الفيزياء ساحرة القلوب عروس العلوم الطبيعية physics
الفيزياء ساحرة القلوب
عروس العلوم الطبيعية
د. علي عبدههل تساءلت ذات مرة بشغف وحاولت أن تعرف:
ما الذي يمسك الكواكب في أفلاكها أن تصطدم ببعضها بعضا؟
ولماذا القمر نورا والشمس سراجا منيرا؟
وما وقود الشمس والنجوم؟
لماذا لا نسبح في الفضاء ودائما منجذبون للأرض ولا نستطيع فكاكا من جاذبيتها إلا بسلطان العلم وأدواته؟
لماذا يطفو لوح الخشب علي سطح الماء ولا يطفو لوح الحديد ذو نفس الأبعاد والشكل؟ ولماذا إذا صنعنا من ألواح الحديد سفينة تطفو ولا تغرق؟
لماذا يتعلق السحاب بين السماء والأرض وما الشيئ الذي يجعله يدر مطرة؟
ماسبب البرق ولماذا هو مضيئ ولماذا الرعد ذو صوت مجلجل؟ ولماذا يسبق ضياء البرق دوي الرعد؟
لماذا يغلي الماء ولماذا يعلو الماء الساخن البارد؟ ولماذا تصلك الحرارة من المدفأة؟
وكيف تعمل المدفأة وأوعية الضغط؟
وكيف يعمل المذياع والتليفزيون والهاتف؟
لماذا نري الأشياء منكسرة الجزء المختفي منها تحت الماء عن جزئها الطافي فوقه؟
أذا ما تساءلت يوما هذه الأسئله وشغلت عقلك وشغفت قلبك فأنت من عشاق الساحرة الآخذه بالألباب عروس العلوم الفيزياء
* تاريخ الفيزياء
يعود تاريخ الفيزياء إليّ العصور السحيقة والتي بدأ الإنسان البدائي يستكشف فيها آفاق الكون الذي يحيا فيه وظواهره الغامضة وقواه الخفيه ويمكن تقسيم تاريخ الفيزياء بإيجاز إليّ أربعة مراحل نوجزها كالآتي:
١-العصور القديمة
٢-عصر النهضة العلمية
٣-فيزياء القرنين الثامن والتاسع عشر
٤-فيزياء القرن العشرين
١-العصور القديمة
تطور الفيزياء بدأ في هذه العصور من خلال محاولة فهم الظواهر المرتبطة بعلوم الفلك والضوء والميكانيكا القديمة في بابل وغيرها من الحواضر البشرية وكان وثيق الصِّلة بالفلسفة وكان من أوائل من كتب وبحث فيها أرشيميدس وبطليموس وأرسطوتاليس
تميزت هذه الحقبة بالنظرة الفلسفية للفيزياء مع اجراء بعض التجارب البسيطة ذات الإعتماد علي العلوم الحسابية والهندسية المتاحة في ذلك الوقت
انقسمت هذه الحقبة الي مراحل منها:
اليونانية القديمة
وتميزت بمحاولة دراسة الطبيعة في مناح شتي من فهم للأرض وكرويتها وهل هي مركز الكون ام لا والكواكب وأفلاكها ومفهوم الذرة وأنها الجزء الفرد الذي لا يتجزأ كما وتميزت بالفيزياء الأرسطويه والتي حاول فيها تفسير حركة القمر والجاذبية ونظريته لعناصر الكون الأربعة الأرض والماء والهواء والنار والتي دلل فيها أن أي موجود في الكون يتكون من أجزاء متداخلة من هذه العناصر الأربعة
كما تميزت بأعمال أرشميدس في الطفو وميكانيكا الموائع
الهند والصين
وتميزت هذه الحقبة بالبحث والتنقيب في علم الفلك والرياضيات والهندسة والمفاهيم الفلسفية للذرة
الحضارة الإسلامية
قامت بعيد ترجمة المسلمون الأوائل لكتب وأعمال الأمم والحضارات الأخري من اللاتينية والأغريقية والهندية والفارسية ثم تطوير كثيرا من هذه العلوم وكان من أوائل من أسهموا في تطوير علوم الفيزياء بن سينا من بخاري وأطروحاته ومساهماته في البصريات والفلسفة والطب والحسن بن الهيثم من البصرة والذي يعتبر مؤسس علم البصريات وأبو ريحان البيروني الفارسي ومواطنه عمر الخيام وأعمالهم في الرياضيات والفلك وكذا مواطنهما ناصر الدين الطوسي والذي دون بدقة جداول لحركة الاجرام السماوية والذي اعتمد عليها فيما بعد كوبرنيكوس في أعماله في الفلك
