منهجية مقترحة لتقديم مدخل مبسط إلى "مفاهيم مبادئ الفيزياء" .. تعال لنرى

فيزيائي 2009 · #1 02-12-2010, 16:40

1- الفيزياء هي الفكر الأساس لكل أنواع المعرفة المادية:

من حولنا و نحاول أن نفسرها في أطر موحدة. نحاول أن نرصد كل الظواهر

2- ما هو النطاق المعرفي للفيزياء؟:

(وصف العالم المادي - وصف المادة والحركة - وصف المادة والطاقة) (وصف الجسيمات والحقول وتفاعلاتها)

3- الهوية المهنية الفيزيائية:

كيف يصف الفيزيائيون أنفسهم وكيف يراهم الآخرون

4- الفيزياء و أزمة التعليم – المدخلات والمخرجات:

ما هي مستويات الإلمام بالفيزياء عبر المدارس والجامعات و هل تستجيب لاحتياجات المجتمع والصناعات والأبحاث للقدرات والمهارات المبنية على هذا الإلمام.

5- تدريس الفيزياء الكلاسيكية يحتاج إلى التجويد النظري و التجريبي والى التفاعل بينهما:

قبول مفاهيم علم الفيزياء ( على بساطتها لأول وهلة) يحتاج إلى المران المستمر والتكرار من أجل تقوية عضلات العقل الفيزيائي واكتساب الخبرة العملية في نفس الوقت ( وذلك كما يفعل اللاعبون الرياضيون في الملاعب للسيطرة على مهارات اللعبة) والسبب في الحالين و بالرغم من بساطة القواعد الأساسية هو كثرة الإشكاليات والمسائل التي تنشأ أثناء ممارسة "اللعبة"!

6- منهجية مقترحة لتقديم مدخل مبسط إلى "مفاهيم مبادئ الفيزياء":

أ – الابتداء، كما هو معتاد، بالكميات الأساسية – الكتلة والمسافة والزمن وتهيئة القبول والوعي بوجودها، وجودا مطلقا (كلاسيكيا)، وابتداع رابط يربط بين ظهورها لأول مرة وبين إدراكنا لوجودها!

أذا وضعنا جانبا و لبعض الوقت نظريات علماء الكونيات عن أصل الكون يمكن أن نقبل هذا ألارتباط بافتراض أسبقية ( تخيلية) لظهور أو انبثاق الكتلة في فضاء من الفراغ المطلق (في فضاء العدم) الذي نرصد الأحداث فيه بواسطة وجدان مدرك لا يحمل هو نفسه وجودا ماديا في تلك اللحظة.... وإدراك الوجدان للكتلة كوجود مادي مطلق يتم بأن يطلق عليها أسما وهو "الكتلة" وليس لدينا للكتلة صفة أخرى لها في تلك اللحظة ولكننا قد نستطيع أن نقول أن الكتلة قد ظهرت في الوجود وأننا الآن نقبل هذا الظهور ونسميه بهذه الطريقة ونتفق كلنا اتفاقا كليا على معنى هذه التسمية . وقد نضيف بعد ذلك أن الكتلة تقع عند نقطة في المكان بالرغم من أن المكان لم يتضح لنا معناه بعد. المهم أننا نتفق علي وجود الكتلة. فادا انبثقت كتلة أخرى عند نقطة أخرى فان أول ما يتبادر إلى الوجدان هو المسافة بين النقطتين وهكذا نكون قد اكتشفنا فكرة المسافة عبر ظهور الكتلتين! و ربما يكون المدهش حقا بالنسبة لوجداننا الذي يراقب الأحداُث أن الكتلة الجديدة تتحرك مباشرة بعد ظهورها بتسارع حثيث نحو الكتلة الأولى، وبذلك يكتشف الوجدان مفهوم الزمن بسبب هذه الحركة لأن الكتلتان تستغرقان "زمنا" إلى حين الالتقاء. وفي نفس الوقت فأن الوجدان يتعرف إلى قوة ( حقل) "الجاذبية" المصاحب دائما لوجود الكتلة والذي كان السبب في سعي الكتلتين إلى بعضهما البعض. ويستطيع وجداننا كذلك أن يبتدع فكرة (من بنات أفكاره) وهي أن يقوم بتعريف الإطار الذي ظهرت فيه الكتلتان ويبتدع إحداثيات لوصف المسافة وربما يختار نقطة أصل في الفضاء المكتشف حديثا. وهذه الفكرة المخترعة عن الإحداثيات ستكون مفيدة جدا فيما سيأتي من وصف للأشياء وبصورة خاصة في فهم نظرية النسبية التي تعطي بعدا أضافيا إلى فهم الوجود. ولابد لمدرس الفيزياء أن يضع اعتبارا خاصا منذ اللحظة الأولى لشرح فكرة الإحداثيات وفكرة المرجعية في الأطر التي لا يجوز حل أي مسألة في الديناميكا بدون وضعها في الاعتبار ولا يمكن بدونها أيضا تحديد الإشارة السالبة أو الموجبة لأيا من كميات الحركة الديناميكية (المتجهات) بدون وجود هذا الإطار المرجعي.

