحضة فيرمى و رفاقة بعيد ١٠ سنوات حينما شطروا الذره و صنعوا القنبله النوويه [3] كان اينشتاين ربما تنازل عن اوراقة الرسميه الالمانيه فعام 1896، مما جعلة بلا هويه اثبات شخصيه او انتماء لاى بلد معين، و فعام 1898، التقي اينشتاين ب “ميلفا ما ريك Mileva Maric” زميلتة الصربيه علي مقاعد الدراسه و وقع فغرامها، و كان ففتره الدراسه يتناقش مع اصدقائة المقربين فالمقالات العلمية. و بعد تظهرة فعام 1900 عمل اينشتاين مدرسا بديلا، و فالعام الذي يلية حصل علي حق المواطنه السويسرية، و رزق بطفله غير شرعيه من صديقتة اسمياها (ليسيرل) فكانون الثاني (يناير) من العام 1901.


معظم ما اخذة اينشتاين فنظريتة النسبيه الخاصه كان من العالم الانجليزى اسحاق نيوتن. جراه اينشتاين فشبابة حالت بينة و بين الحصول علي عمل مناسب فسلك التدريس، لكن و بمساعده و الد احد زملاء مقاعد الدراسه حصل علي و ظيفه فاحص (مختبر) فمكتب تسجيل براءه الاختراعات السويسرى فعام 1902. تزوج اينشتاين من صديقتة “ميلفا” ف6 كانون الثاني (يناير) 1903 و رزق بابن حمل اسم “هانز” ف14 من ايار (مايو) عام 1904، و فهذة الخلال اصبح عمل اينشتاين فمكتب التسجيل السويسرى دائما، و قام بالتحضير لرساله الدكتوراة فنفس الفترة، و تمكن من الحصول علي شهاده الدكتوراة فعام 1905 من جامعه زيورخ، و كان مقال الرساله يدور حول ابعاد الجزيئات، و فالعام نفسة كتب اينشتاين 4 مواضيع علميه دون الرجوع للعديد من المراجع العلميه او التشاور مع زملائة الاكاديميين، و تعتبر هذة المواضيع العلميه اللبنه الاولي للفيزياء الجديدة التي نعرفها اليوم. درس اينشتاين فالورقه الاولي ما يعرف باسم الحركه البراونية، فقدم الكثير من التنبؤات حول حركه الجسيمات الموزعه بصوره عشوائيه فالسائل. عرف اينشتاين “بابى النسبية”، تلك النظريه التي هزت العالم من الجانب العلمي، الا ان جائزه نوبل منحت له فمجال احدث (المفعول الكهرضوئي) و هو ما كان مقال الورقه الثانية.

 


و رقه اينشتاين العلميه الثالثه كانت عن “النظريه النسبيه الخاصة”، فتناولت الورقه الزمان، و المكان، و الكتلة، و الطاقة، و اسهمت نظريه اينشتاين بازاله الغموض الذي نجم عن التجربه الشهيره التي اجراها الامريكيان الفيزيائى “البرت ميكلسون و الكيميائى ادوارد مورلي” اواخر القرن التاسع عشر فعام 1887، فقد اثبت اينشتاين ان موجات الضوء تستطيع ان تنتشر فالخلاء دون الحاجه لوجود و سط او مجال، علي خلاف الموجات الاخري المعروفه التي تحتاج الي و سط تنتشر فية كالهواء او الماء و ان سرعه الضوء هى سرعه ثابته و ليست نسبيه مع حركه المراقب (الملاحظ)، تجدر الاشاره الي ان نظريه اينشتاين تلك تناقضت بشكل كلى مع استنتاجات “اسحاق نيوتن”. جاءت تسميه النظريه بالخاصه للتفريق بينها و بين نظريه اينشتاين اللاحقه التي سميت بالنسبيه العامة.


فالعام 1906 ترقي اينشتاين فالسلم الوظيفى من مرتبه فاحص فنى مختبر اول الي مرتبه فاحص فنى من الدرجه الثانية، و فالعام 1908 منح اجازه لالقاء الدروس و المحاضرات من “بيرن” فسويسرا، و ولد الطفل الثاني لاينشتاين الذي سمى “ادوارد” ف28 تموز (يوليو) 1910، و طلق اينشتاين بعدين زوجتة ميلفا ف14 شباط (فبراير) 1919 و تزوج بعدين من ابنه عمة “ايلسا لوينثال” التي تكبرة بثلاث سنوات ف2 حزيران (يونيو) 1919. لايعلم احد حتي هذة الساعه شيئا عن مصير طفله اينشتاين الاولي غير الشرعيه من زوجتة ميلفا اذ يعتقد البعض انها ما تت ففتره الرضاعة، و يعتقد البعض الاخر ان و الديها اعطياها لمن لا اولاد له للتبني، اما بالنسبه لاولاد اينشتاين، فقد اصيب احدهما بمرض انفصام الشخصيه و ما ت فيما بعد فالمصح العقلى الذي تولي علاجة و رعايته. اما الابن الثاني، فقد انتقل لولايه كاليفورنيا الامريكيه للعيش بها و من بعدها اصبح استاذا (دكتور) فالجامعة، و كانت اتصالاتة مع و الدة محدوده جدا.


فالعام 1914 و قبيل الحرب العالميه الاولى، استقر اينشتاين فمدينه “برلين” الالمانية، و لم يكن اينشتاين من دعاه الحرب و لكنة كان المانيا من اصل يهودي، مماتسبب بشعور القوميين الالمان بالضيق تجاة ذلك الرجل، و تاجج ذلك الامتعاض لاينشتاين من قبل القوميين الالمان عندما اصبح اينشتاين معروفا علي المستوي العالمى بعدما خرجت مجله “التايم” الامريكيه ف7 تشرين الثاني (نوفمبر) 1919 بموضوع يؤكد صحه نظريه اينشتاين المتعلقه بالجاذبية.


