قصة اكتشاف الجاذبية:

يُروى أن إسحاق نيوتن (1642-1727)، العالم الإنجليزي الشهير، اكتشف مفهوم الجاذبية عندما كان جالسًا تحت شجرة تفاح في عام 1666. يُقال إن تفاحة سقطت على رأسه، مما أثار تساؤله حول السبب الذي جعل التفاحة تسقط نحو الأرض بدلاً من أن تطير بعيدًا أو تبقى معلقة في الهواء. هذا الحدث البسيط، إذا صحّت الرواية، أشعل شرارة التفكير العميق في عقل نيوتن حول القوى التي تحكم حركة الأجسام.

على الرغم من أن هذه القصة شائعة، فإنها قد تكون مجرد أسطورة أو مبالغة في سرد حقيقة ما حدث. الواقع أن نيوتن كان يعمل على مسائل علمية معقدة بالفعل، وكان على دراية بأعمال العلماء السابقين مثل كبلر وغاليليو. لكن هذه اللحظة كانت بمثابة حافز لنيوتن للغوص أعمق في مفهوم القوة التي تحافظ على الكواكب في مداراتها حول الشمس.

قانون الجاذبية العام:

نتيجة لتأملاته وأبحاثه، توصل نيوتن إلى وضع قانون الجاذبية العام. هذا القانون ينص على أن “كل جسيم في الكون يجذب كل جسيم آخر بقوة تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب كتلتيهما وعكسيًا مع مربع المسافة بين مركزيهما”. بمعنى آخر، الجاذبية هي القوة التي تجعل الأجسام تسقط على الأرض، وهي أيضًا القوة التي تحافظ على الكواكب في مداراتها حول الشمس.

عبّر نيوتن عن هذا القانون بشكل رياضي في كتابه الشهير “المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية” (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) الذي نُشر عام 1687. هذا العمل لم يكن مجرد كتاب في الفيزياء، بل كان بمثابة حجر الزاوية للعلوم الطبيعية، إذ وحّد بين حركة الأجسام على الأرض وحركة الأجرام السماوية تحت قانون واحد.

أثر اكتشاف نيوتن للجاذبية على العلم:

• تطوير الفيزياء الكلاسيكية: قبل نيوتن، كانت هناك محاولات لفهم حركة الأجسام، لكنها كانت تعتمد على افتراضات غير دقيقة أو كانت مقتصرة على حالات معينة. بفضل قانون الجاذبية، وُضعت أسس الفيزياء الكلاسيكية، حيث أصبح من الممكن تفسير حركة الأجسام في أي مكان في الكون.
• تقدم علم الفلك: بفضل قانون الجاذبية، استطاع العلماء تفسير حركة الكواكب بشكل دقيق. إذ أكد نيوتن صحة قوانين كبلر الثلاثة لحركة الكواكب ووفر تفسيرًا علميًا لكيفية تأثير الجاذبية على مدارات الكواكب، مما ساعد على تطوير علم الفلك بشكل كبير.
• توحيد الفيزياء والفلسفة: قبل نيوتن، كانت الفيزياء والفلسفة منفصلتين بشكل كبير. لكن نيوتن وحّد بينهما من خلال منهجه العلمي الصارم، حيث ربط بين الظواهر الفيزيائية والمبادئ الفلسفية، مما مهد الطريق لتطور العلوم الطبيعية ككل.
• إلهام العلماء اللاحقين: ألهمت أعمال نيوتن العديد من العلماء اللاحقين مثل ألبرت أينشتاين، الذي بنى على أفكار نيوتن لتطوير نظرية النسبية العامة. ورغم أن نظرية أينشتاين قدمت تعديلًا على فهمنا للجاذبية، فإن قانون نيوتن ظل يستخدم لعدة قرون كأساس لفهمنا للكون.

خاتمة:

كان اكتشاف نيوتن للجاذبية بمثابة ثورة علمية حقيقية، إذ لم يؤثر فقط على مسيرة العلم في زمنه، بل استمر تأثيره حتى يومنا هذا. من خلال وضع قانون الجاذبية العام، نقل نيوتن العلم إلى مستوى جديد من الفهم والقدرة على التنبؤ بالظواهر الطبيعية، مما أرسى الأسس للعديد من الاكتشافات والتطورات اللاحقة في العلوم.

