العلوم الطبيعية

العلوم الطبيعية:هي العلوم التي تهتم بدراسة النواحي الفيزيائية الطبيعية المادية غير البشرية لكافة الظواهر الموجودة على الأرض والكون المحيط بنا. يحاول العلم الطبيعي أن يشرح كيفية عمل العالم والظواهر الموجودة فيه عن وضع نظريات لسيرورات طبيعية ويحاول قدر الإمكان الابتعاد عن التفسيرات الغيبية (التي تسم الكثير من التفسيرات الدينية والغنوصية و الروحية للعالم و ظواهره). كما تستخدم كلمة علم طبيعي كتوجه بحثي يتبع منهجية علمية (scientific method). في حين تحاول الفلسفة الطبيعية والعلوم الاجتماعية تطبيق هذه المنهجيات العلمية على مواضيع مختلفة.
تشكل العلوم الطبيعية أساسا للعلوم التطبيقية، لذلك كثيرا ما تصنفان معا كعلوم طبيعية تتميز عن العلوم الاجتماعية والإنسانيات، وعلوم الغيبيات (theology) والفنون وما إلى ذلك.
لا يمكن اعتبار الرياضيات جزءا من هذه العلوم الطبيعية، لكن صلة الرياضيات بهذه العلوم وثيقة جدا فهي تؤمن الكثير من الأدوات المفيدة لهذه العلوم، كما أن الرياضيات تستمد الكثير من أفكارها من دراسة الطبيعيات وكذلك لا يمكن اعتبار الفيزياء والكيمياء منها ولكن لها ارتياطات.
(من الكلمة الإغريقية فيزيك ، وتعني معرفة الطّبيعة) هي العِلم الذي يدرس المادةوحركتهابالإضافة إلى مفاهيم أخرى كالفضاءوالزمن، ويتعامل مع خصائص كونية محسوسة يمكن قياسها مثل القوةوالطاقةوالكتلةوالشحنة. وتعتمد الفيزياء المنهج التجريبي، أي أنها تحاول تفسير الظواهر الطّبيعية والقوانين التي تحكم الكون عن طريق نظريات قابلة للاختبار. [2]
تعتبر الفيزياء من أحد أقدم التّخصصات الأكاديمية، فهي قد بدأت بالبزوغ منذ العصور الوسطى وتميزت كعلم حديث في القرن السابع عشر، وبإعتبار أن أحد فروعها، وهو علم الفلك، يعد من أعرق العلوم الكونية على الإطلاق [3].
وللفيزياء مكانة متميزة في الفكر الإنساني، فهي تأثّرت كما كان لها الأثر الحاسم في بعض الحقول المعرفية والعلمية الأخرى مثل الفلسفةوالرياضياتوعلم الأحياء. ولقد تجسدت أغلب التّطورات التي أحدثتها بشكل عملي في عدّة قطاعات من التقنيةوالطب. فعلى سبيل المثال، أدى التّقدم في فهم الكهرومغناطيسية إلى الانتشار الواسع في استخدام الأجهزة الكهربائية مثل التلفازوالحاسوب؛ و كذلك تطبيقات الديناميكا الحرارية إلى التطور المذهل في مجال المحركات ووسائل النقل الحديثة؛ والميكانيكا الكمية إلى اختراع معدات مثل المجهر الإلكتروني؛ كما كان لعصر الذرة، بجانب أثاره المدمرة، استعمالات هامة في علاج السرطان وتشخيص الأمراض وتوليد الطاقة.
معظم الفيزيائيين اليوم يكونون متخصصين في مجالين متكاملين وهما الفيزياء النظرية أو الفيزياء التجريبية، وتهتم الأولى بصياغة النظريات بإعتماد نماذج رياضية، فيما تهتم الثانية بإجراء الاختبارات على تلك النظريات، بالإضافة إلى إكتشاف ظواهر طبيعية جديدة. وبالرغم من الكم الهائل من الاكتشافات المهمّة التي حققتها الفيزياء في القرون الأربعة الماضية، إلا أن العديد من المسائل لا تزال بدون حلول إلى حد الآن [4]، كما أن هناك مجالات نظرية وتطبيقية تشهد نشاطاً وأبحاثاً مكثّفة.

