كيف استطاع ماكسويل صياغة أعظم معادلات في التاريخ؟

<div id&equals;"wtr-content" &NewLine;&Tab; &Tab;data-bg&equals;"&num;FFFFFF" &NewLine;&Tab; &Tab;data-fg&equals;"&num;dd9933" &NewLine;&Tab; &Tab;data-width&equals;"6" &NewLine;&Tab; &Tab;data-mute&equals;"1" &NewLine;&Tab; &Tab;data-fgopacity&equals;"1&period;00" &NewLine;&Tab; &Tab;data-mutedopacity&equals;"1&period;00" &NewLine;&Tab; &Tab;data-placement&equals;"bottom" &NewLine;&Tab; &Tab;data-placement-offset&equals;"0" &NewLine;&Tab; &Tab;data-content-offset&equals;"0" &NewLine;&Tab; &Tab;data-placement-touch&equals;"bottom" &NewLine;&Tab;&Tab; data-placement-offset-touch&equals;"0" &NewLine;&Tab; &Tab;data-transparent&equals;"1" &NewLine;&Tab; &Tab;data-shadow&equals;"0" &NewLine;&Tab; &Tab;data-touch&equals;"1" &NewLine;&Tab; &Tab;data-non-touch&equals;"0" &NewLine;&Tab; &Tab;data-comments&equals;"0" &NewLine;&Tab; &Tab;data-commentsbg&equals;"&num;ffcece" &NewLine;&Tab; &Tab;data-location&equals;"page" &NewLine;&Tab; &Tab;data-mutedfg&equals;"&num;dd9933" &NewLine;&Tab; &Tab;data-endfg&equals;"transparent" &NewLine;&Tab; &Tab;data-rtl&equals;"1" &NewLine;&Tab; &Tab;>&NewLine;<p>كيف أصبحت معادلات جيمس ماكسويل أعظم معادلات في التاريخ؟<br><br>اشتهر الفيزيائي &&num;8220&semi;جيمس كلارك ماكسويل&&num;8221&semi; بصياغته لأربع معادلات مميزة تجمع بين القوة الكهربية والقوة المغناطيسية&period; وقد فازت معادلاته بلقب &&num;8220&semi;أعظم معادلات في التاريخ&&num;8221&semi; من خلال استفتاء أُجري عام 2004&period; وقد شارك فيه الكثير من علماء الفيزياء حول العالم&period; تعرف معنا من خلال هذا المقال على قصة أعظم معادلات في التاريخ&period;<&sol;p>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<h2 class&equals;"wp-block-heading" id&equals;"أعظم-المعادلات-في-التاريخ-ما-بين-الكهربية-والمغناطيسية">أعظم المعادلات في التاريخ &lpar;ما بين الكهربية والمغناطيسية&rpar;<&sol;h2>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<p>كان قد ركب العالم الفرنسي &&num;8220&semi;جان باتيست بايو&&num;8221&semi;، الذي كان ضليعًا في عدد من العلوم، منطادًا عام 1804م، ليقيس الحقل المغناطيسي للأرض على ارتفاع 4 آلاف متر&period; أما &&num;8220&semi;فيليكس سافار&&num;8221&semi; فكان طبيبًا لا يقصده الكثير من المرضى، فشغل وقته بدراسة آلة الكمان والظاهرة المغناطيسية&period; وقد أثمرت بحوثهما عن قانون &lpar;بايو-سافار&rpar; الذي ينص على&colon;<&sol;p>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<blockquote class&equals;"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow"><p>&&num;8220&semi;يولّد التيار الكهربائي المار في سلك معدني خطوط حقل مغناطيسي على شكل دوائر تقع مراكزها على طول ذلك السلك&period; وتتناسب شدة الحقل المغناطيس عكسًا مع مربع المسافة الفاصلة عنها&&num;8221&semi;&period;<&sol;p><&sol;blockquote>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<p>بذلك فقد كان خلاصة ما توصّل إليه علماء القرن التاسع عشر أنه يمكن تحويل التيار الكهربائي إلى حقل مغناطيسي والعكس أيضًا&period; وقد