الفــيزياء (معلومـــات عن مـــادة الفــيزياء)

الفــيزياء هي العلم الــذي يهتم بدراسة المـــادة والطاقة والتفاعل؛ كـــلاهمـــا معاً أو كـــلٌ علــى حدة، والتفاعلات فــي مـــا بينهمـــا. ويمكن وضع تعريفٍ أدق بقولنا إن الفــيزياء هي العلم الــذي يدرس الطبيعة (أو كـــل شيء موجود فــي هذه الطبيعة)، والــذي يتعامل مع قوانين وخصائص المـــادة والقوى المؤثرة علــىها.

[١][٢] يمكن تصنيف الفــيزياء إلــى فــيزياء حديثة وفــيزياء كـــلاسيكية، وكـــل مـــنهمـــا يمتلك العديد مـــن كل المعلومـــات الشيقة، فعلــى سبيل المثال تهتم الميكانيكا الكـــلاسيكية والتــي هي جزء مـــن الفــيزياء الكـــلاسيكية بدراسة حركة الأجسام العديدة والبطيئة النسبياً، بينمـــا تهتم النظرية الالنسبية المعلنـــة والتــي هي جزء مـــن الفــيزياء الحديثة بدراسة حركة الأجسام السريعة جداً (والتــي سرعتها تقارب سرعة الضوء)، بينمـــا تهتم ميكانيكا الكم والتــي هي أيضاً جزء مـــن الفــيزياء الحديثة بدراسة الأجسام الذرية والبدون ذرية والتــي تتحرك بسرعات بطيئة (أقل بكثير مـــن سرعة الضوء).

[٣] معلومـــات عن الفــيزياء الكـــلاسيكية الفــيزياء الكـــلاسيكية هي ذاك الجزء مـــن الفــيزياء الــذي لا يستخدم ميكانيكا الكم أو النظرية الالنسبية المعلنـــة، مثل قوانين نيوتن فــي الحركة، والنظرية الكهرومغناطيسية الكـــلاسيكية، والديناميكا الحرارية. الفــيزياء الكـــلاسيكية ممتازة جداً فــي تفسير العديد مـــن الظواهر، ولكنها تفشل فــي تفسير الظواهر الطبيعية عند السرعات القريبة مـــن سرعة الضوء والأبالعودة الذرية والبدون ذرية.

[٤] معلومـــات عن الميكانيكا الكـــلاسيكية عند الحديث عن الميكانيكا الكـــلاسيكية فلا بد مـــن ذكر العالم إسحاق نيوتن والــذي كانت قوانينه الثلاثة مـــن أكثر الأعمـــال أساسيةً فــي الفــيزياء، جدير بالذكر إن دراسة القوة ضروري أنه تكون بوجود قانون نيوتن الثاني. ويوجد لنيوتن ثلاثة قوانين مشهـــورة جداً، الأول: الجسم الساكن يبقى ساكناً، والجسم المتحرك يبقى متحركاً مـــا لم تؤثر به قوة محصلة مـــا. وهـــو المعروف بقانون القصور الذاتي للأجسام. أمـــا الثاني: إذا أثرنا علــى جسم بقوة مـــا أدت إلــى تغير حالته الحركية، فإن هذه القوة ستكون مساوية لمقدار التغير الحاصل للزخم النسبةً إلــى الزمـــن. أمـــا القانون الثالث فهـــو: إذا أثر جسمـــان بقوة متبادلة علــى بعضهمـــا البعض، فإن هذه القوة ستكون متساوية فــي المقدار، ومتعاكسة فــي الاتجاه وهذا الأخير هـــو المعروف بقانون الفعل ورد الفعل.

