قوانين آينشتاين في المقدمة.. 5 من أشهر و أهم قوانين الفيزياء فى التاريخ

الفيزياء أو الفيزيقا بالإغريقية، هو علم الطبيعة وهو العلم الذى يهدف إلى فهم كيف يعمل الكون من حولنا، بداية من الذرات وإنتهاءاً إلى المجرات العملاقة، فهو يهتم بدراسة المفاهيم الأساسية كالطاقة والقوة والسرعة والزمن وكتلة المواد وحركتها.

ومن خلال القوانين الفيزيائية يحاول العلماء فهم الظواهر الطبيعية وتفسير كيفية عمل الكون. وتعتبر الفيزياء أحد أقدم العلوم فى التاريخ حيث كانت بدايتها فى العصور الوسطى وتم تصنيفها كعلم حديث فى القرن السابع عشر.

سنعرض في هذا المقال 5 من أشهر و أهم قوانين الفيزياء في التاريخ التى كان لها عظيم الأثر فى علم الفيزياء وفى تاريخ البشرية ككل.

للفيزياء مكانة متميزة في الفكر الإنساني، وكما تأثرت بأفرع المعرفة الإنسانية الأخرى؛ فقد كان لها أيضا الأثر الحاسم في بعض الحقول المعرفية والعلمية الأخرى مثل الفلسفة والرياضيات وعلم الأحياء.

عادة ما ينقسم علماء الفيزياء اليوم إلى تخصصين متكاملين هما الفيزياء النظرية و الفيزياء التجريبية، وتهتم الفيزياء النظرية بوضع النظريات إعتماداً على النماذج الرياضية ، فيما يقوم المتخصصون فى الفيزياء التجريبية بإجراء الاختبارات على تلك النظريات وتطوير التطبيقات المختلفة لها.

تعريف القوانين الفيزيائية:

هى عبارة عن تعميم علمي يستند إلى رصد وملاحظة تجريبية للسلوك الفيزيائي. تكون هذه القوانين عادة عبارة عن استنتاجات تستند إلى تجارب علمية تمت على مر فترات زمنية طويلة فأصبحت مقبولة بشكل عام ضمن المجتمع العلمي.

1- معادلة تكافؤ الكتلة والطاقة لآينشتاين:

ألبرت آينشتاين هو عالم فيزيائى ولد فى ألمانيا لأبوين يهوديين، يعرف على أنه أبو النسبية، كونه واضع نظريتي النسبية الخاصة والنسبية العامة وهما من أهم قوانين الفيزياء ككل وأساس الفيزياء النظرية الحديثة ومن اشهر قوانين الفيزياء ، وقد حصل على جائزة نوبل فى الفيزياء عام 1921م عن ورقة بحثية تدرس التأثير الكهروضوئي.

فى عام 1905م قام آينشتاين بنشر أهم أوراقه البحثية -إن لم تكن أهم ورقة بحثية فى التاريخ- تحت عنوان (Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhaltabhängig) وتعني باللغة العربية (هل تعتمد كينونة الجسم على ما يحتويه من طاقة؟)، ولم يكن يعلم أن ورقته البحثية هذه سوف تسبب وفاة ما يزيد عن 200 ألف من اليابانيين أثناء الحرب العالمية الثانية.

وقد وضح آينشتاين فى هذه الورقة ان الكتلة والطاقة هما وجهان لعملة واحدة، فيمكن للكتلة أن تتحول إلى طاقة والعكس. وكانت هذه المعادلة بمثابة نقطة فارقة فى تاريخ البشر حيث إستخدموها لتصنيع أشد الاسلحة فتكاً فى التاريخ، وعلى الجانب الأخر إستخدموها كوسيلة سلمية لتوليد الطاقة.

2- قانون نيوتن الثانى:

السير إسحاق نيوتن هو عالم إنجليزي وهو أحد أهم الفيزيائيين فى التاريخ وأحد رموز الثورة العلمية. اسس معظم مبادئ الميكانيكا الكلاسيكية، كما قدم نيوتن العديد من الإسهامات الهامة في مجال البصريات، وقام بمشاركة غوتفريد لايبنتزفي وضع أسس التفاضل والتكامل.