جاء &&num;8220&semi;جيمس كلارك ماكسول&&num;8221&semi; ليصرح بأن الظاهرتين ما هما إلا وجهان للشيء نفسه &&num;8220&semi;وجهين لورقة واحدة&&num;8221&semi;، ثم ظهر مسمى &lpar;الكهرومغناطيسية&rpar;&period; كانت الكهرومغناطيسية فكرة ألمعية، لكنها كانت وصفًا أكثر من كونها تفسيرًا&period; فقد بيّنتْ كيفية عمل الأشياء دون أن تشرح سبب كونها على هذا النحو&period;<&sol;p>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<h2 class&equals;"wp-block-heading" id&equals;"الكهرومغناطيسية-في-القرن-العشرين">الكهرومغناطيسية في القرن العشرين<&sol;h2>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<p>مع حلول القرن العشرين تم اكتشاف البنية الذرية للمادة&period; حيث علمنا أن الإلكترونات تدور حول نوى الذرات، كما تدور حول محاورها في الوقت ذاته &lpar;خاصية اسمها اللف spin&rpar;&period; وأن الإلكترونات هي التي &&num;8220&semi;تحمل&&num;8221&semi; التيار الكهربائي أثناء حركتها في المعادن&period; إن الإلكترونات -بمعنىً ما- هي عبارة عن جسيمات أو حُبَيبات الكهرباء&period;<br><br>وكما أسلفنا فالكهرباء المتحركة تولّد قوى مغناطيسية&period; إذن أصبح واضحًا أن الإلكترونات المتحركة داخل الذرات تخلق حقولًا مغناطيسية حولها&period; ومعظم الإلكترونات توجد في الذرات مقترنة أزواجًا ذات سبين&sol;لفّ متعاكس&period; لذا فإن الحقل المغناطيسي الذي يولده أحد إلكتروني زوج ما، يلغي الذي يولده شريكه&period;<br><br>ولكن إن كان في الذرة إلكترونات مفردة&sol; غير مقترنة &lpar;ذرة الحديد بها أربعة&rpar;&period; إذن فإنها تخلق حقولًا تصطف بشكل متسق مع بعضها محولة الذرة إلى مغناطيس دقيق&period; وبذلك عندما نضع مادة كهذه في حقل مغناطيسي &lpar;أي مثلًا عندما نقرب مغناطيسًا من مسمار حديد&rpar; تصطف هذه الحقول متسقة مع الحقل الخارجي، ويحدث الانجذاب&period; وهذا يفسر أيضًا كيف يؤدي الطَّرْق المتكرّر أو التسخين فوق حرارة معينة إلى زوال التمغنط&period;<&sol;p>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<h2 class&equals;"wp-block-heading" id&equals;"ولكن-ماذا-عن-المواد-الدايامغناطيسية-ذات-المغناطيسية-المغايرة">ولكن ماذا عن المواد الدايامغناطيسية &lpar;ذات المغناطيسية المغايرة&rpar;؟<&sol;h2>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<p>هذه المواد ليس بها إلكترونات مفردة أو غير مقترنة، فلا يحدث فيها ما سبق&period; لكن بما أن الإلكترونات شحنات متحركة، فلها حقل مغناطيسي خاص بها&period; وبوجود حقل مغناطيسي خارجي، تغير هذه الإلكترونات قليلًا من مداراتها&period; فتولد حقلًا معاكسًا للحقل الخارجي &lpar;وفق قانون لنز Lenz&rpar;، دافعة هذه المادة بعيدًا عن المغناطيس&period;<&sol;p>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<h2 class&equals;"wp-block-heading" id&equals;"فاصل-معجمي">&nbsp&semi;فاصل معجمي<&sol;h2>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<p>في الفيزياء يوجد مصطلحان مهمان وهما، سُلَّمي scalar، وشعاعي أو مُوجّه vector&period; حيث يكون مقدار ما سُلّميًا حين يكون له كمية فقط، دون اتجاه&period; وعلى سبيل المثال، الكتلة والشحنة مقداران سُلّميان&period; حيث أن كتلة الإلكترون 9&period;10938356 × 10&Hat;-³¹ كيلوجرام، أما شحنته 1&period;60217662 ×10&Hat;-19 كولوم&period; وبذلك نتسنتج أنه ليس للكتلة أو الشحنة اتجاه&period; وفي نشرة الطقس يكفي رقم واحد للتعبير عن درجة الحرارة مثلًا 35 مئوية، إذًا أيضًا ليس للحرارة اتجاه&period;<br><br>من ناحية أخرى فإن المقدار الشعاعي هو ما كان له كمية واتجاه&period; ففي نشرة الطقس، لا يكفي أن تخبرك أن سرعة الريح 30 كم&sol;ساعة&period; لكن ستقول مقدمة النشرة&colon; &&num;8220&semi;تهب ريح شمالية غربية سرعتها 30 كم&sol;ساعة&&num;8221&semi;&period;<br><br>إن الحقل المغناطيسي ما هو إلا حقل شعاعي، لذلك نكثر في هذه المقالات الحديث عن اتجاه الحقل، وتعاكس الحقول أو تجاذبها&period; إذًا فكم شدة حقلين مغناطيسيين قيمة كل واحد منهما 1 تسلا؟ نحتاج لمعرفة الاتجاه&excl; حيث أن قوة الأشعة لا تجمع كما تجمع الأرقام العادية&period; فقد تكون شدة الحقلين السابقين معًا هي 0 أو ربما 1&period;83 تسلا&period;<&sol;p>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<h2 class&equals;"wp-block-heading" id&equals;"دور-جيمس-ماكسويل">دور جيمس ماكسويل<&sol;h2>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<p>قال جيمس ماكسويل أن التيار الكهربائي يولد حقلًا مغناطيسيًا ينتشر مبتعدًا تدريجًيا عن السلك&period; وهذا الحقل المغناطيسي يولد بدوره حقلًا كهربائيًا ثانويًا&period; كما سيولد هذا الأخير حقلًا مغناطيسًا يولد حقلا كهربائيًا وهكذا شيئا فشيئا تنتشر الموجة&period; بذلك، حصل ماكسويل من معادلاته على قيمة قريبة جدًا من قيمة سرعة الضوء كما قاسها &&num;8220&semi;فيزو&&num;8221&semi; آنذاك&period;<&sol;p>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<blockquote class&equals;"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow"><p>&&num;8220&semi;إذا كانت الموجات تنتشر بسرعة الضوء، فليس هذا مصادفة، بل لأن الضوء هو نفسه موجة كهرومغناطيسية&&num;8221&semi;&period;<&sol;p><cite>ماكسويل<&sol;cite><&sol;blockquote>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<p>كان هذا هو لب مفهوم الطبيعة الموجية للضوء وأساس معادلات جيمس ماكسويل&period; وبذلك نستنتج أن الضوء ليس كالصوت اهتزازًا ميكانيكيًَا لجزيئات الهواء&period; ولكنه اهتزاز ينتشر حتى في الفراغ، ودون الحاجة لفكرة الأثير&period; حيث أن الحقول الكهربائية والمغناطيسية تنتشر لتوليده&period;<&sol;p>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<h2 class&equals;"wp-block-heading" id&equals;"كيف-أصبحت-معادلات-ماكسويل-أعظم-معادلات-في-التاريخ">كيف أصبحت معادلات ماكسويل أعظم معادلات في التاريخ؟ <&sol;h2>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<p>كان الفيزيائي الألماني &&num;8220&semi;هاينريش هيرتز&&num;8221&semi; الذي برهن على وجود هذه الحقول عمليًا في تشرين الأول&sol;أكتوبر عام 1886م، وحدث ذلك بعد سبع سنوات من موت ماكسول&period; وكانت هذه هي الموجات الراديوية التي يلتقطها مذياعك &lpar;إن كنت لا تزال تملك واحدًا أو تستخدمه&rpar;&period; يعمل الراديو عن طريق هوائيّ antenna مُرسِل وهوائيّ مستقبِل&period;<br><br>ثم بعد ذلك توالت الإنجازات العلمية، حيث استطاع العالم الإيطالي &&num;8220&semi;ماركوني&&num;8221&semi; اختراع جهاز التلجراف عام 1895م&period; وفي عام 1901م تحقق أول اتصال لاسلكي عبر