الفيزياء هي من العلوم الأساسية، حيث يكمن هدفها في البحث عن القوانين التي تحكم كل شيء في الكون وفهمها، بدءا من سلوك أصغر جسيمات الجسم وبناء المادة، وحتى بنية الزمكان والكون نفسه، وذلك بالنظر إلى التنوع الرائع للظواهر في الكون وحجمه .
النسبية والميكانيكا
في القرن العشرين، تمكنا من اكتشاف النسبية والميكانيكا الكمومية، وهو أمر لم يحدث في التاريخ من قبل، وأعطى ذلك الأمل بأن يكون هذا الهدف ممكنا حقا. واليوم، لدينا نظرية ناجحة بشكل مذهل تسمى “النموذج المعياري” والتي توفر القوانين الفيزيائية التي تحكم جميع الظواهر المعروفة للإنسان في نظرية النسبية العامة. ومع ذلك، فإن ذلك لا يعني أنه يمكن فهم كل شيء باستخدام النموذج المعياري. والجواب، بالطبع، لا .
أولا، الظواهر التي نحن قادرون على مراقبتها ودراستها تمثل جزءا صغيرا من وجودنا. تماما مثلما فتحت الميكانيكا النيوتونية الباب أمام الميكانيكا الكمية، يجب أن يتسع فهمنا الحالي لاستيعاب التطورات الجديدة إذا استدعت اكتشافات الفيزياء على حدودها. ثانيا، معرفة قوانين الفيزياء الدقيقة لا تعني أننا نفهم جميع الظواهر الماكروسكوبية. هناك تنوع لا حصر له في الظواهر التي تحتضنها الطبيعة، مثل عمل الخلايا وسلوك المواد في درجات الحرارة المتطرفة، والتي تنتظر مزيدا من الفهم .
يعتبر الفيزيائي، بغض النظر عن تخصصه، شخصًا متحمسًا لهذه التحديات اليومية: كيف يمكنني اكتشاف ظواهر جديدة؟ كيف يمكنني فهم الظاهرة الجديدة؟ كيف يمكن تحسين النظريات والتقنيات الحالية لتحقيق ذلك؟ وكيف يمكن جعل كل شيء يتوافق معًا؟
حدود الفيزياء
تتجاوز حدود الفيزياء الإنجاز الفكري، إذ قد قام علماء الفيزياء بالعديد من الاكتشافات والتغييرات الكبيرة في مجال التكنولوجيا. وتشمل هذه الاكتشافات الترانزستور والليزر، وهما تفاصيل حاسمة في مكونات تكنولوجيا المعلومات الحديثة. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع الفيزياء بتقليد توسيع نطاقها إلى مجالات جديدة، حيث تعتبر وجهة نظرنا الفريدة – قدرتنا على تحديد السمات الشاملة لمشكلة ما، بغض النظر عن تفاصيل المشكلة المحددة – ذات قيمة كبيرة. وقد أدت الأبحاث المكثفة إلى تعمل كجسر بين الفيزياء والعلوم الأخرى مثل علم الأحياء والكيمياء والهندسة .
القوانين الأساسية للفيزياء
يهدف الفيزياء إلى تطوير نماذج دقيقة للواقع الفيزيائي، والسيناريو الأفضل هو وضع سلسلة من القواعد الأساسية الدقيقة لوصف كيفية عمل هذه النماذج، وغالبًا ما تُسمى هذه القواعد “القوانين” بعد استخدامها بنجاح لعدة سنوات .
الفيزياء معقدة، ولكنها تعتمد بشكل أساسي على عدد من قوانين الطبيعة المقبولة، وبعضها اكتشافات تاريخية ورائدة في العلوم، وتشمل هذه القوانين قانون الجاذبية نيوتن وثلاثة قوانين للحركة، بالإضافة إلى نظرية النسبية لألبرت آينشتاين وقوانين الديناميكا الحرارية .
الفيزياء الحديثة تبني هذه الحقائق الضخمة لدراسة أشياء مثل فيزياء الكم التي تستكشف الكون غير المرئي، وبالمثل ، تسعى فيزياء الجسيمات لفهم أصغر أجزاء المادة في الكون، هذا هو المجال الذي تدخل فيه كلمات غريبة مثل الكواركات ، والبوزونات ، والهادرونات ، والليبتونات إلى الحوار العلمي الذي يتصدر عناوين الصحف اليومية .
الأدوات المستخدمة في الفيزياء
تتنوع الأدوات التي يستخدمها الفيزيائيون بين الأدوات المادية والأدوات اللا مادية، وتشمل موازين التوازن وأجهزة إرسال شعاع الليزر، بالإضافة إلى الرياضيات. وفهم هذه المجموعة الواسعة من الأدوات والطرق المستخدمة في تطبيقها أمر ضروري لفهم العملية التي يقوم بها الفيزيائيون في دراسة العالم المادي .
تشمل الأدوات المادية أشياء مثل الموصلات الفائقة والتزامن ، والتي يتم استخدامها لخلق مجالات مغناطيسية قوية ، ويمكن تطبيقها في دراسات مثل مصادم الهادرون الكبير أو في تطوير القطارات المغناطيسية عمليا .
الرياضيات هي جوهر الفيزياء وأساسية في جميع مجالات العلوم. عندما تبدأ في استكشاف الفيزياء، ستكون العناصر الأساسية مثل استخدام الأرقام المهمة وتجاوز الأسس المترية أمرا هاما. الرياضيات والفيزياء تتعدى ذلك بكثير، ومفاهيم مثل الرياضيات البيانية والخصائص الرياضية للموجات ضرورية لعمل العديد من الفيزيائيين .