جديد من وضع مبادئ الفيزياء الكلاسيكية

الفيزياء الكلاسيكية

يُستخدم مصطلح الفيزياء الكلاسيكية للدلالة على قسمٍ من الفيزياء، وتُعد الفيزياء واحدةً من العلوم الطبيعية والتي تهتم بدراسة الظواهر الطبيعيّة وتفسيرها، وعادةً ما يُستخدم مصطلح الفيزياء الكلاسيكيّة للدّلالة على النظريات والأعمال الفيزيائية القديمة الناجحة، ويوجد قسمٌ آخر للفيزياء وهو الفيزياء الحديثة؛ والذي يهتم بتفسير الظواهر الطبيعية باستخدام النظريات والتأويلات التي جاءت بعد القرن العشرين.^[١]

عندما نقول أن الفيزياء الكلاسيكية قديمة؛ فهذا لا يعني أنها لم تعد صالحةً، أو أن تفسيرها للظواهر تفسيرٌ فاشل، بالتأكيد لا، والصحيح هو أنه يمكن التفكير في الفيزياء الكلاسيكية كحالةٍ قُصوى من ميكانيكا الكم، ونسبية آينشتاين الخاصة؛ والتي تُعنى بحالة قصوى (أو لربما يمكن القول بكلماتٍ أبسط أنها حالة خاصة) حيث إن النظرية النسبية الخاصة – التي تنجح في دراسة السرعات العالية والتي تقترب من سرعة الضوء- تؤول إلى الفيزياء الكلاسيكية في حالة الحديث عن سرعات بطيئة جداً مقارنةً مع سرعة الضوء، بالإضافة إلى اختفاء الأثر الكمي، والذي يظهر عندما نقوم بدراسة الأجسام الصغيرة جداً (في مستوى النانو متر)، عند الغوص في مستوى أعمق من دراسة الفيزياء، والذي بدوره سوف يؤول إلى الفيزياء الكلاسيكية. لذلك لا يمكننا وصف الفيزياء الكلاسيكيّة بأنها فاشلة في تفسير ظواهر ما، وإنما يجب علينا القول إنها حالةٌ خاصةٌ من نظريات أخرى أكثر عموماً.^[٢][١]

تعريف الفيزياء الكلاسيكية

تُعرف الفيزياء الكلاسيكية على أنها فرع من فروع الفيزياء، والذي لا يستخدم الميكانيكا الكمية، ولا النظرية النسبية الخاصة في تفسير الظواهر الطبيعية التي تقوم بدراستها؛ مثل الحركة، والجاذبية، ونظرية ماكسويل في الكهرباء والمغناطيسية، والبصريّات، والديناميكا الحرارية، والميكانيكا الإحصائية الكلاسيكية (مثل توزيعات ماكسويل-بولتزمان)، وغيرها من الأمثلة على الفيزياء الكلاسيكية، والتي بدورها تفشل في تفسير الظواهر عند التحدث عن المستوى الذري أو السرعات القريبة من سرعة الضوء أو كليهما معاً.^[٣]

بعض الإسهامات في الفيزياء الكلاسيكية

عنوان هذا المقال “من وضع مبادئ الفيزياء الكلاسيكية” والإجابة المتوقعة لهذا السؤال ذكر الأشخاص الذين وضعوا مبادئ الفيزياء الكلاسيكية، إنه من الصعب حقاً الإجابة على هذا السؤال، كما أنه من غير العادل حصر إنجاز العديد من البشر في مجموعة من الأشخاص، إذ إن الفيزياء لم تأتِ بين يومٍ وليلة، بل هي حصيلة تراكم الاكتشافات والاختراعات للعديد من العلماء على مر الزمن، ولكن بالتأكيد يبرز بعضهم لتميز إسهامه في وضع هذه المبادئ، مثل إسحاق نيوتن بوضعه لقوانين الحركة، وقوانين الجاذبية، وأعماله في البصريات، ولاجرانج وهاملتون لإسهامهم في إيجاد طريقة جديدة لحل الأنظمة الفيزيائية، وكولومب، وفارادي، وأمبير، وجاوس، وماكسول لإسهامهم في الكهرباء والمغناطيسية، وكذلك فان دير فال، وبلوتزمان، وكارنوت، وكلفن لإسهامه في الديناميكا الحرارية، والميكانيكا الإحصائية.^[٤]

بعض فروع الفيزياء الكلاسيكة

يوجد العديد من الفروع التي يمكن إدارجها تحت الفيزياء الكلاسيكية، ومنها:

الميكانيكا الكلاسيكية

يوجد العديد من الإسهامات في الميكانيكا الكلاسيكية، وهنا سنتحدث عن بعضها فقط.