المحيط الأطلنطي&period;<br><br>ليس الضوء المرئي والأمواج الراديوية وحدهما عبارة عن حقلين كهرومغناطيسيين&period; ولكن أمواج الميكروويف، والأشعة تحت الحمراء وفوق البنفسجية، والأشعة السينية &lpar;x ray&rpar; التي لا يستغني عنها الطب، وكذلك أشعة جاما&period; جميعها تنتمي إلى الطيف الكهرومغناطيسي&period;<&sol;p>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<figure class&equals;"wp-block-image size-full"><img src&equals;"https&colon;&sol;&sol;elakademiapost&period;com&sol;wp-content&sol;uploads&sol;2022&sol;01&sol;62238254&lowbar;678199375926708&lowbar;7912365769768304640&lowbar;n&period;jpg" alt&equals;"كيف استطاع ماكسويل صياغة أعظم معادلات في التاريخ؟" class&equals;"wp-image-45155" &sol;><figcaption>الطيف الكهرومغناطيسي<&sol;figcaption><&sol;figure>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<p>أصبحت معادلات جيمس ماكسويل الأربع الشهيرة أعظم معادلات في تاريخ الفيزياء&period; حيث أن المعادلتين الأوليتين تصفان -كل على حدة، وبالترتيب- خصائص الحقل الكهربائي والحقل المغناطيسي&period; بالإضافة إلى ذلك فإن الثانية مثلًا تؤكد استحالة وجود أقطاب مغناطيسية مفردة &lpar;لن تجد مغناطيسًا له قطب شمالي فقط دون قطب جنوبي&rpar;&period; وبالتالي فالمعادلتين الثالثة والرابعة تصفان التداخل بين الحقلين الكهربائي والمغناطيسي&period; إليك صورة توضح معادلات جيمس ماكسويل الأربع&period;<&sol;p>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<figure class&equals;"wp-block-image size-full"><img src&equals;"https&colon;&sol;&sol;elakademiapost&period;com&sol;wp-content&sol;uploads&sol;2022&sol;01&sol;62384659&lowbar;678199832593329&lowbar;5841969792524746752&lowbar;n&period;jpg" alt&equals;"" class&equals;"wp-image-45156" &sol;><figcaption>معادلات ماكسويل الشهيرة<&sol;figcaption><&sol;figure>&NewLine;&NewLine;&NewLine;&NewLine;<p>كانت أربع معادلات دقيقة أنيقة، جميلة عند بعضهم بما يكفي لكي يطبعها على قميصه أو كنزته&period; وعظيمة عند بعضهم كي يعدها أهم حدث في تاريخ الحضارة البشرية&period; قصة ملحمة ساهم في كتابتها أورستد وفاراداي وهرتز وسافار وبايو وأمبير&period; ولكن ماكسويل هو من أعطاها شكلها النهائي، حيث فازت معادلات جيمس ماكسويل النهائية بمنصب<a href&equals;"https&colon;&sol;&sol;elakademiapost&period;com&sol;&percnt;d9&percnt;81&percnt;d8&percnt;a7&percnt;d8&percnt;b1&percnt;d8&percnt;a7&percnt;d8&percnt;af&percnt;d8&percnt;a7&percnt;d9&percnt;8a-&percnt;d9&percnt;88&percnt;d9&percnt;82&percnt;d8&percnt;b5&percnt;d8&percnt;a9-&percnt;d8&percnt;a3&percnt;d8&percnt;b9&percnt;d8&percnt;b8&percnt;d9&percnt;85-&percnt;d8&percnt;a7&percnt;d9&percnt;84&percnt;d9&percnt;85&percnt;d8&percnt;b9&percnt;d8&percnt;a7&percnt;d8&percnt;af&percnt;d9&percnt;84&percnt;d8&percnt;a7&percnt;d8&percnt;aa-&percnt;d9&percnt;81&percnt;d9&percnt;8a-&percnt;d8&percnt;a7&percnt;d9&percnt;84&percnt;d8&percnt;aa&percnt;d8&percnt;a7&percnt;d8&percnt;b1&percnt;d9&percnt;8a&sol;" target&equals;"&lowbar;blank" rel&equals;"noreferrer noopener"> أعظم معادلات في