قانون نيوتن الثانى هو  أحد أقدم و أهم قوانين الفيزياء التى وضعها السير إسحاق نيوتن فى كتابه Principia عام 1987م، وهو أهم قوانين الميكانيكا الكلاسيكية حيث يقوم بحساب حركة الأجسام التى تخضع لقوى مختلفة.

القانون الثاني لنيوتن والذي يعد من اشهر قوانين علم الفيزياء ساهم فى تطوير العديد من العلوم كعلوم هندسة طيران الفضاء وتقوم عليه صناعة  السيارات والقطارات والطائرات والاقمار الصناعية والمكوكات الفضائية وغيرها.

وينص القانون الثانى لنيوتن على (إذا أثرت قوة محصلة في جسم أكسبته تسارعاً، يتناسب مقدراه تناسباً طردياً مع مقدار القوة المحصلة ، ويكون اتجاهه في اتجاه القوة المحصلة نفسها).

3- معادلة شرودينجر:

إرفين شرودنجر ولد في 12 أغسطس من عام 1887م فى النمسا، ومعروف بإسهاماته العديدة في ميكانيكا الكم وخصوصا معادلة شرودنجر والتي حاز عبرها على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1933م.

عندما بدأ الفيزيائيون دراسة العالم من واجهة المقياس الصغير جداً، حيث بدأو دراسة الالكترونات التي تدور حول النواة في الذرة، فقد وجدو أن على هذا المستوى الذرى فإن هناك تصرفات غريبة قامو برصدها لم تتمكن قوانين نيوتن الخاصة فى الفيزياء الكلاسيكية من التنبؤ بها والعمل عليها.

لذلك كان لابد من وضع معادلات جديدة لتفسير تلك الظواهر على هذه المقاييس فاحتاجوا إلى نظرية ميكانيكا الكم. والمعادلة النظيرة لمعادلة نيوتن داخل نظرية ميكانيكا الكم، هي معادلة شرودينجر والتى ظهرت على يد الفيزيائى النمساوى إرفين شرودينجر، وهى عبارة عن معادلة تفاضلية جزئية تصف كيفية تغير الحالة الكمية لنظام فيزيائي مع الزمن. 

4- قانون بويل

تم تقديم قانون بويل بواسطة الكيميائي الأنجلو-إيرلندي روبرت بويل في عام 1662.

وهو قانون للغازات ينص على أن الضغط الذي يمارسه غاز (من كتلة معينة ، يتم الاحتفاظ به عند درجة حرارة ثابتة) يتناسب عكسًا مع الحجم الذي يشغله. بمعنى آخر ، يتناسب ضغط الغاز وحجمه عكسياً مع بعضهما البعض طالما ظلت درجة الحرارة وكمية الغاز ثابتة. 

5- معادلة بلانك

اكتشف ماكس بلانك نظرية تقول أن الطاقة تنتقل في شكل أجزاء تسمى كوانتا (ترمز لها ب h). المتغير h يحمل قيمة ثابتة تساوي 6.63 x 10-34 J.s استنادًا إلى النظام الدولي للوحدات ويصف المتغير التردد في s-1.

يساعدنا قانون بلانك في حساب طاقة الفوتونات عندما يكون ترددها معروفًا. فإذا كان الطول الموجي معروفًا ، يمكنك حساب الطاقة باستخدام معادلة الموجة لحساب التردد ثم تطبيق معادلة بلانك لإيجاد الطاقة.

أصعب قانون في الفيزياء

في عام 1900 ، أعلن الفيزيائي البريطاني اللورد كلفن: “لا يوجد شيء جديد لاكتشافه في الفيزياء. كل ما تبقى هو المزيد
قياس كمياتها بدقة “. في نفس العام ولدت قوانين فيزياء الكم وبعدها بثلاثة عقود ، ولدت نظرية أينشتاين النسبية ، أحدثت ثورة في الفيزياء وحولتها. اليوم ، بالكاد يجرؤ أي شخص على القول بأن معرفتنا من الكون وكل ما بداخله شبه مكتمل. على العكس من ذلك ، يبدو أن كل اكتشاف جديد يفتح باب من القضايا الأكبر والأعمق.

اذا كنت شغوفًا بالفيزياء وقوانينها والغازها، ستجد في هذا اللينك مجموعة من أشهر ألغاز مسائل وقوانين الفيزياء التي لم يتم حلها.