تعتبر إسهامات السير إسحاق نيوتن في الفيزياء شاملة وملهمة، حيث اشتهر بعمله حول الجاذبية، لكنه قدم العديد من الاكتشافات العلمية الهامة خلال حياته (1642-1727). وكان أول عالم يتسم بتميز كبير في إنجلترا، مما أدى إلى منحه لقب “السير” الذي يسبق اسمه.

من هو إسحاق نيوتن؟

• عاش إسحاق نيوتن بين 25 ديسمبر 1642 و20 مارس 1727، وكان عالماً إنجليزياً، رياضياً، وفيلسوفاً طبيعياً.
• خلال تلك الحقبة، كان له دور بارز في الثورة العلمية، حيث ساهم في تقدم مجالات الفيزياء، علم الفلك، الرياضيات، والعلوم الطبيعية، مما أسس إرثاً علمياً سيستمر في التأثير على العلوم لقرون متوالية.
• بالفعل، أصبح استخدام مصطلح “نيوتن” شائعاً من قبل الأجيال اللاحقة للإشارة إلى المعرفة التي تنبثقت عن نظرياته. وبفضل إسهاماته العديدة، يُعتبر السير إسحاق نيوتن من بين أكثر العلماء تأثيراً في التاريخ العلمي.
• قدم نيوتن إسهامات في مجموعة واسعة من المجالات الفكرية، بما في ذلك الفيزياء والرياضيات، وساهم بشكل ملحوظ في العديد من المجالات الأخرى. في عام 1687، نُشر عمله الشهير في الميكانيكا تحت عنوان “Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica”، والذي يعتبر رمزياً في تطور العلوم.
• في هذا الكتاب، المعروف باسم “Principia” بين الباحثين، جمع نيوتن المعارف المعمول بها في إطار نظرية متكاملة، من خلال قوانينه للحركة ونظرية الجاذبية.
• يعتبر الربط بين المبادئ الأساسية في العلم عملاً فنيًا قد اتقنه عدد قليل من العلماء، وكان نيوتن واحدًا من هؤلاء المبدعين.
• وقعت أعظم إنجازاته خلال فترات عزلته، حيث كان لديه الفرصة للتفكير بعمق في أفكاره وأفكار اتصالها ببعضها البعض في إطار منطقي متماسك، متبعاً في ذلك مبدأ البساطة.

ما هي قوانين نيوتن؟

• على سبيل البداية، قدم نيوتن في كتابه “Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica”، الذي نُشر في عام 1687، الأسس النظرية للميكانيكا الكلاسيكية.
• أسس قوانينه الثلاثة للحركة، والتي استندت إلى أعمال يوهانس كيبلر حول الحركة الكوكبية والنماذج الرياضية للجاذبية.
• استخدم هذه المبادئ لحساب مسارات المذنبات، وتدفق المد والجزر، والنظام الشمسي ككل، مما أسهم في إثبات صحة النموذج الشمسي المركزي الذي يشير إلى أن الشمس، وليس الأرض، تقع في مركز النظام الكوكبي.
• أثبت أن حركة الأجسام على سطح الأرض والأجرام السماوية تخضع لنفس القوانين، مما شكل تقدماً كبيراً في مجالات الرياضيات والفيزياء وعلم الفلك.

إسهامات نيوتن في مجال البصريات

• في عام 1666، بدأ نيوتن في استكشاف البصريات، حيث اكتشف أن اللون هو خاصية تتعلق بالضوء من خلال دراسته للضوء عبر المنشور.
• كانت رؤيته في البصريات استثنائية، حيث استهدف كشف خواص الضوء من خلال التجارب باستخدام المنشورات والعدسات لدراسة ظواهر الانكسار والحيود.
• نُشر عمله القيم في كتاب “البصريات” عام 1706، حيث قدم وصفاً مفصلاً للتجارب والظواهر المتعلقة بالضوء.
• كشف نيوتن أن الضوء الأبيض يتكون من مجموعة من الأطوال الموجية الملونة، مما أظهر بوضوح من خلال استخدام المنشور الذي يشتيت الضوء الأبيض إلى ألوان مختلفة، وهو نفس الظاهرة التي تُشكل قوس قزح.
• قام بتحدي الفهم الأرسطي القديم الذي كان ينظر إلى الضوء على أنه عديم اللون، حيث قدم نظريته حول الألوان.
• بين عامي 1670 و1672، ألقى محاضرات في جامعة كامبريدج حول البصريات وتفسير انكسار الضوء، موضحاً كيف يمكن لتلسكوب مع عدسات مخصصة أن يعيد جمع الطيف الملون إلى ضوء أبيض.
• كما خلص إلى أن عدسات التلسكوبات المنكسرة تعاني من تشتت الضوء إلى ألوان، فأنشأ تلسكوبًا عاكسًا باستخدام المرايا بدلاً من العدسات، والذي أصبح يُعرف باسم “التلسكوب النيوتوني”.

