1. ألبرت أينشتاين (1921)

• إنجاز: حصل على جائزة نوبل على تفسيره للتأثير الكهروضوئي، الذي كان خطوة رئيسية في تطوير نظرية الكم.
• نبذة: أينشتاين يعتبر أحد أعظم العقول في تاريخ البشرية. قدم مساهمات بارزة في مجالات عديدة، بما في ذلك نظرية النسبية العامة والخاصة.

2. ماري كوري (1903)

• إنجاز: حصلت على جائزة نوبل في الفيزياء مع زوجها بيير كوري وهنري بيكريل على اكتشافهم للنشاط الإشعاعي.
• نبذة: ماري كوري هي أول امرأة تحصل على جائزة نوبل، ولاحقًا أصبحت أول شخص يحصل على الجائزة في مجالين مختلفين (الفيزياء والكيمياء).

3. ماكس بلانك (1918)

• إنجاز: مُنح الجائزة على اكتشافه لثابت بلانك، والذي يعد أساسًا في نظرية الكم.
• نبذة: يُعتبر بلانك أحد مؤسسي ميكانيكا الكم، ولعب دورًا رئيسيًا في تطوير الفيزياء الحديثة.

4. نيلز بور (1922)

• إنجاز: حصل على الجائزة لمساهماته في فهم بنية الذرة وتطوير النموذج الذري الذي يحمل اسمه.
• نبذة: كان بور من الأوائل الذين قاموا بتطبيق نظرية الكم على البنية الذرية، مما أدى إلى تقدم كبير في الفيزياء النووية.

5. ريتشارد فاينمان (1965)

• إنجاز: حصل على جائزة نوبل بالمشاركة مع جوليان شوينجر وسين إيتيرو توموناجا على عملهم في تطوير ميكانيكا الكم، تحديدًا التحليل الكهربائي الديناميكي الكمومي.
• نبذة: فاينمان كان معروفًا بأسلوبه الفريد في التدريس، وقد قدم إسهامات كبيرة في عدة مجالات بما في ذلك الحوسبة الكمية.

6. بيتر هيغز (2013)

• إنجاز: حصل على الجائزة بالمشاركة مع فرانسوا إنغلرت على النظريات التي تنبأت بوجود جسيم هيغز، الذي اكتشفه في عام 2012 في مصادم الهدرونات الكبير.
• نبذة: هيغز هو فيزيائي بريطاني عمل على تطوير نظريات حول كيفية اكتساب الجسيمات الكتلة في الكون.

7. أندريا غيز (2020)

• إنجاز: حصلت على الجائزة لمساهمتها في اكتشاف جسم مضغوط فائق الكتلة في مركز مجرة درب التبانة، والذي يعتبر ثقبًا أسودًا.
• نبذة: غيز هي عالمة فلك أمريكية، وتشمل أبحاثها دراسة الثقوب السوداء باستخدام التلسكوبات الأرضية.

هذه مجرد لمحة عن بعض العلماء البارزين الذين حصلوا على جائزة نوبل في الفيزياء. الجائزة تغطي مجموعة واسعة من الاكتشافات والاختراعات التي أثرت بشكل عميق على فهمنا للكون.

The post أبرز الحاصلين على جائزة نوبل في مجال الفيزياء appeared first on المكتبة العامة.

الأساسيات والمفاهيم الرئيسية:

1. الأكسدة والاختزال (Redox Reactions):
   • تفاعلات الأكسدة والاختزال هي تفاعلات كيميائية يتم فيها نقل الإلكترونات بين المواد.
   • الأكسدة هي العملية التي تفقد فيها المادة الإلكترونات.
   • الاختزال هي العملية التي تكتسب فيها المادة الإلكترونات.
   • العامل المؤكسد هو المادة التي تكتسب الإلكترونات (تُختزل)، والعامل المختزل هو المادة التي تفقد الإلكترونات (تُؤكسد).
2. الخلايا الجلفانية (Galvanic Cells):
   • الخلايا الجلفانية (أو الفولتية) هي أنظمة كيميائية تنتج تيارًا كهربائيًا من خلال تفاعل أكسدة واختزال تلقائي.
   • تتكون الخلية الجلفانية من نصفين: نصف الخلية الأنودية (حيث يحدث الأكسدة) ونصف الخلية الكاثودية (حيث يحدث الاختزال).
   • يتدفق التيار الكهربائي من الأنود (القطب السالب) إلى الكاثود (القطب الموجب) عبر دائرة خارجية، بينما تتحرك الأيونات في محلول الإلكتروليت للحفاظ على التوازن الكهربائي.
3. الخلية الإلكتروليتية (Electrolytic Cells):
   • في الخلايا الإلكتروليتية، يتم استخدام تيار كهربائي خارجي لإجبار تفاعل كيميائي غير تلقائي على الحدوث.
   • على عكس الخلايا الجلفانية، في الخلايا الإلكتروليتية يكون الأنود هو القطب الموجب والكاثود هو القطب السالب.
   • تستخدم هذه الخلايا في عمليات مثل الطلاء الكهربائي والتحليل الكهربائي لاستخلاص المعادن من خاماتها.
4. القوة الدافعة الكهربائية (EMF) والجهد الكهربائي:
   • القوة الدافعة الكهربائية (EMF) هي القوة التي تدفع الإلكترونات للتحرك عبر دائرة كهربائية وهي مقياس للقدرة على إنتاج تيار كهربائي من تفاعل كيميائي.
   • يمكن حساب جهد الخلية (الفرق بين الجهدين الكهربائيين لنصفي الخلية) باستخدام جداول الجهود القياسية للأكسدة والاختزال.
5. قانون فاراداي للتحليل الكهربائي:
   • ينص قانون فاراداي على أن كمية المادة المتكونة أو المتحللة عند أحد الأقطاب تتناسب طرديًا مع كمية الكهرباء التي تمر عبر الخلية.
   • يُستخدم هذا القانون في حساب الكمية الدقيقة للمنتجات الناتجة في عملية التحليل الكهربائي.

