حوالي العام 1840، قد يعتقد المرء أنه قد بلغ المعرفة الأساسية بمجمل الظواهر الكهربية والمغناطيسية، ولكن النظرة الأكثر تمحيصا تبين أن ثمة شيئا ما لا يزال مفقودا. المعرفة الحالية تتضمن قوانين تبين كيف يمكن للشحنات والتيارات الكهربية والعزوم المغناطيسية أن تولد قهوة تؤثر في شحنات وتيارات وعزوم مغناطيسية أخرى. وأيضا كان ثمة مصنفات من قوانين أخرى مثل قانون أوم، أو قانون الحث. وعلى أي حال، فإن مراجعة كل تلك القواعد الإمبيريقية تكشف عن أنها خلافا لمبادئ نيوتن، لا تشكل ديناميكا شاملة. بعبارة أخرى، هذه القواعد لا تتيح للمرء أن يستدل من قيم الشحنات والتيارات في اللحظة المعطاة على تطورها المستقبلي، ولا هي تفسر كيف تتحدد الخصائص الكهربية والمغناطيسية للمادة.
على أن هذا القصور الرياضي لم يكن الشغل الشاغل لباحثين معينين. فالأحرى أن استياءهم قد نبع من رغبتهم في الفهم التي لا يُشفي غليلهـا: لقد افتقدوا الصورة المرضيـة لحركة الشحنات والجسيمات المغناطيسية الحاضرة في المادة، والتي ربما كان الفعل المتبادل بينها هو الذي ينتج الظواهر الإمبيريقية الملاحظة. وإذا كان الفهم يعني القدرة على رؤية ما تكون عليه الأشياء، فهم بالقطع لم يفهموا شيئا. وسوف تكون المغامرة الكبرى الوشيكة الحدوث هي - على وجه التحديد - الخروج بمغزى ثروة المعارف التجريبية التي تراكمت عبر أجيال عديدة. ويكاد يكون هدف هذه المغامرة حلما مستحيلا إحراز تساوق وترابط مكتملين، على الرغم من أن هذا قد يعني في الآن نفسه وضع نهاية لتمثلات حدسية عديدة.
وضمن فيالق الفيزيائيين، يقف أكثرهم براعة في الرياضيات - غاوس وأمبير وبيو وسافار وآخرون - لتتركز تحليلاتهم دوما على أفكار معينة - الشحنة التيار، ثنائي القطب المغناطيسي - أسهل نسبيا في تصورها . وحتى إذا تصادف أن أشارت نظرياتهم إلى الجهد الكهربي أو الجهد المغناطيسي، فإنها تؤخذ أساسا على محمل الوسائل الرياضياتية التي تيسر حساب القوى تماما كما هي الحال في نظرية الجاذبية.
ولكن لم يكن هذا هو منظور فاراداي فحينما لاحظ أن برادة الحديد نتجه من تلقاء ذاتها بتأثير المغناطيس، توقع شيئا ما حقيقيا كائنا خلف خطوط «المجال المغناطيسي، شيئا ما أكثر أهمية ودلالة من القوى التي تمارس فعلها عن بعد كما فرضها المنظرون . لقد رفض صميم فكرة الفعل من بعد، وأراد أن يفهم كيف تشكل البرادة أو جزيئات العازل الكهربي أنماطاً منظمة ويؤثر تدريجيا بعضها في بعض. ومن ثم شرع في بناء نماذج السلوك المادة حين يؤدي الدور الرئيسي مجالان مجال كهربي ومجال مغناطيسي وباستخدام مثال برادة الحديد، دعنا نتذكر أن المجال شيئا ماء له مقدار واتجاه (متجه vector محددان لجميع النقاط في المكان ولعلهما يتغيران مع الزمان.
كان فاراداي مجربا من طراز رفيع وفيزيائيا عبقريا، لكنه أيضا اكتسب تعليما ذاتيا وافتقر إلى المعارف الضرورية لوضع أفكاره في صيغة رياضية ومن ثم بدت نماذجه قاصرة فيما يتعلق بجوانبها الكمية، حتى وإن كانت شديدة البراعة إن بعث الحياة في أعطاف هذه النماذج شرف يحوزه تلميذه جيمس كليرك ماكسويل (1831-1879). ولكي نظفر بأفضل تفهم لإسهام ماكسويل دعنا نسترجع القوانين الرئيسية للكهرومغناطيسية والصورة التي عرفت بها تلك القوانين في ذلك الوقت. كان ثمة - ولا تزال - أربعة قوانين الأول هو قانون كولوم، الذي يطرح القوة بين شحنتين. وبفضل غاوس كان من المعروف كيف تعبر عن هذه القوة باستخدام فكرة المجال الكهربي القانون الثاني يطرح بطريقة مماثلة قوتين بين عنصرين للمغناطيس. وباستخدام المجال المغناطيسي يمكن وضع هذا القانون في صورة تماثل كثيرا صورة القانون الأول. القانون الثالث هو قانون أمبير أو قانون بيو وسافار)من منظور فاراداي، يعبر هذا القانون عن قيمة المجال المغناطيسي المتولد بواسطة تيار. وأخيرا، نجد أن القانون الرابع هو قانون الحث الذي اكتشفه فاراداي نفسه، وهو قانون يعطينا مقدار المجال الكهربي المستحث في دائرة بواسطة اختلاف الفيض المغناطيسي خلال الدائرة، وبفضل فاراداي على وجه الخصوص، يمكن أن يقول المرء إنه يمكن صياغة قوانين الكهرومغناطيسية إما باستخدام المجالات، وإما باستخدام القوى الفاعلة بين الشحنات والتيارات.