الفوتون عديم الكتله و الشحنه الكهربائية[4] و لا يضمحل فالفضاء الخالي.[5] [6].


العلاقه بين طاقه و زخم حركه الفوتون هى “E = pc”، حيث ان “E” هى الطاقه و ”p” هى مقدار متجة زخم الحركه و ”c” هى سرعه الضوء[7]. طاقه و زخم حركه الفوتون يعتمدان فقط اما علي ترددة (ν) او بشكل مساو علي طولة الموجى (λ):

حيث ان “K” هو “متجة الموجة” و ”ω” هو التردد الزاوى و ”ħ” هو ثابت بلانك

بوصول القائد النازى ادولف هتلر الي السلطه فالعام 1933 تزايدت الكراهيه تجاة اينشتاين فاتهمة القوميون الاشتراكيون (النازيون) بتاسيس “الفيزياء اليهودية”، كما حاول بعض العلماء الالمان النيل من حقوق اينشتاين فنظرياتة الامر الذي دفع اينشتاين للهرب الي الولايات المتحده الامريكيه و التي منحتة بدورها اقامه دائمة، و انخرط ف“معهد الدراسات المتقدمة” التابع لجامعه برينستون فو لايه نيو جيرسي، ففى عام 1939 كتب رسالتة الشهيره الي الرئيس الامريكى روزفلت لينبهة علي ضروره الاسراع فانتاج القنبله قبل الالمان و هذا قبل ان يهاجر الي الولايات المتحدة. و فالعام 1940، صار اينشتاين مواطنا امريكيا مع احتفاظة بجنسيتة السويسرية.


و فالعام .1955، توفى اينشتاين، و حرق جثمانة فمدينه “ترينتون” فو لايه “نيو جيرسي” ف18 نيسان (ابريل) 1955 و نثر رماد الجثمان فمكان غير معلوم، و حفظ دماغ العالم اينشتاين فجره عند الطبيب الشرعى “توماس هارفي” الذي قام بتشريح جثتة بعد موته. و ربما اوصي اينشتاين ان تحفظ مسوداتة و مراسلاتة فالجامعه العبريه فالقدس، و ان تنقل حقوق استعمال اسمة و صورتة الي هذة الجامعة

الفيزياء (من الاغريقيه φυσική ‏/fi.si.ˈki/‎ “(المعرفة) الطبيعية”؛ و بالعربيه علم الطبيعه ؛ و تسمي احيانا الفيزيقا[1]) هى العلم الذي يدرس جميع ما يتعلق بالماده و حركتها و الطاقه ، و تحاول ان تفهم الظواهر الطبيعيه و القوي المؤثره فسيرها ، و صياغه المعرفه فقوانين لا تفسر العمليات السالفه فقط بل التنبؤ بمسيره العمليات الطبيعيه بنماذج تقترب رويدا رويدا من الواقع .


تهتم الفيزياء فنفس الوقت بدقه القياس و ابتكار طرق حديثة للقياس تزيد من دقتها فهذا هو اساس التوصل الي التفسير السليم للظواهر الطبيعيه . و تقدم الفيزياء ما توصلت الية من طرق القياس للاستعمال فجميع العلوم الطبيعيه و الحيويه الاخري كالكيمياء و الطب و الهندسه و الاحياء و غيرها . التقدم الحضارى و المدنى يرجع الي التقدم الباهر لعلم الفيزياء ، فجميع الاجهزه التي تملا حياتنا اساسها الفيزياء ، كالرادار و اللاسلكى و الراديو و التلفزيون و التلفزيون الملون ، و الهاتف ، و الحامول و الحاسوب و اجهزه التشخيص فالطب كاشعه اكس و التصوير بالرنين المغناطيسى و العلاج بالاشعه ، و النظارات ، و التلسكوبات و مسبارات المريخ و الفضاء ، و افران الميكروويف ، و الكهرباء و الترانزيستور و الميكروفون ، و غيرها .


بالاضافه الي مفاهيم اخري كالفضاء و الزمن، و يتعامل مع خصائص كونيه محسوسه ممكن قياسها كالقوه و الطاقه و الكتله و الشحنة. و تعتمد الفيزياء المنهج التجريبي، اي انها تحاول تفسير الظواهر الطبيعيه و القوانين التي تحكم الكون عن طريق نظريات قابله للاختبار.


تعتبر الفيزياء من احد اقدم التخصصات الاكاديمية، فهى ربما بدات بالبزوغ منذ العصور الوسطي و تميزت كعلم حديث فالقرن السابع عشر، و باعتبار ان احد فروعها، و هو علم الفلك، يعد من اعرق العلوم الكونيه علي الاطلاق.[4] و للفيزياء مكانه مميزه فالفكر الانساني، فهى تاثرت كما كان لها الاثر الحاسم فبعض الحقول المعرفيه و العلميه الاخري كالفلسفه و الرياضيات و علم الاحياء. و لقد تجسدت اغلب التطورات التي احدثتها بشكل عملى فعده قطاعات من التقنيه و الطب. فعلي سبيل المثال، ادي التقدم ففهم الكهرومغناطيسيه الي الانتشار الواسع فاستعمال الاجهزه الكهربائيه كالتلفاز و الحاسوب؛ و ايضا تطبيقات الديناميكا الحراريه الي التطور المذهل فمجال المحركات و وسائل النقل الحديثة؛ و ميكانيكا الكم الي اختراع معدات كالمجهر الالكتروني؛ كما كان لعصر الذرة، بجانب اثارة المدمرة، استعمالات هامه فعلاج السرطان و تشخيص الامراض و توليد الطاقة.


