فيزياء

${\displaystyle E=mc^{2 \,$

تكافؤ المادة والطاقة تاريخ الفيزياء الفروع ميكانيكا كلاسيكية كهرومغناطيسية ديناميكا حرارية · ميكانيكا إحصائية بصريات فيزياء ذرية · فيزياء جزيئية · ميكانيكا الكم النسبية مجالات البحث فيزياء تطبيقية فيزياء فلكية فيزياء ذرية وجزيئية وبصرية نظرية الشواش فيزياء حيوية فيزياء المواد المكثفة فهم فيزياء الارض فيزياء الجسيمات فيزياء حاسوبية التجارب السابقة مسح الانزياح الأحمر المجري 2dF مسح ميكروي ثنائي لكامل السماء تجربة اختبار بيل · تجربة بوميرانج · تجارب الكاميرا · تجربة كافنديش · مستكشف الخلفية الكونية · تجربة دافيسون-جيرمر · شقي يونغ · رقاص فوكو· تجربة فرانك-هرتز · مسبار الجاذبية أ · مسبار الجاذبية · جيجر-مارسيدين · تجربة هومستاك · تجربة قطرة الزيت · ميكلسون-مورلي · تجربة النيوترينو· مسح سلووان الرقمي للسماء · تجربة شتيرن-غيرلاخ · مجس ويلكينسون مايكروويف انيسوتروبي الفهماء بور · ديراك · أينشتاين · فاينمان· جاليليو· هيزنبرج · ماكسويل · نيوتن · باولي · رذرفورد · شرودنغر ·بلانك . ويغنر

هذا الصندوق:

الفِيزِيَاءُ أوالفِيزِيقَا (بالإغريقية: φυσική)، وبالعربيّة الطبيعيَّات أوفهم الطبيعة هوالفهم الذي يفهم المفاهيم الأساسية مثل الطاقة، القوة،والزمان، وكل ما ينبع من هذا، مثل الكتلة، المادة وحركتها. وعلى نطاق أوسع، هوالتحليل العام للطبيعة، والذي يهدف إلى فهم كيف من الممكن أن يعمل الكون.

وتحاول الفيزياء حتى تفهم الظواهر الطبيعية والقوى والحركة المؤثرة في سيرها، وصياغة الفهم في قوانين لا تفسر العمليات السالفة فقط بل التنبؤ بمسيرة العمليات الطبيعية بنماذج تقترب رويدا رويدا من الواقع.

يعتبر فهم الفيزياء من أحد أقدم التّخصصات الأكاديمية، فهي قد بدأت بالبزوغ منذ العصور الوسطى وتميزت كفهم حديث في القرن السابع عشر، وباعتبار حتى أحد فروعها، وهوفهم الفلك، يعد من أعرق العلوم الكونية على الإطلاق. خلال معظم الألفي سنة الماضية، كانت الفيزياء والكيمياء وفهم الأحياء وبعض فروع الرياضيات، جزءً من الفلسفة الطبيعية، ولكن خلال الثورة الفهمية في القرن السابع عشر ظهرت هذه العلوم الطبيعية كمساعي بحثية فريدة في حد ذاتها. تتقاطع الفيزياء مع الكثير من مجالات البحث متعددة المجالات، مثل الفيزياء الحيوية والكيمياء الكمومية، وحدود الفيزياء التي لم يتم تعريفها بشكل صارم. غالبًا ما تشرح الأفكار الجديدة في الفيزياء الآليات الأساسية التي تدرسها علوم أخرى وتقترح طرقًا جديدة للبحث في المجالات الأكاديمية مثل الرياضيات والفلسفة.

تهتم الفيزياء في نفس الوقت بدقة القياس وابتكار طرق جديدة للقياس تزيد من دقتها؛ فهذا هوأساس التوصل إلى التفسير السليم للظواهر الطبيعية. وتقدم الفيزياء ما توصلت إليه من طرق القياس للاستخدام في جميع العلوم الطبيعية والحيوية الأخرى كالكيمياء والطب والهندسة والأحياء وغيرها. إذا التقدم الحضاري والمدني يدين بشكل كبير للتقدم الباهر لفهم الفيزياء، فجميع الأجهزة التي تملأ حياتنا اليومية أساسها الفيزياء، مثل الرادار واللاسلكي والراديووالتلفزيون والهاتف المحمول والحاسوب وأجهزة التشخيص في الطب مثل أشعة إكس والتصوير بالرنين المغناطيسي والعلاج بالأشعة، والنظارات، والتلسكوبات ومسبارات المريخ والفضاء، وأفران الميكروويف، والكهرباء والترانزيستور والميكروفون، وغيرها. بالإضافة إلى مفاهيم أخرى كالفضاء والزمن، ويتعامل مع خصائص كونية محسوسة يمكن قياسها مثل القوة والطاقة والكتلة والشحنة. وتعتمد الفيزياء المنهج التجريبي، أي أنها تحاول تفسير الظواهر الطبيعية والقوانين التي تحكم الكون عن طريق نظريات قابلة للاختبار.

وللفيزياء مكانة متميزة في الفكر الإنساني، وكما تأثرت بأفرع الفهم الإنسانية الأخرى؛ فقد كان لها أيضا الأثر الحاسم في بعض الحقول المعهدية والفهمية الأخرى مثل الفلسفة والرياضيات وفهم الأحياء. ولقد تجسدت أغلب التّطورات التي أحدثتها بشكل عملي في عدّة قطاعات من التقنية والطب. عملى سبيل المثال، أدى التّقدم في فهم الكهرومغناطيسية إلى الانتشار الواسع في استخدام الأجهزة الكهربائية مثل التلفاز والحاسوب، وكذلك تطبيقات الديناميكا الحرارية إلى التطور المذهل في مجال المحركات ووسائل النقل الحديثة، وميكانيكا الكم إلى اختراع معدات مثل المجهر الإلكتروني، كما كان لعصر الذرة -بجانب آثاره المدمرة- استعمالات هامة لتطويع الإشعاع في علاج السرطان وتشخيص الأمراض.

معظم الفيزيائيين اليوم هم عادة متخصصون في مجالين متكاملين وهما الفيزياء النظرية والفيزياء التجريبية، وتهتم الأولى بصياغة النظريات باعتماد نماذج رياضية، فيما تهتم الثانية بإجراء الاختبارات على تلك النظريات، بالإضافة إلى اكتشاف ظواهر طبيعية جديدة. وبالرغم من الكم الضخم من الاكتشافات المهمّة التي حققتها الفيزياء في القرون الأربعة الماضية، إلا حتى الكثير من المسائل لا تزال بدون جواب إلى حد الآن، كما حتى هناك مجالات نظرية وتطبيقية تشهد نشاطًا وأبحاثًا مكثّفة.

أصل التسمية

حدثة فيزياء مأخودة من اللغة الإغريقية "φυσική فيزياء" وهي مكونة من حدثتين "ἐπιστήμη epistḗmē" وتعني "فهم الطبيعة". في البداية تم تعريبها من الإغريقية إلى فيزيقا واستخدم عدد من الفهماء العرب في فجر الإسلام هذا الاسم، كما استخدم بعضُهم لفظَ فيزياء سجعًا مع لفظ كيمياء. والآن لفظ فيزيقا لم يعد يستعمل وبقي لفظ فيزياء هوالمستخدم، وقد تم تعريبه أيضاً من فهم الطبيعة إلى طبيعياء، سجعاً مع لفظ فيزياء ولفظ كيمياء.

التاريخ

فهم الفلك القديم

فهم الفلك هوواحد من أقدم العلوم الطبيعية. كانت الحضارات المبكرة التي يعود تاريخها إلى ما قبل 3000 سنة قبل الميلاد، مثل السومريين والمصريين القدماء وحضارة وادي السند، لديهم فهم تنبؤية وفهم أساسي لحركات الشمس والقمر والنجوم. كانت النجوم والكواكب تعبد في كثير من الأحيان، ويعتقد أنها تمثل آلهة. في حين حتى التفسيرات للمواقف المرصودة للنجوم كانت في كثير من الأحيان غير فهمية وتفتقر إلى الأدلة، وضعت هذه الملاحظات المبكرة الأساس لفهم الفلك في وقت لاحق، حيث تم العثور على النجوم لاجتياز دوائر كبيرة عبر السماء، والتي لم تفسر مدارات الكواكب.

وفقًا لآسغر آبو، يمكن العثور على أصول فهم الفلك الغربي في بلاد ما بين النهرين، وكل الجهود الغربية في العلوم الدقيقة تنحدر من فهم الفلك البابلي المتأخر. هجر فهماء الفلك المصريون آثارًا تُظهر فهم الأبراج وحركات الأجرام السماوية، في حين خط الشاعر اليوناني هوميروس الكثير من الأجرام السماوية في كتابه "الإلياذة" و"الأوديسة"؛ في وقت لاحق قدم فهماء الفلك اليوناني أسماء، والتي لا تزال تستخدم حتى اليوم، بالنسبة لمعظم الأبراج المرئية من نصف الكرة الشمالي.

الفلسفة الطبيعية

تعود أصول الفلسفة الطبيعية إلى اليونان خلال العصر القديم (650 قبل الميلاد - 480 قبل الميلاد)، عندما رفض فلاسفة ما قبل سقراط مثل تاليس تفسيرات غير طبيعية للظواهر الطبيعية وأعربوا حتى جميع وقع له سبب طبيعي. اقترحوا أفكارًا تم التحقق منها عن طريق العقل والملاحظة، وأثبتت الكثير من فرضياتها نجاحها في التجربة؛ على سبيل المثال، تم العثور على الممضى الذري السليم حوالي 2000 سنة بعد حتى اقترحه ليوكيبوس وتلميذه ديموقريطوس.

