تعتبر الفيزياء علمًا يعتمد على مجموعة من القوانين والنظريات العلمية، حيث تتمثل خطوتها الرئيسية في تطبيق الفرضيات، للبحث عن أدلة تجريبية والولادة إلى نتائج مؤكدة. يقوم العلماء بعد ذلك بتكرار التجارب لضمان مصداقية النتائج، حتى يُعتمد القانون أو النظرية بشكل نهائي.
قوانين الحركة لنيوتن
- تتضمن قوانين الحركة الثلاثة أهمية بالغة في العلوم الفيزيائية الحديثة، حيث تتميز بوضوحها وبساطتها.
- ينص القانون الأول على أن الجسم المتحرك سيظل في حالة حركة ما لم تؤثر عليه قوى خارجية، على سبيل المثال، الكرة الموجودة على الأرض تتأثر بالقوة الناتجة عن الاحتكاك بينها والأرض.
- القانون الثاني يعكس العلاقة بين كتلة الجسم (أ) وعجلة السرعة (ب)، ويُعبر عنه بالمعادلة أ * ب = ج، حيث ج تمثل القوة المُقاسة بوحدة النيوتن.
- تعتبر هذه القوة موجهة، وبالتالي تعتمد على السرعة، فالكرة المتحركة تمتلك سهمًا يُظهر اتجاه حركتها ويُؤخذ بعين الاعتبار عند حساب قوتها.
- أما القانون الثالث، المعروف على نطاق واسع، فينص على أن لكل فعل رد فعل متساوي في القوة ومعاكس في الاتجاه، مما يُثبت أن كل قوة تؤثر على جسم أو سطح تؤثر أيضًا بقوة متساوية.
قانون الجاذبية العام
- قدم العالم إسحاق نيوتن فكرة أحدثت ثورة في القوانين الفيزيائية قبل حوالي 300 عام.
- تنص هذه الفكرة على أن أي جسمين يتجاذبان بقوة يعتمد على كتلتهما والمسافة بينهما، ويُعبر عن هذه العلاقة بالمعادلة F = G × [(m1m2)/r²].
- حيث تمثل F قوة الجذب بين الجسمين وتُقاس بالنيوتن، بينما m1 وm2 تمثلان كتلتي الجسمين، وr تعبر عن المسافة بينهما، وG هو ثابت الجاذبية.
- يساهم قانون الجاذبية العام في حساب قوة الجذب بين أي جسمين، مما يعد أمرًا ضروريًا عند تخطيط وضع الأقمار الصناعية أو رسم مسارات حركة القمر.
قانون هابل للتوسع الكوني
- يُعتبر إدوين هابل واحدًا من أهم العلماء المؤثرين في مجال البحث الفلكي؛ إذ لم يُثبت فقط وجود مجرات أخرى بخلاف مجرة درب التبانة، بل أظهر أن هذه المجرات تبتعد عنّا بسرعات تُعرف بالتراجع.
- لتحديد سرعة المجرة، وضع هابل قانونًا ينص على أن السرعة = h * المسافة.
- حيث h يمثل ثابت هابل، وهو يُعبر عن معدل تمدد الكون، والمسافة تشير إلى الفاصل بين المجرتين المراد دراستهما، على سبيل المثال، مجرة أندروميدا تُعتبر بعيدة وتتحرك بسرعة 120 كم في الثانية نحو درب التبانة.
- تم الحصول على قيم متعددة لثابت هابل، ولكن القيم الأكثر قبولاً كانت 70 كم/ثانية.
- يوفر قانون هابل وسيلة سهلة لحساب سرعة المجرات المتجهة نحو مجرتنا، ويشمل مجموعة من المجرات محورية الأهمية في فهم الانفجار العظيم.
نظرية الانفجار العظيم
- تعكس هذه النظرية ما وصل إليه الكون في الوضع الحالي من خلال أعمال إدوين هابل وآينشتاين مع عدد من العلماء.
- تنص نظرية الانفجار العظيم على أن الكون نشأ قبل حوالي 14 مليار سنة، مُصاحبًا أحداث توسعية ضخمة حيث كانت مادة الكون تحتوي على أجزاء متناثرة قبل أن تتجمع في شكلها الحالي.
- حظيت هذه النظرية بدعم كبير من المجتمع العلمي، خاصة بعد اكتشاف إشعاع الخلفية الكونية في عام 1965 على يد العالِمَين أرنو بينزيس وروبرت ويلسون.
- نجح الباحثون أيضًا في إثبات فرضية روبرت التي أكدت أن الانفجار العظيم أدى إلى إشعاع بدرجة حرارة منخفضة.
قوانين كيبلر لحركة الكواكب
- نشبت جدالات كبيرة بين الفلكيين ورجال الدين حول مدارات الكواكب، خاصة دورانها حول الشمس.
- في القرن السادس عشر، وضع كوبرنيكوس تعريفًا جديدًا يُثير الجدل حول مركز الشمس في النظام الشمسي، مؤكدًا أن الكواكب تدور حول الشمس وليس حول الأرض.
- أثار هذا الموضوع اهتمام كيبلر ليطوّر النموذج الذي وضعه تايكو برا حول الحركة العلمية للكواكب.
- قام كيبلر بطرح ثلاثة قوانين تصف حركة الكواكب ودورانها حول الشمس.
- القانون الأول، المعروف بقانون المدارات، يوضح حركة كوكب الأرض حول الشمس.
- القانون الثاني، قانون المسافات، يحسب المسافة بين الكوكب والشمس، مما يعني أنه عندما تُقاس المسافة بين الأرض والشمس على مدار 30 يومًا، لا يُلاحظ أي تغيير.
- أما القانون الثالث، فهو قانون الفترات الزمنية، الذي يساعد في قياس الوقت الذي يحتاجه الكوكب لإكمال دورة حول الشمس.
- بفضل هذه القوانين، أصبح بالإمكان تحديد الكواكب القريبة من الشمس، مثل كوكب عطارد، مقارنة بالكواكب البعيدة مثل نبتون.
مبدأ اليقين للعالم هايزنبرغ
- تُعتبر نظرية أينشتاين أساسًا عميقًا في النسبية، وقد أسهمت في توضيح العديد من المفاهيم حول الكون.
- أسست هذه النظرية أسس فيزياء الكم، لكنها في ذات الوقت أدت إلى العديد من التحديات العلمية.
- في عام 1927، قاد قانون الاضطراب الكونى هايزنبرغ إلى العديد من المفاهيم المرنة.
- تمكن هايزنبرغ من إدراك صعوبة الجمع بين خاصيتين من خصائص الجزيء، بحيث يمكنك قياس مكان الإلكترون بدقة، لكن دون القدرة على تحديد زخم حركته.
- في وقت لاحق، قام بور بتسليط الضوء على هذا المبدأ لتبسيط الفهم حوله للجمهور.
- اكتشف أن الإلكترون يتمتع بخواص مزدوجة، كجسيم وموجة، وهو ما عُرف باسم ثنائية الموجة والجزيء، وأصبح هذا المبدأ حجر الزاوية في فيزياء الكم عند قياس مكان الإلكترون.