أهم النظريات الفيزيائية

تتوزع النظريات الفيزيائية عبر مجالات متعددة، بما في ذلك فيزياء الجسيمات النووية، والفيزياء البصرية، والفيزياء الفلكية، والميكانيكا، والكهرباء، وفيزياء الكم، والديناميكا الحرارية، بالإضافة إلى الفيزياء الحديثة مثل النظرية النسبية، وفيزياء الكهرومغناطيسية وغيرها. كل من هذه الفروع يحتوي على مجموعة من النظريات والقوانين التي تساهم في تفسير وفهم الظواهر المتنوعة. فيما يلي نستعرض بعضًا من أبرز النظريات في هذا المجال:

قوانين الحركة لنيوتن

قام العالم إسحاق نيوتن بصياغة ثلاثة قوانين للحركة توضح كيفية حركة الأجسام عندما تؤثر عليها قوى معينة. تُعتبر هذه القوانين من الأساسيات في الفيزياء الكلاسيكية، ويمكن تلخيصها كما يلي:

• **القانون الأول:** يبقى الجسم في حالة سكون، والجسم المتحرك يظل على سرعته الثابتة وفي خط مستقيم، ما لم تؤثر عليه قوة خارجية.
• **القانون الثاني:** يتحدد تسارع الجسم بناءً على كتلته ومقدار القوة المؤثرة عليه.
• **القانون الثالث:** عند تأثير جسم بقوة على جسم آخر، فإن الجسم الثاني يستجيب بقوة متساوية في المقدار ومعاكسة في الاتجاه.

النظرية النسبية

النظرية النسبية، التي طوّرها العالم ألبرت آينشتاين، تتضمن نظريتين بارزتين: النسبية الخاصة (1905) والنسبية العامة (1915). أعادت هذه النظريات تعريف المفاهيم التقليدية المتعلقة بالزمان، والمكان، والمادة، والطاقة، والجاذبية. توفر النسبية الأساس لفهم العمليات الكونية وتصور بنية الكون نفسه.

تتناول النظرية النسبية الخاصة العلاقة بين المكان والزمان، وتهتم بالأجسام التي تتحرك داخل إطارات مرجعية قصورية ذاتية. في هذه الحالة، لا يستطيع المراقب، خلال التجارب الميكانيكية البحتة، تمييز أحدهما عن الآخر. يشمل ذلك سلوك الضوء والإشعاعات الكهرومغناطيسية الأخرى. على الرغم من أن بعض الاستنتاجات قد تبدو متناقضة مع التجارب اليومية، إلا أنها تأكدت من خلال الأبحاث العلمية.

تنص النسبية الخاصة على أنه لا يمكن لجسم مادي أن يحقق سرعة الضوء، بل يمكنه الاقتراب منها فقط. وهذه النظرية ترتبط بأشهر معادلة علمية، وهي E=mc^2. وفيما يلي نقاط أخرى عن هذه النظرية:

• **السرعة الثابتة للضوء:** في جميع الأطر المرجعية القصورية، تظل سرعة الضوء ثابتة بغض النظر عن المكان والزمان، وكذلك مصدر الضوء.
• **الزمن النسبي:** الزمن، والطول، والكتلة، وغيرها من الخصائص الفيزيائية تتغير حسب المراقب وإطار مرجعيه.
• **النسبية العامة:** تركز على الجاذبية كقوة رئيسية في الكون وتصف الظواهر الفيزيائية على نطاق واسع مثل حركة الكواكب، وتكوين النجوم، والثقوب السوداء، وتطور الكون.
• **نتائج النسبية العامة:** تُظهر كيف تؤثر الجاذبية على مرور الزمن، وكيف تنحني أشعة الضوء في مجالات الجاذبية، بالإضافة إلى أن الكون يتوسع وتبتعد أجزاؤه عن بعضها بسرعة تفوق سرعة الضوء.
• **الأثر العلمي:** لقد كان للنظريتين تأثير عميق على العلوم الفيزيائية والمجتمع، لاسيما في مجالات الطاقة النووية وأسلحتها، وقد أعادت النظر في مفاهيم الزمن والمكان.

نظرية الانفجار العظيم

تُعتبر نظرية الانفجار العظيم النموذج الأكثر قبولًا لشرح نشوء الكون، حيث تقدم تصورًا فيزيائيًا فلكيًا يفسر كيفية توسع الكون من حالة كثيفة جدًا ومرتفع الحرارة. على مدار الزمن، بدأ الكون في البرودة بما يسمح بتشكيل الجسيمات، متضمنة العناصر الأساسية مثل الهيليوم، والهيدروجين، والليثيوم، التي تجمعت بفعل الجاذبية لتشكل النجوم والمجرات. حدث هذا التوسع قبل حوالي 13.8 مليار سنة، مما أدى إلى تكوين المجرات والنظام الشمسي كما نعرفه اليوم.

نظرية الكم

كان نيلز بور وماكس بلانك من الرواد الأوائل في تأسيس نظرية الكم، والتي تُعتبر واحدة من أهم التطورات في الفيزياء. وساهم آينشتاين لاحقًا في هذه النظرية، ليصبح أحد مؤسسيها. تفترض نظرية الكم أن الطاقة توجد في وحدات مُنفصلة تعرف بالـ”كم”، ولا تُعتبر مجرد موجات كهرومغناطيسية. هذا الاتجاه في الفيزياء قد أتاح للعلماء فهم العلاقة بين الطاقة والمادة في العالم الذري بشكل جديد.