الفيزياء في العصور الوسطى الأوروبية والعالم الإسلامي

سقطت الإمبراطورية الرومانية الغربية في القرن الخامس، مما أدى إلى انخفاض المساعي الفكرية في الجزء الغربي من أوروبا. على النقيض من ذلك، قاومت الإمبراطورية الرومانية الشرقية (المعروفة أيضًا باسم الإمبراطورية البيزنطية) هجمات البرابرة، واستمرت في تقدم مجالات التعليم المتنوعة، بما في ذلك الفيزياء. في القرن السادس عشر، أنشأ إيزيدور ميليتوس مجموعة مهمة من أعمال أرخميدس التي تم نسخها من طرسية أرخميدس.

في القرن السادس عشر، تساءل جون فيلوبونوس، وهوعالم بيزنطي، عن تعاليم أرسطوللفيزياء وأشار إلى عيوبها. قدم نظرية الزخم. لم يتم فحص فيزياء أرسطوحتى ظهر جون فيلوبونوس، وعلى عكس أرسطوالذي بنى فيزياءه على الحجة اللفظية، اعتمد فيلوبونس على الملاحظة. في فيزياء أرسطوخط جون فيلوبونوس:

"لكن هذا خاطئ تمامًا، وقد يتم دعم وجهة نظرنا من خلال الملاحظة العملية بشكل أكثر فعالية من أي نوع من الحجة الكلامية. فإذا هجرت الأجسام تسقط من نفس الارتفاع حيث أحدهما أكثر وزنا من الآخر، فسترى حتى نسبة المرات المطلوبة للحركة لا تعتمد على نسبة الأوزان، لكن الفرق في الوقت هوصغير جدا. إلى غير ذلك، إذا لم يكن الفرق في الأوزان كبيرًا، وهذا يعني حتى أحدهما، نقول، ضاعف الآخر، لنقد يكون هناك فرق، وإلا سيكون هناك اختلاف غير محسوس، في الوقت المناسب، على الرغم من حتى الفرق في الوزن لا يعني ذلك، مع وزن جسم واحد ضعف وزن الجسم الآخر".

كان نقد جون فيلوبونوس لمبادئ الفيزياء الأرسطية بمثابة مصدر إلهام لغاليليوغاليلي بعد عشرة قرون، خلال الثورة الفهمية. استشهد غاليليوبفيلوبونوس بشكل كبير في أعماله عندما جادل بأن الفيزياء الأرسطية كانت معيبة. في القرن الثالث عشر الميلادي، طوّر جان بريدان، وهومدرس في كلية الآداب بجامعة باريس، مفهوم الزخم. لقد كانت خطوة نحوالأفكار الحديثة عن الجمود والزخم.

ورث فهماء العصر الإسلامي الفيزياء الأرسطية من الإغريق وخلال العصر المضىي الإسلامي طورتها أكثر، خاصة مع الهجريز على الملاحظة والتفكير المسبق، وتطوير أشكال مبكرة من المنهج الفهمي.

كانت أبرز الابتكارات في مجال البصريات والرؤية، والتي اتىت من أعمال الكثير من الفهماء مثل ابن سهل والكندي وابن الهيثم والفريسي وأفيسينا. كان العمل الأكثر بروزًا هوكتاب البصريات، الذي خطه ابن الهيثم، والذي دحض فيه بشكل قاطع الفكرة اليونانية القديمة عن الرؤية، لكنه توصل أيضًا إلى نظرية جديدة. في الكتاب، قدم دراسة لظاهرة الكاميرا الغامضة (نسخة عمرها ألف سنة من الكاميرا ذات الثقب) وتعمق أكثر في الكيفية التي تعمل بها العين نفسها. باستخدام التشريح وفهم الفهماء السابقين، تمكن من البدء في شرح كيف من الممكن أن يدخل الضوء إلى العين. أكد حتى أشعة الضوء مركّزة، لكن التفسير العملي لكيفية ضوء الضوء المرتقب على الجزء الخلفي من العين كان ينتظر حتى عام 1604. وقد أوضحت أطروحته على ضوء الكاميرا الغامضة، قبل مئات السنين من التطور الحديث للتصوير الفوتوغرافي.

أثر كتاب البصريات المؤلف من سبعة مجلدات بشكل كبير على التفكير عبر تخصصات من نظرية الإدراك البصري إلى طبيعة المنظور في فن العصور الوسطى، في جميع من الشرق والغرب، لأكثر من 600 عام. كان الكثير من الفهماء الأوروبيين في وقت لاحق وزملائه من بوليمرات، من روبرت جروسيتي وليوناردودافنشي إلى رينيه ديكارت ويوهانز كيبلر وإسحاق نيوتن، في ديونه. في الواقع، فإن تأثير ابن الهيثم للبصريات يصنف إلى جانب تأثير نيوتن الذي يحمل نفس العنوان، والذي تم نشره بعد 700 عام.

كان لترجمة كتاب البصريات تأثير كبير على أوروبا. من ذلك، تمكن الفهماء الأوروبيون لاحقًا من بناء أجهزة تكررت تلك التي أنشأها ابن الهيثم، وفهمت طريقة عمل الضوء. من هذا، تم تطوير أشياء مهمة مثل النظارات والنظارات المكبرة والتلسكوبات والكاميرات.

تاريخ الفيزياء الكلاسيكية

أصبحت الفيزياء فهمًا منفصلاً عندما استخدم الأوروبيون الحديثون الأوائل الأساليب التجريبية والكمية لاكتشاف ما يُعتبر الآن قوانين الفيزياء.

تضم التطورات الرئيسية في هذه الفترة الاستعاضة عن نموذج مركز الأرض للنظام الشمسي بنموذج كوبرنيكوس الشمسي، والقوانين التي تحكم حركة الهيئات الكوكبية التي حددها يوهانس كيبلر بين عامي 1609 و1619، والعمل الرائد في مجال التلسكوبات وفهم الفلك الرصدي بواسطة غاليليوغاليلي في القرنين السادس عشر والسابع عشر، واكتشاف إسحاق نيوتن وتوحيد قوانين الحركة والجاذبية العالمية التي ستحمل اسمه. طور نيوتن أيضا حساب التفاضل والتكامل، الدراسة الرياضية للتغيير، والتي قدمت أساليب رياضية جديدة لحل المسائل الفيزيائية.

نتج اكتشاف قوانين جديدة في الديناميكا الحرارية والكيمياء والكهرومغناطيسية عن جهود بحثية أكبر خلال الثورة الصناعية مع زيادة احتياجات الطاقة. تظل القوانين التي تضم الفيزياء الكلاسيكية مستخدمة على نطاق واسع جدًا للكائنات ذات المقاييس اليومية التي تنتقل بسرعات غير نسبية، نظرًا لأنها توفر تقريبًا وثيقًا للغاية في مثل هذه الحالات، كما حتى النظريات مثل ميكانيكا الكم ونظرية النسبية تبسط إلى نظيراتها الكلاسيكية عند هذا الحد. النطاقات. ومع ذلك، أدت عدم الدقة في الميكانيكا الكلاسيكية للأجسام الصغيرة جدًا والسرعات العالية جدًا إلى تطور الفيزياء الحديثة في القرن العشرين.

تاريخ الفيزياء الحديثة

بدأت الفيزياء الحديثة في أوائل القرن العشرين بعمل ماكس بلانك في نظرية الكم ونظرية النسبية لألبرت أينشتاين. جميع من هذه النظريات اتىت بسبب عدم الدقة في الميكانيكا الكلاسيكية في بعض الحالات. تنبأت الميكانيكا الكلاسيكية بسرعة متفاوتة من الضوء، والتي لا يمكن حلها بالسرعة الثابتة التي تتنبأ بها معادلات ماكسويل الكهرومغناطيسية؛ تم تسليم هذا التناقض من خلال نظرية النسبية الخاصة لآينشتاين، والتي حلت محل الميكانيكا الكلاسيكية للأجسام سريعة الحركة والسماح لسرعة ثابتة من الضوء. قدمت إشعاعات الجسم الأسود معضلة أخرى للفيزياء الكلاسيكية، والتي تم تسليمها عندما اقترح بلانك حتى إثارة مذبذبات المواد غير ممكن إلا في خطوات منفصلة تتناسب مع ترددها؛ هذا، إلى جانب التأثير الكهروضوئي ونظرية كاملة تتنبأ بمستويات الطاقة المنفصلة للمدارات الإلكترونية، أدى إلى نظرية ميكانيكا الكم التي تولت من الفيزياء الكلاسيكية بمقاييس صغيرة للغاية. سيأتي دور ميكانيكا الكم بواسطة فيرنر هايزنبرغ، إرفين شرودنغر وبول ديراك. من هذا العمل المبكر، والعمل في المجالات ذات الصلة، تم اشتقاق النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. بعد اكتشاف جسيم له خصائص تتوافق مع بوزون هيجز في سيرن في عام 2012، يظهر حتى جميع الجزيئات الأساسية التي تنبأ بها النموذج القياسي، وليس غيرها، موجودة؛ ومع ذلك، فإن الفيزياء خارج النموذج القياسي، مع نظريات مثل التناظر الفائق، هي مجال نشط للبحث. مجالات الرياضيات بشكل عام مهمة في هذا المجال، مثل دراسة الاحتمالات والمجموعات.

فلسفة الفيزياء

في نواح كثيرة، تنبع الفيزياء من الفلسفة اليونانية القديمة. من محاولة تاليس الأولى لتوصيف المادة، إلى ديموقريطوس، وفهم الفلك البطلمي الخاص بمركزية الأرض، وكتاب فيزياء أرسطو(كتاب مبكر عن الفيزياء، والذي حاول تحليل وتحديد الحركة من وجهة نظر فلسفية)، قدم الكثير من الفلاسفة اليونانيين نظرياتهم الخاصة للطبيعة. عهدت الفيزياء بالفلسفة الطبيعية حتى أواخر القرن الثامن عشر.