ب - إلحاق فكرة قوة "حقل" الجاذبية بالوجود الأساس للكتلة منذ لحظة وجودها وعند لحظة تقديمنا لها وتأكيدنا على ذلك(دراسيا) قد يساعدنا لاحقا عند طرح المفاهيم المتصلة بالحقول الأخرى

وربما نود أن نذكر عند تعريف الكتلة مثلا ( أن الكتلة هي كمية المادة وهي تؤثر على بعضها دائما بالتجاذب)/// و عند حديثنا عن ذلك في مستويات دراسية أعلى نذكر أن التجاذب يتم عبر قوة (حقل) الجاذبية والذي ينقل التجاذب من جسم لآخر بسرعة عالية وربما استطعنا حينذاك الحديث عن تكمية الحقل وعن الجسيمات التى تنقل القوة في الحقل!// فهذا المدخل يمهد لفكرة وجود القوى (الحقول) الأخرى التي علينا الاستعداد لتقديمها في أطر موحدة مع فكرة الجاذبية.

ج- تقديم فكرة الشحنة:

لعل أسهل طريقة لتقديم فكرة الشحنة لأول مرة هي أن نقول أن بعض الكتل الخاصة [ بالإضافة الى قوة (حقل) الجاذبية] تؤثر فيما بينها قوة (حقل) آخر وان هذه القوة (الحقل) عند ملاحظة أثرها على هذه الكتل نجدها أقوى بكثير من قوة الجاذبية المذكورة سابقا وان بعض هذه الكتل يتجاذب أو يتنافر بشدة شديدة.

السؤال الآن من أين جاءت هذه الكتل الخاصة وهنا يجب أن نشدد على فكرة وحدة مفهوم الكتلة الكلاسيكي وأن نذكر إن هذه الكتل ذات التجاذب /أو التنافر الشديدين ما هي إلا جزء من الكتل التي شهدنا في البداية تنبثق من العدم. ويمكن أن نقول أن تفتت الكتلة ( حسب المبدأ العام نفسه الذي يتبعه علماء المعجلات) بعمليات التكسير المتواصل قد أعطانا معظم ما لدينا الآن من فيزياء عن المادة وخواصها. فلا شك أن الكتلة تنحو نحو تغيير طبائعها عندا يصل بها المطاف الى الحجم المايكروي والنانوي والجزيئي والذري. ويبقى آخر وأصغر حجم فيها بالرغم من تغير كثير من طبائعه ملتزما بالجاذبية العامة من دون أن يؤثر أو يؤثر عليه بحقل جديد هو ذرة الهيدروجين. فإذا فككنا ذرات الهايدروجين خرج منها نوعان من الجسيمات يؤثران على مثيلاتهما بالتنافر الشديد ومع النوع الآخر بالتجاذب الشديد وهذه القوى الجديدة نبحث لها عن أسم فنسميها بالكهرباء وبصورة أشمل نجد انها جزء من منظومة قوة (حقل) نسميه الحقل "الكهرومغناطيسي" ولن يكون من المستغرب لو أسمينا هذا الحقل "حقل التفاعل العالي" بين الكتل بدلا من الكهرباء حيث يسمى الفيزيائيون التنافر أو التجاذب او الاصطدام وغير ذلك بمسمى موحد وهو "التفاعل" وربما وددنا أن نسمي الجاذبية "حقل نيوتن" والكهرباء "حقل كولومب" أو "حقل ماكسويل" تكريما للعلماء. ولي عودة و احتراز بشأن تسمية الوحدات الفيزيائية بأسماء العلماء لما يسببه ذلك من ارتباك لبعض الدارسين غير الآبهين بقضايا التكريم أو قضايا التوثيق التاريخي العلمي.