التطبيقات:

1. البطاريات:
   • البطاريات هي خلايا جلفانية تُستخدم لتخزين وتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.
   • تشمل أنواع البطاريات بطاريات الليثيوم أيون، البطاريات القلوية، وبطاريات الرصاص الحمضية.
2. الطلاء الكهربائي (Electroplating):
   • عملية الطلاء الكهربائي تستخدم الخلايا الإلكتروليتية لتغطية سطح معدن بطبقة من معدن آخر لتحسين مقاومة التآكل أو لتحسين المظهر.
3. التحليل الكهربائي للماء:
   • عملية تحليل الماء كهربائيًا إلى عناصره الأساسية (الهيدروجين والأكسجين) باستخدام خلية إلكتروليتية.
4. الخلايا الوقودية (Fuel Cells):
   • الخلايا الوقودية تحول الطاقة الكيميائية للوقود (مثل الهيدروجين) والأكسجين مباشرة إلى طاقة كهربائية من خلال تفاعل أكسدة واختزال.

الخلاصة:

الكيمياء الكهربائية هي مجال حيوي يدمج بين المبادئ الكيميائية والكهربائية، وله تطبيقات واسعة في حياتنا اليومية مثل إنتاج الكهرباء من البطاريات، والطلاء الكهربائي، وتحليل المواد الكيميائية. فهم الكيمياء الكهربائية يتطلب استيعابًا جيدًا لتفاعلات الأكسدة والاختزال، والخلايا الجلفانية والإلكتروليتية، وكذلك قانون فاراداي.

The post الكيمياء الكهربائية.. ماذا تعرف عنها؟ appeared first on المكتبة العامة.

• أساس الخوارزميات: الخوارزميات هي مجموعة من الخطوات المنطقية لحل مشكلة ما، والرياضيات توفر الأدوات والمنطق اللازمين لتصميم وتحليل هذه الخوارزميات. فمثلاً، حساب المسافة بين نقطتين أو تحديد المسار الأمثل في خريطة يتطلبان فهمًا جيدًا للمفاهيم الرياضية.
• معالجة البيانات: البرمجة تتعلق بمعالجة كميات كبيرة من البيانات، والرياضيات تساعد في تحليل هذه البيانات واستخلاص المعلومات القيمة منها. الإحصاء والاحتمالات، على سبيل المثال، يستخدمان على نطاق واسع في تحليل البيانات وتعلم الآلة.
• الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة: هذه المجالات تعتمد بشكل كبير على الرياضيات، حيث يتم استخدام نماذج رياضية معقدة لتمكين الأجهزة من التعلم واتخاذ القرارات. الجبر الخطي، حساب التفاضل والتكامل، ونظرية الاحتمالات هي بعض الأمثلة على فروع الرياضيات المستخدمة في هذا المجال.
• تطوير الألعاب: تصميم الألعاب يتطلب فهمًا جيدًا للفيزياء والهندسة، وهذه المجالات بدورها تعتمد على الرياضيات. من حساب حركة الأجسام إلى إنشاء تأثيرات بصرية واقعية، الرياضيات تلعب دورًا حاسمًا.
• الرسومات الحاسوبية: إنشاء الرسومات والصور ثلاثية الأبعاد يتطلب استخدام معادلات رياضية لوصف الأشكال والألوان والظلال.
• تحسين أداء البرامج: يمكن استخدام الرياضيات لتحسين كفاءة البرامج وتقليل وقت التنفيذ.

باختصار، الرياضيات هي اللغة التي يفهمها الحاسوب، وهي الأساس الذي يبنى عليه الكثير من التطبيقات البرمجية المعقدة. كلما زادت معرفتك بالرياضيات، كلما أصبحت مبرمجًا أفضل وأكثر قدرة على حل المشكلات المعقدة.

ما هي فروع الرياضيات الأكثر أهمية للمبرمجين؟

• الجبر: الأساس لمعظم العمليات الحسابية والمنطقية.
• الحساب: يشمل التفاضل والتكامل، ويستخدم في تحليل البيانات وتطوير الخوارزميات.
• الإحصاء والاحتمالات: أساس لتحليل البيانات وتعلم الآلة.
• المنطق: مهم لفهم بنية الخوارزميات واتخاذ القرارات.
• الهندسة: تستخدم في الرسومات الحاسوبية وتطوير الألعاب.

هل يجب أن تكون عبقريًا في الرياضيات لتصبح مبرمجًا؟

لا بالضرورة، فالمهم هو أن يكون لديك فهم جيد للمفاهيم الأساسية. يمكنك تعلم الرياضيات اللازمة أثناء تعلم البرمجة. ومع ذلك، فإن فهمًا جيدًا للرياضيات سيساعدك على التقدم بشكل أسرع في مجال البرمجة.

The post تعرف على أهمية الرياضيات في مجال البرمجة appeared first on المكتبة العامة.