العصور الوسطي الأوربية
وتميزت بكثرة الترجمة لأعمال العلماء المسلمين وإسهاماتهم وكانت في اغلبها وثيقة الصِّلة بالفلك والميكانيكا
٢-عصر النهضة الأوربية
كان في القرنين السادس والسابع عشر الميلاديين ويمكن تقسيمة لمراحل متشابكة ومتتابعة في أعمالة التقدمية وكانت غالبا في الفلك والميكانيكا وتميزت بالإعتماد علي الرياضيات والتجارب والمشاهدة والبعد عن الفلسفة والنظرة السطحية للفيزياء
كان من رواد هذه الحقبة:
كوبرنيكوس: العالم البولندي الذي تبني النظام المركزي الشمسي للمجموعة الشمسية وتبني فيه مركزية الشمس ودوران الكواكب في افلاك دائرية حولها
جاليليو جاليه: العالم الإيطالي مؤسس علم الميكانيكا التجريبية وله إسهاماته في البصريات والفلك ويعده الكثير من العلماء أبا لعلم الفلك الرصدي
رينيه ديكارت: الفيلسوف الفرنسي ولهو إسهامات عديدة في الرياضيات والهندسة والتي كان لها عظيم الأثر في تطوير علوم الفلك والميكانيكا
إسحاق نيوتن: العالم الفذ فريد عصره وفائق أقرانه وهو مؤسس علم الميكانيكا النظرية بل والفيزياء النظرية وعلم التفاضل والتكامل ولهو إسهامات في الضوء والبصريات وانتقال الحرارة وانتقال الصوت والضوء
وتميزت هذه الحقبة بطفرات معرفيه نوجز منها الآتي:
-كيبلر وقوانينه للحركة
-روبرت بويل واعماله في الغازات وانتقال الحرارة
-جيمس برونولي واعماله في الميكانيكا
بدايه علم الديناميكا الحرارية علي أيدي علماء كروبرت هوك وبويل -وجاي لوساك ودينيس بابين
أختراع الآلات البخارية وأعمال توماس سافري ولا حقا جيمس وات
٣-فيزياء القرنين الثامن والتاسع عشر
وشهدت تطوير قياسي وطفرات في فهم الفيزياء الكلاسيكية في مجالات:
-الميكانيكا علي أيدي برنولي وهالي كافانديش وأويلر ودالمبير وسيمون لابلاس
-الثيرموديناميكا علي أيدي لافوازيه وجوزيف بريستلي وجوزيف فوريه ووليام تومسون ورودولف كلاوزيوس وجيمس جول وهيرمان فون هلمهولتز
-الكهربية والمغناطيسية وشهدت أعمال فطاحل العلماء من أمثال فاراداي وفولتا واوريستد وأمبير وروبرت برون وهلمهولتز التجريبية والنظرية فهمًا للظواهر الكهربية والمغناطيسية وكان لعملاق الفيزياء النظرية وأحد عباقرة الفيزياء جيمس كلارك ماكسويل السبق في توحيد الكهربية والمغناطيسية وربطهما بالضوء وانه عبارة عن موجات كهرومغناطيسية
كما شهد الاعتماد علي تجارب مكثفة ومعقدة للاستدلال علي صحة النظريات الفيزيائية او إكتشاف الحديد منها
٤-فيزياء القرن العشرين أو الفيزياء الحديثة
بلغ ببعض علماء الفيزياء في القرن التاسع عشر إعلان وفاة الفيزياء كعلم وانه لم يعد هناك من تطوير مستقبلي لهذا العلم لما وصلت اليه البشرية من فهم تام لجميع الظواهر الطبيعية بما كان متاحا وقتها من فيزياء كلاسيكية وكان منهم اللورد كلفن وميكلسون واللذان أعتبرا أن ماهو قادم في الفيزياء سيكون تحسينا في النتائج التجريبية ودقتها ولن يكون هناك تطورا في مجالات أخري
وكانت الفيزياء الكلاسيكية تنقسم في هذه الحقبة الي:
-الميكانيكا الكلاسيكية
-ميكانيكا الموائع
