على مر السنين ، اكتشف العلماء شيئًا واحدًا وهو أن الطبيعة بشكل عام أكثر تعقيدًا مما ننسبه إليه. تعتبر قوانين الفيزياء أساسية ، على الرغم من أن العديد منها يشير إلى أنظمة مثالية أو نظرية يصعب تكرارها في العالم الحقيقي.
مثل مجالات العلوم الأخرى ، تعتمد قوانين الفيزياء الجديدة على القوانين الحالية والبحوث النظرية أو تعدلها. ألبرت أينشتاين نظرية النسبية، الذي طوره في أوائل القرن العشرين ، يبني على النظريات التي طورها السير إسحاق نيوتن لأول مرة قبل أكثر من 200 عام.
قانون الجاذبية الكونية
السير إسحاق نيوتن نُشر العمل الرائد في الفيزياء لأول مرة عام 1687 في كتابه "المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية، "المعروف باسم" المبادئ. وفيه ، أوجز نظريات حول الجاذبية والحركة. جسديه قانون الجاذبية تنص على أن جسمًا ما يجذب كائنًا آخر بشكل متناسب مع كتلته المجمعة ويتعلق عكسيًا بمربع المسافة بينهما.
ثلاثة قوانين للحركة
نيوتن ثلاثة قوانين للحركة، الموجودة أيضًا في "The Principia" ، تحكم كيفية تغير حركة الأشياء المادية. يحددون العلاقة الأساسية بين التسريع كائن و القوات تعمل على ذلك.
- القاعدة الأولى: سيبقى الجسم في حالة الراحة أو في حالة حركة موحدة ما لم يتم تغيير تلك الحالة بواسطة قوة خارجية.
- القاعدة الثانية: القوة تساوي التغير في الزخم (سرعة الكتلة الزمنية) بمرور الوقت. وبعبارة أخرى ، فإن معدل التغيير يتناسب طرديا مع مقدار القوة المطبقة.
- القاعدة الثالثة: لكل فعل في الطبيعة رد فعل متساو ومعاكس.
تشكل هذه المبادئ الثلاثة التي حددها نيوتن معًا أساس الميكانيكا الكلاسيكية ، التي تصف كيف تتصرف الأجسام جسديًا تحت تأثير القوى الخارجية.
الحفاظ على الكتلة والطاقة
البرت اينشتاين قدم معادلته الشهيرة E = مولودية2 في مقال نشرته عام 1905 بعنوان "في الديناميكا الكهربائية للأجسام المتحركة". قدمت الورقة نظريته عن النسبية الخاصة ، بناءً على افتراضين:
- مبدأ النسبية: قوانين الفيزياء هي نفسها لجميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي.
- مبدأ ثبات سرعة الضوء: ينتشر الضوء دائمًا من خلال الفراغ بسرعة محددة ، مستقلة عن حالة حركة الجسم المنبعث.
يقول المبدأ الأول ببساطة أن قوانين الفيزياء تنطبق بالتساوي على الجميع في جميع المواقف. المبدأ الثاني هو الأكثر أهمية. وينص على أن سرعة الضوء في فراغ ثابت. على عكس جميع أشكال الحركة الأخرى ، لا يتم قياسها بشكل مختلف للمراقبين في أطر مرجعية بالقصور الذاتي المختلفة.
قوانين الديناميكا الحرارية
ال قوانين الديناميكا الحرارية هي في الواقع مظاهر محددة لقانون الحفاظ على الطاقة الجماعية من حيث صلتها بالعمليات الديناميكية الحرارية. تم استكشاف الحقل لأول مرة في 1650 من قبل أوتو فون جيريك في ألمانيا وروبرت بويل وروبرت هوك في بريطانيا. استخدم العلماء الثلاثة مضخات تفريغ ، التي كان فون جيريك رائدًا فيها ، لدراسة مبادئ الضغط ودرجة الحرارة والحجم.
- قانون الصفر للديناميكا الحرارية يجعل فكرة درجة الحرارة ممكن.
- القانون الأول للديناميكا الحرارية يوضح العلاقة بين الطاقة الداخلية والحرارة المضافة والعمل داخل النظام.
- القانون الثانيالديناميكا الحرارية يتعلق بالتدفق الطبيعي للحرارة داخل نظام مغلق.
- القانون الثالثالديناميكا الحرارية تنص على أنه من المستحيل إنشاء عملية الديناميكا الحرارية التي هي فعالة تماما.
قوانين كهرباء
يحكم قانونان للفيزياء العلاقة بين الجسيمات المشحونة كهربائيًا وقدرتها على الإبداع قوة كهرباء والمجالات الكهروستاتيكية.
- قانون كولوم يدعى تشارلز أوغستين كولومب ، باحث فرنسي يعمل في القرن الثامن عشر. تتناسب القوة بين شحنتين نقطتين بشكل مباشر مع حجم كل شحنة وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بين مراكزها. إذا كان للأجسام نفس الشحنة ، موجبة أو سالبة ، فإنها سوف تتنافر. إذا كان لديهم اتهامات معاكسة ، فسوف يجذبون بعضهم البعض.
- قانون غاوس يدعى كارل فريدريش جاوس ، عالم رياضيات ألماني عمل في أوائل القرن التاسع عشر. ينص هذا القانون على أن التدفق الصافي للمجال الكهربائي عبر سطح مغلق يتناسب مع الشحنة الكهربائية المغلقة. اقترح غاوس قوانين مماثلة تتعلق بالمغناطيسية والكهرومغناطيسية ككل.
ما وراء الفيزياء الأساسية
في عالم النسبية و ميكانيكا الكموقد وجد العلماء أن هذه القوانين لا تزال سارية ، على الرغم من أن تفسيرها يتطلب بعض التحسينات ، مما يؤدي إلى مجالات مثل الإلكترونيات الكمومية والجاذبية الكمية.