ابن الهيثم (الحسن)
: تاريخ الفيزياء.
] الفيزياء عند العرب
لحسن حظ العالم، فإن مميراث الفلاسفة اليونان انفذ من الضياع بل وأثري ونقح وبإضافات وتصحيحات على ما جاء في التراث الإغريقي.وأن عددا من العلماء المسلمين أحاط بمعرفة الأولين من أمثال أرسطو وبطليموس (وغيرهم) إلى اللغة العربية، وعلقوا تعليقات عظيمة عليهاوقدموا عددا من الابتكارات في مجال علم الفلك، والبصريات، والرياضيات (بما في ذلك استخدام "الأرقام العربية" ، كادخال الصفر كمتغير). فعلى سبيل المثال ، آلبتاني (858-929) قدم تحسينات لبطليموس حول مدارات الشمس والقمر ، جمع واكتشف عدد من النجوم وبين مداراتها ، وعمل على ايجاد أدوات فلكيةجديدة. (ابن باجة ( 1095-1138) وضع بين خطا الأفلاطونية الجديدة اتلي أتى بها الفيلسوف جون افلاطونيس. القرن السادس م) ، كان يعتقد زمن سقوط كتلة يتناسب مع وزنها. بعد سقوط الاندلس خلال القرن الثاني عشر ، أصبحت العلوم القديمة متاحة مرة أخرى في الغرب اللاتيني. المعلقون العرب مثل ابن رشد (ابن رشد، 1126-1198) وأصبح ذا نفوذ من بين المترجمين لأن ترجته لأرسطو كانت أقرب إلى النصوص الأصلية ومختلفة تماما عن وطأة الكنيسة والترجمات المحرفة والتي ألفها الغرب . تطورت الفيزياء كما نعرفها اليوم، من سلسلة الملاحظات التي جمعتها الحضارات القديمة حول مختلف الظواهر الطّبيعية وخاصة منها الفلكية، والمتعلقة بالتقويم وتقدير الزمن، كحركة الشّمس وأدوار القمروتشكيلات النجوم. وقد توصل الفلاسفة الإغريقيون إلى إستنباط نظريات أولية لتفسير تلك الظواهر، وذلك باتباع منهج منطقي واستدلالي بحت في ما يسمى بالفلسفة الطّبيعية. وكان للحضارة العربية-الإسلامية دور رئيسي في بداية صياغة هذا العلم (الذي كان يعرف بالطبيعيات)، خاصة مع إسهمات الحسن بن الهيثم، والذي يعتبر رائد المنهج العلمي في كتابه المناظر، وأبو الريحان البيروني في ما يختص بحركة الأجسام والأوزان النوعية[5].
[عدل] بعض العلماء المسلمين
الأصمعي 740
الدينوري 758
الجاحظ 776
الخوارزمي 780
الكندي 801
جابر بن حيان توفي 803
ثابت بن قرة 836
عباس بن فرناس توفي 888
الطبري 838
البتاني 858
الفرغاني 860
الرازي 864
الفارابي 870
أبو حسن علي المسعودي957
الصوفي 903
ابن فضلان 921
الزهراوي 936
محمد البزجاني 940
المقدسي 946
ابن الهيثم 965
الماوردي 972
البيروني 973
ابن سينا 981
مسلمة ابن أحمد المجريطي 1007
ابن الجزار 1010
الزرقالي 1028
ابن الذهبي 1033
عمر الخيام 1044
الغزالي 1058
ابن جبير 1044
ابن زهر 1091
الادريسي في 1099
ابن طفيل 1110
ابن رشد 1128
ابن جبير 1144
البيتروجي توفي 1204
ابن البيطار 1248
جلال الدين الرومي 1207
الجزري 1206
ابن النفيس 1210
ابن بطوطة 1304
ابن خلدون 1332
وأدى تطور المنهج العلمي، خلال القرن السابع عشر، إلى وضع أسس علم الفيزياء الحديث من قبل فرانسيس بيكونوغاليليو غاليليوإسحاق نيوتن وفصله نهائيا عن الفلسفة. وقد تمكن هذا الأخير من تشكيل المبادئ الأساسية للميكانيكا الكلاسيكية، وهي تصف إلى حد الآن وبشكل جيد قوانين الحركة والقوى والطاقة، على مستوى حياتنا اليومية. وقد تحقق ذلك بفضل إكتشافه، مع غوتفريد لايبنتز، لأحد أهم أدوات الفيزياء الرياضية وهو الحساب التفاضلي.