معظم الفيزيائيين اليوم يكونون متخصصين فمجالين متكاملين و هما الفيزياء النظريه او الفيزياء التجريبية، و تهتم الاولي بصياغه النظريات باعتماد نماذج رياضية، فيما تهتم الثانيه باجراء الاختبارات علي تلك النظريات، بالاضافه الي اكتشاف ظواهر طبيعيه جديدة. و بالرغم من الكم الهائل من الاكتشافات المهمه التي حققتها الفيزياء فالقرون الاربعه الماضية،


الا ان الكثير من المسائل لا تزال بدون حلول الي حد الان، كما ان هنالك مجالات نظريه و تطبيقيه تشهد نشاطا و ابحاثا مكثفة


هنالك اعتقاد بان “الفيزياء فرع من فروع الرياضيات” اعتقاد خاطئ تماما، لان النماذج الرياضيه تستخدم فعلم الفيزياء فقط لتسهيل فهم الظواهر الفيزيائيه و التعبير عنها فصوره معادله رياضيه كما فالفيزياء النظرية. و ان مضامين النماذج الرياضيه فاى علم من العلوم الطبيعيه لا يتدخل فشانها علم الرياضيات، فالمعادله الفيزيائيه الرياضيه هى لغه الفيزياء. فالفيزياء علم مستقل بذاتة و له عده فروع كالفيزياء الذريه ، الفيزياء النووية، النظريه النسبيه ، البصريات، الصوتيات، الكهربية، المغناطيسيه ، الديناميكا الحرارية، الميكانيكا ، ميكانيكا الكم ،…الخ. و بالرغم من ان علم الفلك يقوم بدراسه الاجسام السماويه الا انه يعد احد فروع الفيزياء


تطورت الفيزياء كما نعرفها اليوم، من سلسله الملاحظات التي جمعتها الحضارات القديمه حول مختلف الظواهر الطبيعيه و خاصه منها الفلكية، و المتعلقه بالتقويم و تقدير الزمن، كحركه الشمس و ادوار القمر و تشكيلات النجوم. و ربما توصل الفلاسفه الاغريقيون الي استنباط نظريات اوليه لتفسير تلك الظواهر، و هذا باتباع منهج منطقى و استدلالى بحت فما يسمي بالفلسفه الطبيعية. و ربما قدم ارسطو فكتابة “الفيزياء” (الطبيعيات) اول النظريات حول طبيعه الحركه و القوى. و ربما ضلت هذة الافكار، و التي تعرف بالفيزياء الارسطوطاليسية، مهيمنه علي التراث الفلسفى لعده قرون.

كان للحضاره العربية-الاسلاميه دور رئيسى فبدايه صياغه ذلك علم الفيزياء (الذى كان يعرف عند العلماء المسلمين بالطبيعيات). فقد انقذ ميراث الفلاسفه الاغريق من الضياع بترجمتة الي اللغه العربيه بعدها و قع اثرائة و تنقيحة و تصحيحه. فقد قدم العلماء المسلمون المحيطون بمعرفه الاولين من امثال ارسطو و بطليموس (وغيرهم) نظرياتهم الخاصه و ابتكارات عديده فمجال علم الفلك، و البصريات، و الميكانيكا. فعلي سبيل المثال لا الحصر، يعتبر ابن الهيثم رائد علم البصريات فكتابة المناظر. كما قدم البتانى (858-929) تحسينات لحسابات بطليموس حول مدارات الشمس و القمر، و وضع ابن باجه (1095-1138) اولي قوانين الحركه و مفهوم السرعة.


•

الكندى (803-873) : البصريات و علم الفلك [6].


• عباس بن فرناس (810-887) : الميقاتيه و الطيران.


• ثابت بن قره (836-901) : تعريف الحركه و الوزن و الجاذبيه [7].


• الفارابى (872-950) : علم الفلك و تجارب حول الصوت و طبيعه الفراغ[8].


• السيزجى (945-1020) : عاصر البيروني، قال بحركه الارض حول الشمس و قام بصناعه اسطرلاب معتمد علي مركزيه الشمس[9].


• الحسن ابن الهيثم (965-1039) : الي جانب اعمالة فعلم البصريات و الفلك. اكتشف قانون القصور الذاتى فعلم الحركة[10].


• البيرونى (973-1048) : و ضع بعض المفاهيم الاساسيه فعلم الحركه كالتسارع و الاحتكاك كما قام بتحديد الاوزان النوعيه لعده مواد باعتماد التجربة[11].


• الصوفى (986-903) : قام بالتعرف من اثناء ارصادة الفلكيه علي مجره المراه المسلسله و سحابه مجلان[12].


• ابن سينا :