التاريخ&period;<br><&sol;a><&sol;p>&NewLine;<div class&equals;"uwp&lowbar;widgets uwp&lowbar;widget&lowbar;author&lowbar;box bsui sdel-9a8e25eb" ><div class&equals;"d-block text-center text-md-start d-md-flex p-3 bg-light ">&NewLine;&Tab;&Tab;&Tab;&Tab;<a href&equals;"https&colon;&sol;&sol;elakademiapost&period;com&sol;profile&sol;khaldon&sol;"><img src&equals;"https&colon;&sol;&sol;elakademiapost&period;com&sol;wp-content&sol;plugins&sol;userswp&sol;assets&sol;images&sol;no&lowbar;profile&period;png" class&equals;"rounded-circle shadow border border-white border-width-4 me-3" width&equals;"60" height&equals;"60" alt&equals;"Khaldon"><&sol;a>&NewLine;&Tab;&Tab;&Tab;&Tab;<div class&equals;"media-body">&NewLine;&Tab;&Tab;&Tab;&Tab;&Tab;<h5 class&equals;"mt-0">Author&colon; <a href&equals;"https&colon;&sol;&sol;elakademiapost&period;com&sol;profile&sol;khaldon&sol;">Khaldon<&sol;a><&sol;h5>&NewLine;&Tab;&Tab;&Tab;&Tab;&Tab;&NewLine;&Tab;&Tab;&Tab;&Tab;&Tab;<p><&sol;p>&NewLine;&Tab;&Tab;&Tab;&Tab;<&sol;div>&NewLine;&Tab;&Tab;&Tab;<&sol;div><&sol;div><&sol;div><div style&equals;'text-align&colon;center' class&equals;'yasr-auto-insert-visitor'><&excl;--Yasr Visitor Votes Shortcode--><div id&equals;'yasr&lowbar;visitor&lowbar;votes&lowbar;1308fb168d648' class&equals;'yasr-visitor-votes'><div class&equals;"yasr-custom-text-vv-before yasr-custom-text-vv-before-45259">اضغط هنا لتقييم التقرير<&sol;div><div id&equals;'yasr-vv-second-row-container-1308fb168d648' &NewLine; class&equals;'yasr-vv-second-row-container'><div id&equals;'yasr-visitor-votes-rater-1308fb168d648' &NewLine; class&equals;'yasr-rater-stars-vv' &NewLine; data-rater-postid&equals;'45259' &NewLine; data-rating&equals;'0' &NewLine; data-rater-starsize&equals;'32' &NewLine; data-rater-readonly&equals;'false' &NewLine; data-rater-nonce&equals;'79bfbbed13' &NewLine; data-issingular&equals;'true' &NewLine; ><&sol;div><div class&equals;"yasr-vv-stats-text-container" id&equals;"yasr-vv-stats-text-container-1308fb168d648"><svg xmlns&equals;"https&colon;&sol;&sol;www&period;w3&period;org&sol;2000&sol;svg" width&equals;"20" height&equals;"20" &NewLine; class&equals;"yasr-dashicons-visitor-stats" &NewLine; data-postid&equals;"45259" &NewLine; id&equals;"yasr-stats-dashicon-1308fb168d648"> &NewLine; <path d&equals;"M18 18v-16h-4v16h4zM12 18v-11h-4v11h4zM6 18v-8h-4v8h4z"><&sol;path> &NewLine; <&sol;svg><span id&equals;"yasr-vv-text-container-1308fb168d648" class&equals;"yasr-vv-text-container">&lbrack;Average&colon; <span id&equals;"yasr-vv-average-container-1308fb168d648">0<&sol;span>&rsqb;<&sol;span><&sol;div><div id&equals;'yasr-vv-loader-1308fb168d648' class&equals;'yasr-vv-container-loader'><&sol;div><&sol;div><div id&equals;'yasr-vv-bottom-container-1308fb168d648' class&equals;'yasr-vv-bottom-container'><&sol;div><&sol;div><&excl;--End Yasr Visitor Votes Shortcode--><&sol;div>