The post اكتشاف نيوتن للجاذبية وأثره على مسيرة العلم appeared first on المكتبة العامة.

إنجازات نيوتن العلمية

1. القوانين الثلاثة للحركة

نيوتن وضع ثلاثة قوانين أساسية للحركة، التي أصبحت حجر الزاوية في علم الميكانيكا الكلاسيكية:

• القانون الأول (قانون القصور الذاتي): الجسم يبقى في حالة سكون أو حركة مستقيمة منتظمة ما لم تؤثر عليه قوة خارجية.
• القانون الثاني: القوة المؤثرة على جسم ما تساوي كتلة الجسم مضروبة في تسارعه (F = ma).
• القانون الثالث: لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.

2. قانون الجاذبية الكونية

نيوتن اكتشف أن جميع الأجسام في الكون تجذب بعضها البعض بقوة تتناسب مع كتلها وتتناقص مع مربع المسافة بين مراكزها. هذا القانون كان حاسماً في فهم حركة الكواكب والأجرام السماوية الأخرى.

3. البصريات

قام نيوتن بأبحاث هامة في مجال البصريات، حيث اكتشف أن الضوء الأبيض يتكون من مزيج من ألوان الطيف المرئي. قام بتطوير أول تلسكوب عاكس يستخدم المرايا بدلاً من العدسات لتجنب التشتت اللوني، مما أدى إلى تحسين كبير في جودة الصورة.

4. الرياضيات (التفاضل والتكامل)

نيوتن شارك في تطوير حساب التفاضل والتكامل بشكل مستقل عن غوتفريد لايبنيز. على الرغم من الجدل حول أسبقية الاكتشاف، فإن أعمال نيوتن في هذا المجال كانت بالغة الأهمية في تطوير الرياضيات الحديثة.

كتب وأعمال نيوتن

1. “المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية” (Principia)

هذا الكتاب هو أهم أعمال نيوتن، حيث نشر فيه قوانينه الثلاثة للحركة وقانون الجاذبية الكونية. يُعتبر هذا الكتاب أساس الميكانيكا الكلاسيكية.

2. “البصريات” (Opticks)

في هذا العمل، استعرض نيوتن تجاربه ونظرياته حول طبيعة الضوء والبصريات. كان لهذا الكتاب تأثير كبير على تطور علم البصريات.

إنجازات أخرى

• العملات المعدنية: عمل نيوتن كرئيس دار سك العملة الملكية، حيث ساهم في إصلاح النظام النقدي البريطاني.
• العضوية في الجمعية الملكية: كان نيوتن عضواً في الجمعية الملكية بلندن، وأصبح رئيساً لها لاحقاً.

تأثير نيوتن على العلوم

• الثورة العلمية: أسهمت أعمال نيوتن بشكل كبير في الانتقال من الفلسفة الطبيعية إلى العلوم التجريبية.
• الفيزياء الكلاسيكية: قدمت قوانين نيوتن الأساس الذي استندت إليه الأجيال التالية من العلماء، حتى مجيء النسبية لأينشتاين وميكانيكا الكم.

نيوتن لم يكن فقط عالماً بارزاً، بل كان أيضاً رمزاً للتفكير العلمي والمنهجي الذي أثر في الكثير من المجالات العلمية. إن إرثه ما زال حياً في كل مكان نرى فيه تطبيقاً لقوانين الفيزياء والرياضيات التي وضعها.

The post إسحاق نيوتن وإنجازاته العلمية appeared first on المكتبة العامة.

1. القوانين الثلاثة للحركة:

في كتابه الشهير “المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية” الذي نُشر عام 1687، قدم نيوتن القوانين الثلاثة للحركة التي شكلت الأساس للميكانيكا الكلاسيكية:

• القانون الأول (قانون القصور الذاتي): يبقى الجسم الساكن ساكنًا والجسم المتحرك متحركًا بسرعة ثابتة في خط مستقيم ما لم تؤثر عليه قوة خارجية تغير من حالته.
• القانون الثاني (قانون التسارع): يتناسب تسارع الجسم طرديًا مع القوة المؤثرة عليه وعكسيًا مع كتلته، ويتم التعبير عنه بالمعادلة $F=ma$.
• القانون الثالث (قانون الفعل ورد الفعل): لكل فعل هناك رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.