بحلول القرن التاسع عشر، أصبحت الفيزياء تخصصًا متميزًا عن الفلسفة والعلوم الأخرى. تعتمد الفيزياء، كما هوالحال مع بقية العلوم، على فلسفة العلوم و"طريقتها الفهمية" لتعزيز معهدتنا بالعالم المادي. توظف الطريقة الفهمية المنطق المسبق وكذلك المنطق الخلفي واستخدام الاستدلال البايزي لقياس صحة نظرية ما.

لقد أجاب تطور الفيزياء عن الكثير من أسئلة الفلاسفة الأوائل، ولكنه أثار أيضًا أسئلة جديدة. تتضمن دراسة المسائل الفلسفية المحيطة بالفيزياء، وفلسفة الفيزياء، قضايا مثل طبيعة المكان والزمان، والحتمية، والتسقطات الميتافيزيقية مثل التجريبية، والواقعية.

خط الكثير من فهماء الفيزياء عن الآثار الفلسفية لعملهم، على سبيل المثال لابلاس، الذي دافع عن الحتمية السببية،وإرفين شرودنغر، الذي خط عن ميكانيكا الكم. كان الفيزيائي الرياضي روجر بنروز قد أطلق عليه ستيفن هوكينج، وهورأي يناقشه بينروز في كتابه "الطريق إلى الواقع". أشار هوكينج إلى نفسه على أنه "مختزل لا يخجل" وأثار معضلة بينروز.

المجالات الأساسية

بينما تعمل الفيزياء على تفسير القوانين الطبيعة بوجه عام تفسر جميع نظرية منها مجالا محصورا. فمثلا نجد حتى قوانين الميكانيكا الكلاسيكية تصف بدقة أنظمةقد يكون حجمها أكبر من الذرة وتكون السرعات فيها أقل بكثير عن سرعة الضوء. أما خارج تلك الحدود فنجد حتى المشاهدة لا تتطابق مع الحسابات.

وساهم ألبرت أينشتاين بصياغته النسبية الخاصة عام 1905 التي تبين عدم وجود مكان مطلقا أوزمن مطلق وربطت بين الاثنين فيما يسمى الزمكان للأنظمة التي تكون السرعات فيها قريبة من سرعة الضوء (300.000 كيلومتر في الثانية). ثم اتىت أعمال ماكس بلانك وإرفين شرودنغر، وفرنر هايزنبرج وأدخلت ميكانيكا الكم، وهي تصف احتمالات تفاعلات الجسيمات تحت الذرية واستطاعت حتى تعطي وصفا دقيقا للطبيعة للذرة وطبيعة الجسيمات الأولية.

وبعد ذلك وحدت نظرية الحقل الكمومي بين ميكانيكا الكم ونظرية النسبية الخاصة. وتصف نظرية النسبية العامة (عام 1915) الحركة في زمكان منحني وهي تصف بدقة الأنظمة الكبيرة الكتلة على مستوي النجوم والمجرات في الكون.

ولم ينجح حتى الآن ربط نظرية النسبية العامة مع النظريات الأخرى، ولكن الفهماء يعملون على هذا الطريق أي ربط النظرية النسبية العامة (وهي نظرية الأنظمة الكبيرة جدا) مع نظرية الكم (وهي النظرية التي تصف الأنظمة الذرية وتحت الذرية) وتوجد حاليا عدة نظريات مقترحة للجاذبية الكمومية ولكن الأمر لم يفصل بعد.

الفيزياء الكلاسيكية

تضم الفيزياء الكلاسيكية الفروع والمواضيع التقليدية التي تم الاعتراف بها وتطويرها جيدًا قبل بداية القرن العشرين (الميكانيكا الكلاسيكية، الصوتيات، البصريات، الديناميكا الحرارية، والكهرومغناطيسية). تهتم الميكانيكا الكلاسيكية بالأجسام التي تعمل بواسطة القوى والأجسام المتحركة ويمكن تقسيمها إلى الإستاتيكا (دراسة القوى على الجسم أوالهيئات التي لا تخضع لتسارع)، الكينماتيكا (دراسة الحركة دون النظر إلى أسبابها)، والديناميكا (دراسة الحركة والقوى التي تؤثر عليه)؛ يمكن أيضًا تقسيم الميكانيكا إلى ميكانيكا صلبة وميكانيكا الموائع (المعروفة معًا باسم ميكانيكا الاستمرارية)، وتضم هذه الأخيرة فروعًا مثل الهيدروستاتيكا، وهيدروديناميكا الماء، والديناميكا الهوائية، وفهم النيوماتيك. الصوتيات هي دراسة كيفية إنتاج الصوت والتحكم فيه ونقله واستقباله. تضم الفروع الحديثة المهمة للصوتيات الموجات فوق الصوتية ودراسة الموجات الصوتية عالية التردد التي تتجاوز نطاق السمع البشري؛ الصوتيات الحيوية، فيزياء المكالمات والسمع الحيوانية، والصوتيات الكهربائية، والتلاعب بالموجات الصوتية المسموعة باستخدام الإلكترونيات.فهم البصريات، دراسة الضوء، لا يتعلق فقط بالضوء المرئي ولكن أيضًا بالأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية، والتي تظهر جميع ظواهر الضوء المرئي باستثناء الرؤية، على سبيل المثال، الانعكاس، الانكسار، التداخل، الحيود، التشتت، واستقطاب الضوء. الحرارة هي شكل من أشكال الطاقة، الطاقة الداخلية التي تمتلكها الجزيئات التي تتكون منها المادة؛ الديناميكا الحرارية تتعامل مع العلاقات بين الحرارة وغيرها من أشكال الطاقة. تمت دراسة الكهرباء والمغناطيسية كفرع واحد للفيزياء منذ اكتشاف العلاقة الوطيدة بينهما في أوائل القرن التاسع عشر؛ ينتج عن التيار الكهربائي مجال مغناطيسي، ويحدث المجال المغناطيسي المتغير تيارًا كهربائيًا. تتعامل الإلكتروستاتيات مع الشحنات الكهربية أثناء السكون، والديناميكا الكهربائية ذات الشحنات المتحركة، والكهرباء المغناطيسية مع الأقطاب المغناطيسية الباقي.

الميكانيكا الكلاسيكية

تصف الميكانيكا الكلاسيكية القوى التي تؤثر على حالة الأجسام المادية وحركتها. وغالبا ما يشار إليها باسم "المِيكانيكا النيُوتُنية" نسبة إلى إسحاق نيوتن وقوانينه في الحركة. تتفرع الميكانيكا الكلاسيكية إلى؛ فهم السكون أو"الإستاتيكا" وهويصف الأجسام ساكنة وشروط توازنها، وفهم الحركة أو"الكينماتيكا" وهويهتم بوصف حركة الأجسام دون النظر إلى مسبباتها، وفهم التحريك أو"الديناميكا" الذي يفهم حركة الأجسام وماهية القوى المسببة لها. تقوم الميكانيكا الكلاسيكية بشكل أولي على افتراض حتى الجسم المادي المراد دراستهقد يكون صلبًا وفي شكل نقطة (أي حتى الأبعاد بين النقاط المكونة للجسم لا تتغير مع الزمن). وتتولى على صعيد آخر، الميكانيكا الاستمرارية وصف المادة المتصلة والمستمرة مثل الأجسام الصلبة والسائلة والغازية، وهي تنقسم بدورها إلى قسمين؛ ميكانيكا المواد الصلبة وميكانيكا الموائع. وتدرس ميكانيكا المواد الصلبة سلوك هذه الأجسام أمام عوامل عديدة مثل الضغط وتغير درجة الحرارة والتذبذب، وغيرها. فيما تدرس ميكانيكا الموائع فيزيائية السوائل والغازات، وهي تتناول مواضيع كثيرة منها توازن السوائل في الهيدروستاتيكا، وتدفقها في الهيدروديناميكا، وحركة الغازات وانتشارها إلى جانب تأثيرها على السطوح والأجسام المتحركة في الديناميكا الهوائية.

أحد المفاهيم الهامة في الميكانيكا الكلاسيكية هي مبادئ حفظ زخم الحركة والطاقة، وقد دفع هذا الأمر إلى إعادة الصياغة الرياضية لقوانين نيوتن للحركة في ميكانيكا لاجرانج وميكانيكا هاملتون باعتماد هذه المبدئ. وتقف الصياغتان الميكانيكية في وصف سلوك الأجسام على نفس المقدار من الدقة، ولكن بطريقة مستقلة عن منظومة القوى المسلطة عليها والتي تكون بعض الأحيان غير عملية في تشكيل معادلات الحركة.

تعطينا الميكانيكا الكلاسيكية نتائج وتنبوات رقمية ذات دقة عالية، تتماشى مع المشاهدة، وذلك بنسبة لأنظمة ذات أبعاد عادية وضمن مجال سرعات تقل بكثير عن سرعة الضوء. أما عندما تكون الأجسام موضع الدراسة جسيمات أولية أوحتى سرعتها عالية، تكاد تقارب من سرعة الضوء، فهنا تحل محل الميكانيكا الكلاسيكية تباعا الميكانيكا الكمومية والميكانيكا النسبية. ومع ذلك تجد الميكانيكا الكلاسيكية مجالا لتطبيقها في وصف سلوك أنظمة دقيقة، عملى سبيل المثال في النظرية الحركية للغازات وضغط الغاز تسري القوانين التي تحكم حركة أجسام ذات حجم العادي على الجزيئات المكونة للغازات وهوما يُمَكن من استنتاج خصائص عيانية مثل درجة الحرارة والضغط والحجم. وفي أنظمة عالية التعقيد يمكن فيها لتغييرات طفيفة حتى تنتج آثارًا كبيرة (مثل الغلاف الجوي أومسألة الأجسام الثلاثة) تصير قدرة معادلات الميكانيكا الكلاسيكية على التنبئ محدودة. وتختص بدراسة هذه الأنظمة، التي توصف بأنها لاخطية، نظرية الشواش.