يتبقى بعد ذلك اذا تم تقديم الكهرباء والجاذبية معا بهذه الطريقة (الحقلية) أن نسعى ألي توحيد أنواع و مسميات الكميات الميكانيكية المتماثلة في مدلولاتها الفيزيائية في الحالين كأن نعرف و نسمي وحدات قوة الحقل والشغل بطريقة متماثلة وأن نستعمل كتلة الوحدة ( الكيلو) في حسابات الجاذبية للتعريف بهما بالطريقة نفسها التي استعملناها مع شحنة الوحدة (الكولومب) في وصف الكهرباء.

7- الوحدات:

أن تعريف الوحدات واختيار مسمياتها بطريقة جيدة يساعد على فهم المواضيع قيد النظر ويساعد على ربط بعضها يبعضها. ولكننا نجد أننا في أحوال كثيرة قد تم اختيار المسميات بما يزيد الأمر تعقيدا والطلاب تنفيرا وأوضح دليل على ذلك المسميات التي تم اختيارها للوحدات الإشعاعية النووية لكل من معدلات التحلل النووي والتعرض للإشعاع والجرعات وكأني بهم قد سعوا لتكريم كل عالم أشتغل بالفيزياء النووية في كل العهود .

هناك أتفاق جيد بين الفيزيائيين المختصين في المجال العام للوحدات وتتم المراجعة لتعريف الوحدات بانتظام وهناك أنجاز جديد في كل فترة ومحاولات مستمرة لزيادة الدقة في المرجع القياسي فهؤلاء المختصين هم حراس النظام الفيزيائي والقائمون على الحفاظ على الدقة و دقة وجودة القياسات التي تجرى في أصقاع العالم. ويكتفي كثير من الفيزيائيين العاديين بالمتابعة والتعرف على المستجدات جاهدين في أن تتم قياساتهم بالدقة الكاملة وفي عرضها بالوحدات الصحيحة. ألا أن طلاب الفيزياء يختلط عليهم الأمر وهم دوما في محاولة للتعرف على مسمى الوحدة ومعناها قبل التعرف على العالم الذي كرم بتسمية الوحدة عليه.

8- القياس ودقة القياس والدوال الأحصائية :

بعض الناس يعرف الفيزياء بأنها علم القياس ويؤكدون أن لا معنى لأي نظرية أن لم يؤكدها ويتفق معها القياس! وعليه نقف هنا أيضا لفهم الكيفية التي يفهم بها خريجو أقسام الفيزياء مواضيع القياس.

أعتدنا أن نجري التجارب وأن نحاول إن نرفع درجة الدقة في القياس بالرغم من أن هناك التباس كثير في المفاهيم لدى الكثيرين منا مابين ضرورة تكرار القياس (والحصول عل المتوسط) لتفادي عدم الدقة الشخصية في استعمال أداة القياس ومابين النتائج التي نحصل عليها عبر المتوسط الأحصائي لكمية كبيرة من المتغيرات والالتباس أكبر عند القيام بتعريف كمية مفردة ودرجة الدقة في قياسها بأداة ما حيث كل أداة قياس لها حدود في دقة القياس لا تتعداها في كل مرة نحاول القياس بها. والمفهوم التعليمي الذي أود أن أعرض اليه هنا مفهوم أساسي في علم الفيزياء حيث يجب علينا التأكيد من البداية أن القياس المفرد والقياس الأحصائي الذي يصف التوزعات و يشتمل على مفاهيم المتوسط والانحراف كلاهما جزء لا يتجزأ من علم الفيزياء ويجب أن نضع نصب أعيننا أمكانية تعلم و تعليم الفهم الشامل لفكرة التوزعات الإحصائية كأسلوب دقيق لوصف العالم الفيزيائي ويشتمل عل منطق صحيح يحتضن فكرة الاحتمال كفكرة مركزية لا تتناقض بأي شكل من الأشكال مع فهمنا لمبدأ الدقة في القياس ويجب أن ينعكس ذلك ربما في وحدة طلابية معملية حسابية إحصائية تعمل على شرح الخلفيات الرياضية اللازمة لجميع التوزعات الفيزيائية المعروفة الكلاسييكيكة منها أو الحديثة والا لن نفهم كما هو حاصل في كثير من الحالات ماذا قدم دباي في من رؤية فيزيائية عن السعة الحرارية أو ماكسويل-بولتزمان عن حركة الجزيئات او بلانك عن أشعاع الجسم الأسود أو آينشتين عن الحركة البراونية أو فيرمي- ديراك عن الفيرميونات او بوز-آينشتين عن البوزونات او في النهاية هايسنبرج وشرودنجر عن أين يتواجد الإلكترون.