2. قانون الجاذبية العامة:

اقترح نيوتن قانون الجاذبية العامة الذي ينص على أن كل جسمين في الكون يجذبان بعضهما بقوة تتناسب طرديًا مع كتلتيهما وعكسيًا مع مربع المسافة بينهما. يتم التعبير عن هذا القانون بالمعادلة:

F=Gm1m2r2F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}F=Gr2m1​m2​​

حيث $F$ هي قوة الجاذبية، $G$ هو ثابت الجاذبية، m1m_1m1​ و m2m_2m2​ هما كتلتا الجسمين، و $r$ هي المسافة بين مركزي الجسمين.

3. التحليل الرياضي (التفاضل والتكامل):

يُعتبر نيوتن، إلى جانب العالم الألماني غوتفريد فيلهلم لايبنتز، مؤسس التحليل الرياضي (التفاضل والتكامل). قدّم نيوتن أدوات رياضية لحساب التغيرات الصغيرة والمتناهية في الصغر، مما ساعد في حل العديد من المشكلات في الفيزياء والهندسة.

4. البصريات:

قام نيوتن بأبحاث رائدة في مجال البصريات. أثبت أن الضوء الأبيض يمكن تحليله إلى ألوان الطيف باستخدام منشور، وأوضح أن هذه الألوان يمكن إعادة تجميعها لتشكيل الضوء الأبيض مرة أخرى. كما ابتكر نيوتن أول تلسكوب عاكس، مما ساعد على تحسين جودة الصور الفلكية.

5. الرياضيات:

قدم نيوتن العديد من المساهمات في مجال الرياضيات، بما في ذلك نظرية ذات الحدين ومعادلات نيوتن لتقدير الجذور. كما طور أساليب لحل المعادلات التفاضلية.

6. أعمال أخرى:

نيوتن كان له اهتمام كبير بالكيمياء والتاريخ واللاهوت. كتب العديد من المقالات حول هذه المواضيع، وإن كانت أعماله العلمية هي التي جعلته يشتهر.

إسهامات نيوتن شكلت الأساس لكثير من العلوم الحديثة، ولا تزال قوانينه ونظرياته تُدرّس في جميع أنحاء العالم.

The post إسحاق نيوتن وأبرز إسهاماته العلمية appeared first on المكتبة العامة.

فقد اثارت هذه الاشكالات مخيلة اجدادنا القدماء الى يومنا الحاضر مع المع العلماء المعاصرين،لانه كان دائما طموح جماعيا كبيرا للوصول الى تفسير مقنع لأسباب هذه الظواهر الطبيعية.
ومع تطور العلم،ومند الثورة العلمية على يد العالم الرياضي تيكو براها مرورا بنيكولا كوبرنيك الى اسحاق نيوتن وغاليليو الى يومنا هذا، حاول العلماء شرح كيفية انتقال الضوء في الفضاء ومن ماذا يتكون؟ فقامو بتجربة مثيرة للتأكد من طبيعته الفيزيائية ،هل هو جسيم أو موجة؟ لكن المفاحئة بدت صادمة وغير مفهومة .اكدت التجربة أن الضوء يتصرف بشكل غريب وغير اعتيادي أثناء هذه التجربة.

فقد نشر توماس يونج 3 في القرن الثامن العشر،نتائج هذه التجربة والتي أوضح فيها تداخل الموجات الضوئية، وكأننا نتعامل مع موجات ميكانيكية على غرار موجات الماء والصوت….حيث سمح لحزمة دقيقة من ضوء الشمس أن تمر خلال ثقب من نافدة عاتمة في منزله، ثم سمح لإشعاع الضوء بالمرور عبر شقين ضيقين ومتوازيين ،لتسقط اشعتها فوق حاجز4 . وقد شاهد نمطاً للتداخل مكوناً من مناطق متبادلة مضيئة ومظلمة تسمى الأهداب على هذا الحاجز الموضوع وراء الشقين. هذه التجربة مكنت يونغ بالخروج باستنتاج علمي هام جدا،هو أن الضوء عبارة عن ظاهرة موجية اشبه الأمواج الميكانيكية الاخرى، كما تمكن أن يحسب الطول الموجي للضوء لأول مرة في تاريخ العلم.واستنتج ان اثار الضوء على الجانب الآخر من الشقوق تعطي نفس نتائج تجربة تداخل الموجات المائية التي اجريناها في اقسام الثانوي.