أوجدت قوانين الميكانيكا الكلاسيكية نظرة موحدة وشاملة لظواهر طبيعية قد تبدوظاهريًا غير متصلة، مثل وقوع تفاحة من غصن شجرة أودوران القمر حول الأرض. عملى سبيل المثال؛ قوانين كيبلر لحركة الكواكب، أوالسرعة التي يجب حتى يبلغها صاروخ للتحرر من حقل الجاذبية الأرضية (سرعة الإفلات)، يمكن استنتاجهما رياضيًا من قانون نيوتن العام للجاذبية. وقد ساهمت هذه الفكرة ومفادها حتى التوصل لقوانين كليّة يمكنها وصف الظواهر الكونية على اختلافها أمر ممكن، إلى بروز الميكانيكا الكلاسيكية كعنصر هام في الثورة الفهمية وذلك خلال القرنين السابع والثامن عشر.

قوانين نيوتن في الحركة

تعد قوانين نيوتن في الحركة أحد أبرز قوانين وأساس الميكانيكا الكلاسيكية، وهي تعبير عن ثلاثة قوانين وتربط هذه القوانين القوى المؤثرة على الجسم وحركته. وضعها إسحاق نيوتن ليصف حركة الأجسام والكثير من الظواهر الفيزيائية. يصف قانون نيوتن الأول على أنه إذا كانت القوة المحصلة (المجموع الاتجاهي للقوى المؤثرة على الجسم) تساوي صفر، فإن سرعة الجسم تكون ثابتة. تعتبر السرعة كمية متجهه حيث يتم التعبير عنها مقدارا وهي سرعة الجسم واتجاها وهواتجاه حركة الجسم. عندما نقول حتى سرعة الجسم ثابتة فإننا نعني حتى كلا من المقدار والاتجاه ثابتين. ويمكن وصفه رياضيا:

${\displaystyle \sum \mathbf {F =0\;\Leftrightarrow \;{\frac {\mathrm {d \mathbf {v {\mathrm {d t =0.$

أما قانون نيوتن الثاني فينص على إذا أثرت قوة على جسم ما فإنها تكسبه تسارعاً، يتناسب طردياً مع قوته وعكسياً مع كتلته. يمكن التعبير عن القانون الثاني باستخدام تسارع الجسم. يتم تطبيق القانون الثاني على الأنظمة ثابتة الكتلة لذا فإن m تكون كمية ثابتة وبالتالي لا تدخل في نطاق عملية التفاضل طبقا لنظرية المعامل الثابت في التفاضل:

${\displaystyle \mathbf {F =m\,{\frac {\mathrm {d \mathbf {v {\mathrm {d t =m\mathbf {a ,$

حيث F هي القوة المحصلة، m هي كتلة الجسم وa هي تسارع الجسم. القوة المؤثرة على الجسم ينتج عنها تسارع في حركة الجسم ويمكن التعبير عنها أيضا أنه إذا كان الجسم في حالة تسارع فإنه يؤثر عليه قوة.

وأخيرا قانون نيوتن الثالث ينص على حتى لكل قوة عمل قوة رد عمل، مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه. القانون الثالث ينص على جميع القوى بين جسمين وتكون متساوية في المقدار ومتضادة في الاتجاه: إذا عثر جسم A يؤثر بقوة FA لجسم آخر B يؤثر بقوة FB على الجسم A والقوتين متساويتان في المقدار ومتضادتان في الاتجاه FA = −FB.

الكهرومغناطيسية

تدرس الكهرومغناطيسية التأثيرات الذي تتم بين الجسيمات المشحونة وبين المجالات الكهربائية والمجالات المغناطيسية. ويمكن تقسيم الكهرومفناطيسية إلى؛ كهرباء ساكنة أو"إلكتروستاتيكا" وهي تدرس الشحنات والمجالات الكهربائية الساكنة، و"إلكتروديناميكا" وهويصف التفاعل بين الشحنات المتحركة والإشعاع الكهرومغناطيسي. ومع حتى الفهم بالكهرباء والمغناطيسية تطورت منذ القدم بشكل منفصل، فقد توصلت النظرية الكلاسيكية للكهرومغناطيسية، خلال القرنين الثامن والتاسع عشر، إلى تحديد العلاقة بين الظاهرتين من خلال قانون لورنتز ومعادلات ماكسويل. فقد تمكن ماكسويل من خلال اشتقاقه لأربعة معادلات تفاضلية من وصف الموجات الكهرومغناطيسية وفهم الطبيعة الموجية للضوء.

تهتم الكهرباء الساكنة بدراسة الظواهر المرتبطة بالأجسام المشحونة في حالة السكون، والقوى التي توجهها على بعضها البعض كما يصفها قانون كولوم. ويمكن تحليل سلوك هذه الأجسام من تجاذب أوتنافر من خلال فهم القطبية والمجال الكهربائي المحيط بها، حيثقد يكون متناسباً مع مقدار الشحنة والأبعاد التي تفصلها. للكهرباء الساكنة عدة تطبيقات، بدءاً من تحليل الظواهر الكهرومغناطيسية مثل العواصف الرعدية إلى المكثفات التي تستعمل الهندسة الكهربائية.

وعندما تتحرك الأجسام المشحونة كهربيًا في مجال كهرومغناطيسي فإنها تنتج مجالاً مغناطيسياً يحيط بها فتختص الديناميكا الكهربائية بوصف الأثار التي تنتج عن ذلك من مغناطيسية وإشعاع كهرومغناطيسي وحث كهرومغناطيسي. وتنطوي هذه المواضيع ضمن ما يعهد بالديناميكا الكهربائية الكلاسيكية، حيث تشرح معادلات ماكسويل هذه الظواهر بطريقة جيدة وعامة، وتؤدي هذه النظريات إلى تطبيقات مهمة ومنها المولدات الكهربائية والمحركات الكهربائية. وفي العشرينيات من القرن العشرين، ظهرت نظرية الديناميكا الكهربائية الكمومية وهي تتضمن قوانين ميكانيكا الكم، وتصف التفاعل بين الإشعاع الكهرومغناطيسي والمادة عن طريق تبادل الفوتونات. وهناك صياغة نسبية تقدم تسليمات لحساب حركة الأجسام التي تسير بسرعات تقارب سرعة الضوء، والتي تظهر بشكل مباشر في معجلات الجسيمات والأنابيب الكهربائية التي تحمل فروق جهد وتيارات كهربائية عالية.

تعتبر القوى والظواهر الناجمة عن الكهرومغناطيسية من أكثر الأمور المحسوسة في حياتنا اليومية بعد تلك التي تسببها الجاذبية. عملى سبيل المثال، الضوء تعبير عن موجة كهرومغناطيسية مرئية تشع من جسيمات مَشحونة ومُعَجلة، وتجد مبادئ الكهرومغناطيسية إلى يومنا هذا الكثير من التطبيقات التقنية والطبية، وما الأجهزة الكهربائية مثل الراديو، والمرناة، والهاتف، والقطارات المغناطيسية المعلقة، والألياف البصرية، وأجهزة الليزر إلا بضع أمثلة عن هذه التطبيقات التي صنعت تقدمًا نوعيًا في تاريخ البشرية.

الديناميكا الحرارية والميكانيكا الإحصائية

تختص الديناميكا الحرارية أو"الثرموديناميك" بدراسة انتنطق الطاقة وتحولها في النّظم الفيزيائية، والعلاقة بين الحرارة والعمل والضغط والحجم. تقدم الديناميكا الحرارية الكلاسيكية وصفا عيانيا لهذه الظواهر دون الخوض في التفاصيل مجهرية الكامنة ورائها. فيما تخوض الميكانيكا الإحصائية في تحليل السلوك المعقد للمكونات المجهرية (ذرات، جزيئات) وتستنج منها كَمِيًا الخصائص العيانية للنظام وذلك بواسطة طرق إحصائية. وضعت أسس الديناميكا الحرارية خلال القرنين الثامن والتاسع عشر، وذلك نتيجة للحاجة الملحة في زيادة كفاءة المحركات البخارية.

يتأسس فهم ديناميكية الطاقة والمتغيرات في نظام معين على أربعة مبادئ أساسية تسمى قوانين الديناميكا الحرارية. وتعمل معادلات الحالة على تحديد العلاقة بين نوعين من متغيرات العيانية التي تعهد حالة الأنظمة؛ متغيرات الامتداد مثل الكتلة والحجم والحرارة، ومتغيرات الشدّة مثل الكثافة ودرجة الحرارة والضغط والكمون الكيميائي. ويمكن من خلال قياس هذه المتغيرات التعهد إلى حالة التوازن أوالتحول التلقائي في النظام.

ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على مبدئ حفظ الطاقة، وذلك بأن التغير في الطاقة الداخلية لنظام مغلق وساكن، يساوي كمية الطاقة المتبادلة مع الوسط الخارجي على شكل حرارة أوعمل. فيما ينص القانون الثاني على حتى الحرارة لا يمكنها المرور بكيفية تلقائية من جسم ذي درجة حرارة منخفضة إلى آخر ذي درجة حرارة مرتفعة بدون الإتيان بشغل. وذلك يعني أنه من غير الممكن الحصول على شغل دون حتى تفقد منه كمية على شكل الحرارة. وتوصل لهذين القانونين الفيزيائي الفرنسي سادي كارنوفي بداية القرن التاسع عشر. وفي سنة 1865، أدخل الفيزيائي الألماني رودلف کلاوزیوس دالة الاعتلاج، ومن خلالها يصاغ القانون الثاني على حتى "التحول التلقائي في نظام معين لا يمكن حتى يتحقق بدون حتى ترتفع هذه القيمة فيه وفيما حوله". يُعبر الاعتلاج، من وجهة نظر عيانية، على عدم إمكانية تسخير جميع الطاقة في نظام ما للقيام بعمل ميكانيكي. وتصفها الميكانيكا الإحصائية على أنها قياس لحالة الفوضى للمكونات المجهرية للنظام من ذرات وجزيئات.

تتكتسي الديناميكا الحرارية أهمية كبرى في الكثير من المجالات؛ في الكيمياء والهندسة الكيميائية وفهم الأحياء وإنتاج الطاقة والتبريد. عملى سبيل المثال، يمكن للديناميكا الحرارية تفسير الأسباب التي تجعل بعض التفاعلات الكيميائية تتم من تلقاء نفسها، فيما لا يمكن ذلك للبعض الآخر.

الفيزياء الحديثة

تهتم الفيزياء الكلاسيكية عمومًا بالمادة والطاقة على النطاق الطبيعي للمراقبة، بينما تهتم الكثير من أفرع الفيزياء الحديثة بسلوك المادة والطاقة في ظل الظروف القاسية أوعلى نطاق كبير جدًا أوصغير جدًا. على سبيل المثال، دراسات الفيزياء الذرية والنووية تهم على نطاق صغير يمكن من خلاله تحديد العناصر الكيميائية. فيزياء الجسيمات الأولية تكون على نطاق أصغر لأنها تهتم بأبسط وحدات المادة؛ يُعهد هذا الفرع من الفيزياء أيضًا باسم فيزياء الطاقة العالية بسبب الطاقات العالية للغاية اللازمة لإنتاج الكثير من أنواع الجزيئات في مسرعات الجسيمات. على هذا المقياس، لم تعد المفاهيم العادية المنطقية للفضاء والوقت والمادة والطاقة صالحة.

تقدم نظريتان رئيسيتان للفيزياء الحديثة صورة مختلفة عن مفاهيم الفضاء والوقت والمادة عن تلك التي تقدمها الفيزياء الكلاسيكية. تقارب الميكانيكا الكلاسيكية الطبيعة باعتبارها مستمرة، في حين تهتم نظرية الكم بالطبيعة المنفصلة للعديد من الظواهر على المستوى الذري ودون الذري ومع الجوانب التكميلية للجزيئات والأمواج في وصف هذه الظواهر. تهتم نظرية النسبية بوصف الظواهر التي تحدث في إطار مرجعي يتحرك بالنسبة للمراقب؛ تتعلق نظرية النسبية الخاصة بالحركة في غياب حقول الجاذبية ونظرية النسبية العامة بالحركة وعلاقتها بالجاذبية. كلا نظرية الكم ونظرية النسبية تجد تطبيقات في جميع مجالات الفيزياء الحديثة.

النسبية

نظرية النسبية هي بنية رياضية أكثر عمومية من تلك التي تأسست عليها الميكانيكا الكلاسيكية، وتصف حركة الأجسام بسرعات تقارب سرعة الضوء، أوأنظمة ذات كُتلٍ هائلة، وتشتمل على شقين هما نظرية النسبية الخاصة ونظرية النسبية العامة.

اقترح نظرية النسبية الخاصة الفيزيائي الألماني ألبرت أينشتاين، سنة 1905، في ورقة بحثية شهيرة بعنوان "حول الديناميكا الكهربائية للأجسام المتحركة" بناء على المساهمات الهامة لهندريك لورنتس وهنري بوانكاريه. ويتطرق هذا الموضوع إلى حتى نظرية النسبية الخاصة تجد حلا لعدم الاتساق بين معادلات ماكسويل والميكانيكا الكلاسيكية. وتقوم النظرية على مسلمتين هما؛ حتى القوانين الفيزيائية لا تتغير بتغير الإطار المرجعي العطالي للنظم، وأن سرعة الضوء في الفراغ هي مقدار ثابت وغير متصل بحركة مصدر الضوء أوبالمشاهد. الدمج بين هاتين المسلمتين يقود إلى افتراض علاقة بين أمرين منفصلين في الميكانيكا الكلاسيكية، وهما المكان والزمان ويجمع بينهما في بنية تسمى الزمكان.

إحدى التدعيات الهامة للنسبية الخاصة، والتي تبدومخالفة للبديهة وإن كانت أثبتتها عدة تجارب، هي انعدام مكان أوزمان مطلق، أي منفصل عن الإطار المرجعي للمشاهد (ومن هنا يأتي مصطلح النسبية). وهذا يعني حتى الكتلة والأبعاد والزمن تتغير بتغير سرعة الجسم، وذلك ملائمةً لثبات سرعة الضوء. قد تكون هذه الظواهر غير محسوسة بمجال السرعات في حياتنا اليومية وتبقى بذلك قوانين نيوتن سارية، ولكنها تصير ذات تأثير لا يستهان به عندما ترتفع السرعة وتقارب سرعة الضوء.

ومن أبرز النتائج الأخرى مبدئ التكافئ بين المادة والطاقة، وهوأمر تعبر عنه بشكل بليغ أحد أشهر المعادلات الفيزيائية:

حيث E هي الطاقة، وm هي الكتلة، وc هي سرعة الضوء في الفراغ (2 فوق سرعة الضوء تعني حتى الطاقة تتناسب طرديًا مع مربع هذه السرعة). بعبارة أخرى تُنبئنا هذه الصيغة الرياضية حتى لكل جسم ذي كتلةٍ طاقةٌ مرتبطة به، والعكس بالعكس.

النسبية العامة هي نظرية ذات طابع هندسي، توصل إليها ألبرت أينشتاين بشكل منفرد ونشرها في 15\1916، وذلك بأنه قام بتوحيد النسبية الخاصة وقانون نيوتن العام للجاذبية. تنص هذه النظرية على حتى الجاذبية يمكن وصفها على أنها انحناء في بنية الزمكان تسببه الكتلة أوالطاقة. على الصعيد الرياضي، تتميز النسبية العامة عن غيرها من النظريات الحديثة التي تصف الجاذبية بأنها تستعمل معادلات أينشتاين للمجال لوصف محتوى الزمكان من مادة أوطاقة وأثر ذلك على انحنائه. وتعتمد في ذلك بشكل أساسي على مُوَتر الإجهاد-الطاقة، وهوكائن هندسي يصف عبر مكوناته عدة كميات فيزيائية مثل الكثافة، والتدفق، والطاقة، والزخم، والزمكان. ويمكن القول بطريقة مبسطة، حتى موتر الإجهاد-الطاقة هوسبب وجود مجال تثاقلي في زمكان معين وذلك بشكل أعم من ما تعمله الكتلة وحدها في قانون نيوتن الكلاسيكي للجاذبية.

من أول المشاهدات التي أكدت على صحة نظرية النسبية العامة، هوتمكنها من احتساب أوج بدارية كوكب عطارد الشاذة، بدقة فشلت في تحقيقها المكانيكا الكلاسيكية. وفي سنة 1919، قام الفلكي الإنجليزي آرثر ستانلي إيدينجتون بمشاهدة انزياح ضوء النجوم القريبة من قرص الشمس خلال الكسوف، ليأكد تنبؤ النسبية العامة بانحناء الضوء تحت تأثير مجال تثاقلي تحدثه أجسام فائقة الكتلة. وفي وقت لاحق بدأت تتراءى الكثير من التداعيات لهذه النظرية في فهم الكون والتي أكدت بعضها المشاهدات، ولكنها لا تزال موضع جدال، ومنها تنبؤ حلول معادلات أينشتاين بالانفجار العظيم، وتوسع الكون، وطاقة الفراغ، والثقوب السوداء.

ميكانيكا الكم

تتعامل الميكانيكا الكمومية مع نظم ذات أحجام ذرية أوتحت الذرية؛ مثل الجزيئات والذرات والإلكترونات والبروتونات وغيرها من الجسيمات الأولية. وقد أدت بعض الصعوبات التي قابلت الميكانيكا الكلاسيكية في أواخر القرن التاسع عشر، مثل إشكالية إشعاع الجسم الأسود واستقرار الإلكترونات على مداراتها، إلى التفكير بأن جميع أشكال الطاقة تتنقل على شكل حزم متبترة غير قابلة للتجزئة، وتسمى كُمُومَات أو"كوانتوم". وقد قام بتشكيل هذا المفهوم، الفيزيائي الألماني ماكس بلانك سنة 1900، وقدم من خلاله ألبرت أينشتاين تفسيرًا للتأثير الكهروضوئي والذي يتبين من خلاله بأن الموجات الكهرومغناطيسية تتصرف في بعض الأحيان بكيفية تشبه تصرف الجسيمات.