• عمر الخيام 1044


• ابن رشد 1128


• الجزرى 1206

بتاثير من جذوه العلوم العربية-الاسلامية، ادي تطور المنهج العلمي، اثناء القرن السابع عشر، الي و ضع اسس علم الفيزياء الحديث من قبل فرانسيس بيصبح و غاليليو غاليلى و اسحاق نيوتن و فصلة نهائيا عن الفلسفة. و ربما تمكن ذلك الاخير من تشكيل المبادئ الاساسيه للميكانيكا الكلاسيكية، و هى تصف الي حد الان و بشكل جيد قوانين الحركه و القوي و الطاقة، علي مستوي حياتنا اليومية. و ربما تحقق هذا بفضل اكتشافه، مع غوتفريد لايبنتز، لاحد اهم ادوات الفيزياء الرياضيه و هو الحساب التفاضلي.وفى القرن الثامن عشر، خلال الثوره الصناعية، تطورت مفاهيم نقل الحرارة، و تبادل الطاقة، و عمل المحركات، و انتشرت مبادئ ما يعرف بالديناميكا الحراريه و الميكانيكا الاحصائية.اما فالقرن التاسع عشر، فاكتشفت القوانين الاساسيه للكهرومغناطيسيه و الطبيعه الموجيه للضوء، و ايضا بنيه الماده الذريه و قوانين الاشعاع.ومع بدايات القرن العشرين، ظهرت صياغات نظريه حديثة امام عجز الميكانيكا الكلاسيكيه فتفسير بعض جوانب الضوء و ديناميكا الجسيمات الذرية. و توصل البرت اينشتاين الي و ضع نظريه النسبيه الخاصه التي تصف الاجسام المتحركه بسرعه تقارب سرعه الضوء و تاثيرات هذا علي المفاهيم البديهيه للمكان و الزمن، و بعد هذا لنظريه النسبيه العامة، التي تصف طبيعه قوه الجاذبيه و علاقتها بهندسه الزمن و كان.وفى جانب احدث استطاعت الميكانيكا الكموميه و صف سلوكات الجسيمات الاوليه و الذرات و الجزيئات، و فهذا المقياس تختلف القوانين الفيزيائيه عن تلك التي تخضع لها الاجسام ذات الاحجام العاديه [13].


المجالات الاساسيه فالفيزياء


بينما تعمل الفيزياء علي تفسير القوانين الطبيعه بوجة عام تفسر جميع نظريه منها مجالا محصورا . فمثلا نجد ان قوانين ميكانيكا الكلاسيكيه تصف بدقه انظمه يصبح حجمها اكبر من الذرة و تكون السرعات بها اقل بعديد عن سرعه الضوء . اما خارج تلك الحدود فنجد ان المشاهده لا تتطابق مع الحسابات .


و ساهم البرت اينشتاين بصياغتة النظريه النسبيه الخاصه عام 1905 التي تبين عدم و جود مكان مطلقا او زمن مطلق و ربطت بين الاثنين فيما يسمي الزمكان للانظمه التي تكون السرعات بها قريبه من سرعه الضوء ( 300.000 كيلومتر فالثانية) . بعدها جاءت اعمال ما كس بلانك و ارفين شرودنغر ، و فرنر هايزنبرج و ادخلت ميكانيكا الكم ، و هى تصف احتمالات تفاعلات الجسيمات تحت الذريه و استطاعت ان تعطى و صفا دقيقا للطبيعه للذره و طبيعه الجسيمات الاوليه .


و بعد هذا و حدت نظريه الحقل الكمومى بين ميكانيكا الكم و النظريه النسبيه الخاصة. و تصف النظريه النسبيه العامه (عام 1916) الحركه فزمكان منحنى و هى تصف بدقه الانظمه الكبيره الكتله علي مستوى النجوم و المجرات فالكون .


و لم ينجح حتي الان ربط النظريه النسبيه العامه مع النظريات الاخري ، و لكن العلماء يعملون علي ذلك الطريق – اي ربط النظريه النسبيه العامه ( و هى نظريه الانظمه الكبيره جدا جدا ) مع نظريه الكم (وهى النظريه التي تصف الانظمه الذريه و تحت الذرية) – و توجد حاليا عده نظريات مقترحه للجاذبيه الكموميه و لكن الامر لم يفصل بعد.


الميكانيكا الكلاسيكية


صوره لبندول نيوتن و هو نظام يوضح مفهوما اساسيا فالميكانيكا الكلاسيكيه يتمثل فمبدئ حفظ زخم الحركه و الطاقة.


تصف الميكانيكا الكلاسيكيه القوي التي تؤثر علي حاله الاجسام الماديه و حركتها. و غالبا ما يشار اليها باسم “الميكانيكا النيوتنية” نسبه الي اسحاق نيوتن و قوانينة فالحركة. تتفرع الميكانيكا الكلاسيكيه الى؛ علم السكون او “الاستاتيكا” و هو يصف الاجسام ساكنه و شروط توازنها، و علم الحركه او “الكينماتيكا” و هو يهتم بوصف حركه الاجسام دون النظر الي مسبباتها، و علم التحريك او “الديناميكا” الذي يدرس حركه الاجسام و ما هيه القوي المسببه لها. تقوم الميكانيكا الكلاسيكيه بشكل اولى علي افتراض ان الجسم المادى المراد دراستة يصبح صلبا و فشكل نقطه [14]. و تتولي علي صعيد اخر، الميكانيكا الاستمراريه و صف الماده المتصله و المستمره كالاجسام الصلبه و السائله و الغازية، و هى تنقسم بدورها الي قسمين؛ ميكانيكا المواد الصلبه و ميكانيكا الموائع. و تدرس ميكانيكا المواد الصلبه سلوك هذة الاجسام امام عوامل عديده كالضغط و تغير درجه الحراره و التذبذب الخ. فيما تدرس ميكانيكا الموائع فيزيائيه السوائل و الغازات، و هى تتناول مقالات كثيره منها توازن السوائل فالهيدروستاتيكا، و تدفقها فالهيدروديناميكا، و حركه الغازات و انتشارها الي جانب تاثيرها علي السطوح و الاجسام المتحركه فالديناميكا الهوائية.