الأساسيات

1. النظام والوسط المحيط:
   • النظام (System): هو الجزء المحدد من الكون الذي ندرسه، مثل غاز في حاوية.
   • الوسط المحيط (Surroundings): هو كل ما يقع خارج حدود النظام ويتفاعل معه.
2. الطاقة:
   • الطاقة هي القدرة على القيام بعمل. يمكن أن تكون في شكل طاقة حرارية، طاقة ميكانيكية، طاقة كهربائية، وغيرها.
3. العمل (Work):
   • هو نقل الطاقة من نظام إلى آخر عبر تأثير القوى. مثلا، عند ضغط غاز، نقوم بعمل على النظام.
4. الحرارة (Heat):
   • هي شكل من أشكال الطاقة التي تنتقل بين الأنظمة أو المواد نتيجة لاختلاف درجة حرارتها.

القوانين الأربعة للديناميكا الحرارية

القانون الأول: قانون حفظ الطاقة

• الصيغة: $\Delta U=Q-W$
• المعنى: الطاقة الداخلية (U) للنظام تتغير بمقدار الحرارة (Q) المضافة للنظام ناقص العمل (W) الذي يقوم به النظام على الوسط المحيط. هذا القانون يعبر عن حفظ الطاقة، حيث لا يمكن خلق أو تدمير الطاقة، بل فقط تحويلها من شكل إلى آخر.

القانون الثاني: قانون الانتروبيا

• المعنى: الانتروبيا (S) لنظام معزول لا يمكن أن تقل، وهي تقيس درجة العشوائية أو الفوضى في النظام. هذا القانون يعبر عن اتجاه العمليات الطبيعية لزيادة الفوضى أو العشوائية، مما يعني أن الطاقة المتاحة للقيام بعمل فعلي تتناقص مع مرور الوقت.
• صيغة كلاوسيوس: ΔS≥∫dQT\Delta S \geq \int \frac{dQ}{T}ΔS≥∫TdQ​

القانون الثالث: قانون الصفر المطلق

• المعنى: لا يمكن الوصول إلى درجة الصفر المطلق ($0K$) بواسطة أي عملية فيزيائية. عندما تقترب درجة الحرارة من الصفر المطلق، تصبح التغيرات في الانتروبيا أقل فأقل.

القانون الرابع: قانون الاتزان الحراري (قانون الصفر)

• المعنى: إذا كان نظامان في اتزان حراري مع نظام ثالث، فإنهما في اتزان حراري مع بعضهما البعض. هذا القانون يحدد فكرة درجة الحرارة كخاصية أساسية تحدد الحالة الحرارية للنظام.

التطبيقات

1. المحركات الحرارية:
   • مثل محركات السيارات، حيث يتم تحويل الطاقة الحرارية الناتجة من احتراق الوقود إلى طاقة ميكانيكية.
2. الثلاجات والمكيفات:
   • حيث يتم استخدام عمل خارجي لنقل الحرارة من مكان بارد إلى مكان ساخن، عكس الاتجاه الطبيعي للحرارة.
3. الديناميكا الحرارية الإحصائية:
   • دراسة الأنظمة على مستوى الجزيئات باستخدام الإحصائيات، مما يتيح التنبؤ بسلوك الأنظمة الكبيرة بناءً على سلوك الجزيئات الفردية.

مفاهيم إضافية

1. الدورة الديناميكية الحرارية:
   • هي مجموعة من العمليات التي يعود فيها النظام إلى حالته الابتدائية، مثل دورة كارنو المثالية التي توضح الكفاءة القصوى التي يمكن تحقيقها من محرك حراري.
2. الإنتروبيا في الكون:
   • تتزايد إنتروبيا الكون بمرور الزمن، مما يشير إلى أن العمليات الطبيعية تتجه نحو زيادة الفوضى والتساوي الحراري.

نظرية الديناميكا الحرارية لها تطبيقات واسعة في العديد من المجالات مثل الهندسة، الكيمياء، الفيزياء، وحتى علم الأحياء، وتوفر إطارًا قويًا لفهم وتحليل العمليات الحرارية والطاقة في الأنظمة المختلفة.

The post نظرية الديناميكا الحرارية appeared first on المكتبة العامة.

التوصيل (Conduction)

التوصيل هو عملية انتقال الحرارة من جزء ساخن إلى جزء بارد في المادة نفسها أو بين مادتين متلامستين بدون انتقال المادة نفسها.

• الميكانيزم: تنتقل الحرارة عن طريق التصادم بين الجزيئات والذرات. الجزيئات في الجزء الساخن تكون أكثر نشاطاً واهتزازاً، وتنقل طاقتها إلى الجزيئات الأقل نشاطاً في الجزء البارد.
• الوسائط: يحدث التوصيل بشكل أفضل في المواد الصلبة، خصوصاً المعادن، حيث تكون الجزيئات متقاربة جداً.
• الأمثلة: انتقال الحرارة من مقبض المعدن إلى اليد عند تسخين طرف المعدن الآخر.

الحمل (Convection)

الحمل هو عملية نقل الحرارة عن طريق حركة المادة الساخنة نفسها. يمكن أن يحدث هذا في السوائل والغازات.

• الميكانيزم: عند تسخين السائل أو الغاز، تقل كثافته ويبدأ بالارتفاع، بينما يحل محله السائل أو الغاز الأبرد والأثقل. هذه الحركة المستمرة تنقل الحرارة.
• الوسائط: يحدث الحمل في السوائل والغازات، وهو مسؤول عن العديد من الظواهر الطبيعية مثل التيارات الهوائية والتيارات المحيطية.
• الأمثلة: الغليان، حيث ترتفع الفقاعات الساخنة إلى السطح؛ دوران الهواء الساخن في غرفة.

