آآلـًٍسًٍـلآآمً عـًٍـلًٍـيًٍــكًٍـمًٍ وٍرٍحًٍـمًٍـهًٍـ الله وٍبًٍـرًٍكَـَآتـٍَّهـ
النظريات الفيزيائية
الفيزياء النظرية Theoretical Physics هي أحد فروع الفيزياء التي توظف النماذج الرياضية و التجريدات للمعادلات الفيزيائية في محاولة لفهم الطبيعة واستخراج القوانين الفيزيائية التي تفسر سلوك الأجسام الطبيعية والهدف من ذلك هو تفسير الظواهر الفيزيائية ومن ثم التنبؤ بها. أحد أهم أقسام الفيزياء النظرية الفيزياء الرياضية 1, مع أن هناك تقنيات اصطلاحية أخرى تستخدم أيضا. الهدف هو بناء إطار منطقي متماسك يشرح ويتنبأ بالظواهر الفيزيائية. تطور وتقدم العلوم بما فيها الفيزياء يعتمد أساسا على العمل على النظريات مع التجارب العلمية.
نظريات رئيسية (معتمدة)
نظريات التيار العام أو التظريات المعتمدة هي النظريات التي يشار لها أيضا بالنظريات المركزية وهي أساس المعرفة الفيزيائية ووجهات النظر العلمية الرسمية المقبولة من قبل معظم المجتمع العلمي ، تتمتع هذه النظريات بتأكيدات تجريبية قوية وتناسق علمي قوي يمكنها من تقديم تفسيرات للكثير من الظواهر تتمتع بالتوافق مع النظريات العلمية الأخرى والملاحظات التجريبية والأرصاد وبياناتها.
أمثلة
* علم الكون الفيزيائي Physical Cosmology * الميكانيكا الكلاسيكية Classical Mechanics * فيزياء المادة المتكثفة Condensed Matter Physics * المادة المظلمة Dark Matter * الكهرومغناطيسية Electromagnetism * نظرية الحقل Field Theory * ديناميكا الموائع Fluid Dynamics * فيزياء الجسيمات Particle Physics * ميكانيكا الكم Quantum Mechanics * نظرية الحقل الكمي Quantum Field Theory * الكيمياء الكهربائية الكمية Quantum Electrochemistry * نظرية النسبية الخاصة Special Relativity * نظرية النسبية العامة General Relativity * النموذج العياري Standard Model * الميكانيكا الإحصائية Statistical Mechanics * الديناميكا الحرارية Thermodynamics * علم الكون الجسيمي Particle Cosmology
نظريات مقترحة
النظريات المقترحة هي النظريات الحديثة نسبيا التي تتعامل مع دراسة الفيزياء بما في ذلك المقاربات العلمية والوسائل لتحديد وثوقية النماذج وأنماط جديدة من الاستنتاج المستخدم للوصول إلى النظرية. على كل حال بعض النظريات المقترحة تتضمن نظريات تم تداولها لعقود وتتناول مناهج بحث واستكشاف واختبار. ويمكن للنظريات المقترحة أن تتضمن نظريات هامشية في طريقها لتصبح معتمدة (وأحيانا تلقى قبولا واسعا). وعادة النظريات المقترحة لا تكون قد تم اختبارها بعد.
أمثلة
* الطاقة المظلمة Dark Energy أو ثابت أينشتاين الكوني. * جسر أينشتاين-روزين Einstein-Rosen Bridge * الانبثاق Emergence * نظرية التوحد الكبرى Grand Unification Theory * الثقالة الكمية الحلقية Loop Quantum Gravity * نظرية - إم M-Theory * نظرية الأوتار الفائقة String Theory * التناظر الفائق Supersymmetry * نظرية كل شيء Theory of Everything
نظريات هامشية
النظريات الهامشية تتضمن مجموعة توجهات وتفسيرات ذات صبغة علمية لكنها في طريقها لتصبح نظريات مقترحة أو معتمدة. تتضمن هذه النظريات على الكثير من الحقائق العلمية المشكوك بها يمكن لهذه النظريات أن يتم تقديمها وفقا لإثباتات معينة رصدية أو تجريبية وأن تقدم مجموعة من التنبؤات المقبولة لكنها بمجملها لا تتوافق مع غيرها من النظريات المعتمدة أو أنها ما زالت تستند للكثير من الحقائق والأفكار التي ما زالت مشكوكا بها.
