▪ما هو “المبدأ” في الفيزياء وعلى أي أساس يتم بناؤه؟
Le prinicipe physique c’est quoi !
المبدأ في الفيزياء كل “قانون” فيزيائي تم وضعه دون أي برهان رياضي بل فقط بناء على الملاحظة والحدس العلمي المنطقي من الظواهر الطبيعية والتجارب العلمية، أي أن هذا المبدأ يظهر في الطبيعة كقانون تشتغل وفقه بعض الظواهر الطبيعية، ويظل هذا المبدأ صحيح طالما لا توجد هناك أية تجربة تُثبت قُصوره أو تنفي وجوده، المبادئ إذن هي القوانين التي تتحكم في الظواهر الطبيعة والتي يُعد خرق بعضها أحياناً خرقاً للطبيعة نفسها.
▪الفيزياء مبنية على العديد من المبادئ الفيزيائية :
1) مبدا القصور : والذي ينص على أنه في معلم غاليلي كل جسم يبقى في حالته من السكون أو الحركة المستقيمية المنتظمة طالما لا توجد أية قوة خارجية تُغير من حالته. هذا المبدأ أتت به فقط الملاحظة والتفكير والاستنتاج ولا يمكن لأية تجربة أن تثبت صحته، لأن الظروف التي يمكننا من خلالها تحقيق هذا المبدإ لا يمكن توفيرها على الأرض، ويظل هذا المبدأ صحيحاً طالما لا توجد أية تجربة أخرى تُثبت العكس.
2) المبدأ الأساسي للديناميكا : ينص هذا القانون على أن تسارع أي جسم مادي يتناسب طردياً مع القوة الخارجية المطبقة على مركز قصوره وعكسياً مع قصوره (بمعنى كتلته)، هذا المبدأ تم وضعه بناء فقط على الملاحظة والتجربة وليس انطلاقاً من برهان رياضي.
3) مبادئ الديناميكا الحرارية الأربعة :
• المبدأ صفر: قانون التوازن الحراري، والذي ينص على أنه إذا ما وضعت جسم ساخن وسط أو بالقرب من جسم آخر بارد في مكان معزول، فإنه سوف يتم التبادل الحراري بين الجسمين حتى يصلا معاً إلى التوازن الحراري.
Q₁ + Q₂ = 0
حيث ان :
Q₁< 0 و Q₂> 0
لأن Q₁ هي الطاقة الحرارية التي فقدها الجسم الساخن و Q₂ الطاقة الحرارية التي اكتسبها الجسم البارد.
• المبدأ الأول : تغير الطاقة الداخلية للنظام يساوي مجموع الاشغال والطاقة الحرارية المتبادلة مع الوسط الخارجي.
∆U = Qₑ + Wₑ
حيث Qₑ الطاقة الحرارية التي يتم تبادلها مع الوسط الخارجي و Wₑ هو الشغل الذي يتم تبادله مع الوسط الخارجي.
• المبدأ الثاني : “الأنتروبي” وهو المبدأ المشهور جداً والخاص بالتحولات الممكنة وغير الممكنة في الطبيعة والكون.
∆S = Sₑ + Sᵢᵣᵣ
حيث إن Sₑ هو “الأنتروبي” المتبادل مع الوسط الخارجي و Sᵢᵣᵣ هو “الأنتروبي” المُخلق داخل النظام في حالة الأنظمة غير الرجعية.
• المبدأ الثالث : هو المبدأ الذي ينص على أنه عند درجة حرارة تساوي 0 كيلفن تكون المادة جامدة جموداً مطلقا، أي أن الطاقة الحركية المجهرية الخاصة بكل جُسيم تكون منعدمة.
أي أن عند T = 0K فإن “الأنتروبي” للمادة هو S = 0.
4) مبدأ الاستبعاد لباولي : لا يمكن لفرميونين في نفس الذرة أن يتواجدا في نفس الحالة الكمية، أي أنه لا يمكن أن يكون لهم نفس الأعداد الكمية n ، l ، m ، s في نفس اللحظة.