الإشعاع (Radiation)

الإشعاع هو عملية نقل الحرارة في صورة أمواج كهرومغناطيسية، ولا يحتاج إلى وسط مادي للانتقال.

• الميكانيزم: تنتقل الطاقة الحرارية على شكل أمواج كهرومغناطيسية (مثل الأشعة تحت الحمراء) من الجسم الساخن إلى الجسم البارد.
• الوسائط: يمكن أن يحدث الإشعاع في الفراغ، وهو الوسيلة الأساسية لنقل الحرارة من الشمس إلى الأرض.
• الأمثلة: حرارة الشمس، الحرارة المنبعثة من المدفأة أو النار.

ملخص

• التوصيل: انتقال الحرارة من خلال التصادم الجزيئي، يحدث في المواد الصلبة.
• الحمل: انتقال الحرارة عبر حركة المادة الساخنة، يحدث في السوائل والغازات.
• الإشعاع: انتقال الحرارة عبر الأمواج الكهرومغناطيسية، يحدث في الفراغ والوسط.

كل آلية من هذه الآليات تلعب دورًا مهمًا في مجموعة متنوعة من التطبيقات في الحياة اليومية والتكنولوجيا والصناعة.

The post تعرف على طرق انتقال الحرارة appeared first on المكتبة العامة.

تُعد مفارقة معلومات الثقب الأسود واحدة من أكثر الألغاز إثارةً للفضول في الفيزياء الحديثة. فهي تناقض يبدو أنه ينشأ من التفاعل بين ميكانيكا الكم والنسبية العامة، نظريتين أساسيتين لفهمنا للكون.

جوهر المفارقة:

• الثقوب السوداء: أجسام ذات جاذبية هائلة لدرجة أن حتى الضوء لا يستطيع الهروب منها.
• ميكانيكا الكم: تنص على أن المعلومات لا يمكن أن تُفقد أبدًا، بل يتم تحويلها إلى أشكال أخرى.
• التناقض: عندما تسقط المادة في ثقب أسود، تختفي جميع المعلومات التي تحتويها، مثل هويتها وتركيبها.

السؤال:

• أين تذهب هذه المعلومات؟
• كيف يمكن أن تتوافق ميكانيكا الكم، مع فقدان المعلومات هذا، مع مبدأ بقاء المعلومات؟

طرح المشكلة:

• ستيفن هوكينج: قدم عام 1975 نظرية لإشعاع الثقب الأسود، تُشير إلى أن الثقوب السوداء تُصدر إشعاعًا ضعيفًا يُعرف باسم “إشعاع هوكينج”.
• إشعاع هوكينج: يحمل هذا الإشعاع معلومات عشوائية فقط، وليس معلومات محددة عن المادة التي سقطت في الثقب الأسود.
• المفارقة:
  • يبدو أن معلومات المادة الأصلية تُفقد إلى الأبد.
  • يتعارض ذلك مع مبدأ بقاء المعلومات في ميكانيكا الكم.

حلول مقترحة:

• عدم فقدان المعلومات:
  • تُخزن المعلومات بطريقة ما في إشعاع هوكينج، ونحتاج إلى طريقة لفك تشفيرها.
  • تُشكل “بقايا” الثقب الأسود، وهي بقايا كثيفة للغاية تتبخر بعد فترة زمنية طويلة، نسخة من المعلومات الأصلية.
• الثقوب السوداء المشعرة:
  • تُقترح هذه النظرية أن الثقوب السوداء تمتلك خصائص كمومية، مثل “الشعر”، تسمح لها بحفظ المعلومات وإشعاعها بطريقة مختلفة.

الوضع الحالي:

• لا تزال مفارقة معلومات الثقب الأسود موضوعًا بحثًا نشطًا، ولا يوجد حل قاطع حتى الآن.
• تُقدم العديد من النظريات والفرضيات حلولًا محتملة، لكنها تتطلب المزيد من التحقق والتطوير.

أهمية حل المفارقة:

• فهم أفضل لكيفية عمل الثقوب السوداء وسلوكها.
• تطوير نظرية موحدة للجاذبية الكمومية.
• إمكانية الحصول على رؤى جديدة حول طبيعة المعلومات والكون.

مفارقة معلومات الثقب الأسود:

• لغز يسلط الضوء على حدود فهمنا الحالي للكون.
• دافعٌ لإجراء المزيد من الأبحاث واكتشافات علمية ثورية.

The post ما هي مفارقة معلومات الثقب الأسود؟ appeared first on المكتبة العامة.

تعريفه:

• ببساطة: هو مقياس للفوضى أو العشوائية في نظام ما.
• بشكل علمي: هو مقياس لعدد الطرق الممكنة لترتيب جزيئات النظام.

شرح مفصل:

• كلما زادت إنتروبيا النظام، كلما زادت فوضى جزيئاته وعشوائيتها.
• على سبيل المثال، كتلة من الثلج (ذات ترتيب منتظم لجزيئات الماء) لها إنتروبيا أقل من كوب من الماء السائل (ذات جزيئات ماء تتحرك عشوائيا).
• مع مرور الوقت، تميل إنتروبيا أي نظام معزول إلى الزيادة.