وضعت مبادئ الميكانيكا الكمومية خلال العشرينات من القرن الماضي، من قبل مجموعة متميزة من الفيزيائيين. في سنة 1924، توصل لويس دي بروليه إلى إدراك حتى الأجسام أيضا يمكنها حتى تتصرف على أنها موجات، وهوما يعبر عنه بمثنوية الموجة والجسيم. وقدمت على خلفية ذلك صياغتان رياضيتان مختلفتان وهما؛ الميكانيكا الموجية التي وضعها إرفين شرودنغر وهي تنطوي على استخدام كائن رياضي يسمى دالة الموجة، يصف احتمال وجود جسيم في بقعة ما من الفضاء وميكانيكا المصفوفات التي أنشأها فيرنر هايزنبرغ وماكس بورن، وهي تصف الجسيمات على أنها مصفوفات تتغير مع الزمن. ومع حتى هذه الأخيرة لا تشير إلى دالة موجة أومفاهيم مماثلة، إلا أنها تتوافق مع معادلة شرودنغر ومع الملاحظات التجريبية. وقد شكل مبدأ عدم اليقين الذي صاغه هايزنبرغ في سنة 1927 أحد أبرز مبادئ الميكانيكا الكمومية، وهوينص على محدودية قدرتنا في قياس خاصيتين معينتين لجسيم ما في نفس الوقت وبدرجة عالية من الدّقة. ويضع هذا حدًا لمبدأ الحتمية المطلقة الذي يشير إلى إمكانية التنبؤ بشكل دقيق بحالة نظام انطلاقا من حالته السابقة، حيث حتى الظواهر الكمومية لا يمكن تفسيرها إلا بطريقة احتمالية. وقد أدى هذا الأمر إلى جدال فهمي كبير دار بين أعظم فيزيائيي القرن العشرين، بما فيهم ألبرت أينشتاين الذي عارض هذا التفسير الاحتمالي بالرغم من إسهاماته الهامة في تأسيس الميكانيكا الكمومية.

وفي سنة 1928، قام الفيزيائي البريطاني بول ديراك بوضع الميكانيكا الكمومية بصيغتيها الموجية والخطية (المصفوفات) ضمن صياغة أضم في إطار نظرية النسبية الخاصة. وقد تنبأت صياغته بوجود الجسيمات المضادة. وتم تأكيد هذا الأمر تجريبيا سنة 1932، باكتشاف مضاد الإلكترون أوالبوزيترون.

لاقت للميكانيكا الكمومية نجاحاً كبيرًا في تفسير الكثير من الظواهر مثل الليزر وشبه الموصلات، وقد نجمت عنها تطبيقات تقنية مهمة، على غرار الصمام الثنائي والترانزستور، التي تعتبر حجر الأساس في الإكترونيات الحديثة. وفي الكيمياء، يعتمد جزء كبير من فهم ديناميكا وبنية الجزيئات، والكيفية التي تتفاعل بها، وتكوين الروابط الكيميائية على دالة الموجة. كما تعتمد الكيمياء الحاسوبية على النظريات الكمومية في أدائها الرياضاتي، لتحليل ومحاكات نتائج التجارب الكيميائية. أما في فهم الأحياء، فقد تمكنت الميكانيكا الكمومية من تفسير الآلية التي يحدث بها تحويل الطاقة خلال التمثيل الضوئي في النباتات وبعض صنوف البكتيريا، وكذلك عملية الإبصار لدى الحيوانات. ويعمل الباحثون في الوقت الحاضر على الكثير من التطبيقات الأخرى المستقبلية في المعلوماتية، مثل الترميز الكمومي والحاسوب الكمومي.

العلاقة مع المجالات الأخرى

الحقول الأساسية

توفر الرياضيات لغة مدمجة ودقيقة تستخدم لوصف الترتيب في الطبيعة. لوحظ هذا ودافع عنه فيثاغورس،أفلاطون،غاليليو،ونيوتن.

تستخدم الفيزياء الرياضيات لتنظيم وصياغة النتائج التجريبية. من هذه النتائج، يتم الحصول على حلول دقيقة أومقدرة، نتائج كمية يمكن من خلالها التنبؤات الجديدة وتأكيدها أوإنكارها تجريبياً. النتائج من تجارب الفيزياء هي بيانات رقمية، مع وحدات القياس وتقديرات الأخطاء في القياسات. جعلت التقنيات القائمة على الرياضيات، مثل الحساب، الفيزياء الحاسوبية مجالًا نشطًا للبحث.

فهم الوجود هوشرط أساسي للفيزياء، ولكن ليس للرياضيات. وهذا يعني حتى الفيزياء تهتم في النهاية بتوصيفات العالم الواقعي، بينما تهتم الرياضيات بأنماط مجردة، حتى خارج العالم الحقيقي. إلى غير ذلك تكون البيانات الفيزيائية هجريبية، بينما تكون البيانات الرياضية تحليلية. تحتوي الرياضيات على فرضيات، بينما تحتوي الفيزياء على نظريات. يجب حتى تكون عبارات الرياضيات سليمة منطقيا فقط، في حين حتى تنبؤات بيانات الفيزياء يجب حتى تتطابق مع البيانات الملاحظة والتجريبية.

التمييز واضح، لكن ليس دائمًا واضح. على سبيل المثال، الفيزياء الرياضية هي تطبيق الرياضيات في الفيزياء. طرقها رياضية، ولكن موضوعها مادي. تبدأ المشكلات في هذا الحقل ب"نموذج رياضي للحالة المادية" (نظام) و"وصف رياضي لقانون مادي" سيتم تطبيقه على هذا النظام. جميع تعبير رياضية تستخدم للحل لها معنى مادي يصعب العثور عليه. الحل الرياضي النهائي له معنى يسهل العثور عليه، لأنه ما يبحث عنه المحلل.

الفيزياء هي فرع من العلوم الأساسية، وليس العلوم التطبيقية. تسمى الفيزياء أيضًا "الفهم الأساسي" لأن موضوع دراسة جميع فروع العلوم الطبيعية مثل الكيمياء وفهم الفلك والجيولوجيا والبيولوجيا مقيدة بقوانين الفيزياء، على غرار كيفية تسمية الكيمياء في كثير من الأحيان بالفهم المركزي بسبب دورها في ربط العلوم الفيزيائية. على سبيل المثال، تدرس الكيمياء خواص المادة وهياكلها وردود أفعالها (هجريز الكيمياء على المقياس الذري يميزها عن الفيزياء). تتشكل الهياكل لأن الجزيئات تمارس قوى كهربائية على بعضها البعض، وتضم الخصائص الفيزيائية لمواد معينة، وتكون التفاعلات ملزمة بقوانين الفيزياء، مثل الحفاظ على الطاقة والكتلة والشحنة.

يتم تطبيق الفيزياء في صناعات مثل الهندسة والطب.

التطبيق والتأثير

تعتبر الفيزياء التطبيقية مصطلحًا عامًا لأبحاث الفيزياء وهومخصص لاستخدام معين. يحتوي منهج الفيزياء التطبيقية عادةً على عدد قليل من الفصول في تخصص تطبيقي، مثل الجيولوجيا أوالهندسة الكهربائية. عادة ما يختلف عن الهندسة في حتى الفيزيائي التطبيقي قد لا يصمم شيئًا خاصًا، بل يستخدم الفيزياء أوإجراء أبحاث الفيزياء بهدف تطوير تكنولوجيات جديدة أوحل مشكلة.

النهج مماثل لنهج الرياضيات التطبيقية. يستخدم فهماء الفيزياء التطبيقية الفيزياء في البحث الفهمي. على سبيل المثال، قد يسعى الأشخاص الذين يعملون في فيزياء التسارع إلى بناء أجهزة الكشف عن الجسيمات بشكل أفضل للبحث في الفيزياء النظرية.

تستخدم الفيزياء بكثافة في الهندسة. على سبيل المثال، يتم استخدام فهم السكون، وهوحقل فرعي من الميكانيكا، في بناء الجسور والهياكل الثابتة الأخرى. يؤدي فهم الصوتيات واستخدامها إلى التحكم في الصوت وقاعات الحفلات الموسيقية بشكل أفضل؛ وبالمثل، فإن استخدام البصريات يخلق أجهزة بصرية أفضل. إذا فهم الفيزياء يجعل أجهزة محاكاة الطيران أكثر واقعية وألعاب الصوت والصورة والأفلام، وغالبًا ماقد يكون حاسمًا في التحقيقات الجنائية.

مع الإجماع القياسي على حتى قوانين الفيزياء عالمية ولا تتغير مع مرور الوقت، يمكن استعمال الفيزياء لدراسة الأمور التي عادة ما تكون غارقة في عدم اليقين. على سبيل المثال، في دراسة أصل الأرض، يمكن للمرء حتى يصور بشكل معقول كتلة الأرض ودرجة الحرارة ومعدل الدوران، كدالة من الزمن تسمح للشخص باستقراء للأمام أوللخلف في الوقت المناسب وبالتالي تسقط الأحداث المستقبلية أوالسابقة. كما يسمح بإجراء عمليات محاكاة في الهندسة والتي تسرع بشكل كبير من تطوير تقنية جديدة.

ولكن هناك أيضًا الكثير من المجالات المتعددة في أساليب الفيزيائي، حيث تتأثر الكثير من المجالات الهامة الأخرى بالفيزياء (على سبيل المثال، مجالات الفيزياء الإيكولوجية والفيزياء الاجتماعية).

البحث

الطريقة الفهمية

يستخدم الفيزيائيون المنهج الفهمي لاختبار صحة النظرية الفيزيائية. باستخدام المنهجية لمقارنة الآثار المترتبة على نظرية ما مع الاستنتاجات المستخلصة من التجارب والملاحظات ذات الصلة،قد يكون الفيزيائيون أكثر قدرة على اختبار صحة النظرية بطريقة منطقية وغير متحيزة ومتكررة. تحقيقا لهذه الغاية، يتم إجراء التجارب وإجراء الملاحظات من أجل تحديد صحة أوبطلان النظرية.

القانون الفهمي تعبير عن بيان شفهي أورياضي موجز عن العلاقة التي تعبر عن مبدأ أساسي لبعض النظريات، مثل قانون نيوتن للجذب العام.

