ما هي الفيزياء Physics

الموسوعة » ما هي الفيزياء Physics

اشتُقّت كلمة فيزياء (Physics) من المصطلح اللاتيني فيزيكا (physica) والذي يعني “الشيء الطبيعي”، وتعددت التعريفات لعلم الفيزياء، ولكن التعريف الأشمل لهذا المصطلح اللاتيني هو أنّه علمٌ من أهم فروع العلوم المتخصصة بدراسة خصائص المادةِ والطاقة، والعلاقةِ بينهما، كما يَدرس العالم المادي والظواهر الطبيعيةِ للكون وما حوله عن طريق الزمانِ والمكانِ، كما قد عُرف عن علم الفيزياء أنّه عِلمٌ ذو نطاقٍ واسعٍ؛ حيث أنّه لا يتعامل مع أدقِ جزيئات الذرة فحسب؛ بل يتعامل أيضًا مع العلوم الفلكية كدراسة المجرات والكسوف والخسوف، ولا يقتصر على دراسة نوعٍ واحدٍ بل على عدة أنماطٍ وأنواعٍ.

عُرفت الفيزياء أيضًا من قِبل العديد من المصادر المشهورة في العالم كالقاموس لجامعة أوكسفورد الإنجليزية مثلًا، على أنّها فرعٌ من فروع العلومِ المختصة بدراسة الطبيعة والمادة وما يخصها، كما يتشمل الميكانيك، والحرارة، الضوء، والأشعة، والكهرباء، والمغناطيس، وبنية الذرات، كما عرّفتها الموسوعة الإلكترونية إنكارتا (Encarta) على أنّها العلم الأكبر الذي يعمل مع المكونات الأساسية للكون، والمهتم بدراسة الكون ونتائجه كما أنها مرتبطةٌ بعدة قوانينَ كالتناظر والحفظ المتعلق بالطاقة، والزخم والشحنة والتكافؤ.§.

تاريخ نشوء علم الفيزياء

إن أول من قام بالتجارب لاكتشاف الفيزياء هو الفيلسوف الإغريقي أرسطو، ولذلك تعد الفيزياء الأرسطية من أهم علوم الفيزياء، وذلك لإرسائه مبادئ شاملة تتحكم بجميع تغيرات الأجسام الطبيعية من كائناتٍ حيةٍ وغير حيةٍ، في السماء كانت أو الأرض، بما في ذلك التغيرات بالنسبة للحجم والعدد أو التغيرات النوعية بشكلٍ أشمل، أجرى أرسطو تجاربَ عديدةً، مثل تجربته في وضع كتابٍ على الطاولةِ، وملاحظته لثبات الكتاب، وعندها قام بدفعه بلطفٍ تحرك حتى توقف، قام أرسطو بتفسير هذه الحالة بالشكل الآتي:

إن تحريك جسمٍ عن طريق جسمٍ آخر، مثل التحريك بيدك أو رمي كرة، فإن الكائن المتحرك يتراكم مع الزخم، وزخم الحركة حسب تعريفها من قبل الفيزياء الكلاسيكية، هي حاصل ضرب كتلة الجسم في سرعته، فعند توقف الجسم عن الحركة، يتم استخدام القوة الدافعة المتراكمة لاستمرار الحركة. أما الفكرة الثانية لأرسطو هي أن الأجسام الثقيلة تسقط أسرع من الأجسام الخفيفة. لم يوثّق أرسطو تجاربه بأدلةٍ كثيرةٍ ولا بتدوينِ الملاحظاتِ الهامة، ومع ذلك كل العلماء الذين ظهروا من بعده، كانوا مؤمنين بقدراته كما تابعوا نتائج أبحاثه ومشوا على خطاه لأكثر من 100 عامٍ.

تطورت الأفكار والأبحاث في القرنين السادس عشر والسابع عشر، على يد العالم الإيطالي غاليليو غاليلي، وغيره من العلماء والفيزيائيين، وكانت أهم التجارب لغاليليو ما بين الفترة من عام 1589 إلى 1592، وهي إسقاط جسمين مختلفين في الكتلة من قمة برج بيزا المائل، وذلك لكي يثبت أن سرعة السقوط الحر لا تعتمد على الكتلة (على الرغم من عدم صحة هذه المعلومة)، كما اعتمد أرسطو في تجربته على كتلتين مختلفتين في الوزن.

أما في عام 1687، بدأت أسطورة التفاحة مع العالم إسحاق نيوتن، التي من خلالها وضع قانون الجذب العام أو قانون الجذب الكوني، الذي ينص على أن قوى التجاذب بين أي جسمين في الكون، تتناسب طرديًّا مع حاصل ضرب كتلتيهما وعكسيًّا مع مربع المسافة بين مركزيهما، هذا الاكتشاف الذي ساعد العديد من العلماء على اكتشاف بعض الكواكب مثل كوكب أورانوس وكوكب بلوتو.§.