احد المفاهيم الهامه فالميكانيكا الكلاسيكيه هى مبادئ حفظ زخم الحركه و الطاقة، و ربما دفع ذلك الامر الي اعاده الصياغه الرياضيه لقوانين نيوتن للحركه فميكانيكا لاجرانج و ميكانيكا هاملتون باعتماد هذة المبدئ. و تقف الصياغتان ميكانيكا فو صف سلوك الاجسام علي نفس المقدار من الدقة، و لكن بكيفية مستقله عن منظومه القوي المسلطه عليها و التي تكون بعض الاحيان غير عمليه فتشكيل معادلات الحركة.


تعطينا الميكانيكا الكلاسيكيه نتائج و تنبوات رقميه ذات دقه عالية، تتماشي مع المشاهدة، و هذا بنسبه لانظمه ذات ابعاد عاديه [13] و ضمن مجال سرعات تقل بعديد عن سرعه الضوء. اما عندما تكون الاجسام موضع الدراسه جسيمات اوليه او ان سرعتها عالية، تكاد تقارب من سرعه الضوء، فهنا تحل محل الميكانيكا الكلاسيكيه تباعا الميكانيكا الكموميه و الميكانيكا النسبية. و مع هذا تجد الميكانيكا الكلاسيكيه مجالا لتطبيقها فو صف سلوك انظمه دقيقة، فعلي سبيل المثال فالنظريه الحركيه للغازات تسرى القوانين التي تحكم حركه اجسام ذات حجم العادى علي الجزيئات المكونه للغازات و هو ما ممكن من استنتاج خصائص عيانيه كدرجه الحراره و الضغط و الحجم. و فانظمه عاليه التعقيد ممكن بها لتغييرات طفيفه ان تنتج اثارا كبيره (مثل الغلاف الجوى او مساله الاجسام الثلاثة) تصير قدره معادلات الميكانيكا الكلاسيكيه علي التنبئ محدودة. و تختص بدراسه هذة الانظمة، التي توصف بانها لاخطية، نظريه الشواش.


اوجدت قوانين الميكانيكا الكلاسيكيه نظره موحده و شامله لظواهر طبيعيه ربما تبدو ظاهريا غير متصلة، كو قوع تفاحه من غصن شجره او دوران القمر حول الارض. فعلي سبيل المثال؛ قوانين كيبلر لحركه الكواكب، او السرعه التي يجب ان يبلغها صاروخ للتحرر من حقل الجاذبيه الارضيه (سرعه الافلات)، ممكن استنتاجهما رياضيا من قانون نيوتن العام للجاذبية. و ربما ساهمت هذة الفكره و مفادها ان التوصل لقوانين كليه يمكنها و صف الظواهر الكونيه علي اختلافها امر ممكن، الي بروز الميكانيكا الكلاسيكيه كعنصر هام فالثوره العلميه و هذا اثناء القرنين السابع و الثامن عشر.

كهرومغناطيسية


البرق هو تفريغ كهربائى لشحنات ساكنه يحدث بين السحب فما بينها او مع الارض (الصاعقة).


تدرس الكهرومغناطيسيو التاثر الذي يتم بين الجسيمات المشحونه و بين المجالات الكهربائيه و المجالات المغناطيسية. و ممكن تقسيم الكهرومفناطيسيه الى؛ كهرباء ساكنه او “الكتروستاتيكا” و هى تدرس الشحنات و الحقول الكهربائيه الساكنة، و الديناميكا الكهربائيه او “الكتروديناميكا” و هو يصف التفاعل بين الشحنات المتحركه و الاشعاع الكهرومغناطيسي. و مع ان المعرفه الكهرباء و المغناطيسيه تطورت منذ القدم بشكل منفصل، فقد توصلت النظريه الكلاسيكيه للكهرومغناطيسيه ، اثناء القرنين الثامن و التاسع عشر، الي تحديد العلاقه بين الظاهرتين من اثناء قانون لورنتز و معادلات ما كسويل. و تمكنت هذة الاخيره من و صف الموجات الكهرومغناطيسيه و فهم الطبيعه الموجيه للضوء.تهتم الكهرباء الساكنه بدراسه الظواهر المرتبطه بالاجسام المشحونه فحاله السكون، و القوي التي تسلطها علي بعضها البعض كما يصفها قانون كولوم. و ممكن تحليل سلوك هذة الاجسام من تجاذب او تنافر من اثناء معرفه القطبيه و المجال الكهربائى المحيط بها، حيث يصبح متناسبا مع مقدار الشحنه و الابعاد التي تفصلها. للكهرباء الساكنه عده تطبيقات، بدءا من تحليل الظواهر الكهرطيسيه كالعواصف الرعديه الي المكثفات التي تستخدم الهندسه الكهربائية.وعندما تتحرك الاجسام المشحونه كهربائيا فحقل كهرومغناطيسى فانها تنتج مجالا مغناطيسيا يحيط فيها فتختص الديناميكا الكهربائيه بوصف الاثار التي تنتج عن هذا من مغناطيسيه و اشعاع الكهرومغناطيسى و حث كهرومغناطيسي. و تنضوى هذة المقالات ضمن ما يعرف بالديناميكا الكهربائيه الكلاسيكية، حيث تشرح معادلات ما كسويل هذة الظواهر بكيفية جيده و عامة. و تفضى هذة النظريات الي تطبيقات مهمه و منها المولدات الكهربائيه و المحركات الكهربائية. و فالعشرينيات من القرن العشرين، ظهرت نظريه الديناميكا الكهربائيه الكموميه و هى تتضمن قوانين الميكانيكا الكمومية، و تصف التفاعل بين الاشعاع الكهرطيسى و الماده عن طريق تبادل الفوتونات. و هنالك صياغه نسبيه تقدم تصحيحات لحساب حركه الاجسام التي تسير بسرعات تقارب سرعه الضوء. تتدخل هذة الظواهر فمعجلات الجسيمات و الانابيب الكهربائيه التي تحمل فروق جهد و تيارات كهربائيه عالية.تعتبر القوي و الظواهر الناجمه عن الكهرطيسيه من اكثر الامور المحسوسه فحياتنا اليوميه بعد تلك التي تسببها الجاذبية. فعلي سبيل المثال، الضوء عباره عن موجه كهرومغناطيسيه مرئيه تشع من جسيمات مشحونه و معجلة. و تجد مبادئ الكهرومغناطيسيه الي يومنا ذلك الكثير من التطبيقات التقنيه و العلميه و الطبية. و ما الاجهزه الكهربائيه كالراديو، و المرناة، و الهاتف، و القطارات المغناطيسيه المعلقة، و الالياف البصرية، و اجهزه الليزر الا بضع امثله عن هذة التطبيقات التي صنعت تقدما نوعيا فتاريخ البشرية.