بعض هذه النظريات الهامشية يمكن أن تتحول لاحقا لتصبح نظرية مقبولة ضمن نظريات الفيزياء المعتمدة ونظريات هامشية أخرى قد يثبت عدم صحتها. بعض النظريات الهامشية تكون جزءا من العلوم البدئية وأخرى تكون جزءا من العلوم الزائفة. يمكن أن يتبين أحيانا خطأ إحدى النظريات المعتمدة في الفيزياء عند الانتقال لمجال آخر من الطبيعة أو اكتشاف تقنيات ووسائل قياس واختبار أدق مما يقود لصياغة نظرية جديدة.
أمثلة
* نظرية الثقالة الديناميكية Dynamic Theory of Gravity * نظرية الحالة المستقرة Steady State Theory * ما وراء النظرية أو نظرية ميتا theory
كيف تصنع نظرية فى الفيزياء
من المعروف أنه عند حل المشاكل في العلوم الطبيعية و في الهندسة فإن تلك العملية تمر غالبا بثلاث مراحل:
المرحلة الأولى: الصياغة الرياضية: بمعنى أن يقوم الباحثون بوضع أنموذج رياضي مناسب يصف المشكلة التي يدرسونها. فمثلا عند وصف حركة الكواكب حول الشمس، فإننا نمثل تلك الأجرام بنقاط في الفضاء العادي (الإقليدي). و لكن عندما نريد أن نصف دوران الأرض حول نفسها فإنه لا يصح أن نمثلها كنقطة، و إنما نمثلها ككرة. و هكذا و في هذه المرحلة توضع المعادلة الرياضية التي تصف النظام المدروس، و جدير بالذكر أن تلك المعادلة توضع بناءً على قانون فيزيائي معروف. فإن لم يكن القانون الفيزيائي معروف لدى الباحثين، فإن ذلك قد يضطرهم إلى إجراء تجربة ما؛ لكي يستكشفوا القانون الذي يحكم ذلك النظام.
المرحلة الثانية: حل المعادلات التي تصف النظام: و في هذه المرحلة يتم استخدام الطرق الرياضية المعروفة لحل المعادلات. و الهدف من هذه المرحلة هو التأكد من وجود حل لتلك المعادلات، و في حال وجودها فإنها يجب أن تكون حلولا منفردة unique. و لكن قد تكون المعادلة التي تمت صياغتها للنظام مجهولة الحل، بمعنى أنه لا توجد طرق معروفة من قبل لحل ذلك النوع من المعادلات، و عندها قد يضطر الباحثون إلى إنتاج طريقة جديدة لحل المعادلة. فمثلا: قام العالم الفرنسي فوريير بوضع طرق تحليلية جديدة في الرياضيات و ذلك عند تعامله مع معادلة انتقال الحرارة، و بذلك فتح بابا جديدا و طرقا جديدة في الرياضيات لحل مثل ذلك النوع من المعادلات.
المرحلة الثالثة: التفسير الفيزيائي: و هنا يقوم الباحثون بتفسير الحلول التي تم الحصول عليها، و قد تفيد هذه المرحلة في استكشاف حالات جديدة، و قد ينتج من هذه المرحلة التعرف على طبيعة فيزيائية أو رياضية جديدة.
هذه باختصار المراحل الثلاث التي تبنى بها النظريات الفيزيائية.
