فیزیک چیست و یادگیری آن چه کارایی هایی دارد؟

فیزیک یکی از قدیمی ترین رشته های دانشگاهی است و شاید قدیمی ترین مبحث آن را بتوان نجوم و اخترشناسی نامید.

فیزیک علم مطالعهٔ خواص طبیعت است. این علم را عموماً علم ماده (Matter) و حرکت و رفتار آن در فضا و زمان می دانند. این ماده می تواند از ذرات زیراتمی تا کهکشان ها و اجرام بسیار بزرگ آسمانی باشد. فیزیک از مفاهیمی مانند انرژی، نیرو، جرم، بار الکتریکی، جریان الکتریکی، میدان الکتریکی، الکترومغناطیس، فضا، زمان، اتم و نورشناسی استفاده می کند. اگر بطور وسیع تر سخن بگوییم، هدف اصلی علم فیزیک بررسی و تحلیل طبیعت است و همواره این علم در پی آن است که رفتار طبیعت را در شرایط گوناگون درک و پیش بینی کند.

با مطالعه پدیده های فیزیکی ما نه تنها با گستره وسیعی از واقعیت ها آشنا می شویم، بلکه قانون هایی را که این پدیده ها پیروی می کنند نیز برایمان آشکار می شود، در نتیجه به ما توانایی می بخشد کنترل خود را روی آنها اعمال کنیم.

به علاوه با دستیابی به قانون هایی که میان صور گوناگون پدیده ها روابط کمی برقرار می کنند، می توان به رابطه علی آنها نیز پی برد. همه اینها از ظهور نظریه های فیـزیک نشات می گیرد که به عمق نظم های مشاهده شده نظر دارد و نیز پدیده های کشف نشده را پیش بینی می کند. با ایجاد شرایط تصویح شده در نظریه می تولنیم، از آزمایش، درستی این پیش بینی ها را تحقیق کنیم. اگر آزمایش پیش بینی های نظریه را تایید کند، درستی مفاهیم نظری توجیه می شود در غیر این صورت باید در نظریه تجدید نظر کنیم و چیزی به آن بیافزاییم یا آن را تغییر دهیم، یا حتی برای فرایندها و پدیده های مشاهده شده در آزمایش توجیه های جدیدی بیابیم. این راهی است که علم در طی تکامل مداوم خود پیموده است، یعنی همواره بر تجربه استوار بوده و از محک آزمایش گذشته است.

بیشتر بخوانید: آشنایی با مفاهیم فیــزیک

فیزیک کلاسیک

از همین دوره بود که شاخه ای از فلسفه جدا شد که نام آن را فلسفه طبیعی نهادند و سالیان طولانی ادامه یافت. تا حدوداً در قرن هفدهم میلادی که دوباره با حضور چهره های بزرگ و برجسته ای همچون آیزاک نیوتن و گوتفرید لایبنیتس می رفت که دوباره تحولی عظیم در علم و نحوه نگرش به آن مخصوصاً در ریاضیات و فیزیک ایجاد شود. با چاپ شدن کتاب نیوتن در سال ۱۶۸۷ با نام اصول ریاضی فلسفه طبیعی تقریباً این نوع نگرش به فیـزیک و ریاضیات به پایان راه خود رسید و نیوتن و همکاران وی در قرن هفدهم میلادی، نحوه نگرشی نو به طبیعت را بنیان گذاری کردند که امروزه به فیـزیک کلاسیک معروف است. البته ذکر این نکته الزامی است که این جنبش، قبل از قرن هفدهم، با تلاش دانشمندانی چون گالیلئو گالیله، نیکلاس کوپرنیک و یوهان کپلر آغاز شده بود و در زمان نیوتن به اوج خود رسید.

فیزیک مدرن

اما در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم بود که پدیده هایی توسط برخی از فیزیک دانان مشاهده شد که با علم فیزیک آن زمان قابل توضیح نبود و یا اگر توضیحی ارائه می شد، در آن تناقض هایی وجود داشت. در این زمان بود که فیزیک دانان تقریباً به دو دسته تقسیم شدند.

