stanford-oval/wikipedia huggingface dataset:
تاريخ الفيزياء
الثورة العلمية > إسحاق نيوتن

شهد أواخر القرن السابع عشر وبداية القرن الثامن عشر الكم الأكبر من الإنجازات للثورة العلمية فعلى سبيل المثال يعدّ عالم الرياضيات والفيزيائي السير إسحاق نيوتن (1642-1727) من علماء جامعة كامبريدج ويعدّ لدى العديد العالم الأعظم والأكبر تأثيرا على مر العصور.
نيوتن، العضو في الجمعية الملكية في إنجلترا، استخدم علم الميكانيكا لدراسة علم الفلك ليكون نظاما واحدا يشرح فيه كيفية عمل الكون. فصاغ قوانينه الثلاثة عن الحركة التي تربط القوة المؤثرة على الجسم بحركته، وقانون الجاذبية الذي لا ينقصر استخدامه على شرح سلوك سقوط الأجسام، ولكن يمكن استخدامه أيضا في فهم سلوك الكواكب والأجرام السماوية الأخرى.
للوصول إلى هذه النتائج، قام نيوتن بإنشاء فرع جديد من فروع الرياضة وهو فرع التفاضل والتكامل (في نفس الوقت كان يعمل غوتفريد لايبنتز على إنشاء هذا الفرع) والذي أصبح أداة هامه في العديد من الاكتشافات المتعلقة بالفيزياء. يعد كتاب الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية من أهم أعمال نيوتن، إن تأخر نيوتن في نشر بحثه عن هذا الحساب حتي عام 1704 هو السبب في اختلاط الأمر حول من له الحق في هذا الاكتشاف. من المرجح أن لايبنتز كان قد توصل إلى هذا الحساب بمعزل عن نيوتن، غير أنه من الثابت حاليا أن نيوتن كان قد بدأ بتطوير حساب التفاضل والتكامل حتي قبل أن يبدأ لايبنتز بدراسه الرياضيات. بينما كان أهم ثاني إنجازات نيوتن العظيمة تجاربه في الضوء والنظرية الجسيمية التي كونها عنه. فحين كان في وولثورب قام بتجارب على المنشور، ولاحظ أنه عندما يمر شعاع ضوئي عبر المنشور كان ينكسر ولكنه يتجزأ إلى أجزاء تنكسر بانحرافات مختلفه، وأن الحزمة التي تسقط على الحاجز ليست مجرد بقعه متسعة من الضوء وإنما هي شريط ذو ألوان متتابعة مرتبة بحسب ترتيب ألوان قوس قزح المألوفة: الأحمر فالبرتقالي فالأصفر فالأخضر فالأزرق فالبنفسجي. وحين كان يمر عبر كراس ثان بشرط أن يكون مقلوب بالنسبة للأول كانت الألوان تعود فتتحد لتكون حزمة بيضاء، فساقته هذه التجارب إلى تكوين نظرية جسيمية للضوء. كما صنع نيوتن أول مقراب عاكس، وصاغ قانون عملي للتبريد ودرس سرعة الصوت، غير مساهمته نيوتن في دراسة متسلسلات القوى ونظرية ذات الحدين، ووضع طريقة نيوتن لتقريب جذور الدوال.
الثورة العلمية > إنجازات أخرى

توجد فروع أخرى من الفيزياء حظت بالاهتمام خلال عصر الثورة العلمية. وليم جلبرت، فيزيائي أثناء حكم الملكة إليزابيث الثانية، نشر كتابا هاما عن المغناطيسية في عام 1600، وصف فيه كيف أن الأرض نفسها عبارة عن مغناطيس هائل. درس روبرت بويل (1627-1691) سلوك الغازات في الغرف المغلقة، وصاغ قانونه الشهير عن تأثير الضغط والحجم على الغازات  \qquad \qquad PV=k

