التعريف بعلم الفيزياء
يبحث في طبيعة المادة والطاقة والقوى الأساسية المؤثّرة عليهما، الحركة، والقوانين الحاكمة للظواهر الطبيعية المرتبطة بالقوى الأساسية وتفاعل المادة والطاقة معها. أي أن علم الفيزياء في الأساس، يدرس الطبيعة في أكثر صورها أساسية. ولذلك، عادةً، لا ينشغل علماء الفيزياء باختراع الأجهزة والأدوات، إنما باكتشاف القوانين التي من خلالها يمكن فهم الطبيعة والعالم المحيط بشكل أفضل، وبالتالي اتاحة الفرصة للمخترعين والمبتكرين بتصميم أجهزة وأدوات جديدة تساعد في تحسين حياة البشر.
وعلى الرغم من أن يعملون في الأساس على اكتشاف الطبيعة، يضطّرون في أحيان كثيرة إلى اختراع أدوات جديدة، ليس لأغراض اقتصادية في العادة، إنما لتساعدهم على اكتشاف الطبيعة وإجراء التجارب ورصد نواتجها، وذلك لأن الحواس البشرية قاصرة عن رصد ظواهر طبيعية عديدة، كما أن الأجهزة تساعد في زيادة الدقة بشكل كبير. في الواقع، إن أضخم ابتكارت البشر تُستخدم عادة لخدمة هدف اكتشاف الطبيعة، أي لأغراض فيزيائية بحتة. أحد الأمثلة على ذلك، المصادم الهادروني الكبير، المستخدم لاستكشاف الجسيمات الأساسية المكوّنة للطبيعة، واستكشاف طبيعة الجسيمات دون الذريّة عمومًا.
ومع أن علماء الفيزياء لا يقومون عادة باختراعات لأغراض اقتصادية، ألا أن معظم الاختراعات المادية النابعة من العقل البشري كانت لتكون غير ممكنة لولا جهود واسهامات علماء الفيزياء في استكشاف الطبيعة. يتضح ذلك عند الالتفات إلى أن معظَم الاختراعات تُبتَكَر بواسطة المهندسين، وحتّى يتمكّن المهندس من اختراع أداة جديدة، يجب أن يدرس الفيزياء بتعمّق معيّن. وبالرغم من أن المهندس لا يدرس عادة الفيزياء فقط، ألا أن علم الفيزياء ذو تأثير بالغ على جميع العلوم الأساسية الأخرى، لذلك يمكن أن يمثّل حجر الأساس الذي تتفرّع عنه العلوم الطبيعية.
من ما سبق، يمكن استنتاج أن الاختراعات المُبتكرَة من قبل علماء الفيزياء، لا تعكس أهمية العلم، نظرًا لعدم انشغال علم الفيزياء بالاختراعات الاقتصادية، إنما هي وظيفة المهندسين. لكن، مع ذلك، قدّم بعض علماء الفيزياء اختراعات فرديّة ذات أهميّة اقتصادية، وهو ما يُعرَض تاليًا.
بعض علماء الفيزياء واختراعاتهم
مايكل فاراداي
على الرغم من عدم إكمال فاراداي لدراسته الأكاديمية، وتحصيله من القليل من (مقارنةً بعلماء الفيزياء)، يعتبر فاراداي من أعظم علماء الفيزياء في عصره، وفي كل العصور. وذلك بفضل تجاربه واستنتاجاته القيمة والنابغة، التي ساهمت بشكل كبير في تطوّر علم الفيزياء. بالإضافة إلى ذلك، كان فاراداي كيميائيًّا أيضًا، وعُرِف عنه ولعه بالكيمياء ومواظبته على القراءة فيها منذ صغره. ومثل الفيزياء، قدّم فاراداي اسهامات عديدة قيمة في .
ولِد فاراداي عام 1791 في انجلترا. وخلال حياته، صمم وابتكر عدة أجهزة لإجراء تجاربه وإثراء الفكر العلمي. لكن بعض الأدوات والأجهزة التي صممها كانت نقطة الانطلاق لأجهزة ذات قيمة اقتصادية كبيرة. أحد أشهر الأمثلة على ذلك، اختراعه للمولد الكهربائي، الذي تمّ تطويره لاحقًا ليصبح ذو أهمية كبيرة للغاية في توليد الطاقة الكهربائية بطرق مختلفة. كذلك يعتبر فاراداي أول من اخترع المحول الكهربائي، وآلات حرق البنزين. لاختراعاته، ابحاثه وتجاربه العظيمة، التي بني عليها سلسلة طويلة من الاختراعات، يعتبر البعض مايكل فاراداي كأعظم فيزيائي تجريبي في التاريخ.
