أبرز النظريات العلمية الأساسية في ميدان الفيزياء

أهم النظريات الفيزيائية

تتعدد النظريات الفيزيائية وتتنوع مجالاتها، سواء كانت في فيزياء الجسيمات، أو فيزياء الضوء، أو الفيزياء الفلكية، أو الميكانيكا، أو الكهرباء، أو فيزياء الكم، أو الديناميكا الحرارية، أو حتى الفيزياء الحديثة التي تشمل النظرية النسبية وفيزياء الكهرومغناطيسية، وغيرها من فروع علم الفيزياء. لكل فرع من هذه الفروع نظريات وقوانين تساعد في تفسير وشرح وتفهم الظواهر المتعلقة به. فيما يلي نستعرض بعضاً من أبرز النظريات الفيزيائية وأشهرها:

قوانين نيوتن للحركة

قام العالم إسحاق نيوتن بتطوير ثلاثة قوانين للحركة، التي تصف حركة الأجسام تحت تأثير القوة. تُعتبر هذه القوانين من القوانين الأساسية في الفيزياء الكلاسيكية، وتلخص كما يلي:

• القاعدة الأولى تنص على أن الجسم الساكن يبقى في حالة سكون، والجسم المتحرك يستمر في الحركة بسرعة ثابتة وفي خط مستقيم ما لم تؤثر عليه قوة خارجية.
• التسارع الناتج عن القوة يعتمد على كتلة الجسم ومقدار القوة المؤثرة عليه.
• عند exerting force على جسم آخر، يكون لذلك الجسم الثاني رد فعل يعاكس القوة ويكون مساوياً لها في المقدار.

نظرية النسبية

تُعتبر النسبية من النظريات الفيزيائية الشاملة التي وضعها العالم ألبرت آينشتاين، والتي تشمل النسبية الخاصة (1905) والنسبية العامة (1915). أعادت هذه النظرية تعريف العديد من المفاهيم التقليدية المتعلقة بالزمان والمكان والمادة والطاقة والجاذبية، مقدّمة أساساً لفهم العمليات الكونية وبنية الكون ذاته.

تنص النسبية الخاصة على العلاقة بين المكان والزمان، وتركز على الأجسام في الأنظمة المرجعية القصورية الذاتية، أي الأجسام التي تتحرك معًا بسرعات ثابتة بالنسبة لبعضها. من خلال هذه النظرية، تم استنتاج عدة نتائج تتعارض مع التجارب اليومية، لكنها تم تأكيدها عبر تجارب علمية.

تنص النسبية الخاصة على أنه لا يمكن لجسم مادي أن يصل إلى سرعة الضوء، ولكنه يمكن أن يقترب منها. وتعتبر معادلة E=mc^2 واحدة من أبرز المعادلات في هذا السياق. ومن أبرز النقاط المتعلقة بهذه النظرية:

• تضمن النسبية الخاصة أن سرعة الضوء ثابتة في جميع الأنظمة المرجعية القصورية، ولا تتأثر بتغير المكان والزمان، بغض النظر عن مصدر الضوء.
• تشمل النتائج المتعلقة بتكافؤ الكتلة والطاقة، حيث يُعتبر الزمن نسبيًا بالنسبة للمراقب الذي يقوم بقياسه، بما يتضمن أيضًا الطول والكتلة.
• العلاقة بالجاذبية تُعتبر النقطة الأساسية في النسبية العامة، حيث تصف هذه النظرية الظواهر الفيزيائية الكبيرة مثل حركة الكواكب وولادة وموت النجوم والثقوب السوداء وتطور الكون.
• من النتائج الهامة للجاذبية أنها تؤثر على مرور الوقت، وأن ضوء الأشعة ينحني في مجالات الجاذبية، بالإضافة إلى أن الكون يتمدد وتتباعد أجزاؤه عن بعضها بسرعة تفوق سرعة الضوء.
• أثرّت النظريتان النسبية العامة والخاصة بشكل عميق على العلوم الفيزيائية والمجتمع، وخاصة في التطبيقات النووية وإعادة التفكير في مفهومي الزمان والمكان.

نظرية الانفجار العظيم

تعتبر نظرية الانفجار العظيم من أكثر النظريات قبولًا فيما يتعلق بنشأة الكون. تطرح هذه النظرية نموذجًا فيزيائيًا يشرح كيفية ولادة الكون وتوسعه من حالة أولية ذات كثافة عالية وحرارة مرتفعة. بعد مرحلة التوسع الأولية، بدأ الكون في البرودة، مما سمح بتكوين الجزيئات التي شكّلت الذرات. هذه العناصر الرئيسية، مثل الهيليوم والهيدروجين والليثيوم، تجمعها الجاذبية لتكوين النجوم والمجرات، حيث يُعتقد أن الكون قد انفجر منذ حوالي 13.8 مليار سنة.

نظرية الكم

يُعتبر كل من نيلز بور وماكس بلانك من الآباء المؤسسين لنظرية الكم، حيث ساهم آينشتاين أيضًا في تطويرها. تقترح هذه النظرية أن الطاقة تأتي في وحدات منفصلة تُسمى “كم”، وليس مجرد موجات كهرومغناطيسية. وقد مهدت هذه النظرية المجال أمام العلماء لوصف التفاعلات بين الطاقة والمادة في العالم دون الذري.