-الكهربية والمغناطيسية
-الضوء والبصريات
-الديناميكا الحرارية والميكانيكا الإحصائية
واجهت الفيزياء مشاكل عويصة في نهائيات القرن التاسع عشر لم تستطع لها تفسيرا مما أدي لمخاض عسير للفيزياء ونشوء أتجاهات جديدة للفظ بعضا من المفاهيم الكلاسيكية وتبني مفاهيم حديثة تجافي العقل احيانا والمنطق احيانا اخري ونذكر منها:
-تفسير إشعاع الجسم الأسود والمفهوم الثوري لماكس بلانك للكموم الطاقة اي إنبعاثها علي هيئة كمات وأنها ليست متصلة كما كان الاعتقاد سابقا
-ظاهرة الإنبعاث الضوئي وتفسير ألبرت أينشتين وتبنيه لمفهوم الفوتون او جسيم الضوء والذي بسقوطه علي المواد يعطي كل طاقته للذرة لإطلاق احد إلكتروناتها
-بداية النظرية الذرية علي أيدي تومسون ومن بعده رذرفورد وتلميذه النجيب نيلز بور
-اكتشاف أشعة أكس علي يد رونتجين وما تبعها من تطورات مذهله واستخدامات شتي في علوم المواد والطب
-بداية العلوم النوويه بإكتشاف هنري بيكرل للنشاطية الإشعاعية وتلميذته النجيبة ماري كوري وزوجها بيير كوري
-تجربة مايكلسون ومورلي لقياس سرعة الضوء في الإيثير الساكن وتنبأ التجربة بعدم وجود الإيثير وهو الوسط الذي إبتدعه العلماء ليملأ الفراغ في الكون والذي بدونه لا يتحرك الضوء
-النظرية النسبية الخاصة لأينشتاين عام ١٩٠٥ والعامة عام ١٩١٧ وما أحدثاتهما من زلزال لمفاهيم الكون وجاذبيته والأجسام المتحركة بسرعات عالية قريبه من سرعة الضوء
-نظرية الكم وحاجة العلم لنظرية جديدة لتفسير الظواهر الذرية وما دونها
-التطور المذهل في العلوم النوويه وبناء المعجلات لدراسة مكونات النواة والمادة
* مجالات عمل الفيزياء الحديثة
١-فيزياء كلاسيكية
-الميكانيكا الكلاسيكية
-ميكانيكا الموائع
-الكهرومغناطيسية
-الضوء
-الصوت
-الديناميكا الحرارية
-الديناميكا الإحصائية
-فيزياء الحالة الصلبة
-فيزياء المادة الكثيفة
-فيزياء البلازما
٢-فيزياء حديثة
-ميكانيكا الكم
-الفيزياء الذرية
-فيزياء درجات الحرارة المنخفضة
-فيزياء الليزر
-الفيزياء النوويه
-فيزياء معجلات
-فيزياء الجسيمات والطاقات العليا
-فيزياء مفاعلات نوويه
٣-فروع للفزياء متداخله مع علوم أخري
-فيزياء الفلك
-فيزياء الكون
-الفيزياء الحيوية
-الفيزياء الكيمائية
-الفيزياء الطبية
-فيزياء الأرض
* ما أهم ما يشغل الفيزيائيين اليوم
أحد أهم ما يشغل الفيزيائيين في العصر الحديث هو نظرية التوحيد العظمي
إستطاع العلماء التعرف علي القوي الأربع الموجودة في الطبيعة وهي
قوي الجاذبية وهي التي تؤثر بين الأجسام وكتلها وهي أضعف هذه القوي وأبعدها تأثيرا وهي القوي المتحكمة في الكون وأجرامة ومجراته
القوي الكهرومغناطيسية بين الشحنات
القوي النوويه الصغري وهي القوي المسؤله عن التحلل الإشعاعي داخل النواة
القوي النووية العظمي والمسؤله عن ترابط جسيمات النواة وهي اعظمهم قوه وأصغرهم في مجال التأثير وهذه القوة من العظم بحيث تتغلب علي قوي التنافر بين البروتونات موجبة الشحنة في النواة وتربطها معا مع أشقائها من النيوترونات داخل النواة