الديناميكا الحراريه و الميكانيكا الاحصائية


لتحويل جرام من الثلج، درجه حرارتة درجه مئوية، الي ماء سائل، فظروف الضغط العادية، نحتاج الي طاقه مقدارها حوالى سعره حراريه (اى ما يعادل جول).


تختص الديناميكا الحراريه او “الترموديناميكا” بدراسه انتقال الطاقه و تحولها فالنظم الفيزيائية، و العلاقه بين الحراره و العمل و الضغط و الحجم. تقدم الديناميكا الحراريه الكلاسيكيه و صفا عيانيا لهذة الظواهر دون الخوض فالتفاصيل مجهريه الكامنه و رائها. فيما تخوض الميكانيكا الاحصائيه فتحليل السلوك المعقد للمكونات المجهريه (ذرات، جزيئات) و تستنج منها كميا الخصائص العيانيه للنظام و هذا بواسطه طرق احصائية. و ضعت اسس الديناميكا الحراريه اثناء القرنين الثامن و التاسع عشر، و هذا نتيجه للحاجه الملحه فزياده كفاءه المحركات البخارية.


يتاسس فهم ديناميكيه الطاقه و المتغيرات فنظام معين علي اربعه مبادئ اساسيه تسمي قوانين الديناميكا الحرارية. و تعمل معادلات الحاله علي تحديد العلاقه بين نوعين من متغيرات العيانيه التي تعرف حاله الانظمة؛ متغيرات الامتداد كالكتله و الحجم و الحرارة، و متغيرات الشده كالكثافه و درجه الحراره و الضغط و الكمون الكيميائي. و ممكن من اثناء قياس هذة المتغيرات التعرف الي حاله التوازن او التحول التلقائى فالنظام.

نظام التحريك الحرارى المثالى – تنتقل الحراره من ساخنه (غلاية) الي بارده (مكثف) و ينتج عنها عمل


ينص القانون الاول للديناميكا الحراريه علي مبدئ حفظ الطاقة، و هذا بان التغير فالطاقه الداخليه لنظام مغلق و ساكن،


يساوى كميه الطاقه المتبادله مع الوسط الخارجى علي شكل حراره او عمل.


فيما ينص القانون الثاني علي ان الحراره لا يمكنها المرور بكيفية تلقائيه من جسم ذى درجه حراره منخفضه الي احدث ذى درجه حراره مرتفعه بدون التاليان بعمل.

وذلك يعنى انه من غير الممكن الحصول علي عمل دون ان تفقد منة كميه علي شكل الحرارة.

وتوصل لهذين القانونين الفيزيائى الفرنسى سادى كارنو فبدايه القرن التاسع عشر.


و فسنه 1865، ادخل الفيزيائى الالمانى رودلف کلاوزیوس داله الاعتلاج، و من خلالها يصاغ القانون الثاني علي ان “التحول التلقائى فنظام معين لا ممكن ان يتحقق بدون ان ترتفع هذة القيمه فية و فيما حوله”.


يعبر الاعتلاج، من و جهه نظر عيانية، علي عدم امكانيه تسخير جميع الطاقه فنظام ما للقيام بعمل ميكانيكي.


و تصفها الميكانيكا الاحصائيه علي انها قياس لحاله الفوضي للمكونات المجهريه للنظام من ذرات و جزيئات.


تتكتسى الديناميكا الحراريه اهميه كبري فالكثير من المجالات؛ فالكيمياء و الهندسه الكيميائيه و علم الاحياء و انتاج الطاقه و التبريد. فعلي سبيل المثال، ممكن للديناميكا الحراريه تفسير الاسباب التي تجعل بعض التفاعلات الكيميائيه تتم من تلقاء نفسها، فيما لا ممكن هذا للبعض الاخر

النظريه النسبية


نظريه النسبيه الخاصه و نظريه النسبيه العامة

احد ادق الاختبارات التي اجريت علي نظريه النسبيه العامه كانت من قبل المسبار الفضائى كاسيني-هايجنس، ف10 اكتوبر 2003: شعاع الراديو (باللون الاخضر) الذي ارسل من الارض نحو المسبار و قع تاخيره، تحت تاثير الاحناء الذي احدثتة جاذبيه الشمس فبنيه الزمكان (باللون الازرق)، و هذا بالمعدل الذي تنبات بة النظرية.[15] .


نظريه النسبيه هى بنيه رياضيه اكثر عموميه من تلك التي تاسست عليها الميكانيكا الكلاسيكية، و تصف حركه الاجسام بسرعات تقارب سرعه الضوء، او انظمه ذات كتل هائلة، و تشتمل علي شقين هما نظريه النسبيه الخاصه و نظريه النسبيه العامه [16].