كما ساهم في تطوير علم وظائف الأعضاء وتأسيس الكيمياء الحديثة.
كان أحد أهم نتائج الثورة العلمية هو ظهور الجمعيات والأكاديميات العلمية في مختلف أنحاء البلاد. ظهرت هذه الجمعيات لأول مرة في إيطاليا وألمانيا ولكنها لم تدم فترة طويلة.أما أكثر الجمعيات تأثيرا فهم الجمعية الملكية في إنجلترا المؤسسة عام 1660، والأكاديمية الفرنسية للعلوم المؤسسة عام 1666.
الثورة العلمية > إنجازات أخرى > بداية الديناميكا الحرارية

تم تصميم المحرك الأولى من قبل العالم الالماني أوتو فون غيريكه، الذي استطاع في عام 1650 تصميم وبناء أول مضخة غاز في العالم وإجراء أول تجربة بالون ماغديبورغ. كان الهدف من بناء تلك المضخة هو تفريغ نصفي كرة ماجدبورج لتوضيح تأثير ضغط الهواء وهما نصفا كرة من المعدن مثبتتان سويا ليكونا كرة لإثبات خطأ افتراض أرسطو الذي ساد فترة طويلة من الزمن بأن «الطبيعة تمقت الفراغ».
بعد فترة قصيرة، تعلم الفيزيائي والكيميائي الإيرلندي بويل من تصاميم غيريكا، واستطاع في عام 1656، بالتنسيق مع العالم الإنجليزي روبرت هوك ببناء مضخة هواء. باستخدام هذه المضخة، لاحظ كل من بويل وهوك علاقة الحجم بالضغط للغاز:
حيث
P هو الضغط
V هو الحجم
k هو ثابت
تعرف هذه العلاقة بقانون بويل. في ذلك الوقت، كان يعتقد أن الهواء هو نظام مكون من جزيئات ثابتة ولا تتحرك. وجاء مفهوم الحركة الحرارية بعد قرنين من الزمان. تحدث بويل في أطروحته المنشورة عام 1660 عن مفهوم الميكانيكا. وفي وقت لاحق، بعد اختراع الترمومتر، تم تحديد درجة الحرارة كخاصية مميزة للمادة. أعطت هذه الأداء الفرصة للوي جوزيف غي لوساك لصياغه قانونه، الذي ينص على أن ضغط غاز مثالي يتناسب تناسبا طرديا مع درجة الحرارة عند ثبات الحجم
والذي ساعد في وقت لاحق في صياغه قانون الغاز المثالي، الذي ينص على أن الحجم يتناسب تناسبا عكسيا مع تغير الضغط والحرارة.
ولكن حتى قبل صياغه قانون الغاز المثالي، استطاع مساعد لبويل اسمه دنيس بابان في عام 1679 من اختراع عصا هاضمه تقوم بإنتاج البخار إلى أن يترفع ضغط الغاز. مع مرور الوقت تم تصميم صمامات لتهريب (تخفيف) البخار من الجهاز وحفظه من الانفجار. صمم هذا الصمام ليتحرك رأسيا صعودا ونزولا بتلقائية على حسب حاله الجهاز، أخذ بابان هذه الفكرة من مبدأ عمل المكبس والمحرك الإسطواني، وعلى الرغم من ذلك لم يكمل تصميمه.
في عام 1697، استنادا على تصاميم بابان، قام المهندس توماس سافيري ببناء أول محرك. وعلى الرغم من أن هذه المحركات الأولى كانت بدائية وغير فعالة، إلا أنها جذبت انتباه العلماء البارزين في ذلك الوقت. يجب التوضيح أنه قبل عام 1698 واختراع محرك سافيري وهو ما يطلق عليه الآن المحرك البخاري، كانت الأحصنة تستخدم في سحب البكرات، المربوطة في نهايتها بالدلو لرفع المياه من مناجم الملح التي إجتاحتها الفيضانات في إنجلترا.
في السنوات اللاحقة، تم بناء أشكال مختلفة من المحركات البخارية، مثل محرك نيوكمن ومحرك واط البخاري. في ذلك الوقت، بدء عصر المحركات وانتهى عصر الخيول. وبدأ تعريف قوة كل محرك بوحدة الحصان، تبعا لعدد الخيول التي كانت ستقوم بنفس المهمة. كانت المشكلة الرئيسية لهذه المحركات هي بطئها وضعف كفاءتها، فكانت تحول أقل من 2% من الوقود إلى طاقة يمكن استخدامها. وبعبارة أخرى، تم حرق كميات كبيرة من الفحم أوالخشب للقيام بفعل صغير. ومن هنا ظهرت الحاجة إلى علم جديد في ديناميات المحركات.
التطورات في القرن الثامن عشر