أهمية القصور الحراري:

• يلعب دورًا هامًا في فهم العديد من الظواهر الطبيعية، مثل:
  • انتشار الحرارة: تميل الحرارة دائمًا إلى الانتقال من الأجسام ذات الإنتروبيا المنخفضة إلى الأجسام ذات الإنتروبيا العالية، حتى تصل إلى حالة من التوازن الحراري، حيث تصبح إنتروبيا النظام بأكمله في أقصى حد لها.
  • التفاعلات الكيميائية: تميل التفاعلات الكيميائية إلى الحدوث تلقائيًا باتجاه زيادة الإنتروبيا الكلية للنظام.
  • عمل المحركات الحرارية: تحدد إنتروبيا النظام الحد الأقصى للكفاءة التي يمكن للمحرك الحراري العمل بها.

القانون الثاني للديناميكا الحرارية:

• ينص هذا القانون على أن إنتروبيا أي نظام معزول تميل إلى الزيادة مع مرور الوقت.
• بعبارة أخرى، فإن العمليات الطبيعية تميل إلى أن تسير في اتجاه الفوضى والعشوائية.

أمثلة على تطبيقات القصور الحراري:

• تصميم الثلاجات: تعمل الثلاجات على نقل الحرارة من داخلها (البيئة ذات الإنتروبيا المنخفضة) إلى خارجها (البيئة ذات الإنتروبيا العالية)، مما يخلق بيئة ذات إنتروبيا منخفضة لحفظ الطعام.
• تحليل أداء المحركات: يمكن استخدام مفهوم الإنتروبيا لتحليل أداء المحركات الحرارية وتحديد كفاءتها القصوى.
• دراسة التغير المناخي: يلعب تغير المناخ دورًا في زيادة إنتروبيا الأرض، حيث يؤدي ارتفاع درجات الحرارة إلى زيادة فوضى حركة جزيئات الهواء والماء.

ملاحظات:

• غالبًا ما يتم تمثيل الإنتروبيا بالحرف S.
• وحدة قياس الإنتروبيا في النظام الدولي للوحدات هي جول لكل كلفن (J/K).

The post ماذا تعرف عن الإنتروبيا أو القصور الحراري؟ appeared first on المكتبة العامة.

بالطبع لم تكن لتفكر في هذا السؤال العجيب إلا لأنك تمتلك فيلًا، وكلبًا وفأرًا وهم جميعًا قد حولوا شقتك لـ “حظيرة حيوانات” برائحة لا تطاق. هكذا في سبيل العلم المجرد لا أكثر تجد نفسك تتساءل عن النتائج العلمية التي ستتحصل عليها إذا ما قذفت “جمعة” و”لاكي” و”هيثم السيد أحمد” من نافذة شقتك الشاهقة. لا وقت لمناقشة الأسماء الغريبة التي اخترتها للفيل والكلب والفأر على الترتيب، فهذا أمر قديم.

حسنًا، بشكل عام سيرتطم الفأر بشكل موجع بالأرض؛ ولن يموت ولكنه سيترنح لفترة لا بأس بها بينما يركض مبتعدًا. وللأسف سيكون الكلب أسوأ حظًا ولن يحتمل الصدمة ويموت. والفيل؟ الفيل سينفجر بالطبع!

لكن لماذا تختلف مصائر الثلاثة مع أنهم سقطوا المسافة نفسها من الارتفاع نفسه؟ في الواقع، الأمر كله مرهون بعامل آخر وهو الحجم … أو بشكل أدق الكتلة والتناسب بين الحيز الذي تشغله (الحجم) والطول. فلنتحر الأمر بشكل أفضل.

وفقًا لمقطع فيديو ممتع لقناة Kurzgesagt (في قشرة جوز أو باختصار في الألمانية) الشهيرة على يوتيوب، فلنفترض أن هناك حشرة بحجم بلية صغيرة. هذه البلية تملك طولًا، ومساحة سطح (الجلد الذي يغطي كامل الجسم) وكذلك حجم (وهو كل الأعضاء والمكونات الداخلية والخارجية). الآن، فلفترض أننا سنتلاعب قليلًا بطول الحشرة ونجعله أكبر بعشر مرات 10× لتصبح بحجم كرة سلة. هل سيتضاعف الحجم والجلد بالمعدل نفسه؟!

في الواقع لا، فمع تضاعف الطول 10 مرات، ستتصاعف مساحة الجلد 100 مرة، وسيتضاعف الحجم ألف مرة! أي أنه كلما زاد الحجم، زادة الكتلة ومن ثم زادت الطاقة الحركية التي يكتسبها الجسم أثناء السقوط، وصارت الصدمة أشد وأكثر خطورة وضررًا عند الإرتطام بالأرض.

وبالقياس مع القاعدة السابقة، نجد أن الحشرات والنمل ومثيلاتها ذات الأجسام الخفيفة تعد منيعة لذلك السقوط المريع من أعلى، حيث لا تشكل الجاذبية أي تأثير يذكر عليها لصغرها. والعكس تمامًا هو ما يحدث مع الفيل بحجمه المهول الذي يكتسب طاقة حركة كبيرة تتضاعف مع تسارع السقوط، حيث ستعمل الأرض كمطرقة معكوسة يهوي إليها الفيل لينفجر بلا رحمة عند الأرتطام بسطحها.

