معادلاتی فیزیکی که دنیا را تغییر داد/ تأثیرگذارترین قوانین فیزیک را بشناسید

به گزارش خبرنگار گروه علم و فناوری خبرگزاری آنا، به مناسبت زادروز محمود حسابی، فیزیک را می‌توان شاخه‌ای از علوم طبیعی قلمداد کرد، هدف این علم درک این است که جهان اطراف ما از اتم‌ها گرفته تا کهکشان‌های غول‌آسا چگونه کار می‌کند. فیزیک مطالعه مفاهیمی اساسی مانند انرژی، نیرو، سرعت، زمان، جرم مواد و حرکت است. دانشمندان از طریق معادله‌های فیزیکی سعی می‌کنند پدیده‌های طبیعی را درک کنند و نحوه کار جهان را توضیح دهند. فیزیک یکی از قدیمی‌ترین علوم تاریخ است که از قرن هفدهم به‌عنوان یک علم مدرن طبقه‌بندی شد. از آنجایی که فیزیک در برخی دیگر از حوزه‌های علمی و غیرعلمی مانند فلسفه، ریاضیات و زیست‌شناسی تأثیرگذار بوده است، در اندیشه انسان جایگاه متمایزی یافته است.

امروزه فیزیکدانان به دو رشته مکمل تقسیم می‌شوند: فیزیک نظری و فیزیک تجربی. فیزیک نظری با توسعه نظریه‌ها با مدل‌های ریاضی سروکار دارد، در حالی که فیزیکدانان تجربی این نظریه‌ها را آزمایش می‌کنند و کاربردهای مختلف‌شان را سبک‌وسنگین می‌کنند.

معادله فیزیک، معادله‌ای ریاضی است که طیف وسیعی از پدیده‌های طبیعی را توصیف، توجیه یا پیش‌بینی می‌کند. این معادله‌ها براساس آزمایش یا مشاهده‌های تکراری تدوین می‌شوند و برخی از جنبه‌های جهان و طبیعت را شرح می‌دهند. در این گزارش به سه معادله برجسته فیزیک خواهیم پرداخت که تأثیر زیادی در تاریخ علم داشته‌اند.

معادل انرژی-جرم انیشتین

آلبرت انیشتین فیزیکدانی است که در آلمان چشم به جهان گشود اما ظهور هیتلر موجب شد راهی آمریکا شود. او به عنوان پدر نظریه نسبیت شناخته می‌شود زیرا نظریه‌های نسبیت خاص و نسبیت عام که اساس فیزیک نظری مدرن را شکل داده‌اند توسط او ابداع شدند. او سال 1921 برای مقاله‌ای در مورد اثر فوتوالکتریک جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد. با این وجود انیشتین مهمترین مقاله تحقیقاتی زندگی خود و یکی از مهمترین مقالات تاریخ علم فیزیک را در سال 1905 به رشته تحریر درآورد. نام مقاله او به آلمانی این بود:

Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig؟

معنی این عبارت این است که «آیا جسم به انرژی خود وابسته است؟» او اصلاً حدس نمی‌زد که این مقاله در نهایت باعث مرگ بیش از دویست هزار ژاپنی در طول جنگ جهانی دوم شود. در این مقاله انیشتین توضیح داد که جرم و انرژی دو روی یک سکه هستند، زیرا جرم می‌تواند به انرژی تبدیل شود و بالعکس. این معادله در تاریخ بشر یک نقطه عطف بوده است. با این وجود، از این نظریه برای ساختن کشنده‌ترین سلاح تاریخ استفاده شد. هر چند می‌توان از آن به عنوان راهی صلح‌آمیز برای تولید انرژی نیز استفاده کرد.

در بسیاری از منابع از این معادله به نام رابطه هم‌ارزی انرژی-جرم یاد می‌شود،‌ اما این بدین معنی نیست که چگونگی تبدیل یک سطل شن به انرژی در این معادله بیان شود. موضوع اینجا فقط این است که جرم و انرژی هم‌ارز هستند. به زبان ساده‌تر باید برای انرژی نیز جرم قائل شویم. وقتی نفت را می‌سوزانیم، حرارتی که در اثر آن ایجاد می‌شود دارای جرم است.  

قانون دوم نیوتن

آیزاک نیوتن دانشمند انگلیسی و یکی از مهم‌ترین فیزیکدانان تاریخ و یکی از نمادهای انقلاب علمی در جهان است. وی بیشتر اصول مکانیک کلاسیک را بنیان نهاد. نیوتن همچنین سهم مهمی در زمینه تحقیقات بینایی‌سنجی و نورشناسی داشت و مبانی حسابان را ابداع کرد.

قانون دوم نیوتن یکی از قدیمی‌ترین قوانین فیزیکی است که توسط وی تدوین شد. براساس این قانون حرکت اجسام با در نظر گرفتن مقدار نیرو محاسبه می‌شود. این قانون به پیشرفت بسیاری از علوم از جمله مهندسی هوافضا کمک کرد و راه را برای صنعت خودرو، راه‌آهن، هواپیما، ماهواره، شاتل فضایی و سایر زمینه‌ها هموار کرد. قانون دوم نیوتن می‌گوید که سرعت تغییر حرکت یک جسم مستقیماً با نیرویی که به آن وارد می‌شود متناسب است. قانون دوم نیوتن اولین بار در سال ۱۶٨٧ منتشر شد. بر طبق قانون اول نیوتن اگر بر جسم نیرو وارد شود جسم ثابت نمی‌ماند. قانون دوم نیوتن در حقیقت رابطه شتاب با نیرویی را که در قانون اول از آن صحبت شد،  بیان می‌کند.  

معادله شرودینگر

اروین شرودینگر در 12 آگوست 1887 در اتریش متولد شد و کمک زیادی به مکانیک کوانتوم کرد. امروزه او را بیش از هر چیزی به دلیل معادله شرودینگر می‌شناسیم. وی به واسطه این معادله برنده جایزه نوبل فیزیک در سال 1933 شد. هنگامی که فیزیکدانان در مقیاس ذره‌بینی به مطالعه اجزای جهان می‌پرداختند، شرودینگر تحقیقات خود را با الکترون‌هایی که به دور هسته اتم می‌چرخند، آغاز نمود.

او متوجه شد در این سطح از اتم، رفتارهای عجیبی از اجزای اتم سر می‌زد که با قوانین نیوتن همخوانی نداشت و به گفتار دیگر این قوانین نمی‌توانست آنها را پیش‌بینی کند یا در مورد آنها به‌درستی اعمال شود. بنابراین لازم بود معادله‌های جدیدی برای تفسیر این پدیده‌ها در چنین مقیاس‌هایی تدوین شود. فیزیکدانان به فرضیه مکانیک کوانتوم نیاز داشتند. از این‌رو معادل قانون نیوتن در مکانیک کوانتوم را معادله شرودینگر می‌نامند، یک معادله دیفرانسیل با مشتقات جزئی که تابع موج یا تابع وضعیتِ یک سیستم مکانیکی کوانتوم را توصیف می‌کند و توسط فیزیکدانان  ابداع شده است.

انتهای پیام/4160/پ