وسوف تكون أولى مهام ماكسويل في العام 1855 ، أن يقوم كل هذا . بدأ بفحص القوانين التي كانت معروفة فعلا. وإنه لإقدام على مشروع عسير مادامت الوسائل الرياضية التي كانت متاحة في هذا العصر قاصرة عن أداء المهمة المطلوبة . لم تكن المناهج المحدثة لحساب المتجهات vector calculus متاحة آنذاك. وعلى ماكسويل أن يولف بين التكنيكات الرياضية والحدس الفيزيائي، وهولا يتردد في استخدام تماثلات مع الهيدروديناميكا [الخاص بحركة السوائل - وربما تكون أكثر المحصلات اللافتة للنظر التي تنجم عن نتائج ماكسويل هي إمكان إعادة تدوين القوة الكهربية بوصفها دالة للمجال الكهربي وحده من دون أي إشارة إلى توزيع الشحنات.
في العامين 1861 و1862 قطع ماكسويل خطى أبعد: حاول أن يفهم». أي أن يفك شفرة الواقع بطريقة سديدة. أراد أن يرى» ما يجري داخل المادة تحت تأثير مجال، ولن يسعفه التعجب في شأن «الأثير ether» وكيف يبدو من منظور الكهرومغناطيسية. كان من الضروري افتراض وجود الأثير، لأنه إذا كان يمكن أن تمارس القوة الكهربية فعلها عبر الفراغ، فإن هذا الفراغ لا بد أن يكون شيئا ما ينقل تأثير القوة. بدأ من المادة، حيث يستطيع أن يرى سلوك الجزيئات، ثم واصل المسير إلى الفراغ. وبهذا تأدى به الأمر إلى تصور نموذج للأثير خيالي تماما. الأثير يحوي خلايا، تبث فيها الحياة تيارات ميكروسكوبية تفسر انتقال المجال المغناطيسي كل شيء داخل الأثير ثمة شبكة متضامة من الخيوط المرنة، خطوط المجال الكهربي التي ترتحل عبرها الشحنات ربما كان جيروم بوش Jerome Bosch هو الذي أوحى بهذا البناء الذي يبدو بأسره كما لو كان حلما، وقد شيد خطوة خطوة، باستغلال التشابه بين الأثير والمادة. وقام ماكسويل بتحليله في شكل بهي شامل وبالغ الجدية. وقد أخذ في اعتباره القوة المبذولة بين المكونات المختلفة هذا النظام وتأثيرها في الحركة، بطاريقة تقليدية متبعة للأصول ووفقا لمبادئ نيوتن.
بهذه الطريقة نجح ماكسويل في إعادة اكتشاف القوانين المألوفة للكهرومغناطيسية، لكن باختلاف ذي أهمية والواقع أن القانون الثالث الذي يعود إلى لابلاس وبيو وسافار، هو فقط الذي يحتاج إلى مراجعة كان في صورته السابقة يصف كيف يولد التيار مجالا مغناطيسيا. ويدرك ماكسويل أنه من الضروري أيضا افتراض أنه يمكن خلق مجال مغناطيسي عن طريق مجال كهربي متغير. ويقترب هذا كثيرا من قانون الحث، حيث يمكن أن يولد التغير في المجال المغناطيسي مجالا كهربيا . ويطلق ماكسويل على المصدر الكهربي للمجال المغناطيسي اسم «تيار الإزاحة Displacement Current ( على الرغم من أن هذا لا يتضمن أي حركة للشحنة). وعلى الرغم من أن تأثير تيار الإزاحة بدا ضعيفا جدا في ظل الظروف التجريبية لذلك العصر، فإننا إذا نظرنا إليه من منظور المفاهيم والتصورات نجده ذا تضمنات مهمة للغاية، لأنه يفتح الباب للوصول إلى معادلات المجال «الكهرومغناطيسي - إنها معادلات ماكسويل الرائعة البهية وهي تتسم بخاصيتين أساسيتين: إنها تتقدم بمجال ديناميكي، بمعنى أنها يمكن حلها بالنسبة إلى أي زمن في المستقبل إذا كانت القيم في زمن مبدئي معروفة جيدا، وهي تكفل مبدأ بقاء الطاقة، إذا عُرفت الطاقة الراجعة إلى المجال المغناطيسي
تعريفا صحيحا.