الأنواع المختلفة للفيزياء

  • الصوتيات: فرعٌ من فروع الفيزياء يختص بدراسة الصوت وموجاته، كالموجات الميكانيكية في الغازات والمواد الصلبة والسائلة، وهذه الدراسة تَشمل علوم الحياة والهندسة والفنون كالتطبيقات للموجات الزلزالية والصدمات والاهتزازات، والموسيقى والضوضاء والسمع، والصوت تحت الماء، والأصوات التي تصدر من الغلاف الجوي أو ما شابه، والاتصالات.
  • علم الفلك: وهو أحد أهم فروع علم الفيزياء وأقدمها، والتي يَستخدم مزيجًا من الفيزياءِ والرياضيات والكيمياء، لِفَهم الغلاف الجوي الخارجي للأرض، مثل دراسة الفلك والفضاء وما يحتويه من نجومٍ وكواكبَ ومجراتٍ، والفضاء العميق والكون بشكلٍ عام.
  • الفيزياء الذرية: يهتم هذا النوع في دراسة الأبحاث الفيزيائية الذرية والجزيئية والبصرية، كما يمكن تمييزها عن الفيزياء النووية بأنها تدرس الذرات وإلكترون الذرة بشكلٍ خاصٍّ.
  • الفيزياء الحيوية: يهتم هذا النواع بدراسة جميع أنواع الكائنات الحية، من الخلايا فردية والميكروبات إلى الحيوانات والنباتات والنظم الإيكولوجية كاملةً.
  • نظرية شواش (Chaos theory) أو نظرية الفوضى: يعد هذا النوع من عناصر فيزياء الكم، حيث أنه يُركز في دراسته على الأنظمة التي تتأثر بالتغيرات الأولية، وبالتالي، إن التأثير الأولي الطفيف سرعان ما يتحول الى تغيراتٍ كبيرةٍ في النظام.
  • الفيزياء الكيميائية: يَعتمد هذا النوع على دراسة الأنماط النانوية أو ديناميت التفاعل الكيميائي، كما يصب تركيزه على استخدام الفيزياء لفهم الظواهر المعقدة في مجموعةٍ متنوعةٍ من المقاييس، ابتداءً من الجزيء وحتى النظام البيولوجي.
  • الفيزياء الحاسوبية: تعتمد في دراستها على الخوارزميات لحل المسائل الفيزيائية.
  • علم الكونيات: يَدرس هذا النوع الكون ككل، من حيث أصوله وتطوره عبر الزمن.
  • الفيزياء الكهرومغناطيسية: تَعتمد في دراستها على المجالات الكهربائية والمغناطيسية.
  • الجيوفيزياء: وهذا النوع مختص بدراسة الخواص الفيزيائية للأرض.§.

أهمية الفيزياء في حياتنا

لقد لَعب الفيزيائيون دورًا أساسيًّا في اكتشاف وتطوير علم الفيزياء من أجل حياتنا اليومية، ما جعل هذا العلم يزداد أهميةً يومًا بعد يوم، وهناك أمثلةٌ كثيرةٌ تبرهن أهمية الفيزياء في حياتنا ومن أهم الاكتشافات الفيزيائية:

  •  الكومبيوتر الرقمي :الذي ساعد البشرية على تسيير العديد من أعمالها، وتطوير العقل البشري ومساعدته على الاكتشاف والتحديث الدائم.
  • الترانزستورات: الذي يعد أساس جميع الإلكترونيات الحديثة، كالراديو والتلفزيون وأجهزة الكومبيوتر والاتصالات.
  • الألياف البصرية: تستخدم للعثور على تطبيقٍ واسع النطاق في شبكات نقل البيانات.
  • نظام تحديد المواقع العالمي GPS: والذي يَعد من أهم الأنظمة التي تستخدم الأقمار الصناعية والتوقيت الصحيح للسماح بتحديد المواقع في أي مكانٍ على سطح الأرض.
  • الهولوغرام: أو التصوير الجسيمي، وظيفته منع الاحتيال ويستخدم على بطاقات الائتمان ورخص القيادة وغيرها من البطاقات، لمنع حالات التزوير.
  • الشبكات العالمية (WWW): الذي صممت فيزيائيًّا، وذلك خصيصًا لتَميكن المرء من التواصل مع العالم.
  • تقنيات التصوير الطبي: مثل التصوير بالرنين المغناطيسي، والتصوير بالموجات فوق الصوتية والمسح الضوئي.
  • تقنيات العلاج الطبي: كاستخدام الإشعاعات ومسرعات الجسيمات المشحونة.

آثار الفيزياء على الإنسان والمجتمع

تساعد الفيزياء في تحسين الصحة والعمليات الطبية، وذلك عبر الأجهزة التي أتاحتها للأطباء، والتي سمحت لهم بتصوير المخ والأعصاب بوضوحٍ كاملٍ، ومعرفة الخلل في الجسم بشكلٍ دقيقٍ، كما حَسنت الفيزياء العلاقات مع العالم وبين الدول، وذلك من خلال تطوير الاتصالات السلكية واللاسلكية، وتطوير شبكات الآنترنت، وحسنت أيضًا التكنولوجيا وذلك باعتماد صناعات الحوسبة على أبحاث الفيزياء من أجل بناء معالجات وأقراص أكثر كثافة، والعديد العديد من الأمور المعتمدة على علم الفيزياء، موجودة حولنا بشكلٍ دائمٍ.§.