دسته ای سردمدار پایه گذاری فیزیکی جدید، که در آن اشکالات و کاستی های فیزیک کلاسیک جبران شده باشد، بودند و دسته ای سر سختانه در مقابل هر گونه تغییر مقاومت می کردند و می کوشیدند که پدیده های جدید را با همان فیزیک کلاسیک (یا نیوتنی) توضیح دهند. سر انجام ماکس پلانک بر پایه تلاش های دانشمندان قبل از خود همچون رابرت هوک، کریستیان هویگنس، توماس یانگ و لئونارد اویلر توانست نظریه مکانیک کوانتومی را ارائه دهد و همین طور آلبرت اینشتین توانست نظریه نسبیت را ارائه و با موفقیت از آن دفاع کند. در همین سالها بود که فیزیک دانان پذیرفتند، با وجود اینکه فیزیک کلاسیک در حوزه مورد بحث خود (که عموماً پدیده هایی آزمایش پذیر بودند) خالی از هرگونه خطا است، اما نیاز به ایجاد شاخه ای جدید در علم فیزیک با نام فیزیک نوین است. پس از آلبرت اینشتین، تئوری مکانیک کوانتومی و همچنین فیزیک اتمی با تلاش دانشمندان بزرگی چون ورنر کارل هایزنبرگ، آروین شرودینگر، ولفگانگ پائولی و پل دیراک هر روز کامل تر شد و این تکامل روزافزون علم فیزیک، تا به امروز در ده ها گرایش و شاخه ادامه دارد.

رشد هر شاخه از فیزیک به کاربرد صنعتی مهمی منتهی می شود. تمام دستاوردهای بزرگ مهندسی نوین، از بنای آسمان خراش های عظیم گرفته تا ساختن هواپیماهای جتی فراصوتی، از پشتوانه ای همچون قوانین مکانیک جامدات، مایعات و گازها برخورد دارند.

کلیه دستاوردهای مهندسی گرما، از ماشین های بخار اولیه تا موتورهای درونسوز جدید و موتورهای جتی با توان عظیم بر پایه قوانین ترمودینامیک استوار است. همچنین تمامی نیروگاه های الکتریکی موجود کاربست فنی و صنعتی قوانین بنیادی الکترودینامیک و اثر القای الکترومغناطیسی است. مهندسی نوین رادیو، با گستره وسیع آن در ارتباطات رادیویی، مخابرات، تلویزیون، اخترشناسی رادیویی و غیره، درست از ساخت شاخص توفان و اولین تلگراف بی سیم، توسط پوپوف، دقیقا از تکامل الکترودینامیک ناشی شده است، که وجود امواج الکترومغناطیسی را پیش بینی و تایید کرد. در آخر حوزه نسبتا جدید مهندسی هسته ای به تمامی روی نخستین تحقیقات آزمایشگاهی در فیزیک اتمی و مفاهیم نظری استوارند که ریشه در پیشرفت های فیزیک اتمی دارند.

ولی دین ما به فیزیک بهره گیری از این نتایج فنی گرانبها نیست، دانش ما از جهان واقعی و دیدگاه ما را در کل، پیشرفت های فیزیک تا میزان زیادی گسترش داده است.

تکامل فیزیک اتمی و هسته ای به کشف قوانین جالبی حاکم بر رفتار ذرات بنیادی سازنده هسته ها، اتم ها و مولکول ها منجر شده است. این قوانین معروف به قوانین مکانیک کوانتومی، با قوانین بر گرفته از مشاه حرکت اشیای بزرگ، موضوع مطالعه مکانیک کلاسیک، به کلی متفاوت می باشند. باید یادآوری کرد که در فیزیک، اتم ها و سازنده هایشان، یعنی هسته ها و الکترون ها، همچنین ذرات دیگر در مقیاس اتمی و زیر اتمی را ریز ذره می نامند.

 قوانین حاکم بر این ذرات را قوانین عالم صغیر (میکروکوسم) نامیده اند. اجسام درست شده از شمار خیلی زیادی از ریز ذرات جهان معروف به عالم کبیر (ماکروکوسم) را تشکیل می دهند که نه فقط اشیای (انسان اندازه) بلکه اجسام خیلی بزرگ نظیر ستارگان، سیارات و سایر اجرام آسمانی را نیز در بر می گیرد.

از این رو مکانیک کلاسیک را باید تقریب اول برای قوانین جهان واقعی تلقی کرد که برای اجسام بزرگ کفایت می کنند.

هر پیشرفت و انجام یافتن کار بزرگ در فیزیک جدید وسیله دستیابی عمیق تر به کلیه پدیده های فیزیکی را فراهم می آورد. این پیشرفت ها چنان سریع و دارای آنچنان ابعادی هستند که گویی انقلاب علم و تکنولوژی نام گرفت.

گرایش های گوناگون فیزیک

اخترفیزیک - فیزیک اتمی، مولکولی و اُپتیک - فیزیک ذرات - فیزیک ماده چگال - فیزیک کاربردی