صورة للضوء الصادر من بقعة صغيرة من الكون المرئي، تظهر مجموعة من المجرات يرجع عمرها لحوالي 13 بليون سنة خلت.
وفي القرن الثامن عشر، أثناء الثورة الصناعية، تطورت مفاهيم نقل الحرارة، وتبادل الطاقة، وعمل المحركات، وانتشرت مبادئ ما يعرف بالديناميكا الحراريةوالميكانيكا الإحصائية.
أما في القرن التاسع عشر، فاكتشفت القوانين الأساسية للكهرومغناطيسية والطّبيعة الموجية للضوء، وكذلك بنية المادة الذّرية وقوانين الإشعاع.
ومع بدايات القرن العشرين، ظهرت صياغات نظرية جديدة أمام عجز الميكانيكا الكلاسيكية في تفسير بعض جوانب الضوء وديناميكا الجسيمات الذرية. وتوصل ألبرت أينشتاين إلى وضع نظرية النسبية الخاصة التي تصف الأجسام المتحركة بسرعة تقارب سرعة الضوء وتأثيرات ذلك على المفاهيم البديهية للمكان والزمن، وبعد ذلك لنظرية النسبية العامة، التي تصف طبيعة قوة الجاذبية وعلاقتها بهندسة الزمكان.
وفي جانب آخر إستطاعت الميكانيكا الكمومية وصف سلوكات الجسيمات الأوليةوالذراتوالجزيئات، وفي هذا المقياس تختلف القوانين الفيزيائية عن تلك التي تخضع لها الأجسام ذات الأحجام العادية [6].
النظريات الأساسية
مقال تفصيلي : الميكانيكا الكلاسيكية.

صورة لبندول نيوتن وهو نظام يوضح مفهوما أساسيا في الميكانيكا الكلاسيكية يتمثل في مبدئ حفظ زخم الحركة و الطاقة.
تصف الميكانيكا الكلاسيكية القوى التي تؤثر على حالة الأجسام المادية وحركتها. وغالبا ما يشار إليها بإسم "المِيكانيكا النيُوتُنية" نسبة إلى إسحاق نيوتن وقوانينه في الحركة. تتفرع الميكانيكا الكلاسيكية إلى؛ علم السكون أو "الإستاتيكا" وهو يصف الأجسام ساكنة وشروط توازنها، وعلم الحركة أو "الكينماتيكا" وهو يهتم بوصف حركة الأجسام دون النظر إلى مسبباتها، وعلم التحريك أو "الديناميكا" الذي يدرس حركة الأجسام وماهية القوى المسببة لها. تقوم الميكانيكا الكلاسيكية بشكل أولي على إفتراض أن الجسم المادي المراد دراسته يكون صلبًا وفي شكل نقطة [7]. وتتولى على صعيد آخر، الميكانيكا الاستمرارية وصف المادة المتصلة والمستمرة مثل الأجسام الصلبة والسائلة والغازية، وهي تنقسم بدورها إلى قسمين؛ ميكانيكا المواد الصلبةوميكانيكا الموائع. وتدرس ميكانيكا المواد الصلبة سلوك هذه الأجسام أمام عوامل عديدة مثل الضغط وتغير درجة الحرارة والتذبذب الخ. فيما تدرس ميكانيكا الموائع فيزيائية السوائلوالغازات، 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 بإعتماد هذه المبدئ. وتقف الصياغتان ميكانيكا 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 [6] وضمن مجال سرعات تقل بكثير عن سرعة الضوء. أما عندما تكون الأجسام موضع الدراسة جسيمات أولية أو أن 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، فعلى سبيل المثال في النظرية الحركية للغازات تسري القوانين التي تحكم حركة أجسام ذات حجم العادي على الجزيئات المكونة للغازات و هو ما يُمَكن من إستنتاج خصائص عيانية مثل درجة الحرارة والضغط والحجم. وفي أنظمة عالية التعقيد يمكن فيها لتغييرات طفيفة أن تنتج آثارًا كبيرة (مثل الغلاف الجوي أو مسألة 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 و شاملة لظواهر طبيعية قد تبدو ظاهريًا غير متصلة، مثل وقوع تفاحة من غصن شجرة أو دوران القمر حول الأرض. فعلى سبيل المثال؛ قوانين كيبلر لحركة الكواكب، أو السرعة التي يجب أن يبلغها صاروخ للتحرر من حقل الجاذبية الأرضية (سرعة الإفلات)، يمكن إستنتاجهما رياضيًا من قانون نيوتن العام للجاذبية. وقد ساهمت هذه الفكرة ومفادها أن التوصل لقوانين كليّة يمكنها وصف الظواهر الكونية على إختلافها أمر ممكن، إلى بروز الميكانيكا الكلاسيكية كعنصر هام في الثورة العلمية وذلك خلال القرنين السابع والثامن عشر.
[عدل] الكهرومغناطيسية
مقال تفصيلي : الكهرومغناطيسية.