اقترح نظريه النسبيه الخاصه الفيزيائى الالمانى البرت اينشتاين، سنه 1905، فو رقه بحثيه شهيره بعنوان “حول الديناميكا الكهربائيه للاجسام المتحركة” [17] بناء علي المساهمات الهامه لهندريك لورنتس و هنرى بوانكاريه. و يتطرق ذلك الموضوع الي ان نظريه النسبيه الخاصه تجد حلا لعدم الاتساق بين معادلات ما كسويل و الميكانيكا الكلاسيكية. و تقوم النظريه علي مسلمتين هما؛ (1) ان القوانين الفيزيائيه لا تتغير بتغير الاطار المرجعى العطالى للنظم [18]، (2) و ان سرعه الضوء فالفراغ هى مقدار ثابت و غير متصل بحركه مصدر الضوء او بالمشاهد. الدمج بين هاتين المسلمتين يقود الي افتراض علاقه بين امرين منفصلين فالميكانيكا الكلاسيكية، و هما المكان و الزمان و يجمع بينهما فبنيه تسمي الزمكان [19].


احدي التدعيات الهامه للنسبيه الخاصة، و التي تبدو مخالفه للبديهه و ان كانت اثبتتها عده تجارب، هى انعدام مكان او زمان مطلق، اي منفصل عن الاطار المرجعى للمشاهد (ومن هنا ياتى مصطلح النسبية). و ذلك يعنى ان الكتله و الابعاد و الزمن تتغير بتغير سرعه الجسم، و هذا ملائمه لثبات سرعه الضوء. ربما تكون هذة الظواهر غير محسوسه بمجال السرعات فحياتنا اليوميه و تبقي بذلك قوانين نيوتن سارية، و لكنها تصير ذات تاثير لا يستهان بة عندما ترتفع السرعه و تقارب سرعه الضوء [20].


و من اهم النتائج الاخري مبدئ التكافئ بين الماده و الطاقة، و هو امر تعبر عنة بشكل بليغ احد اشهر المعادلات الفيزيائية:


E = m c 2


حيث E هى الطاقة، و m هى الكتلة، و c هى سرعه الضوء فالفراغ (2 فوق سرعه الضوء تعنى ان الطاقه تتناسب طرديا مع مربع هذة السرعة). بعباره اخري تنبئنا هذة الصيغه الرياضيه ان لكل جسم ذى كتله طاقه مرتبطه به، و العكس بالعكس.


النسبيه العامه هى نظريه ذات طابع هندسي، توصل اليها البرت اينشتاين بشكل منفرد و نشرها ف151916، و هذا بانة قام بتوحيد النسبيه الخاصه و قانون نيوتن العام للجاذبية. تنص هذة النظريه علي ان الجاذبيه ممكن و صفها علي انها انحناء فبنيه الزمكان تسببة الكتله او الطاقة. علي الصعيد الرياضي، تتميز النسبيه العامه عن غيرها من النظريات الجديدة التي تصف الجاذبيه بانها تستخدم معادلات اينشتاين للمجال لوصف محتوي الزمكان من ما ده او طاقه و اثر هذا علي انحنائه. و تعتمد فذلك بشكل اساسى علي موتر الاجهاد – الطاقه [21]، و هو كائن هندسى يصف عبر مكوناتة عده كميات فيزيائيه كالكثافة، و التدفق، و الطاقة، و الزخم، و الزمكان. و ممكن القول بكيفية مبسطة، ان موتر الاجهاد – الطاقه هو اسباب و جود مجال تثاقلى فزمكان معين و هذا بشكل اعم من ما تفعلة الكتله و حدها فقانون نيوتن الكلاسيكى للجاذبيه [22].

من اول المشاهدات التي اكدت علي صحه نظريه النسبيه العامة، هو تمكنها من احتساب اوج بداريه كوكب عطارد الشاذة، بدقه فشلت فتحقيقها المكانيكا الكلاسيكية. و فسنه 1919، قام الفلكى الانجليزى ارثر ستانلى ايدينجتون بمشاهده انزياح ضوء النجوم القريبه من قرص الشمس اثناء الكسوف، لياكد تنبؤ النسبيه العامه بانحناء الضوء تحت تاثير مجال تثاقلى تحدثة اجسام فائقه الكتلة. و فو قت لاحق بدات تتراءي الكثير من التداعيات لهذة النظريه فعلم الكون و التي اكدت بعضها المشاهدات، و لكنها لا تزال موضع جدال، و منها تنبؤ حلول معادلات اينشتاين بالانفجار العظيم، و توسع الكون، و طاقه الفراغ، و الثقوب السوداء.

الميكانيكا الكمومية


ميكانيكا الكم

محاكاه رقميه لمفعول النفق الكمومي. البقعه المضيئه فاليسار تمثل حزمه موجيه لالكترون تقوم بالانعكاس علي حاجز طاقة. لاحظ الي اليمين انتقال بقعه قاتمة، و ذلك هو الجزء اليسير من الحزمه الموجيه التي استطاعت الانفاق من اثناء حاجز تحجر تخطية مبادئ الميكانيكا الكلاسيكية. و يستخدم ذلك المفعول فمجهر المسح النفقى الذي يقوم بتصوير سطوح المواد علي المستوي الذرى كما تبين الصوره (فى الاسفل) اعاده تكوين صوره الذرات علي سطح و رقه من الذهب.