النظرية والتجربة

يسعى النظريون إلى تطوير نماذج رياضية تتفق مع التجارب الحالية وتتنبأ بنجاح النتائج التجريبية المستقبلية، في حين حتى التجريبيين يبتكرون ويجرون تجارب لاختبار التنبؤات النظرية واستكشاف ظواهر جديدة. على الرغم من تطوير النظرية والتجربة بشكل منفصل، فهي شديدة الاعتماد بعضها على بعض. يحدث التقدم في الفيزياء بشكل متكرر عندما يكتشف فهماء التجارب حتى النظريات الموجودة لا يمكن تفسيرها، أوعندما تولد نظريات جديدة تنبؤات قابلة للاختبار تجريبيًا، والتي تلهم تجارب جديدة.

يُطلق على الفيزيائيين الذين يعملون عند التفاعل بين النظرية والتجربة، فهماء الظواهر، الذين يدرسون الظواهر المعقدة التي لوحظت في التجربة ويعملون على ربطها بنظرية أساسية.

استلهمت الفيزياء النظرية تاريخيا من الفلسفة. تم توحيد الكهرومغناطيسية بهذه الطريقة. وراء الكون المعروف، يتعامل مجال الفيزياء النظرية أيضًا مع قضايا افتراضية، مثل الأكوان المتوازية، الأكوان المتعددة، والأبعاد العليا. يحتج المنظرون بهذه الأفكار على أمل حل مشاكل معينة مع النظريات الموجودة. ثم يستكشفون عواقب هذه الأفكار ويعملون على عمل تنبؤات قابلة للاختبار.

تتوسع الفيزياء التجريبية وتوسعها الهندسة والتكنولوجيا. يقوم الفيزيائيون التجريبيون المشاركون في تصميم البحوث الأساسية وإجراء تجارب على معدات مثل مسرعات الجسيمات وأشعة الليزر، بينما يعمل المشاركون في الأبحاث التطبيقية غالبًا في تقنيات تطوير الصناعة مثل التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) والترانزستورات. لاحظ فاينمان حتى التجريبيين قد يبحثون عن مناطق لا يستكشفها المنظرون جيدًا.

النطاق والأهداف

تغطي الفيزياء مجموعة واسعة من الظواهر، من الجزيئات الأولية (مثل الكواركات والنيوتريونات والإلكترونات) إلى أكبر المجموعات الفائقة من المجرات. المدرجة في هذه الظواهر هي الأمور الأساسية التي تشكل جميع الأمور الأخرى. لذلك، تسمى الفيزياء أحيانًا "الفهم الأساسي". تهدف الفيزياء إلى وصف الظواهر المتنوعة التي تحدث في الطبيعة من حيث الظواهر الأبسط. وبالتالي، تهدف الفيزياء إلى ربط الأمور التي يمكن ملاحظتها بالبشر بالأسباب الجذرية، ثم ربط هذه الأسباب معًا.

على سبيل المثال، لاحظ الصينيون القدامى حتى بعض الصخور (الحجر الجيري والمغنتيت) تنجذب إلى بعضها البعض بقوة غير مرئية. سمي هذا التأثير فيما بعد بالمغناطيسية، والتي تمت دراستها لأول مرة بدقة في القرن السابع عشر. ولكن حتى قبل اكتشاف الصينيين للمغناطيسية، عهد الإغريق القدماء عن أشياء أخرى مثل الكهرمان، أنه عندما يفرك الفراء من شأنه حتى يسبب جاذبية غير مرئية مماثلة بين الاثنين. وقد تمت دراسة هذا الأمر أيضًا لأول مرة في القرن السابع عشر وأصبح يسمى الكهرباء. إلى غير ذلك، أصبحت الفيزياء لفهم ملاحظتين للطبيعة من حيث بعض الأسباب الجذرية (الكهرباء والمغناطيسية). ومع ذلك، كشف المزيد من العمل في القرن التاسع عشر حتى هاتين القوتين كانتا مجرد جانبين مختلفين لقوة واحدة وهي الكهرومغناطيسية. تستمر عملية "توحيد" القوى هذه اليوم، وتعتبر الكهرومغناطيسية والقوة النووية الضعيفة الآن جانبين من جوانب التآثر الكهروضعيف. تأمل الفيزياء في إيجاد سبب نهائي (نظرية جميع شيء) لسبب الطبيعة كما هي.

مجالات البحث

يمكن تقسيم البحوث المعاصرة في الفيزياء على نطاق واسع إلى فيزياء نووية وجزيئية؛ فيزياء المادة المكثفة؛ فيزياء ذرية وجزيئية وبصرية؛ الفيزياء الفلكية. والفيزياء التطبيقية. تدعم بعض أقسام الفيزياء أيضًا أبحاث تعليم الفيزياء والتواصل مع الفيزياء.

منذ القرن العشرين، أصبحت مجالات الفيزياء الفردية متخصصة بشكل متزايد، واليوم يعمل معظم الفيزيائيين في حقل واحد طوال حياتهم المهنية. أصبح "العالميون" مثل ألبرت أينشتاين (1879-1955) وليف لانداو(1908-1968)، الذين عملوا في مجالات متعددة من الفيزياء، نادرة جدًا الآن.

الفيزياء النووية والجسيمات

فيزياء الجسيمات هي دراسة المكونات الأولية للمادة والطاقة والتفاعلات بينهما. بالإضافة إلى ذلك، يقوم فيزيائي الجسيمات بتصميم وتطوير مسرعات الطاقة العالية،والكاشفات، وبرامج الحاسوب اللازمة لهذا البحث. يُسمى الحقل أيضًا "فيزياء الطاقة العالية" لأن الكثير من الجزيئات الأولية لا تحدث بشكل طبيعي ولكن يتم إنشاؤها فقط خلال تصادمات الطاقة العالية لجزيئات أخرى.

حاليا، يتم وصف تفاعلات الجسيمات الأولية والحقول بواسطة النموذج القياسي. يفسر النموذج الجزيئات الإثني عشر المعروفة للمادة (الكواركات واللبتونات) التي تتفاعل عبر القوى الأساسية القوية والضعيفة والكهرومغناطيسية. يتم وصف الديناميكيات من حيث جسيمات المادة التي تتبادل بوزونات المقياس (الغلونات، بوزونات W وZ، والفوتونات، على التوالي). يتنبأ النموذج القياسي أيضًا بوجود جسيم يعهد باسم بوزون هيجز. في يوليو2012، أعربت سيرن، المختبر الأوروبي لفيزياء الجسيمات، عن اكتشاف جسيم متوافق مع بوزون هيجز، وهوجزء لا يتجزأ من آلية هيجز.

الفيزياء النووية هي مجال الفيزياء الذي يفهم مكونات وتفاعلات النواة الذرية. التطبيقات الأكثر شيوعًا للفيزياء النووية هي توليد الطاقة النووية وتكنولوجيا الأسلحة النووية، لكن البحث قدم تطبيقًا في الكثير من المجالات، بما في ذلك تلك المتعلقة بالطب النووي وتصوير الرنين المغنطيسي وغرس الأيونات في هندسة المواد والتاريخ بالكربون المشع في الجيولوجيا وفهم الآثار.

الفيزياء الذرية والجزيئية والبصرية

الفيزياء الذرية والجزيئية والبصرية (AMO) هي دراسة تفاعلات المادة والمادة الضوئية على مقياس الذرات والجزيئات المفردة. يتم تجميع المناطق الثلاثة معًا نظرًا لعلاقاتها المتبادلة، وتشابه الطرق المستخدمة، وترابط مقاييس الطاقة ذات الصلة. جميع المجالات الثلاثة تضم كلا من العلاجات الكلاسيكية وشبه الكلاسيكية والكمية؛ يمكنهم علاج موضوعهم من وجهة نظر مجهرية (على عكس وجهة نظر مجهرية).

تدرس الفيزياء الذرية الأصداف الإلكترونية للذرات. يركز البحث الحالي على أنشطة التحكم في الكم، والتبريد، ومحاصرة الذرات والأيونات، وديناميات التصادم منخفضة الحرارة وتأثير الارتباط الإلكتروني على الهيكل والديناميات. تتأثر الفيزياء الذرية بالنواة، لكن الظواهر داخل النووية مثل الانشطار والانصهار تعتبر جزءًا من الفيزياء النووية.

هجرز الفيزياء الجزيئية على الهياكل متعددة الذرات وتفاعلاتها الداخلية والخارجية مع المادة والضوء. تختلف الفيزياء الضوئية عن البصريات من حيث أنها تميل إلى الهجريز ليس على التحكم في حقول الضوء الكلاسيكية بواسطة الأجسام المجهرية ولكن على الخصائص الأساسية للمجالات البصرية وتفاعلاتها مع المادة في المجال المجهري.

فيزياء المواد المكثفة

فيزياء المواد المكثفة هي مجال الفيزياء الذي يتعامل مع الخواص الفيزيائية العيانية للمادة. على وجه الخصوص، تهتم بالمراحل "المكثفة" التي تظهر حدثا كان عدد الجسيمات في النظام كبيرًا للغاية والتفاعلات قوية بينها.

الأمثلة الأكثر شيوعًا للمراحل المكثفة هي المواد الصلبة والسوائل، والتي تنشأ عن الترابط عن طريق القوة الكهرومغناطيسية بين الذرات. تضم المراحل الأكثر تكثيفًا الغريبة الميوعة فائقةومكثفات بوز-أينشتاين الموجودة في بعض الأنظمة الذرية عند درجة حرارة منخفضة جدًا، وفترة التوصيل الفائق التي تظهرها إلكترونات التوصيل في بعض المواد، والمراحل المغناطيسية والمضادة للحرارة المغناطيسية في الدورات الشبكية الذرية.

