ما هي الفيزياء ولماذا هي مهمة؟

ما هي الفيزياء ولماذا هي مهمة؟

الفيزياء هو العلم الذي تدرس فيه المادة والطاقة على حد سواء أو بالاشتراك مع بعضهما البعض، بحيث نركز بشدة على الطاقة، العنصر الأساسي في العلم. لفهم هذا الاتصال بشكل أفضل، من المفيد الرجوع إلى تعريف عملي قوي للفيزياء.

كل شيء من حولنا يستخدم الطاقة بطريقة أو بأخرى. تحرق السيارات والطائرات والقطارات الوقود، وتتطلب أجهزة الكمبيوتر الخاصة بنا مصادر كهربائية واتصالات Wi-Fi، وتعمل أجهزة الاتصالات الخاصة بنا على الإشارات الخلوية.

بشكل أساسي، مع قدراتنا الموسعة، ظهرت الحاجة المتزايدة لأشكال جديدة من الطاقة، وقد يكون هذا من الطاقة النووية أو مصادر الطاقة البديلة مثل الطاقة الهجينة.

تعريف الفيزياء

الفيزياء هو العلم الذي تدرس فيه المادة والطاقة على حد سواء أو بالاشتراك مع بعضهما البعض، بحيث نركز بشدة على الطاقة، العنصر الأساسي في العلم. لفهم هذا الاتصال بشكل أفضل، من المفيد الرجوع إلى تعريف عملي قوي للفيزياء.

وقد يكون التعريف العملي الأكثر تفصيلاً للفيزياء هو: علم الطبيعة، أو ما يتعلق بالأشياء الطبيعية، والذي يتعامل مع قوانين وخصائص المادة والقوى التي تعمل عليها. في كثير من الأحيان، تركز الفيزياء على القوى التي لها تأثير على المادة، أي الجاذبية والحرارة والضوء والمغناطيسية والكهرباء وغيرها.

اتجاه الفيزياء

نظرًا لأن الفيزياء تستخدم عناصر من فروع أخرى من العلوم والبيولوجيا والكيمياء على سبيل المثال، فإنها تتمتع بسمعة كونها أكثر تعقيدًا من العلوم الأخرى.

تعتمد الفيزياء، على عكس الفلسفة الطبيعية (التي جمعت معها حتى القرن التاسع عشر)، على الأساليب العلمية لوصف العالم الطبيعي.

لفهم المبادئ الأساسية للكون، تستخدم الفيزياء العديد من الأعمال من العلوم الطبيعية الأخرى. بسبب هذا التداخل، فإن الظواهر المدروسة في الفيزياء (الحفاظ على الطاقة على سبيل المثال) شائعة في جميع أنظمة المواد. غالبًا ما يشار إلى الطرق المحددة التي تنطبق بها على الطاقة (ومن ثم الفيزياء) باسم “قوانين الفيزياء”.

نظرًا لأن كلًا من العلوم الطبيعية الأخرى مثل الأحياء والكيمياء والجيولوجيا وعلوم المواد والطب والهندسة وغيرها، تعمل مع أنظمة تلتزم بقوانين الفيزياء، غالبًا ما يشار إلى الفيزياء باسم “العلوم الأساسية”.

للحصول على مثال عن كيفية تطبيق قوانين الفيزياء على جميع العلوم الأخرى، ضع في اعتبارك أن الكيمياء، علم المادة الذي يدرس الذرات والجزيئات، يتوافق مع نظريات ميكانيكا الكم، والديناميكا الحرارية، والكهرومغناطيسية من أجل إنتاج مركبات كيميائية.

كيفية تطبيق قوانين الفيزياء على جميع العلوم

  • الفيزياء والرياضيات

بشكل عام، ترتبط الفيزياء ارتباطًا وثيقًا بالرياضيات، لأنها توفر البنية المنطقية التي يمكن من خلالها صياغة القوانين الفيزيائية وتقدير تنبؤاتها. يتم التعبير عن عدد كبير من التعريفات والنماذج والنظريات الفيزيائية باستخدام الرموز والصيغ الرياضية.

يتمثل الاختلاف المركزي بين الفيزياء والرياضيات في أن الفيزياء تهتم في النهاية بأوصاف العالم المادي بينما تركز الرياضيات على الأنماط المنطقية المجردة التي قد تمتد إلى ما وراء العالم الحقيقي.