وكمحصلة لهذه الجهود، وجد ماكسويل نفسه في موقف لم يسبق له مثيل فهو من ناحية قد توصل إلى قوانين فيزيائية جديدة متسقة مع القواعد الإمبيريقية المكتشفة قبلا. وعلاوة على هذا، تعرض قوانينه الجديدة ترابطا وتساوقا فائقين بين الفيزياء والرياضيات. لكن من ناحية أخرى، نجد أن النموذج الذي أدى به إلى هذه النتائج، بما فيه من أثير معبأ بخلايا وخطوط هو نموذج غير راجح الكفة إلى حد بعيد، حتى عند من ابتدعه الناتج النهائي كان جيدا، ولكن لا بد من تقويض النموذج الذي أنتجه.
وهكذا يقفل ماكسويل في العام 1864 عائدا إلى هذا الموضوع، لكنه يستخدم في هذه المرة منهجا مختلفا تماما. لم يكن التأسي بالأثير محل تساؤل، وعلى العكس من ذلك، يبدأ ماكسويل من مفاهيم خلو من المعنى الفيزيائي إلى درجة أنها تكاد تكون مفاهيم رياضية بحتة «الأشياء التي يمكن أن تكون في كل مكان هي المجالات الكهربية والمغناطيسية، وحيثما توجد هذه المجالات، توجد الطاقة المكون الأساسي لهذه الطاقة، هو ذاته جهد الطاقة، بينما يعتبر المكون المغناطيسي طاقة حركة. المنهج مختلف تماما من المنظور الرياضي. ومادمنا قد قمنا بتعرف المتغيرات (المجالات) وصورتي الطاقة، فمن الممكن تطبيق المناهج الديناميكية المجردة للاغرانج وهاملتون ومبدأ الحد الأدنى من الفعل لديهما، من دون معرفة أكثر بطبيعة النسق. وهذا هو ما يفعله ماكسويل أساسا، وأيضا ما سوف يفعله هرتز بعد هذا بوقت قصير، حينما يشذّب المنهج. وهكذا يحصل ماكسويل، ربما بشكل أوتوماتيكي، على معادلات الديناميكا لمنظومة المجالات لديه. وهي لا تعدو أن تكون المعادلات نفسها التي اشتقها سابقا بمناهج مختلفة تماما. إن هذا الإنجاز الأخير لماكسويل هو العلامة الدامغة لنقطة التحول التي طرأت على الفيزياء أسدل الستار على الفيزياء الكلاسيكية، إذا كنا نعني بـ «الكلاسيكية الفيزياء التفسيرية، حيث الواقع يتم تمثيله تمثيلا مرئيا بطريقة يتلقفها الحدس تماما . ولأول مرة وفي واضحة النهار يحل محل الفيزياء الكلاسيكية فيزياء صورية مفاهيمها الأساسية المجالات في هذه الحالة ذات نكهة رياضية حادة، وتحديداً أصبحت مبادئها (معادلات ماكسويل، أو المكافئ الرياضي لمبدأ الحد الأدنى من الفعل عند لاغرانج) صورية ورياضية خالصة نوعا من ماهية مجردة أو بالأحرى غامضة لمبدأ نيوتن الأول. وفوق ذلك، اتخذ مبدأ الحد الأدنى من الفعل عند لاغرائج مغزى جديدا، وأصبح بمعنى ما المبدأ القيادي في الديناميكا. إذا سأل سائل هرتز عن المبدأ الذي يكمن خلف أسس معادلات ماكسويل فسوف يجيب المعادلات ذاتها وهناك واحد في طليعة الفيزيائيين الحدسيين في عصرنا هذا، إنه ريتشارد فيينمان R.Feynman وقد اعتاد هو الآخر أن يخبر طلابه بأنه من المستحيل تخيل المجال الكهرومغناطيسي. والحق أنه من بعد ماكسويل، لم تعد الفيزياء في واقع الأمر شيئا يمكن أن تراه الأعين مستعينة بالخيال والتواصل باللغة العادية ولا يمكن البتة طرح مفاهيمها من دون الاستعانة - على أبسط الفروض - باللغة الرياضية. لقد أصبحت اللغة الرياضية في الوقت الراهن عنصرا مكونا لصميم الفيزياء وليست فقط الصورة التكميمية للقوانين الفيزيائية. وإذا كان فولتير قادرا على شرح نيوتن، فلا فيلسوف ألبتة، مهما كان متألقا يمكن أن يشرح ماكسويل الماركيز نزهي.
ومع هذا لا تزال الثمار دانية، ما دام المرء بفضل معادلات ماكسويل يمكنه أن يفعل ما سوف يفعله هرتز في العام 1888، أي التحقق من أن المجال الكهرومغناطيسي يمكن أن يتذبذب - ذبذبة هي أيضا الضوء.
وثمة علائم أخرى، في هذه السنوات الأخيرة من القرن التاسع عشر، تنبئ بأن العمى سوف يحل ببصر وبصيرة الحدس شيئا فشيئا. وخطوة إثر خطوة راحت المفاهيم الصورية تنتزع الغنيمة إثر الغنيمة وهكذا حل الإنتروبي محل الحرارة. وفي اللحظة عينها، حين كان البعض على استعداد للمجاهرة بأن صرح الفيزياء اكتمل تقريبا، كان الوقت مهيأ لأن تولد فيزياء أخرى.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