إنجازات أخرى لنيوتن

• صاغ نيوتن أيضًا قانون التجربة في مجالات مثل التبريد، كما درس سرعة الصوت وقدم أفكارًا جديدة حول السوائل النيوتونية.
• على الرغم من تركيزه على الرياضيات والبصريات والفيزياء، أظهر نيوتن شغفًا في دراسة التسلسل الزمني والكيمياء، إلا أن معظم أعماله في هذه المجالات لم تُنشر إلا بعد وفاته بوقت طويل.
• كان إسحاق بارو، معلم نيوتن، له دور بارز في مد جسور إلى المجتمعات العلمية، حيث طرح العديد من الاختراعات الجديدة، بما في ذلك التلسكوب العاكس الذي كان حجمه يعادل بحدود أحد عشر ضعفًا من التلسكوبات التقليدية.
• ابتكر أيضاً حساب التفاضل والتكامل نتيجة لأوجه القصور في الرياضيات في ذلك الزمن.
• قدم هذا النظام الرياضي حلولاً للمشكلات المعقدة المتعلقة بالمدارات والرسوم البيانية، التي لم تكن الهندسة الكلاسيكية قادرة على معالجتها.
• خدم حساب التفاضل والتكامل في فهم التغيرات المستمرة، مثل سرعة السقوط، حيث وضع نيوتن الأساس لفهم هذه القوانين وإجراء الحسابات ذات الصلة.

إسهامات نيوتن في الفيزياء كاملة
pdf

• بجانب عمله في مجال الجاذبية العالمية، وضعت إسهامات نيوتن في قوانين الحركة الأسس الراسخة للفيزياء الحديثة.
• أدى اكتشافه حساب التفاضل والتكامل إلى تطوير أساليب أقوى لحل المسائل الرياضية، حيث شملت أبحاثه في البصريات دراسة الضوء الأبيض واكتشاف طيف الألوان.
• أجرى نيوتن تجارب باستخدام منشور زجاجي، حيث قام بتسليط الضوء عبر ثقب صغير في النافذة إلى المنشور.
• استمر البروز العبقري لنيوتن في رؤيته، ولا تزال قوانينه الثلاثة للحركة (الجمود، التسارع، والحركة المعاكسة) تعد حجر الزاوية في الفيزياء الحديثة.
• وضع قانون الجاذبية الخاص به نظرية تؤكد أن جميع الجسيمات في الكون تؤثر على بعضها بقوى جاذبية، حيث اعتُبرت قوة الجاذبية موجودة في كل مكان، من التفاحة الساقطة من الشجرة إلى القمر في مداره بسبب الجاذبية المتبادلة مع الأرض.
• على الرغم من بعض القصور، فقد تم تعديل نظريته بشكل كبير بعد ذلك بواسطة نظرية النسبية التي قدمها أينشتاين، إلا أن فكرته بشأن الجاذبية العالمية هيمنت على الفيزياء لأكثر من قرنين.
• أجرى نيوتن تجارب في البصريات لاستكشاف طبيعة الضوء، واكتشف أن الضوء الطبيعي يتكون بالفعل من مجموعة من الألوان.
• استخدم المنشورات لتفريق الضوء الأبيض إلى قوس قزح من الألوان، وأعاد تجميعها في الضوء الأبيض، ومع ذلك لم يُنشر استنتاجاته حتى عام 1704 في كتابه “البصريات”، الذي يُعتبر أطروحته العلمية الثانية الرئيسية.