تتعامل الميكانيكا الكموميه مع نظم ذات احجام ذريه او تحت الذرية؛ كالجزيئات و الذرات و الالكترونات و البروتونات و غيرها من الجسيمات الاولية. و ربما ادت بعض الصعوبات التي و اجهت الميكانيكا الكلاسيكيه فاواخر القرن التاسع عشر، كاشكاليه اشعاع الجسم الاسود و استقرار الالكترونات علي مداراتها، الي التفكير بان كل اشكال الطاقه تتنقل علي شكل حزم متقطعه غير قابله للتجزئة، و تسمي كمومات او “كوانتوم”. و ربما قام بتشكيل ذلك المفهوم، الفيزيائى الالمانى ما كس بلانك سنه 1900، و قدم من خلالة البرت اينشتاين تفسيرا للمفعول الكهروضوئى و الذي يتبين من خلالة بان الموجات الكهرومغناطيسيه تتصرف فبعض الاحيان بكيفية تشبة تصرف الجسيمات.


و ضعت مبادئ الميكانيكا الكموميه اثناء العشرينات من القرن الماضي، من قبل مجموعه مميزه من الفيزيائيين. فسنه 1924، توصل لويس دى برولية الي ادراك ان الاجسام كذلك يمكنها ان تتصرف علي انها موجات، و هو ما يعبر عنة بمثنويه الموجه و الجسيم. و قدمت علي خلفيه هذا صياغتان رياضيتان مختلفتان و هما؛ الميكانيكا الموجيه التي و ضعها ارفين شرودنغر و هى تنطوى علي استعمال كائن رياضى يسمي داله الموجة، يصف احتمال و جود جسيم فبقعه ما من الفضاء – و ميكانيكا المصفوفات التي انشاها فيرنر هايزنبرغ و ما كس بورن، و هى تصف الجسيمات علي انها مصفوفات تتغير مع الزمن. و مع ان هذة الاخيره لا تشير الي داله موجه او مفاهيم مماثلة، الا انها تتوافق مع معادله شرودنغر و مع الملاحظات التجريبية.


و ربما شكل مبدا عدم اليقين الذي صاغة هايزنبرغ فسنه 1927 احد اهم مبادئ الميكانيكا الكمومية، و هو ينص علي محدوديه قدرتنا فقياس خاصيتين معينتين لجسيم ما فنفس الوقت و بدرجه عاليه من الدقة. و يضع ذلك حدا لمبدا الحتميه المطلقه الذي يشير الي امكانيه التنبؤ بشكل دقيق بحاله نظام انطلاقا من حالتة السابقة، حيث ان الظواهر الكموميه لا ممكن تفسيرها الا بكيفية احتمالية. و ربما ادي ذلك الامر الي جدال علمى كبير دار بين اعظم فيزيائيى القرن العشرين، بما فيهم البرت اينشتاين الذي عارض ذلك التفسير الاحتمالى بالرغم من اسهاماتة الهامه فتاسيس الميكانيكا الكمومية.


و فسنه 1928، قام الفيزيائى البريطانى بول ديراك بوضع الميكانيكا الكموميه بصيغتيها الموجيه و الخطيه (المصفوفات) ضمن صياغه اشمل فاطار نظريه النسبيه الخاصة. و ربما تنبات صياغتة بوجود الجسيمات المضادة. و تم تاكيد ذلك الامر تجريبيا سنه 1932، باكتشاف مضاد الالكترون او البوزيترون.


لاقت للميكانيكا الكموميه نجاحا كبيرا فتفسير الكثير من الظواهر كالليزر و شبة الموصلات، و ربما نجمت عنها تطبيقات تقنيه مهمة، علي غرار الصمام الثنائى و الترانزستور، التي تعتبر حجر الاساس فالاكترونيات الحديثة. و فالكيمياء، يعتمد جزء كبير من فهم ديناميكا و بنيه الجزيئات، و الكيفية التي تتفاعل بها، و تكوين الروابط الكيميائيه علي داله الموجة. كما تعتمد الكيمياء الحاسوبيه علي النظريات الكموميه فادائها الرياضاتي، لتحليل و محاكات نتائج التجارب الكيميائية. اما فعلم الاحياء، فقد تمكنت الميكانيكا الكموميه من تفسير الاليه التي يحدث فيها تحويل الطاقه اثناء التمثيل الضوئى فالنباتات و بعض صنوف البكتيريا [23]. و ايضا عمليه الابصار لدي الحيوانات. و يعمل الباحثون فالوقت الحاضر علي الكثير من التطبيقات الاخري المستقبليه فالمعلوماتية، كالترميز الكمومى و الحاسوب الكمومي.

الكيفية العلمية


الكيفية العلميه يستعملة الفيزيائيين فاختبار مدي صحه النظريه الفيزيائيه عن طريق مقارنه اثار النظريه فسؤال مع رسم الاستنتاجات من التجارب و الملاحظات التي اجريت لكى تختبر.


التجارب و الملاحظات يتعين جمعها و مطابقتها مع التوقعات و الفرضيات التي استنتجت من النظرية، و هذا يساعد فتحديد صحه او فساد النظرية.

مجالات البحثية


البحث المعاصر فالفيزياء يقسم الي عده مجالات، منها فيزياء المواد المكثفه و الفيزياء الذريه و الجزيئيه و البصريه و فيزياء الجسيمات و الفلك و الجيولوجيا و الفيزياء الحيويه و الالكترونيات و الفيزياء التطبيقيه .


منذ بدايه القرن عشرين اصبح لكل المجالات البحثيه فالفيزياء مجالا و اسعا مما حد من جمعها للفرد الواحد مهنيا و جعلها تخصصا بحد ذاتها ، و اليوم يندر للفيزيائى الواحد ان يمنتهن مجالين او اعديد فالمجالات البحثيه فالفيزياء

• نظرية الشواش في الميكانيكا الكلاسيكية pdf
• ابحث عن اهميه علم الفيزياء في التقدم العلمي وتكنولوجي علا قتة بالعلوم الاخرى
• القوى التي تصفها قوانين نيوتن