في القرن الثامن عشر، تطور علم الميكانيكا الذي أسسه نيوتن نتيجة لاهتمام علماء الرياضة بتطوير فرعي التفاضل والتكامل. كان التحليل الرياضي للمشاكل المتعلقة بالحركة تعرف بالميكانيكا العقلانية، أو الرياضة المختلطة (سميت فيما بعد بالميكانيكا الكلاسيكية).
التطورات في القرن الثامن عشر > الميكانيكا

في عام 1714، توصل بروك تايلور إلى معادلة تفاضلية للتردد الأساسي لحركة سلسلة (سوسته) تربط الكتلة بقوة الشد. بينما قام الرياضياتي السويسري دانيال برنولي (1700 – 1782) بدراسات رياضية هامة على سلوك الغازات، وتعدّ هذه الدراسات مصادر هامه لنظرية الحركة للغازات التي تطورت بشكل كبير في القرن التالي، ليصبح دانيال برنولي الفيزيائي الرياضي الأول.
في عام 1733، صاغ برنولي معادلته التفاضلية عن التوافقيات الرئيسية لسلسلة معلقة. وفي عام 1734، توصل برنولي إلى حل المعادلة التفاضلية لاهتزاز عمود مطاطي يطرق على الجانب الآخر له. كما قدم دراسة عن تدفق وديناميات الموائع في كتابه هيدروديناميكا في عام 1738.
للميكانيكا العقلانية دور مباشر في تطوير المعاملات الرياضية للحركة المرئية، فمع استخدام مبادئ نيوتن كأساس، وتطوير علم التفاضل والتكامل والهندسة التحليلية تزداد احتمالية حل العمليات الحسابية المعقدة. وهذا ما تم ذكره في كتاب نشر لعالم الرياضيات جوهان بابتيست هورفاث. مع نهاية القرن كانت المعاملات التحليلية دقيقة بما فيه الكفاية لدراسة النظام الشمسي باستخدام قوانين نيوتن بدون الإشارة إلى التدخل الإلهي، ولكن لم تكن كافية لتفسير مشكلة البعد الثلاثي للجسم ومشكلة الجاذبية.
في عام 1705، تنبأ إدموند هالي باكتشاف دورية مذنب هالي، وفي عام 1781 إكتشف فريدريك ويليام هيرشل، وفي عام 1798 استطاع هنري كافنديش قياس ثابت الجاذبية وتحديد كتلة الأرض. بينما في عام 1783، اقترح جون ميشل أن بعض الأشياء قد تكون هائلة الحجم حتى أن الضوء حتى لا يمكن الهروب منها.
في عام 1739، استطاع ليونارد أويلر حل المعادلة التفاضلية لمذبذب يتعرض لقوة خارجية ولاحظ ظاهرة الرنين. في عام 1742 إكتشف كولين ماكلورين الانجذاب الذاتي الموحد. وفي نفس العام (1742)، نشر بنجامين روبينز كتابه عن المبادئ الجديدة للمدفعية، منشأ بذلك علم الديناميكا الهوائية. مع نهاية القرن لم يعد التطور في الرياضيات يعتمد على العلماء الإنجليز فقط أمثال تايلور وماكلورين. فظهرت الأكاديميات العلمية وعلماء أمثال بيرنولي، أويلر، لاغرانج، لابلاس وأدريان ماري ليجاندر.
في عام 1743، نشر جين لي روند دالمبرت كتابه عن الديناميكا والذي ذكر فيه مفهوم القوى الكلية للأنظمة المتسارعة والأنظمة تحت القيود، وقدم طريقة جديدة لحل المشاكل الديناميكية، تعرف الآن باسم مبدأ دالمبرت ( \sum _{i}(\mathbf {F} _{i}-m_{i}\mathbf {a} _{i})\cdot \delta \mathbf {r} _{i}=0,)، وهو مبدأ يماثل قانون نيوتن الثاني للحركة.
في عام 1747، بدأ بيير لويس موبرتيوس بتطبيق الحد الأدنى من مبادئ الميكانيكا. في عام 1759، استطاع أويلر حل المعادلة التفاضلية الجزئية لاهتزاز طبلة مستطيلة. في عام 1764، إختبر أويلر معادلته التفاضلية الجزئية ووجد حلا من حلول دالة بيسل. في عام 1776، نشر جون سمتون (الأب الروحي للهندسة المدنية) ورقة بحثية عن التجارب المرتبطة بالطاقة، الشغل، العزم والطاقة الحركية، غير براهين على صحة مبدأ بقاء الطاقة.
في عام 1788، قدم جوزيف لويس لاغرانج معادلات لاغرانج للحركة في الميكانيكا التحليلية، التي تعدّ هي أساس عمل الميكانيكا. في عام 1789 صاغ أنطوان لافوازييه قانون بقاء الكتلة والذي ينص على أن عند حدوث أي تفاعل كيميائي فان كتل المواد المتفاعلة تساوي كتل المواد الناتجة عن التفاعل كما أن يذكر أن أي كتلة في نظام مغلق ستبقى ثابتة مهما حدث داخل النظام. يمكن القول أنه في القرن الثامن عشر شهدت ميكانيكا لاغرانج تطورا كبيرا في عام 1788، وميكانيكا الأجرام السماوية لبيير سيمون لابلاس (1799–1825) التي حولت دراسة الهندسة من الطريقة التقليدية إلى طريقة تعتمد على التفاضل والتكامل.
التطورات في القرن الثامن عشر > الثرموديناميك (الديناميكا الحرارية)