مركز دار العلم للدراسات العقدية والتاريخية يقيم امتحانات نصف السنة الدراسية لطلبته

جامعة الكفيل تنظم سلسلة ورش علمية وتوعوية لتعزيز الوعي الأكاديمي والفكري لدى الطلبة

قسم صناعة الشبابيك يستعرض جهود ورشة صناعة أبواب المراقد المقدسة وشبابيك الأضرحة لملاكات العتبة العباسية المقدسة

شعبة الخطابة الحسينية النسوية تُقيم مسابقة حفظ الخطب الثلاث لطالبات الدورات الصيفية في كربلاء

المزيد

الآخبار الصحية

أول إرشادات غذائية قائمة على الأدلة لمعالجة الإمساك المزمن

صباح بلا إفطار؟.. صحتك في خطر!

هل يمكن للجلد أن يكشف عن صحتك العقلية؟.. دراسة حديثة تجيب

السر في مطبخك.. 6 أطعمة تمنح عظامك قوة الشباب

المزيد

الآخبار التكنلوجية

ناسا تكشف: كوكب الأرض أصبح أقل لمعانا خلال العقود الماضية

دراسة: الوقت الذي تستخدم فيه هاتفك قد يفضح حالتك النفسية

الهنغاري لاسلو كراسناهوركاي يفوز بجائزة نوبل للآداب 2025

رسميا.. إعلان الفائز بجائزة نوبل للسلام لعام 2025

المزيد

مواضيع ذات صلة

فيثاغورث ( الأسس المفاهيمية لميكانيكا الكوانتم)

جبرالخلاصة أولية (الرياضيات والعجز عن إنتاج المعنى)

التشظي (الفهم بين الكوانتم والرياضيات الصورية)

المنطق الصوري

عصر الصورية

كانط

قرن الفيزياء الصورية

لماذا نحتاج إلى تأويل؟(التأويل في ميكانيكا الكم)

إبستمولوجيا الفيزياء

اللايقينيات

مبدأ التتام(بين الواقع الكلاسيكي والاحتمالية الكمومية)

الرياضيات والواقع الفيزيائي(الكمومي)