لكن الأمر ليس جيدًا على طول الخط بالنسبة للكائنات ذات الأحجام الصغيرة كالنمل والحشرات الأخرى؛ فمع ذلك الحجم الصغير تتعرض لقوى فيزيائية أخرى مميتة لا ننتبه نحن لها ولا تؤثر بنا لضخامتنا. ولنبدأ مثلًا بأمر بسيط للغاية كالبلل! فعندما تستحم مثلًا، يلتصق بك عند المغادرة ما يقارب 800 جرام من الماء أو ما يمثل 1% من وزنك، وهذا ليس بالأمر المزعج أو المرهق على الإطلاق. لكنه كذلك بالنسبة لفأر مثلًا، فعند البلل يلتصق به ما يقارب 3 جرام من الماء تمثل أكثر من 10% من وزنه! هذا يماثل أن تحمل 8 زجاجات كبيرة ممتلئة بالماء بينما تغادر الحمام! لكم أن تتخيلوا كم المعاناة والصعوبة التي يواجهها فأر مبلل خارج من بالوعة أو بركة مياة!

كذلك هو الأمر مع خواص الماء الفيزيائية التي تتعلق بالتوتر السطحي. ظاهرة التوتر السطحي أو الشد السطحي تنتج عن قوى التجاذب بين جزيئات الماء ما يجعل لها ما يشبه الجلد الرقيق المشدود الذي لا يلحظه إلا الكائنات الصغيرة للغاية كالنمل والناموس وغيرها من الحشرات الصغيرة. ومع أنه يمنحها قدرات رائعة كالسير فوق الماء، إلا أن التوتر السطحي قد يعني في كثير من الأحيان خطرًا داهمًا على حياة تلك الحشرات.

وهنا مرة أخرى لا نلحظ قوى التوتر السطحي لأننا أكبر وأقوى من أن تؤثر علينا، لكن فلفترض أننا قمنا بتصغيرك إلى حجم نملة صغيرة وحاولت بعدها لمس قطرة مياه بريئة على سطح الطاولة حيث تقف. حينها سيصبح الماء بقوة الصمغ اللاصق بالنسبة لك، بل وسيجذبك إلى داخله لتغرق بلا رحمة لأنك لن تستطيع كسر طبقة التوتر السطحي الذي يغلف القطرة الصغيرة! وللسبب نفسه هنا تطورت الحشرات كي تكون أجسامها كارهة للماء بإفرازات شمعية ينتجها جسمها لتنجو من مثل هذا المصير … لكن ليس طيلة الوقت!

فإذا انتقلنا إلى مستوى أدنى بحجم أصغر من الحشرات العادية، يصبح العالم من حولنا أغرب وأشد عدائية للحياة كما نعرفها. سنحتاح هنا إلى عدسة مكبرة لرؤية أصغر حشرة في العالم، الذبابة الحورية Fairy Fly والتي يبلغ حجمها نصف ذرة ملح طعام أو 0.15 مليمتر تقريبًا!

بالنسبة للذبابة الحورية، ولصغر حجمها الشديد، يبدو الهواء بثخانة الجيلي! لا مزاح هنا، حيث يتحول الهواء مع صغرها المتناهي إلى ما يشبه السائل اللزج الذي تتحرك به ببطء وصعوبة كبيرين. ومع أن الذبابة الحورية تطير، إلا أنه مع ثخانة الهواء حولها فهي تمارس السباحة أكثر منها إلى الطيران في الواقع. ولهذا لا تملك جناحين تقليديين كما بقية الطيور والحشرات وإنما ما هو أقرب لساعدين مشعرين قويين لضرب الهواء السائل من حولها.

ماذا لو انتقلنا لمستوى أصغر، إلى الأميبا مثلًا؟! حينها سننتقل إلى مستوى الفيزياء الكمية على الأرجح، حيث سيبدو الأمر جنونيًا وغير منطقيًا تمامًا بالنسبة لنا! هكذا ترون أن الأمور تختلف بشدة مع اختلاف الحجم، حيث تعمل الفيزياء بشكل مختلف عما اعتدناه، أو بالأحرى نرى منها جانبًا لا نلحظه لأننا نقع في مستوى آخر توفره لنا أحجامنا كبشر أو حيتان أو فيلة … من حسن حظنا أو سوئه حسبما يفرض الموقف عندما نسقط من حالق أو نغادر مبتلين بعد استحمام منعش!

وفي النهاية، لا تفوتوا مشاهدة مقطع الفيديو الذي يشرح كل هذا بأسلوب رائع وممتع حقًا.

المصدر: عالم الإبداع

The post الفيزياء تحكم: ماذا سيحدث إذا ألقيت فيلًا وكلبًا وفأرًا من ناطحة سحاب؟! appeared first on المكتبة العامة.

وأكد ريس أنه وبعد أن كان يعتبر نفسه في السابق غير متدين رغم ارتياده الكنيسة، فلم يؤمن بالله إلا بعد بحوثه والفتوح العلمية التي توصل إليها، ودعا في هذه المناسبة العلم والكنيسة إلى التعايش عوضا عن المواجهة.

أناتولي أكيموف مدير معهد الفيزياء النظرية والتطبيقية الروسي ذكّر في هذا الصدد، بأن الكثير من العلماء البارزين على مر التاريخ، خلصوا إلى أن الكون قد كان بقدرة خالق، معيدا إلى الأذهان التعاون الوثيق الذي قام في عهد اسحق نيوتن بين العلم والكنيسة، وأن الكثير من الاكتشافات العلمية استندت إلى مسلمات دينية.

المصدر: روسيا اليوم

The post عالم فيزياء بريطاني: بحوثي أثبتت أن الله خلق الكون appeared first on المكتبة العامة.