[٥] يوجد أيضاً قانون الجذب العام والــذي ينص علــى أنه كـــل جسمٍ فــي الكون يجذب الأجسام الأخرى اليةه بقوة تتناسب طردياً مع كتاليةمـــا، وعكسياً مع مربع المسافة بينهمـــا. جدير بالذكر إن هذا القانون هـــو الــذي فسر حركة القمر حول الأرض وحركة الشمس حول الأرض. أيضاً إن قانون الجذب العام ساعد فــي الأكاونت الأزمـــنة الدورية للأجرام السمـــاوية كالمذنبات (مثل مذنب هابل)، والزمـــن الدوري للقمر حول الأرض والزمـــن الدوري للأرض حول الشمس؛ وهذا الــذي مكننا مـــن وضع التقاويم الحديثة بدقة عفيه.

[٦] معلومـــات عن النظرية الكهرومغناطيسية يشمل مفهـــوم القوة الكهرومغناطيسية مفهـــومي الكهرباء والمغناطيسية، جدير بالذكر إنه تم التوحيد بين هذين الفهـــومين بعــد أنه كانا يُعاملان بشكـــلٍ مـــنفصلٍ تمـــامـــاً ليمن خلالا عن قوةٍ واحدة. وفــيمـــا يلي تكلةٌ مـــن الحقائق عن واحدة مـــن أهم الظريات الفــيزيائية:

[٧] يمكن توليد مجال كهربائي مـــن شحنة ثابتة أو متحركة، بينمـــا لا يمكن توليد المجال المغناطيسي إلا مـــن شحنة متحركة (أو تيار كهربائي، جدير بالذكر إن التــيار الكهربائي هـــو سيل مـــن الشحنات). مقدار القوة الكهربائية أكبر بكثير مـــن مقدار قوة الجاذبية. القوة التــي تربط الإلكترونات بالنواة وتجعاليةا تدور حواليةا بمدارات محددة هي القوة الكهربائية. واحدة مـــن الظواهر الطبيعية التــي فهمـــناها عند دراستنا للنظرية الكهرومغناطيسية هي ظاهرة البرق؛ جدير بالذكر إن البرق ينتج بفعل العملية تفريغ الشحنات الموجودة فــي الغيوم.

[٨] مـــن العلمـــاء الــذين أسهموا فــي دراسة النظرية الكهرومغناطيسية الكـــلاسيكية العالم كولوم، والعالم فاراداي، والعالم مـــاكسويل. معلومـــات عن الديناميكا الحرارية الديناميكا الحرارية هي فرع الفــيزياء المهتم بدراسة العلاقة بين الحرارة والحركة، أو بعباراتٍ أدق العلاقة بين الحرارة والطاقة الحركية، أو الشغل والعملية تحول الحرارة إلــى طاقة حركية أو العكس.

[٩] وفــيمـــا يلي أبرز قوانين الديناميكا الحرارية

[١٠] الديناميكا الحرارية تحدثحور حول أربعة قوانين أساسية وهي: القانون بالصفري للديناميكا الحرارية. القانون الأول للديناميكا الحرارية. القانون الثاني للديناميكا الحرارية. القانون الثالث للديناميكا الحرارية. القانون بالصفري للديناميكا الحرارية يتحدث عن الاتزان الحراري، ونصه هـــو: عندمـــا يحدث أي جسمين فــي حالة مـــن الاتزان الحراري بشكـــل مـــنفصل مع جسم ثالث، فهذا يعني أنهمـــا فــي حالة مـــن الاتزان الحراري أيضاً. القانون الأول للديناميكا الحرارية يتحدث عن الشغل والتسخين، والطاقة، ونصه: الشغل الكـــلي هـــو نفسه فــي كل العمليات كاظمة الحرارة بين أي نقطتي اتزان إذا كان لنقاط الاتزان هذه نفس طاقة الوضع ونفس الطاقة الحرارية. القانون الثاني للديناميكا الحرارية يتحدث عن مفهـــوم العشوائية (بالإنجليزية: Entropy)، ونصه: الالعملية التــي تكون لنظام معزول لا تحدث إذا قلّت العشوائية. القانون الثالث للديناميكا الحرارية يتحدث عن أقل طاقة ممكنة فــي الطبيعة والتــي هي عند بالصفر المطلق (صفر كـــلفن)، ونصه: مـــن المستحيل تقليل درجة حرارة أي نظام لتصل إلــى بالصفر المطلق بأي مجموعة محدود مـــن العمليات. معلومـــات عن الفــيزياء الحديثة بدأت الفــيزياء الحديثة فــي القرن العشرين بعــد أعمـــال مـــاكس بلانك فــي تكميم الطاقة، والنظريتين الالنسبيتين المعلنـــة والعامة لآلبرت آينشتاين، بالبالاضافة لذلك إلــى أعمـــال نيلز بور والعديد مـــن العلمـــاء الآخرين فــي ميكانيكا الكم.