هدف علماء الفيزياء الآن منصب علي توحيد هذه القوي الأربع وقد نجحوا في توحيد القوي الكهرومغناطيسية مع النوويه الصغري في أواخر السبعينات علي يد جلاشو ووينبرج وسلام وسميت (Electroweak Force) أو القوي الكهروضعيفه ثم تم توحيدها مع القوي النوويه العظمي في النموذج المعياري والذي تم علي أيدي علماء فطاحل منهم توموناجا وفينمان وموراي جيلمان وجلاشو وزويج وغيرهم الكثير من فطاحل العلماء
واجه العلماء صعوبات جمه في دمج الجاذبية في النموذج المعياري وحاولوا إيجاد نموذج كمي لها ولكنه مازال لا يخلو من العقبات
إتجه العلماء لتطوير نظريه أكثر تعقيدا في محاوله منهم لتوحيد قوي الطبيعة وهي نظرية الاوتار الفائقة ولكنها ما زالت بعيده المنال في المستقبل المنظور عن اي تحقيق تجريبي
وفِي عصرنا الحالي إنتشرت المعارف الفيزيائية إنتشار النار في الهشيم وإتسعت نطاقات دراستها وتطبيقاتها حتي أصبح من المستحيل علي المشتغل بأحد علوم الفيزياء الإلمام بدقائق وخبايا تخصصه فضلا عن التخصصات الأخري في الفيزياء
هل وجدت إجابة شافيه وافيه لتساؤلاتك السابقة في هذا المقال؟
إذا لم تجد فحاول أن تربط الفيزياء والقوي في الطبيعة بالظواهر التي تحدثت عنها في تساؤلاتي في المقدمة وأبدأ من هنا
دكتور علي عبده
أستاذ الهندسة النووية بجامعات ولاية تكساس وبنسلفانيا وزويل والشرق الأوسط الأمريكية سابقا
المستشار العلمي
المجموعة النووية
شركة هاليبرتون
هيوستن - تكساس
الولايات المتحدة الأمريكية
كتاب سيرك الفيزياء الطائر جيرل ووكر
ترجمة رشا صلاح الدخاخني مراجعة محمد فتحي خضر
مرحبًا بكم في هذا الكتابِ الرائع؛ حيث تكونُ الفقراتُ الاستعراضيةُ الخطيرةُ والحِيلُ البارعةُ والغرائبُ والخُدعُ المثيرةُ جزءًا من الحياةِ اليومية.
سوف نقابلُ رجلًا يستطيعُ أن يَسحبَ سيارةَ رُكابٍ بحبلٍ بين أسنانِه، ونشاهدُ أفعى ميتةً ولكنها لا تزالُ تَلدَغ، ونكتشفُ أسرارَ خُدعةِ الساحرِ الذي يَفصلُ الرأسَ عن الجسد. وسنعرفُ إجاباتِ أسئلةٍ من قَبيل: هل يُمكنُك أن تُضرِمَ النيرانَ باستخدامِ الجليد؟ إذا تعرَّضتَ إلى سقوطٍ داخلَ مقصورةِ المِصعَد، أفينبغي عليك أن تَقفزَ في اللحظةِ الأخيرةِ أم تَستلقيَ على الأرضية؟ كيف يُولِّدُ سَمكُ الأنقليس الرَّعادُ مَجالًا كهربائيًّا؟ ما سببُ حدوثِ السَّراب؟ لماذا تَلمعُ النجوم؟ هل يُمكنُك أن تَقودَ سيارةً على السَّقف؟ والمزيدِ من الأسئلةِ الأخرى التي سنجدُ إجاباتِها بين دفَّتَي هذا الكتاب.
مرحبًا بكم في هذا الكتابِ الرائع؛ حيث تكونُ الفقراتُ الاستعراضيةُ الخطيرةُ والحِيلُ البارعةُ والغرائبُ والخُدعُ المثيرةُ جزءًا من الحياةِ اليومية.
سوف نقابلُ رجلًا يستطيعُ أن يَسحبَ سيارةَ رُكابٍ بحبلٍ بين أسنانِه، ونشاهدُ أفعى ميتةً ولكنها لا تزالُ تَلدَغ، ونكتشفُ أسرارَ خُدعةِ الساحرِ الذي يَفصلُ الرأسَ عن الجسد. وسنعرفُ إجاباتِ أسئلةٍ من قَبيل: هل يُمكنُك أن تُضرِمَ النيرانَ باستخدامِ الجليد؟ إذا تعرَّضتَ إلى سقوطٍ داخلَ مقصورةِ المِصعَد، أفينبغي عليك أن تَقفزَ في اللحظةِ الأخيرةِ أم تَستلقيَ على الأرضية؟ كيف يُولِّدُ سَمكُ الأنقليس الرَّعادُ مَجالًا كهربائيًّا؟ ما سببُ حدوثِ السَّراب؟ لماذا تَلمعُ النجوم؟ هل يُمكنُك أن تَقودَ سيارةً على السَّقف؟ والمزيدِ من الأسئلةِ الأخرى التي سنجدُ إجاباتِها بين دفَّتَي هذا الكتاب.