تعتبر نظرية النسبية العامة هي النظرية التي وصفها ألبرت للتعامل مع الجاذبية حيث قدمها لتوافق مابين النسبية الخاصة و قانون الجذب العام لنيوتن ..فمثلا ,لطالما ظل أسلافنا من البشر يظنون أن الأرض ساكنة لا تتحرك حتى جائت زمرة من الفيزيائيين ليرصدوا حركتها بالنسبة للكواكب و النجوم , و لو لم يكن في الفضاء جرم واحد لما توصلنا لحركتها خصوصا بعد تجربة الأثير الصادمة.

حسنا سنبدأ ببساطة …جميعنا سبق لنا ان ركبنا سيارة .. و عندما تكون السيارة متسارعة نحس أننا نرجع وننضغط للوراء, أو عندما تأخذ السيارة منعطفا فإننا نشعر بوجود قوة تدفعنا إلى جانب السيارة حسنا فما هي القوة؟ حسب الفيزياء فأن هذه القوة (الطرد المركزية) ماهي إلا قوة زائفة فهي ليست قوة خارجية مسلطة على جسم بل هي فقط نتيجة لتسارع سيارة و قصور ذاتي للجسم .. حيث يرتبط مقدار هذه القوة نسبيا بكتلة الجسم الذي يخضع للتسارع.

بدأت النسبية العامة بملاحظة أولية من ألبرت عندما رأى أن كمية -الكتلة- الموجودة في القانون الثاني لنيوتن تساوي نفس الكمية الموجودة في قانون الجذب العام … و توصل لمبدأ مهم سنلخصه في التجربة الذهنية التالية:

حسنا فلنتخيل وجود غرفة في الفضاء بعيدا عن جاذبية أي جرم سماوي .. و أن هذا الغرفة مربوطة إلى عمود رأسي تدور حوله بسرعة ثابتة مع شرط عدم وجود نافذة أو باب تسمح لك برصد حركة هذه الغرفة عن طريق إتخاذ مصدر خارجي .. حسنا إجلس في هذه الغرفة وعش حياتك بشكل عادي . إنك كلما حاولت القفز عاليا ستعود إلى أرض الغرفة و إذا رميت جسما فأنه سيسقط كذلك .. ماذا لو كنت رياضيا بارعا وقمت بالحسابات ستستنتج بشل طبيعي أن أرض الغرفة تسلط قوة جذب على الأجسام داخلها و ستفرح بنتيجتك , حسنا لا تفرح فأنا كراصد خارجي سأرى ان حساباتك خاطئة تماما فالقوة التي تخضع لها ليست جاذبية بل قوة الطرد المركزية ,هذا التشابه الكبير يسبب صعوبة في التفريق بينهما , ويسمى هذا المبدأ بمبدأ التكافؤ .

هذا المبدأ عادي بالنسبة لنا و حتى بالنسبة لمعاصري أينشتاين لكنه مهد الطريق لألبرت لفهم الجاذبية بشكل جيد بالإعتماد على نتائج تجاربه الذهنية على الحركة المتسارعة .. فهل تؤثر الجاذبية على فهمنا للزمكان ؟

حسنا فلنتخيل غرفة كبيرة في الفضاء بعيدا عن جاذبية أي جرم سماوي تحرك بسرعة ثابتة نحو الأعلى و أنت تقف في جانب لهذه الغرفة وتحمل في يدك مصباحا موجها إلى الحائط المقابل لك ماذا سيحدث , سنلاحظ بسهولة وصول الضوء إلى نفس النقطة من الجدار المقابل أي ان الضوء إتخذ مسارا مستقيميا . حسنا في الحالة الثانية تخيل لو أن هذه الغرفة بدأت تتسارع ماذا سيحدث لشعاع الضوء .؟ سوف يصل إلى نقطة أسفل بقليل من النقطة التي يتوجب أن يصل إليها و كأنه إتخذ مسارا منحنيا وكلما تسارعت لما وصل إلى نقطة أسفل من النقطة السابفة ..حسنا ما ملخص هذه التجربة : التسارع سبَّبَ إنحناء للمسار المستقيمي الذي يتخذه الضوء ..ومع ان ذلك المسار ما هو إلا حيز في الزمكان فنستطيع أن نقول أن الحركة المتسارعة سببت إنحناءا في الزمكان ..وماهو إنحناء الزمكان ؟

ألبرت في صغره تعلم الهندسة الإقليدية التي تعلمناها جميعا في المدرسة لاكنه وجد انها لا تخدمه في صياغته للنسبية العامة, كيف ذلك ؟ نعلم جميعا أن مجموع زوايا مثلث قمت برسمه على ورقتك يساوي 180 درجة ,لاكن عندما نرسم مثلثا على سطح الأرض فمجموع زواياه لا تساوي 180 درجة لأن سطح الأرض كروي و ليس مستويا .. هذا الأمر جعل ألبرت يعتمد على هندسة عالم الرياضيات ريمان لدراسة إنحناء المكان , فصاغ ألبرت هذه الهندسة لتخدم أبعاده الأربعة عوض الثلاثة التي قدمها ريمان فيما قبل . لطالما درسنا قانون نيوتن عن التجاذب الكوني لكننا لم نعلم سبب الجاذبية فما هو ؟ …بالرجوع إلى نتيجة آخر تجربة ان الحركة المتسارعة تسبب إنحناءا في الزمكان و بإعتماد مبدأ التكافؤ ,نستنتج أن الجاذبية نفسها تسبب إنحناء الزمكان , وبصيغة أخرى ما الجاذبية إلى أنحناء للزمكان ..لم تستوعب ؟