بعد تجربة يونغ يبدو اننا حسمنا في طبيعة الضوء، والخروج باستنتاج ثوري سيقلب موازن العلم ،هو أن الضوء عبارة عن موجات لا غير تنتشر في الفضاء، بخلاف فرضية اسحاق نيوتن التي توكد ان شعاع الضوء عبارة عن جسيمات دقيقة تتحرك بسرعات عالية.

ولكن مهلا لم ينته الامر الى هذا الحد…

بعد ذالك قام علماء بقدف شاشة حساسة بالكترونات…بواسطة مدفع الكتروني…وكانت النتائج صادمة للمجتمع العلمي…وغير متوقعة الى حد الجنون.

ولكن كيف ذالك؟وماعلاقة تجربة قدف إلكترونات على شاشة بتجربة يونغ ؟

من البديهي ان قذف أجسام مادّية على حاجز يوجد فيه شقين،يعطينا اسقاطا لصورة الشقين على الحاجز عن طريق اصطدام الاجسام بهذا الحاجز،سواء كان شق واحد او أكثر.لكن قوانين فيزياء الكم تخبرنا بنتائج عكسية تماما عبر معادلة انيقة تشبه قصيدة شعر ابدع في كتابتها العالم النمساوي ايروين شرودنغر5 ،في الحقيقة هي ليست معادلة ولكنها مجموعة من المبادئ العلمية التي تفسر سلوك المادة وتفاعلاتها مع الطاقة على مستوى الجسيمات الدقيقة.

رغم ان الالكترون مادة،له حجم وكتلة،ولكن خلال التجربة فانه يتصرف مثل موجة بفعل السرعة الفائقة،ويبدأ بالتصرف بطريقة غريبة ،فاثناء التجربة يبدو الأمر وكأن مسار كل الكترون متحرك يمر عبر الشق الاول والثاني في نفس الوقت!!!،نعم الإلكترون سياخد مساره عبر كل الشقوق وفي نفس الوقت!!!

لنتخيل كم أصبح هذا الأمر اكثر إرباكا وحيرة للعلماء، لدرجة لم يعجبهم أمر هذه التجربة الغير المألوفة.وقاموا بإعادة التجربة مرة ثانية! مع وضع مستقبلات متطورة لرصد من اي من الشقوق سيعبر الكترون6.هنا يصمت الالكترون، ويتعقل ويأخد مساره عبر شق واحد فقط لا غير ،وكانه يعرف مسبقا اننا نتجسس عليه،ونضع له اعيون تراقبه خلسة!!!

اي شيء هذا الذي ياخد تارة شكل موجة (كاي موجة مائية أو موجات صوتية…)،وتارة أخرى ياخد شكل جسيم مادي.انه ضربا من الجنون او حلما مزعجا لأي عالم فيزيائي.

سؤال محير ومليء بالألغاز،سنتقبل أن جسيم مادي دو حجم وكتلة معينين يتحول الى شبح،وياخد كل الأشكال،ويوجد في عدة أمكنة ،وبجميع الحالات الفيزيائية ،وفي نفس الوقت ،وعندما يكون خارج عملية الرصد والمراقبة،حيث يدخل في حالة يسميها العلماء بحالة التراكب7 la superposition. وهي نتيجة رياضية تعطي تفسيرا لحالة فيزيائية لا تتوافق مع أي شيء معروف في الفيزياء الكلاسيكية .

ميكانيكا الكم ، تصف كيف تتصرف الجسيمات الدقيقة على المستوى الماكروسكوبي: الجزيئات، الذرات،الالكترونات، والتي لايبدو انها تخضع لقوانين الفيزياء الكلاسيكية ونظرية النسبية.
هنا العلم يبدو حائرا وغارقا في معادلات معقدة ،لاتعطينا اجوبة دقيقة ،ولكنها تعطينا اجوبة تاخد شكل إحتمالات ،قاسمها المشترك هو مبدأَ عدمِ اليقين8،الذي يتنافى بشكل قاطع مع المدهب التجريبي الحسي الذي كانت تدعو له المدرسة الكلاسيكية مند زمن نيوتن.

