ما هو علم الفيزياء

تعريف علم الفيزياء

بالرجوع إلى أصل كلمة الفيزياء (Physics) فهي تعود إلى اليونانية والتي تُعنى بمعرفة الطبيعة والهدف منه كعلم يتمثل بتفسير وفهم ظواهر الكون الطبيعية، [١]ولا يُعّد علم الفيزياء علمًا ثابتًا، إذ في الواقع هناك صعوبة في تحديد المعنى الدقيق له، فهو دائم التغير والتطور ومرتبط بتطور الاكتشافات والاختراعات في الحياة، فالفيزياء هي من أحد العلوم الأساسية التي تستخدم في دراسة المادة والطاقة التي يزيد فهمها يومًا بعد يوم.[١]

يُعرّف علم الفيزياء (Physics Science) بالعلم الذي يدرس ارتباطات المفاهيم الأساسية مثل الطاقة والقوة والزمان، ويتضمن دراسة القوى الطبيعية والأشياء غير الحية فهو يمثل التحليل العام للطبيعة والذي يهدف إلى فهم الكون،[٢] كما يُعرّف علم الفيزياء على أنه العلم الذي يتعامل مع بنية المادة والتفاعلات ويشمل دراسة سلوك الأشياء تحت تأثير قوى خراجية، وأيضًا طبيعة وأصل مجالات الجاذبية والكهرومغناطيسية والنووية، كذلك يمكن القول بأن هذا العلم هدفه الأساسي صياغة المبادئ الشاملة التي تشرح وتوضح كل الظواهر المتباينة.[٣]

متى نشأ علم الفيزياء؟

نظراً لقيمة العلم الفيزيائي وأهميته فقد ترجع نشأته إلى العصور الوسطى ثم أخذ بالتطور والتقدم إلى أن أصبح أحد العلوم الحديثة في القرن السابع عشر ويمكن ذكر المحطات التاريخية التي مرَّ فيها هذا العلم على النحو الآتي:[٤]

• قديمًا بدأ العلم الفيزيائي بملاحظة بعض الظواهر الكونية كحركات الشمس والقمر وغيرها وقد كان الاهتمام الأكبر بعلم الفلك، ومن أهم النظريات وأقدمها هي التي أشار إليها أرسطو في كتاباته الخاصة بعلم الطبيعة والشق الفيزيائي.

• بدأ الاهتمام بهذا العلم بالتوسع الكبير في العالم العربي وذلك يظهر من خلال حضارة الدولة العربية الإسلامية؛ إذ ظهر العديد من العلماء الفيزيائيين الذين أسهموا في تطور هذا العلم حيث ظهر في هذه الفترة علم البصريات وغيره.

• مع قدوم القرن السابع عشر شرع كل من العلماء: نيوتن، جاليليو جاليلي، وكذلك العالم فرانسيس بيكون إلى تأسيس العلم الحديث للفيزياء وجعله علمًا مستقلًا له قواعده وقوانينه الخاصة.

• مع حلول القرن التاسع عشر تم التوصل إلى أهم القوانين الفيزيائية وهي تلك الخاصة بالقوة الكهربائية، القوة، الضوء والإشعاع ثم تطور إلى فهم الإشارات الكهربائية؛ أي عمل الإحساس في الجسم إلى الذهن والتي يمكن من خلالها رؤية الأشياء والشعور بها وسماعها.

ماذا يدرس علم الفيزياء؟

يقوم علم الفيزياء على دراسة المواضيع التالية:[٥]

• يقوم علم الفيزياء على دراسة الفرضيات العلمية وتطبيقها للوصول إلى نظريات في مختلف العلوم.[٥]
• يختص علم الفيزياء بدراسة التفاعل بين الطاقة والمادة والترابط بينها.[٥]
• يحاول علم الفيزياء توظيف الرياضيات والمنطق في تكوين مفهوم أدق عن العالم.[٥] واستخدامها في تحليل البيانات والحوسبة.[٦]
• يدرس فرع العلوم التي تقوم على دراسة المادة، الطاقة، الحركة، القوة وغيرها الكثير.[٥]
• يدرس طبيعة المواد ومكوناتها الأساسية من جسيمات وطاقة على المستوى المرئي والذري.[٦]
• يدرس خصائص المواد الصلبة والغازية والسائلة وسلوكها وموصليتها.[٦]
• يهتم علم الفيزياء بدقة القياس، وابتكار أدوات للقياس الأكثر دقة التي تساعد في فهم العلوم الأخرى.[٥]

ما أبرز مجالات علم الفيزياء؟

يتمثل علم الفيزياء في مجالات عديدة، ويمكن ذكر بعض منها على النحو الآتي:

الفيزياء الكلاسيكية

الفيزياء الكلاسيكية (Classical physics) أحد فروع علم الفيزياء الذي يدرس الظواهر الحركية للأجسام والقوى المؤثرة في حركتها وتعرف بالحتمية، وتعتمد الفيزياء الكلاسيكية في دراساتها على عدة قوانين منها:قوانين نيوتن للحركة، قانون الجذب العام، وقوانين حفظ المادة والطاقة،[٧] ومن مجالاتها:

• الميكانيكا الكلاسيكية (Classical mechanics): يوجد العديد من الإسهامات في الميكانيكا الكلاسيكية منها: قوانين نيوتن الثلاثة للحركة، وقانون الجذب العام.[٨]

• الكهرباء والمغناطيسية(Electricity and Magnetism): وهنا يتم إدراج القوانين المهمة في هذا المجال وهي:[٩]
  • قانون فارادي الذي يتعلق بالمجالين المغناطيسي والكهربائي.
  • معادلات ماكسويل والتي تمكننا القدرة على حساب سرعة الضوء من خلالها.

• الديناميكا الحرارية (Thermodynamics): التي تدرس العلاقات بين الحرارة والشغل وكذلك الحرارة والطاقة حيث إنها تتعامل مع نقل الطاقة من مكان لآخر ومن شكل لآخر.[١٠]

• الصوتيات (Acoustics): يهتم هذا المجال بدراسة الصوت والموجات الصوتية، حيث يقوم أيضًا بدراسة الموجات الميكانيكية في المواد بمختلف خواصها، وتشمل الصوتيات أيضًا تطبيقات للموجات الزلزالية والصدمات والاهتزاز.[١١]

• الفيزياء الفلكية (Astrophysics): وهي تمثل حلقة وصل بين بين علم الفيزياء وعلم الفلك، فهي تهتم بدراسة فيزياء الكون بما فيه من خصائص فيزيائية متمثلة في الكثافة، الأجرام السماوية مثل الكواكب وحركتها.[١٢]

• علم الجيوفيزياء (Geophysics): يتضح من خلال اسم هذا المجال بأنه يمثل علاقة وثيقة بين علوم الفيزياء والجيولوجيا فهو يتمثل بدراسة المجال المغناطيسي للأرض، توضيح ظاهرة المد والجزر وكذلك دراسة الأرصاد الجوية.[١٣]

• الفيزياء الكهرومغناطيسية(Electromagnetic physics): يعتبر هذا المجال من أهم مجالات علم الفيزياء والذي بدوره يهتم بدراسة المجال المغناطيسي وتأثيراته على الشحنات الكهربائية فهو يربط بين المجالين الكهربائيوالمغناطيسي.[١٤]

• الفيزياء الكيميائية (Chemical physics): يركز هذا المجال على دراسة الفيزياء في الأنظمة الكيميائية، حيث يقوم بدراسة الخصائص الفيزيائية للمواد الكيميائية وذلك بواسطة استخدام أدوات مثل التحليل الطيفي وقوانين الغاز.[١٥]

• الفيزياء الحاسوبية (Computational physics): حيث يركز هذا المجال على تطبيق الحسابات الإلكترونية العددية من أجل حل المشكلات الفيزيائية التي تتضمن نظريات كمية.[١٦]

• الفيزياء الطبية (Medical Physics): تتمثل أهمية هذا المجال بدراسة الطرق الفيزيائية والتطورات الحديثة لإمكانية تصنيع وتطوير الكثير من الأجهزة الطبية ومن الأمثلة على هذه الأجهزة: أجهزة تخطيط القلب، أجهزة الرنين المغناطيسي.[١٧]

الفيزياء الحديثة

هي إحدى فروع الفيزياء وتعني (Modern physics)، والتي تهتم بدراسة المفاهيم الفيزيائية التي ظهرت بعد نيوتن،[١٨] ومن أبرز نظرياتها:

• نظرية النسبية الخاصة: تعد نظرية النسبية الخاصة للعالم آينشتين حيث وضح في هذه النظرية فكرة ثبات سرعة الضوء في جميع الأوساط، كذلك وقد شرحت هذه النظرية العلاقة بين عمليات الرصد ومفهوم الزمان والمكان، كما حاولت هذه النظرية إجابة السؤال الغامض “ما هو الوقت؟” فقد أضاف آينشتين إلى مكان وجهة نظره بنسبية الوقت والتي تختلف من مكان لآخر، حيث يتأثر مرجع قياس الزمان والمكان تبعًا لجاذبية مكان المراقب والسرعة.[١٩]

• فيزياء الكم أو نظرية الكم: تهتم هذه النظرية بدراسة سلوك المادة والضوء في المستوى الذري وكذلك تقوم بتفسير سلوك الذرة وتبين مكوناتها الأساسية مثل (البروتونات، النيترونات، الإلكترونات).[٢٠]

وفيما يلي أبرز مجالات الفيزياء الحديثة:

• الفيزياء الذرية (Atomic Physics): يعنى هذا المجال بدراسة بنية الذرة وخصائصها وتفاعلاتها مع الجسيمات الأخرى والتفسير العلمي للنظريات التي قد تهدف إلى فهم التركيب الداخلي للذرة ودراسة الطيف الكهرومغناطيسي والخصائص الإلكترونية لها.[٢١]

• الفيزياء الحيوية (Biophysics): يقوم هذا المجال على دراسة مبادىء علم الفيزياء في علم الأحياء على جميع المستويات من الخلوية إلى النظم المعقدة الحيوانية والنباتية والنظم البيئية بأكملها، ومن التطبيقات المهمة لهذا المجال: الماكينات النانوية.[٢٢]

• الفوضى (Chaos): حيث يهتم هذا المجال بالنظم شديدة الحساسية للظروف الأولية، لهذا فالتغيير الطفيف في البداية سرعان ما ينتج تغيرات كبيرة في النظام.[٢٣]

• فيزياء درجات الحرارة المنخفضة (Low Temperature physics): يختص هذا المجال بدراسة الخصائص الفيزيائية في حالات درجات الحرارة المنخفضة حيث تكون أقل بكثير من نقطة تجمد الماء.[٢٤]

• فيزياء الطاقة العالية (High Energy physics): يهتم هذا المجال بدراسة الفيزياء في أنظمة الطاقة العالية جداً وبشكل عام في فيزياء الجسيمات.[٢٥]

• فيزياء الضغط العالي ( High pressure physics): يهتم هذا المجال بدراسة الفيزياء في أنظمة الضغط المرتفع جداً والمتعلقة بديناميكيات السوائل.[٢٦]

• الفيزياء النووية (Nuclear physics): حيث يهتم هذا المجال بدراسة الخصائص الفيزيائية للنواة الذرية.[٢٧]

• فيزياء الجسيمات (Particle Physics): حيث يركز هذا المجال على دراسة الجسيمات الأساسية وقوى تفاعلها مع بعضها البعض.[٢٨]

المراجع[+]

1. ^ أ ب “physics-science”, britannica, Retrieved 15/1/2021. Edited.
2. ↑ “physical-science”, oxfordlearnersdictionaries.com, Retrieved 14/1/2021. Edited.
3. ↑ “physics-science”, britannica, Retrieved 14/1/2021. Edited.
4. ↑ Richard Tarnas , The passion of the western mind, Page 225-249 . Edited.
5. ^ أ ب ت ث ج ح “The basics of physics in scientific study “, thoughtco.com, Retrieved 15/1/2021. Edited.
6. ^ أ ب ت “Why study Physics?”, montclair.edu, Retrieved 13/2/2021. Edited.
7. ↑ “classical-physic”, sciencedirect, Retrieved 2/2/2021. Edited.
8. ↑ “-classical-mechanics”, ocw.mi, Retrieved 18/1/2021. Edited.
9. ↑ “Electricity & Magnetism”, faculty.wcas.northwestern, Retrieved 18/1/2021. Edited.
10. ↑ “thermodynamics”, britannica, Retrieved 27/1/2021. Edited.
11. ↑ “Acoustics physics”, britannica, Retrieved 27/1/2021. Edited.
12. ↑ “astrophysics”, science.nasa, Retrieved 15/1/2021. Edited.
13. ↑ “what-is-geophysics”, eegs.org, Retrieved 15/1/2021. Edited.
14. ↑ “electromagnetism”, britannica, Retrieved 15/1/2021. Edited.
15. ↑ “Physical Chemistry Chemical Physics”, pubs.rsc, Retrieved 25/1/2021. Edited.
16. ↑ “What is Computational Physics?”, apsu, Retrieved 27/1/2021. Edited.
17. ↑ “What is Medical Physics”, efomp, Retrieved 15/1/2021. Edited.
18. ↑ “Introduction to Modern Physics”, worldscientific, Retrieved 15/1/2021. Edited.
19. ↑ “theory-general-relativity”, space, Retrieved 15/1/2021. Edited.
20. ↑ “quantum-mechanics-physics”, britannica, Retrieved 18/1/2021. Edited.
21. ↑ “atomic-physics”, phy.princeton, Retrieved 15/1/2021. Edited.
22. ↑ “what-is-biophysics”, lsa.umich.edu, Retrieved 15/1/2021. Edited.
23. ↑ “what-are-the-fields-of-physics”, thoughtco, Retrieved 27/1/2021. Edited.
24. ↑ “The Different Fields of Physics”, thoughtco, Retrieved 27/1/2021. Edited.
25. ↑ “high-energy-physics”, energy, Retrieved 27/1/2021. Edited.
26. ↑ “what-are-the-fields-of-physics”, thoughtco, Retrieved 27/1/2021. Edited.
27. ↑ “nuclear-physics”, energy, Retrieved 27/1/2021. Edited.
28. ↑ “what-are-the-fields-of-physics”, thoughtco, Retrieved 27/1/2021. Edited.