هناك أمر آخر، كثيرا ما يظن بعض الباحثون أنهم قد حصلوا على حلول فريدة و جديدة تحل مشاكل الفيزياء و الرياضيات. و لكن، كثيرا ما يقع أولئك في أخطاء عديدة لم يتنبهوا إليها أثناء عملهم. فوقوع الأخطاء هو أمر شائع جدا، و سهل جدا. إن المتتبع إلى الإنجاز العلمي (النظري تحديدا) يجد أن ما قام به العلماء هو أفضل ما كان يمكن القيام به. بمعنى أن النظريات المجمع عليها حاليا، هي نتاج أعمال شاقة و أفكار عديدة خضعت للاختبار النظري، و التجريبي كي يتم الركون إليها. لذلك فإن طريق الإنتاج يكمن من خلال تعلم تلك النظريات و ما تحتاجه من أساسيات فيزيائية و رياضية. و ليس معنى ذلك أنه لا توجد طرق أخرى أو نظريات أخرى قد تحل محل تلك النظريات. و لكن ما يظهر للمجتمع العلمي الآن هو أن ما بين أيدينا من نظريات هو أفضل ما يمكن أن نحصل عليه. و إذا كان لأحدهم أي اعتراض على ذلك، فنطلب منه أن يثبت لنا عكس ما نراه. إذا لم يكن أحدهم يؤمن بالجاذبية، فنسأله كيف تفسر لنا حركة الأجرام السماوية؟ كيف تفسر لنا حركة الأقمار الصناعية؟ و نقول له: من خلال نظرية الجاذبية استطعنا أن نحصل على تطبيقات مذهلة (كالأقمار الصناعية و التنبؤ بحركة الكواكب و الأجرام السماوية). إذا لم يكن أحدهم يؤمن بوجود الإلكترونات و البروتونات و النيوترونات، و بالفوتونات فنقول له كيف تفسر لنا نتائج التجارب الذرية و الإشعاعية و النووية؟ و نقول له أننا من خلال النظرية الكهرومغناطيسية حصلنا على كل ما تراه و تستخدمه حولك من أجهزة كهربية و إلكترونية، و الراديو و الرادارات و الهواتف النقالة (المحمولة). و من خلال النظرية النووية حصلنا على المفاعلات، و المعجلات، و العلاج الإشعاعي، و غير ذلك كثير.
على أية حال، أعتقد أن هذه المسألة واضحة للمختصين، و لكنها غير واضحة في أذهان كثير من غير المختصين. لذلك يجب أن ننقل لهم هذه الصورة.
أعود إلى المساهمة في الفيزياء النظرية. دعوني أسرد لمن يريد أن يساهم في الفيزياء النظرية قائمة قام بإعدادها العالم الفيزيائي جيرارد هوفت (الحائز على جائزة نوبل 1999) و هي تحوي الموضوعات التي يجب أن يكون الباحث ملم بها لكي يساهم بشكل حقيقي في الفيزياء النظرية:
- اللغة الإنجليزية: لا حاجة لشرح أهمية الإمام باللغة الإنجليزية كونها اللغة المعتمدة في نشر معظم الأبحاث العلمية. - الرياضيات الأساسية: الأعداد (الحقيقية و المركبة –التخيلية-)، نظرية المجوعات set theory، التبولوجيا، المعادلات الجبرية، الطرق التقريبية، نشر (فك) المتسلسلات (متسلسلات تايلور)، حل معادلات تحوي أعدادا مركبة، الدوال المثلثية sin…، النهايات، التفاضل، التكامل، المعادلات التفاضلية، المعادلات الخطية، تحويلات فوريير، التحليل المركب، الدوال المتعامدة، دوال جاما، نظرية الاحتمالات، المعادلات التفاضلية الجزيئة، الشروط الحدودية. - الميكانيكا التقليدية. - البصريات. - الديناميكا الحرارية (الثرموديناميكا) و الميكانيكا الإحصائية. - الإلكترونيات. - الكهرومغناطيسية. - الفيزياء الحوسبية. - ميكانيكا الكم. - الفيزياء الذرية و الجزيئية. - فيزياء الحالة الصلبة. - الفيزياء النووية. - فيزياء البلازما. - النسبية الخاصة. - فيزياء الجسيمات الأولية. - النسبية العامة. - نظرية الحقول الكمية. - نظرية الأوتار الفائقة.
تجدون في موقع العالم هوفت عددا من الروابط لمذكرات لمفيدة عن كل موضوع تقريبا، و هناك عدة كتب ينصح العالم هوفت بقراءتها للاستزادة في المجالات السابقة، يسردها في نهاية موضوعه. تجدون كل ذلك تفصيلات أكثر في موقعه المعروف "كيف تصبح فيزيائيا نظريا جيدا؟" و في المقابل فقد طرح هوفت موقعا آخرا بعنوان: "كيف تصبح فيزيائيا نظريا سيئا؟"
.gif){kind=icon}