ببساطة قم بحمل غطاء فراشك من جهة و الجهة الأخرى يمسكها صديقك , جيد ضع الآن كرة قدم وسط الغطاء ماذا ستلاحظ ؟ ستلاحظ لأول وهلة وجود انحناء للغطاء حول الكرة لأن كتلتها سببت هذا الإنحناء , قم بجعل كرة أخرى تسير بسرعة منتظمة متناسبة مع أنحناء الغطاء, ستكون النتيجة ببساطة دوران تلك الكرة بسرعة منتظمة حول الكرة الاولى .. هكذا بين ألبرت كيف تعمل الجاذبية و أنها نتيجة لإنحناء الزمكان بسبب كتلة الشمس مثلا ..
ألبرت تنبأ أيضا بإنحراف الضوء بسبب هذا التحدب في الزمكان, ولم يقبل إدعائه لأنه باعتماد قانون الجذب العام لنيوتن فأن الضوء (الفوتون) لا يجب أن ينحرف لأن لا كتلة له , أما إن أنحرف فهذا بسبب تحدب في الزمكان.. وقد تم التأكد من هذا التنبأ بواسطة تجربة سنة 1919 قام بها إدينجتون الأنجليزي , بعد ان رصد نجما في الليل ورصده نهارا عندما كان النجم نفسه خلف الشمس خلال كسوف كان تلك السنة , وكان دليلا قويا على تحدب الزمكان .

حسنا هل تؤثر الجاذبية على الزمن ..؟ لنتخيل ان هناك صاروخ في الفضاء ينطلق بحركة تسارعية. وتوجد في ارضية الصاروخ وفي سقفه ساعتان متماثلتان تماما وتعملان بنفس الكيفية. ثم ستجلس أنت في سقف الصاروخ لتراقب كيف تعمل الساعتان. ولنتخيل ان كلتا الساعتين ترسلان ومضة ضوئية كلما عملت تكة. اذن فعليك ان ترصد الفارق الزمني بين ومضتي ضوء متتاليتين قادمتين من اسفل وتقارنه بالفارق الزمني لتكات الساعة الموجودة بجوارك في سقف الصاروخ. لكن حيث ان سقف الصاروخ يتحرك بعجلة تسارعية الى اعلى فأن سقف الصاروخ يبتعد دائما عن شعاع الضوء القادم من اسفل. وبناء عليه ستلاحظ ان الفارق الزمني بين ومضتي ضوء قادمتين من اسفل اكبر من الفارق بين تكات الساعة الموجودة بجوارك وسوف نستنتج ان الساعة الموجودة في اسفل الصاروخ تؤخر.

ولو فرضنا ان هناك راصد اخر يقف على ارضية الصاروخ ويراقب الساعة الموجودة في السقف فماذا سوف يرى؟ نفس الشئ ولكنه سوف يرى ان الساعة الموجودة في السقف تعمل بشكل اسرع من الساعة الموجودة بجواره.لماذا؟ لان الشعاع القادم من السقف يقطع دائما مسافات اقل لان ارضية الصاروخ تتحرك بعجلة الى اعلى لتقابل شعاع الضوء القادم من فوق.

مع ملاحظة : (وجود فارق كبير بين تأخير الزمن في النظرية النسبية العامة عنه في النظرية النسبية الخاصة سنشرحه لاحقا )

حسنا تأثير التسارع يساوي تأثير الجاذبية ,الجاذبية هي تحدب في الزمكان, الجاذبية تؤثر على الزمن, الجاذبية تؤثر على مسار شعاع الضوء هل هذا كل شيء ..؟ لا لا , ألبرت قدم في سنة 1915 الصيغة النهائية لعشر معادلات تصف هذه التأثيرات التي توصل إليها مع العلم أن العالم شوارتزشيلد توصل لحل بسيط لهذه المعادلات يصف فيه ما يحدث للنجوم ضخمة الكتلة عندما تنهار على نفسها بسبب قوة الجاذبية مخلفة ما نسميه الأن ثقبا أسودا بحيث تكون جاذبيته عالية جدا حتى الضوء لا يستطيع الهروب منها إذا بلغ حد شوارتزيشيلد , مع التذكير أن حلول هذه المعادلات الغير خطية أمر صعب لعدة حالات كذلك تتنبأ بوجود امواج تنتششر كإضطرابات في الزمكان و قامت بتفسير الشذوذ في حركة عطارد.

من المفارقات أن هذه النظرية التي تتميز بتجاربها العقلية و التي ألفت فيها عشرات الكتب و التي أعطتنا تنبؤات رائعة و التي أمضى فيها ألبرت أكثر من 11 سنة تقريبا في صياغتها ليست السبب في فوزه بنوبل بل بمساهمته في تفسير التاثير الكهروضوئي .. هذه النظرية لازالت إلى حد الآن توافق التجربية وكل ما نرصده في دراستنا للأجرام و الجاذبية , ورغم توصل الفيزيائيين لنظرية موحدة إلا أن ألبرت قدم لنا مفهوما أفضل بمراحل عن كوننا من أجل أن نتعامل معه مستقبلا بطريقة غير تقليدية .

المصدر: الباحثون المغاربة

هذا المقال لا يعبر سوى عن رأي كاتبه، ولا يعبر بالضرورة عن رأي فريق المكتبة العامة

The post ماذا تعرف عن النظرية النسبية العامة .. شرح رائع appeared first on المكتبة العامة.