البرق هو تفريغ كهربائي لشحنات ساكنة يحدث بين السحب في ما بينها أو مع الأرض (الصاعقة).
تدرس الكهرومغناطيسية التفاعل الذي يتم بين الجسيمات المشحونة وبين المجالات الكهربائية والمجالات المغناطيسية. ويمكن تقسيم الكهرومغناطيسية إلى؛ كهرباء ساكنة أو "إلكتروستاتيكا" وهي تدرس الشحنات والحقول الكهربائية الساكنة، والديناميكا الكهربائية أو "إلكتروديناميكا" وهو يصف التفاعل بين الشحنات المتحركة والإشعاع الكهرومغناطيسي. ومع أن المعرفة الكهرباء والمغنطيسية تطورت منذ القدم بشكل منفصل، فقد توصلت النظرية الكلاسيكية للكهرومغناطيسية، خلال القرنين الثامن و التاسع عشر، إلى تحديد العلاقة بين الظاهرتين من خلال قانون لورنتز ومعادلات ماكسويل. وتمكنت هذه الأخيرة من وصف الموجات الكهرومغناطيسية وفهم الطبيعة الموجية للضوء.
تهتم الكهرباء الساكنة بدراسة الظواهر المرتبطة بالأجسام المشحونة في حالة السكون، والقوى التي تسلطها على بعضها البعض كما يصفها قانون كولوم. ويمكن تحليل سلوك هذه الأجسام من تجاذب أو تنافر من خلال معرفة القطبية والمجال الكهربائي المحيط بها، حيث يكون متناسبا مع مقدار الشحنة والأبعاد التي تفصلها. للكهرباء الساكنة عدة تطبيقات، بدءا من تحليل الظواهر الكهرومغناطيسية مثل العواصف الرعدية إلى المكثفات التي تستعمل الهندسة الكهربائية.
وعندما تتحرك الأجسام المشحونة كهربائيا في حقل كهرومغناطيسي فإنها تنتج مجالا مغناطيسيا يحيط بها فتختص الديناميكا الكهربائية بوصف الأثار التي تنتج عن ذلك من مغناطيسية وإشعاع الكهرومغناطيسي وحث كهرومغناطيسي. وتنظوي هذه المواضيع ضمن ما يعرف بالديناميكا الكهربائية الكلاسيكية، حيث تشرح معادلات ماكسويل هذه الظواهر بطريقة جيدة وعامة. وتفضي هذه النظريات إلى تطبيقات مهمة ومنها المولدات الكهربائية والمحركات الكهربائية. وفي العشرينات من القرن العشرين، ظهرت نظرية الديناميكا الكهربائية الكمومية وهي تتضمن قوانين الميكانيكا الكمومية، و تصف التفاعل بين الإشعاع الكهرومغناطيسي والمادة عن طريق تبادل الفوتونات. وهناك صياغة نسبية تقدم تصحيحات لحساب حركة الأجسام التي تسير بسرعات تقارب سرعة الضوء. تتدخل هذه الظواهر في معجلات الجسيمات و الأنابيب 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. فعلى سبيل المثال، الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية مرئية تشع من جسيمات مَشحونة ومُعَجلة. وتجد مبادئ الكهرومغناطيسية إلى يومنا هذا العديد من التطبيقات التقنية والعلمية والطبية. وما الأجهزة الكهربائية مثل الراديو، والتلفاز، والهاتف، والقطارات المغناطيسية المعلقة، والألياف البصرية، وأجهزة الليزر إلا بضع أمثلة عن هذه التطبيقات التي صنعت تقدما نوعيا في تاريخ البشرية.
[عدل] الديناميكا الحرارية و الميكانيكا الإحصائية
مقالات تفصيلية : الديناميكا الحرارية و الميكانيكا الإحصائية.

لتحويل جرام من الثلج، درجة حرارته − 20 درجة مئوية، إلى ماء سائل، في ظروف الضغط العادية، نحتاج إلى طاقة مقدارها حوالي 83 سعرة حرارية ( أي ما يعادل 350 جول).
تختص الديناميكا الحرارية أو "الترموديناميكا" بدراسة انتقال 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 تعرف حالة الأنظمة؛ متغيرات الامتداد مثل الكتلة والحجم والحرارة، ومتغيرات الشدّة مثل الكثافة ودرجة الحرارة والضغط والكمون الكيميائي. ويمكن من خلال قياس هذه المتغيرات التعرف إلى حالة التوازن أو التحول التلقائي في النظام.

مشكور على الموضوع المفيد

بارك الله فيك أخي الفاضل الثائر موضوع جميل جدا

سيلينة ليبيا
الف شكر لك على المرور الطيب والجميل

الاخ الفاخري
مشكور على المرور

» الفياضانات أخطر الكوارث الطبيعية