5) من مبادئ النسبية الخاصة : السرعة القصوى التي لا يمكن لأي جُسيم مادي أن يتجاوزها هي سرعة الضوء، كما أن سرعة الضوء في الفراغ هي نفسها في كل المراجع القصورية.
6) مبدأ انحفاظ الشحنة الكهربائية.
7) مبدأ انحفاظ الكتلة.
8) مبدأ انحفاظ الطاقة.
9) مبدأ الفعل الأقل : هذا المبدأ متكافئ مع المبدأ الأساسي للديناميكا.
10) مبدأ الانتشار المستقيمي للضوء.
11) مبدأ عدم التحديد لهيزنبارغ.
المبدأ في الفيزياء يمكن أن يكون له مجال صلاحية بحيث إذا تجاوزنا ذلك المجال لا يمكن أن يبقى هذا المبدأ صالحاً، وفي ما يلي بعض الأمثلة التوضيحية:
• مبدأ الانتشار المستقيمي للضوء والذي ينص على أن الضوء يسير وفق خطوط مستقيمية، ولكن هذا صالح فقط إذا كان الوسط متجانسا وله نفس الخصائص في كل الاتجاهات، في حالة الوسط غير المتجانس تظهر ظاهرة السراب والتي يشكل فيها الضوء خرقاً لهذا المبدأ بحيث يسير الضوء وفق خطوط منحنية:
• وهناك ظاهرة أخرى يتم فيها كذلك خرق مبدأ الانتشار المستقيمي للضوء وهي ظاهرة الحيود المعروفة، حيت عند تسليط حزمة ليزر على شق صغير جداً يلاحظ تشتت للضوء في كل الاتجاهات لحظة خروجه من الشق، أي أن الضوء لم يستمر في سيره المستقيمي عبر الشق.
• وهناك مثال آخر بخصوص مبدأ انحفاظ الكتلة بحيث إنه في الفيزياء الحديثة وحسب معادلة أينشتاين الشهيرة فإن الكتلة يمكنها أن تتحول إلى طاقة، وهنا نصبح نتحدث عن انحفاظ كلي للطاقة والمادة وليس فقط انحفاظ إحداهم، لأن المعادلة تعطي تكافؤا بين الطاقة والمادة.
E = mc²
▪ما هو الفرق بين المبدإ الفيزيائي والقانون الفيزيائي ؟
لا يمكن أن نبني قوانين فيزيائية إلا من خلال تلك المبادئ التي تُشكل المرجع الأساسي الذي يؤطر كل القوانين الفيزيائية، إذن أي قانون تمت صياغته يجب أن يحترم ما تقول به هذه المبادئ، القانون العلمي قد يتم بناؤه انطلاقاً من مبدإ فيزيائي واحد أو من خلال عدة مبادئ، ويتم في هذا القانون نمذجة المبدأ على شكل قانون قابل للتطبيق. فمثلاً مبدأ القصور أو المبدأ الأساسي للديناميكا تمت نمذجتهم في صيغ رياضية على شكل قوانين فيزيائية.
• نمذجة مبدأ القصور على شكل قانون فيزيائي :
∑ F = 0
نمذجة المبدأ الأساسي للديناميك على شكل قانون فيزيائي :
∑ F = m.a
إذا ما تمت صياغة قانون فيزيائي جديد يجب أن لا يخرق أحد هذه المبادئ الأساسية الثلاثة المعروفة وهي : مبدأ انحفاظ الطاقة، مبدأ انحفاظ الشحنة ومبدأ انحفاظ الكتلة، فإذا كان القانون في الفيزياء الكلاسيكية يخرق أحد هذه المبادئ فهو غير صالح.
تحرير : شعيب المستعين
المراجعة اللغوية : نادية بوحفص وعبد الباسط ابا تراب
اقرأ أيضا :