نظرًا لأن الفيزياء تركز على العالم المادي، فإنها تختبر نظرياتها من خلال العملية المعروفة باسم الملاحظة أو التجريب. من الناحية النظرية، قد يبدو من الأسهل نسبيًا اكتشاف أين تتوقف الفيزياء وتنتقل الرياضيات. ومع ذلك، في الواقع، لا يوجد دائمًا مثل هذا التمييز الواضح. ومن ثم، فإن المناطق الرمادية بين الفيزياء والرياضيات تميل إلى أن تسمى “الفيزياء الرياضية”.

  • الهندسة والتكنولوجيا

ترتبط كل من الهندسة والتكنولوجيا أيضًا بالفيزياء. على سبيل المثال ، تدرس الهندسة الكهربائية التطبيق العملي للكهرومغناطيسية. لهذا السبب ستجد أن الفيزياء غالبًا ما تكون عنصرًا في بناء الجسور، أو في إنشاء المعدات الإلكترونية، والأسلحة النووية، والليزر، والبارومترات، وغيرها من أجهزة القياس القيمة.

في حين أنه لا توجد إجابات محددة حول ما إذا كانت الفيزياء أكثر تعقيدًا من العلوم الأخرى أم لا، فمن الآمن أن نقول إن للفيزياء بالتأكيد فروعًا أكثر، تقليدية وحديثة.

خذ على سبيل المثال نطاق التقسيمات الفرعية التقليدية للفيزياء الموجودة: الصوتيات، والبصريات، والميكانيكا، والديناميكا الحرارية، والكهرومغناطيسية. ثم هناك تلك التي لا تزال تعتبر امتدادات حديثة: الفيزياء الذرية والنووية، وعلم التبريد، وفيزياء الحالة الصلبة، وفيزياء الجسيمات، وفيزياء البلازما.

التخصصات الموجودة في علم الفيزياء

فيما يلي قائمة، ليست شاملة بأي حال من الأحوال، بالتنوع المذهل للتخصصات الموجودة في علم الفيزياء:

  • الصوتيات: دراسة الموجات الصوتية والصوتية.
  • الفلك: دراسة الفضاء.
  • الفيزياء الفلكية: دراسة الخصائص الفيزيائية للأشياء في الفضاء.
  • الفيزياء الذرية: دراسة الذرات، وتحديدًا خصائص الإلكترون للذرة.
  • الفيزياء الحيوية: دراسة الفيزياء في النظم الحية.
  • الفوضى: دراسة الأنظمة ذات الحساسية الشديدة للظروف الأولية، بحيث يصبح التغيير الطفيف في البداية سريعًا تغييرات كبيرة في النظام.
  • الفيزياء الكيميائية: دراسة الفيزياء في النظم الكيميائية.
  • الفيزياء الحاسوبية: تطبيق الأساليب العددية لحل المشكلات الفيزيائية التي توجد لها بالفعل نظرية كمية.
  • علم الكونيات: دراسة الكون ككل، بما في ذلك أصوله وتطوره.
  • الفيزياء المبردة، وفيزياء درجات الحرارة المنخفضة: دراسة الخصائص الفيزيائية في درجات الحرارة المنخفضة، أقل بكثير من نقطة تجمد الماء.
  • علم البلورات: دراسة التراكيب البلورية.
  • الكهرومغناطيسية: دراسة المجالات الكهربائية والمغناطيسية وهما وجهان لذات الظاهرة.
  • الإلكترونيات: دراسة تدفق الإلكترونات، بشكل عام في الدائرة.
  • ديناميات الموائع وميكانيكا الموائع: دراسة الخصائص الفيزيائية “للسوائل” التي تم تعريفها تحديداً في هذه الحالة بأنها السوائل والغازات.
  • الجيوفيزياء: دراسة الخصائص الفيزيائية للأرض.
  • فيزياء الطاقة العالية: دراسة الفيزياء في أنظمة الطاقة العالية للغاية، بشكل عام ضمن فيزياء الجسيمات.
  • فيزياء الضغط العالي: دراسة الفيزياء في أنظمة الضغط العالي للغاية، والمتعلقة عمومًا بديناميات الموائع.
  • فيزياء الليزر: دراسة الخواص الفيزيائية لليزر.
  • الفيزياء الرياضية: الانضباط الذي يتم فيه تطبيق أساليب رياضية صارمة لحل المشكلات المتعلقة بالفيزياء.
  • علم الميكانيكا: دراسة حركة الأجسام في إطار مرجعي.
  • فيزياء الأرصاد الجوية والطقس: فيزياء الطقس.
  • الفيزياء الجزيئية: دراسة الخصائص الفيزيائية للجزيئات.
  • تقنية النانو: علم بناء الدوائر والآلات من جزيئات وذرات مفردة.
  • فيزياء نووية: دراسة الخواص الفيزيائية للنواة الذرية.
  • البصريات والفيزياء الضوئية: دراسة الخصائص الفيزيائية للضوء.
  • فيزياء الجسيمات: دراسة الجسيمات الأساسية وقوى تفاعلها.
  • فيزياء البلازما: دراسة المادة في مرحلة البلازما.
  • الديناميكا الكهربائية الكمية: دراسة كيفية تفاعل الإلكترونات والفوتونات على مستوى ميكانيكا الكم.
  • ميكانيكا الكم وفيزياء الكم: دراسة العلم حيث تصبح أصغر القيم المنفصلة، أو الكميات، للمادة والطاقة ذات صلة.
  • البصريات الكمومية: تطبيق فيزياء الكم على الضوء.
  • نظرية المجال الكمي: تطبيق فيزياء الكم على المجالات، بما في ذلك القوى الأساسية للكون.
  • الجاذبية الكمومية: تطبيق فيزياء الكم على الجاذبية وتوحيد الجاذبية مع تفاعلات الجسيمات الأساسية الأخرى.
  • النسبية: دراسة الأنظمة التي تعرض خصائص نظرية النسبية لأينشتاين ، والتي تتضمن عمومًا التحرك بسرعات قريبة جدًا من سرعة الضوء.
  • الميكانيكا الإحصائية: دراسة الأنظمة الكبيرة من خلال التوسع الإحصائي في معرفة الأنظمة الأصغر.
  • نظرية الأوتار ونظرية الأوتار الفائقة: دراسة النظرية القائلة بأن جميع الجسيمات الأساسية هي اهتزازات من سلاسل طاقة أحادية البعد ، في كون أعلى بعدًا.
  • الديناميكا الحرارية: فيزياء الحرارة.

السبب وراء تطور العديد من التقسيمات الفرعية هو أن الفيزياء ككل تقدم مجالًا واسعًا للدراسة. لكي يقوم العلماء بإجراء أبحاث ودراسات هادفة، يجب عليهم تقليل نطاق تركيزهم. من خلال تضييق مجال دراستهم، فإنهم يتجنبون أن يغمرهم حجم المعرفة والبيانات الموجودة داخل العالم الطبيعي (المادي) بأكمله.

طرق إنتاج الطاقة

تحتل الطاقة والعمل (الطاقة كما تُعرَّف على أنها القدرة على أداء العمل) جزءًا مهمًا من حياتنا العادية، وهي من بين أهم الموضوعات في الفيزياء. العمل، من حيث التعريف المرتبط بالفيزياء، له معنى مختلف تمامًا عن نوع العمل الذي نفكر فيه عادةً. في الفيزياء، يتم تنفيذ العمل فقط عندما يتحرك الجسم في اتجاه القوة المطبقة.

886 مشاهدة
شارك المقالة
الصورة الافتراضية
مبارك أحداد
مذكرة موقع يهتم بنشر الثقافة في مختلف المجالات. هنا تجدون مقالات عربية من تعبيري الخاص باسلوب سلس وواضح. موقع مذكرة دائما متجدد ويتميز بمواضيعه الحصرية والهادفة لتفادي المواضيع المتاحة المتكررة. هدفنا هو نشر المحتوى العربي والرقي به. نرجو من الله العلي القدير أن يوفقنا للعمل بجدية وأن نحضى بدعم وثقة القراء.
المقالات: 254

اترك ردّاً

معذرة لا يمكنك النسخ، لكن يمكنك طباعة النص بأكمله بواسطة الضغط على: (CTRL + P)