فيزياء المواد المكثفة هي أكبر مجال للفيزياء المعاصرة. تاريخيا، نشأت فيزياء المواد المكثفة من فيزياء الحالة الصلبة، والتي تعتبر الآن واحدة من الحقول الفرعية الرئيسية. من الواضح حتى مصطلح فيزياء المواد المكثفة صاغه فيليب أندرسون عندما أعاد تسمية مجموعته البحثية -نظرية الحالة الصلبة سابقًا- في عام 1967. في عام 1978، تم تغيير اسم قسم فيزياء الحالة الصلبة في الجمعية الفيزيائية الأمريكية إلى قسم فيزياء المواد المكثفة. فيزياء المواد المكثفة لها تداخل كبير مع الكيمياء وعلوم المواد وتكنولوجيا النانووالهندسة.

الفيزياء الفلكية

الفيزياء الفلكية وفهم الفلك هما تطبيق نظريات وأساليب الفيزياء على دراسة البنية النجمية، وتطور النجوم، وأصل النظام الشمسي، والمشاكل المتعلقة بفهم الكونيات. نظرًا لأن الفيزياء الفلكية موضوع واسع، يطبق الفيزيائيون في العادة الكثير من تخصصات الفيزياء، بما في ذلك الميكانيكا والكهرومغناطيسية والميكانيكا الإحصائية والديناميكا الحرارية والميكانيكا الكمومية والنسبية والفيزياء النووية والفيزياء الذرية والجزيئية.

اكتشاف كارل جانسكي في عام 1931 حتى الإشارات الراديوية المنبعثة من الأجرام السماوية قد بدأ فهم الفلك الراديوي. في الآونة الأخيرة، تم توسيع حدود فهم الفلك عن طريق استكشاف الفضاء. الاضطرابات والتداخل من الغلاف الجوي للأرض يجعل الرصدات الفضائية ضرورية لفهم الأشعة تحت الحمراء، والأشعة فوق البنفسجية، وغاما، والأشعة السينية.

فهم الكون الفيزيائي هودراسة تكوين الكون وتطوره على مقاييسه الأكبر. تلعب نظرية النسبية لألبرت أينشتاين دورًا رئيسيًا في جميع النظريات الكونية الحديثة. في أوائل القرن العشرين، اكتشاف هابل حتى الكون يتسع، كما هومشروح في مخطط هابل، تفسيرات متنافسة معروفة باسم عالم الحالة المستقرة والانفجار العظيم.

تم تأكيد الانفجار العظيم من خلال نجاح التخليق النووي للبيج بانج واكتشاف إشعاع الخلفية الكونية الميكروي في عام 1964. يعتمد نموذج الانفجار العظيم على ركيزتين نظريتين: النسبية العامة لألبرت أينشتاين والمبدأ الكوني. أنشأ فهماء الكونيات مؤخرًا نموذج لامبدا-سي دي إم لتطور الكون، والذي يضم التضخم الكوني والطاقة المظلمة والمادة المظلمة.

من المتسقط ظهور الكثير من الاحتمالات والاكتشافات من بيانات جديدة من مرصد فيرمي الفضائي لأشعة غاما على مدى العقد المقبل وتنقيح أوتوضيح النماذج الحالية للكون بشكل كبير. على وجه الخصوص، إمكانية اكتشاف هائل حول المادة المظلمة ممكنة على مدى السنوات القليلة القادمة. يفترض أن يبحث فيرمي عن مرشد على حتى المادة المظلمة تتألف من جسيمات التفاعل الضعيف الضخمة، لتكمل تجارب مماثلة مع مصادم الهدرونات الكبير وكاشفات أخرى تحت الأرض.

الفيزياء الطبية

الفيزياء الطبية (وتسمى أيضًا الفيزياء الطبية الحيوية، الفيزياء الحيوية الطبية، الفيزياء التطبيقية في الطب، تطبيقات الفيزياء في العلوم الطبية، الفيزياء الإشعاعية أوالفيزياء الراديوية بالمستشفيات) هي بشكل عام تطبيق مفاهيم الفيزياء والنظريات وأساليب الطب أوالرعاية الصحية. يمكن العثور على أقسام الفيزياء الطبية في المستشفيات أوالجامعات.

في حالة العمل في المستشفى، فإن المصطلح "فيزيائي طبي" هوعنوان مهنة رعاية صحية محددة، وعادة ما يعمل داخل المستشفى. غالبًا ما يوجد فهماء الفيزياء الطبية في تخصصات الرعاية الصحية التالية: الأشعة التشخيصية والتداخلية (المعروفة أيضًا باسم التصوير الطبي) والطب النووي والوقاية من الإشعاع وعلاج الأورام بالإشعاع.

أقسام المجال في الجامعة هي من نوعين. النوع الأول يهتم بشكل أساسي بإعداد الطلاب لمهنة كفيزيائي طبي في المستشفى ويركز البحث على تحسين ممارسة المهنة. أما النوع الثاني (يسمى بشكل متزايد "فيزياء الطب الحيوي") فيحتوي على نطاق أوسع بكثير وقد يضم البحث في أي تطبيقات للفيزياء على الطب من دراسة الهجريب الجزيئي الحيوي إلى الفحص المجهري والطب النانوي. على سبيل المثال، نظري الفيزياء ريتشارد فاينمان تحدث حول مستقبل الطب النانوي. خط عن فكرة الاستخدام الطبي للآلات البيولوجية. اقترح فاينمان وألبرت هيبس حتى بعض آلات الإصلاح قد يتم تخفيض حجمها في يوم من الأيام إلى الحد الذي يصبح من الممكن (كما نطق فاينمان) "أنقد يكون بحجم نانوي". نوقشت الفكرة في منطقة فينمان لعام 1959 "هناك مساحة كافية في الأسفل".

البحوث الحالية

في فيزياء المادة المختصرة، تتمثل المشكلة النظرية المهمة التي لم تُحل في معضلة الموصلية الفائقة عالية الحرارة. تهدف الكثير من تجارب المواد المكثفة إلى تصنيع الإلكترونيات الدقيقة القابلة للتطبيق وأجهزة الحاسوب الكمومية.

في فيزياء الجسيمات، بدأت تظهر الأجزاء الأولى من الأدلة التجريبية للفيزياء خارج النموذج القياسي. وفي مقدمة هذه الدلائل تشير إلى حتى النيوترونات لها كتلة غير صفرية. يظهر حتى هذه النتائج التجريبية قد حلت معضلة النيوترينوالشمسية التي طال أمدها، ولا تزال فيزياء النيوتريونات الضخمة مجالًا للبحث النظري والتجريبي النشط. عثر مصادم هادرون الكبير على بوزون هيغز، لكن الأبحاث المستقبلية تهدف إلى إثبات أودحض التماثل الفائق، الذي يمتد النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. البحث عن طبيعة الألغاز الرئيسية للمادة المظلمة والطاقة المظلمة مستمر أيضًا في الوقت الحالي.

المحاولات النظرية لتوحيد ميكانيكا الكم والنسبية العامة في نظرية واحدة لجاذبية الكم، وهوبرنامج مستمر منذ أكثر من نصف قرن، لم يتم حلها بعد بشكل حاسم. المرشحين الرئيسيين الحاليين هم نظرية إم، نظرية الأوتار الفائقة والثنطقة الكمومية الحلقية.

لم يتم بعد تفسير الكثير من الظواهر الفلكية والكونية بشكل سقم، بما في ذلك أصل الأشعة الكونية ذات الطاقة الفائقة، وعدم تناسق الباريون، وتسارع الكون ومعدلات الدوران الشاذة للمجرات.

على الرغم من التقدم الكبير الذي تم إحرازه في الفيزياء عالية الطاقة والكم والفيزياء الفلكية، إلا حتى الكثير من الظواهر اليومية التي تنطوي على التعقيد أوالفوضى أوالاضطراب لا تزال غير مفهومة جيدًا. المشاكل المعقدة التي تبدووكأنها يمكن حلها عن طريق تطبيق ذكي للديناميات والميكانيكا تظل دون حل؛ ومن الأمثلة على ذلك تشكيل الكتل الرملية والعقد في المياه المتدفقة وشكل قطرات الماء وآليات كوارث التوتر السطحي والفرز الذاتي في مجموعات متجانسة غير متجانسة.

حظيت هذه الظواهر المعقدة باهتمام متزايد منذ سبعينيات القرن الماضي لعدة أسباب، بما في ذلك توافر الأساليب الرياضية الحديثة وأجهزة الحاسوب، والتي مكنت من صياغة النظم المعقدة بطرق جديدة. أصبحت الفيزياء المعقدة جزءًا من الأبحاث متعددة المجالات على نحومتزايد، كما يتضح من دراسة الاضطراب في الديناميكا الهوائية ومراقبة تكوين الأنماط في النظم البيولوجية. في المراجعة السنوية لعام 1932 لميكانيكا الموائع، نطق هوراس لامب:

انظر أيضًا

المصادر والمراجع

مصادر

مراجع

هوامش

وصلات خارجية

فيزياء في المشاريع الشقيقة

---

• صور وملفات صوتية من كومنز
• خط من ويكي الخط

• موسوعة الفيزياء على إسكولاربيديا. (بالإنجليزية)
• فيزكس سنترال. (بالإنجليزية)
• physics.org. (بالإنجليزية)
• الجمعية الفيزيائية الأمريكية. (بالإنجليزية)

هذه الموضوعة منطقة جيدة اعتبارًا من نسخة 18 أغسطس 2019 (قارن بالنسخة الحالية). للمزيد انظر صفحة النقاش والتصويت.