[١١] معلومـــات عن النظرية الالنسبية المعلنـــة فــيمـــا يلي أبرز الحقائق عن النظرية الالنسبية المعلنـــة:

[١١] ترتكز النظرية الالنسبية المعلنـــة علــى مبدأين أساسيين، همـــا: قوانين الفــيزياء هي نفسها لكل الأطر القصورية. سرعة الضوء فــي الفراغ هي أكبر سرعة موجودة فــي الطبيعة وهي تساوي 3×108 م/ث، وهي ثابتة لكل الأطر القصورية مهمـــا كانت سرعة حركة الراصد أو المصدر الــذي يُشع الضوء. النظرية الالنسبية المعلنـــة تهتم بدراسة الأطر المرجعية غير المتسارعة (أي التــي تتحرك بسرعة ثابتة). آينشتاين لم يحصل علــى جائزة نوبل بسبب عمالية علــى النظرية الالنسبية المعلنـــة (ولا حتى العامة) وإنمـــا بسبب عمالية علــى الظاهرة الكهروضوئية.

[١٢] معلومـــات عن النظرية الالنسبية العامة فــيمـــا يلي أبرز الحقائق عن النظرية الالنسبية العامة:

[١٢] ترتكز النظرية الالنسبية العامة علــى مبدأين أساسيين همـــا: كل قوانين الفــيزياء هي نفسها لكل الأطر المرجعية سواء كانت متسارعة أو لا. فــي محيط أي نقطة مجال الجاذبية يالعودةل تسارع الإطار المرجعي فــي غياب آثار الجاذبية. (هذا هـــو مبدأ التكافؤ). النظرية الالنسبية العامة تهتم بدراسة الأطر المرجعية التــي لديها تسارع لا يساوي صفراً. بحسب مبدأ التكافؤ فإن دراسة إطار متسارع هي نفس دراسة إطار يخضع لمجال جاذبية مـــا. فكرة وجود بعــد رابع للزمـــان جاءت مـــن دراسة النظرية الالنسبية العامة. وُلد مبدأ انحناء الزمكان مـــن النظرية الالنسبية العامة. معلومـــات عن ميكانيكا الكم فــيمـــا يلي أبرز الحقائق عن ميكانيكا الكم:

[١٣] مبدأ عدم الإختيار اليةيزنبيرغ يخبرنا بأنه عند إختيار موضع الجسيم بدقة فإنه لا يمكن إختيار زخم الجسيم، وإذا تم إختيار زخم الجسيم بدقة فإنه لا يمكن إختيار الموقع الالكتروني الجسيم بدقة. دراسة ميكانيكا الكم ترتكز علــى الجبر الخطي بشكـــل كبير (مثل فضاء هلبرت). الطاقة لا تأتي علــى شكـــل حزم متصلة، وإنمـــا علــى شكـــل كمّاتٍ مـــنفصلةٍ. كانت نتيجة حل مالعودةلة شرودنغر لذرة االيةيدروجين مثفيه جداً مقارنةً مع النتيجة التجريبية. يوجد نوعان للزخم الزاوي فــي ميكانيكا الكم، الأول هـــو الزخم الزاوي المداري (بالإنجليزية: Orbital Angular Momentum)، والآخر هـــو الزخم الزاوي الذاتي (بالإنجليزية: Spin)، ومـــن الجدير بالذكر أنه الزخم الزاوي الذاتي هـــو خاصية مـــن خصائص الجسيم كمـــا هـــو الحال بالالنسبة للكتلة أو الشحنة