قوانين نيوتن

لقد وضع نيوتن ثلاثة قوانين مشهورة جداً في الميكانيكا، وهي كما يأتي:^[٥]

• القانون الأول: الجسم الساكن يبقى ساكناً، والجسم المتحرك يبقى متحركاً ما لم تؤثر به قوة محصلة ما. وهو المعروف بقانون القصور الذاتي للأجسام.
• القانون الثاني: إذا أثرنا على جسم بقوة ما أدت إلى تغير حالته الحركية، فإن هذه القوة ستكون مساويةً لمقدار التغير الحاصل للزخم نسبةً إلى الزمن.
• القانون الثالث: إذا أثر جسمان بقوةٍ متبادلةٍ على بعضهما البعض، فإن القوة المؤثرة على كلا الجسمين ستكون متساوية في المقدار، ومتعاكسة في الاتجاه وهذا الأخير هو المعروف بقانون الفعل ورد الفعل.
• قانون الجذب العام: وهو قانون آخر وضعه نيوتن، وينص على أن كل جسمٍ في الكون يجذب الأجسام الأخرى نحوه بقوة تتناسب طردياً مع كتلتيهما، وعكسياً مع مربع المسافة بينهما.^[٦]

قوانين كبلر في حركة الكواكب

يوهانس كبلر (1571-1630) هو فلكي عظيم، استنتج ثلاثة قوانين مهمة جداً للفلكيين في حساب حركة الكواكب بالاعتماد على أرصاد سلفه تيخو براي الذي قام بتسجيل أرصادٍ لجميع الكواكب التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة، و777 نجماً فقط بالاعتماد على عينه المجردة، والسدسية (آلة فلكية قديمة)، وبوصلة (حيث أن التلسكوب لم يكن مخترعاً بعد). وفيما يأتي قوانين كبلر في الحركة وهي ثلاثة قوانين:^[٦]

• القانون الأول: جميع الكواكب تتحرك في مدارات إهليلجية حول الشمس، حيث تقع الشمس في إحدى بؤرتيه.
• القانون الثاني: متجه المساحة المرسوم من الشمس، باتجاه الكوكب يمسح مساحاتٍ متساويةٍ في أزمنةٍ متساويةٍ، وهو المعروف بقانون المساحات.
• القانون الثالث: مربع الزمن الدوري للكوكب يتناسب مع مكعب نصف طول المحور الأكبر للمسار الإهليلجي الذي يسلكه حول الشمس.

الكهرباء والمغناطيسية

قانون فارادي

قانون فاراداي والذي يخبرنا أنه بتغييرنا للمجال المفناطيسي فإنه سيمكننا توليد مجال كهربائي نتيجةً لهذا التغير الذي يحصل في المجال المغناطيسي، الأمر الذي له تطبيقاتٌ واسعةٌ مثل المولد.^[٢]

ماكسويل

في الديناميكا الكهربائية يوجد أربع معادلات شهيرة جداً معروفة بمعادلات ماكسويل، ومن أهم الأشياء التي جاءت بها هذه المعادلات هي مقدرتنا على حساب سرعة الضوء من خلالها، فقط بمعرفتنا لهذه المعدلات الأربعة والتي تهتم بالمجالين الكهربائي والمغناطيسي، واللذان يشكلان معاً الأمواج الكهرومغناطيسية والتي يُعتبر الضوء المرئي جزءاً منها.^[٢][٧]

الديناميكا الحرارية

من الواضح من اسم المجال أن الديناميكا الحرارية تتعامل مع الحرارة والديناميكا (أي الحركة)، وهي تعتمد على التجربة بشكل أساسي جداً، كباقي فروع الفيزياء. وهي على وجه التحديد العلم الذي يدرس العلاقات بين الحرارة، والشغل، ودرجة الحرارة، والطاقة، كما تدرس الديناميكا الحرارية عملية انتقال الطاقة من مكانٍ إلى آخر، وعملية تحولها من شكلٍ إلى آخر. وهنا سنتحدث عن تطبيقٍ أو إسهامٍ واحدٍ للديناميكا الحرارية.^[٤][٨]

دورة كارنُت

استطاع كارنت توضيح فكرة دورة المحرك الحراري وكذلك فكرة الانعكاسية في عام 1824م. ومن حيث المبدأ، فدورة كارنُت تعتمد على القانون الأول للديناميكا الحرارية الذي يعمل على الربط بين الحرارة والطاقة. ومن التطبيقات على دورة كارنُت المحرك والثلاجة.^[٤][٨]

المراجع

1. ^ ^{أ ب} Amar Prasad , “Classical physics & Modern Physics”، Physics Online Books, Retrieved 7-12-2017. Edited.
2. ^ ^{أ ب ت} D. J. Griffiths (1999), Introduction to Electrodynamics, USA: Prentice-Hall, Page xi, 305, 376, Part 3rd. Edited.
3. ↑ “Classical Physics”, Dictionary.com, Retrieved 18-11-2017. Edited.
4. ^ ^{أ ب ت} F. W. Sears and G. L. Salinger (1986), Thermodynamics, Kinetic Theory, and Statistical Thermoddynamics, USA: Addison-Wesley, Page Cover page,2,111,112,113,114,115, Part 3rd. Edited.
5. ↑ S. T. Thornton and J. B. Marion (2004), Classical Dynamics of Particles and Systems, USA: Thomson Learning, Page 49, Part 5th. Edited.
6. ^ ^{أ ب} Raymond A. Serway and John W. Jewett (2004), Physics for Scientists and Engineers, USA: Thomson Learning, Page 390, 396, Part 6th. Edited.
7. ↑ Michael Fowler (5/9/2009), “Maxwell’s Equations and Electromagnetic Waves”، www.galileo.phys.virginia.edu, Retrieved 7-12-2017. Edited.
8. ^ ^{أ ب} “Thermodynamics”, www.britannica.com, Retrieved 7-12-2017. Edited.