نيكولا تسلا
نيكولا تسلا، “الرجل الذي اخترع القرن العشرين”؛ هكذا يلقبه البعض. تسلا فيزيائي ومهندس صربي ولد عام 1856 في الامبراطورية النمساوية. إن أكثر اختراعات تسلا شهرةً وقيمةً من الناحية الاقتصادية هو محركه الحثي الذي يعمل بالتيار المتردد. في الواقع، ظهرت أهميّة التيار الكهربي المتردد مع اختراعات تسلا. لكن مع ذلك، قدّم تسلا اختراعات أخرى شديدة النبوغ والسبق في عصره، فضلًا عن كون بعضها غايةً في الغرابة، مما جعله يُعرَف في الأوساط الصحافية باسم “العالم المجنون”. من هذه الاختراعات، آلة الزلزال، وهي آلة ميكانيكية تعمل بالبخار لتوليد الطاقة الكهربائية بالاعتماد على اهتزازات سريعة للغاية، ويذَكر أنه عند تشغيل هذه الآلة تسببت في ضوضاء وفوضى عارمة بسبب الهزة الأرضية التي أحدثتها في المعمل الذي تمت تجربتها فيه.
بالإضافة إلى مولّد تسلا المعتمد على التيار المتردد ذو الأهمية الاقتصادية، اخترع تسلا ملف سمّي باسمه “ملف تسلا” له استخدامات عديدة في انتاج طاقة كهربائية عالية الجهد منخفضة التيار. وكذلك في تطوير الراديو، ويمكن من خلالها انتاج شرارات مشابهة إلى حد كبير لشرارات البرق. كذلك عمل تسلا على عدة مشاريع وأفكار لنقل والطاقة لاسلكيًّا، وهو ما حدث صداه في مؤخّرًا في صناعة الشواحن اللاسلكية وغيرها. وفي الاتصال عن بعد، اخترع تسلا جهازًا يستخدم في التحكّم بالقوارب المائية عن بعد من خلال موجات الراديو (لكن يجب تجهيز القارب). في الفيزياء، تكريمًا له، أطلق اسمه على وحدة قياس الفيض المغناطيسي.
فيلهلم رونتغن
رونتغن، عالم فيزياء ومهندس، ولِد في مدينة رمشايد في ألمانيا عام 1845. يُعرَف رونتغن في بعض الدول باسم اختراعه أو اكتشافه، وهو أشعة رونتغن، أو الأشعة السينية. إن حالة اكتشاف رونتغن للأشعة السينية نادرة في عالم الفيزياء إلى حد ما، إذ ليس من الشائع أن يكون أحد الاكتشافات الفيزيائية اخترعًا بحد ذاته. وبالرغم من أن اكتشاف رونتغن كان بمحض الصدفة، حظي اكتشافه بترحيب وصيت ذائع في فترة وجيزة، ونال عنه أول جائزة من جوائز نوبل في الفيزياء. أثناء بحث رونتغن وعمله على فحص تأثير الشحنات الكهربائية والتأثير الخارجي على بعض الأنابيب المفرّغة، اكتشف رونتغن أشعة غير معروفة يمكنها اختراق الجلد البشري دون التسبب في حرقه أو تمزيقه، ثم تصل إلى العظام وتعكس صورة واضحة إلى حد ما لشكل وتركيب العظام. ولأن الأشعة كانت غريبة وغير معروفة، أطلق عليها اسم “الأشعة السينية”.
وباعتبار أن اكتشاف الأشعة السينية واستخدامها كتطبيق اقتصادي غير ممكن دون تسخيرها بواسطة أجهزة معيّنة، يمكن اعتبار الأشعة اختراع أيضًا. إن اكتشاف الأشعة السينية وتسخيرها للأغراض الاقتصادية، ذو فائدة كبيرة، إذ تستخدم على نطاق واسع في مجالات عديدة، كالطب لتصوير العظام والأسنان، واكتشاف الكسور والأجسام الصلبة (كالشظايا) وتحديد موقعها بدقة، وكذلك في اكتشاف الأورام وعلاج بعض أنواعها. كما تستخدم في الصناعة لاكتشاف العيوب والشقوق في القوالب والصناعات المعدنية، وفي الفن لاكتشاف اللوحات المزيفة، وفي الأمن لاكتشاف القنابل والأسلحة, وغير ذلك من عشرات التطبيقات والاستخدامات الأخرى للأشعة. ولا تقتصر أهميتها على التطبيقات الاقتصادية فقط، بل إن اكتشاف الأشعة السينية أدّى إلى تأسيس فرع علمي جديد هو علم دراسة بنية الأجسام الصلبة باستخدام الأشعة السينية. لذلك، يعتبر اكتشاف واختراع رونتغن أحد أهم الاختراعات التي ابتكرها علماء الفيزياء.
من الجدير بالذكر، أن رونتغن لم يقوم بتسجيل براءة اختراع باسمه لاكتشافه الأشعة السينية، وهو ما كان سيدر عليه أرباحًا طائلة وضخمة للغاية، إنما رفض ذلك، واتاح اختراعه للبشر أجمعين، للاستفادة من تطبيقاته العملية دون تقييد وبلا حدود.