انها إحدى أجمل المغامرات العقل البشري مند ظهور اللغة الهيروغليفيةالى اليوم.

هذه النتائج أدخلت لنا مفهوم علمي غاية في السحر والغرابة ،سمي بنظرية الكمla théorie quantique، وهي نظرية تم التأكد من صحتها في العديد من التجارب العلمية.بل اكثر من هذا ظهرت نظرية منبتقة عن نظرية الكم ، وهي من صلبها ،او مجددة لها ،تتدعي ان نتيجة اي حدث يمكن أن تؤثر في السبب,والسبب يؤثر في النتيجة في نفس الوقت، وهي فكرة أنّ السببية يمكن أن تعمل إلى الوراء وإلى الأمام في نفس الوقت,حسب تجربة اجريت في جامعة بريسبان الاسترالية9.

لنظرية الكم غريبة قدرة على أسر القعول والألباب بطريقة سحرية لأنها تقربنا الى سر كبير ،وهو حقيقة جوهر المادة وأصل الوجود بطريقة شاعرية وغلية في الجمال.

نحن كبشر تفصلنا عن الأجوبة الكاملة للأسئلة العميقة لفهم هذا العالم الذي نعيش فيه ،تفصلنا محيطات شاسعة من المجهول بشرط أن يستوعب عقلنا القوانين العامة والجوهرية التي أبدعت الكون.

_______________________________

1: فيلسوف يوناني عاش في فترة ماقبل سقراط من 490 ق.م إلى430 ق.م.
2: افروديت في الأساطير اليونانية هي إلهة الحب والشهوة والجمال.

3: طوماس يونج عالم بربطاني شهير عاش في القرن 18 قدم العديد من الإسهامات البارزة في عدة مجالات حيث أسهم في علم المصريات وعلم اللغة والفيزيولوجيا وميكانيكا المواد الصلبة والضوء وحاسة البصر والطاقة والتناغم الموسيقي.
4: توجد المئات من الفيديوهات على اليوتوب تشرح هذه التجربة .
5: شرودنجر عالم فيزيائي نمساوي معروف بإسهاماته في ميكانيكا الكم وخصوصا معادلة شرودنجر والتي حاز عبرها على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1933م .
6: عرفت هذه التجربة بتجربة باولي ،للمزيد من الفهم المرجو قراءة هذا العمود: https://sci-ne.com/article/story_5369

7: مبدأ التراكب في الفيزياء ينص على انه في جميع الانظمة الخطية تكون محصلة تاثيرين او اكثر عبارة عن مجموع التاثيرين.
8: يعتبر مبدأ عدم التحديد أو مبدأ عدم التأكد أو مبدأ الريبةأو مبدأ اللايقين أو مبدأ الشك من أهم المبادئ في نظرية الكم, صاغه العالم الألماني هايزنبرج عام 1927 وينص على أنه لا يمكن تحديد خاصيتين مقاستين من خواص اخرى إلا ضمن حدود معينة من الدقة، أي أن تحديد أحد الخاصيتين بدقة متناهية ينتج عنه ننائج غير مظبوطة في قياس الخاصية الأخرى، ويشيع تطبيق هذا المبدأ بكثرة على خاصيتي تحديد الموضع والسرعة لجسيم دقيق. فهذا المبدأ معناه أن الإنسان ليس قادرا على معرفة كل شيء بدقة 100%. ولا يمكنه قياس كل شيء بدقة 100%، إنما هناك قدر لا يعرفه ولا يستطيع قياسه.

مصادر علمية
9: انظر مجلة sciences et Vie عدد ماي 2019،عنوان:
au delà du Quantique
*Sciences et vie mai 2019
De l infiniment petit a l infiniment grand,Chapitre
*L’infiniment peti tle passage de la certitude au probable. Les « incertitudes d’Heisenberg ». Relations avec les sciences de l’éducation et avec la psychologie.
*Pour la science , décembre 2000, article l infiniment petit en physique
*كتاب مبدأ الريبة تأليف ديفيد لندلي
مسألة غامضة ،وحيرة كبيرى
*فلسفة العلم ،فيليب فرانك.

The post تداخل ‬الشك واليقين ‬المعرفي في الفيزياء الكمية – إدريس التباع appeared first on المكتبة العامة.