خلال القرن الثامن عشر، تطورت الديناميكا الحرارية تطورا ملحوظا فظهرت العديد من النظريات في تلك الفترة مثل نظرية انعدام الوزن، السعر الحراري (الكالوري)، الكهرباء، فلوجستون (والذي تم الإطاحة به سريعا بعد تعريف لافوازييه لغاز الأكسجين في نهاية القرن). على افتراض أن هذه المفاهيم كانت سوائل حقيقية، يمكن جعلها تدفق في أي اتجاه عن طريق أجهزة ميكانيكية أو تفاعلات كيميائية. هذا التطور أدى إلى تطوير أنواع جديدة من التجارب والاكتشافات كاكتشاف الفيزيائي الاسكتلندي جوزيف بلاك البروفيسور في جامعة غلاسكو لمفهوم الحرارة الكامنة والأجهزة كقارورة ليدن، وأجهزة القياس مثل المسعر، وتحسين الأدوات القديمة كالثرمومتر. كما أثبت فرانكلين أيضا أن البرق عبارة عن شحنة كهربائية في عام 1752.
كما ظهرت نظرية عن الحرارة في القرن الثامن عشر، تعدّ فيه حركة الحرارة (الكالوري) كحركة السوائل، الأمر الذي تبين أنه غير صحيح فيما بعد، هذا لا ينفى اهتمام عددا كبيرا من العلماء بتطوير وتصحيح هذه النظرية مثل جوزيف بلاك (1728-1799) وهنري كافنديش (1731-1810).
ظهرت نظرية أخرى تعارض نظرية السعرات الحرارية وضعها الكيميائيين، لتصبح هي النظرية الأقل قبولا منذ عصر نيوتن بسبب أنها تقول أن الحرارة تؤثر على تماسك الجزئيات في المادة. تلقت هذه النظرية المكيانيكية الدعم في عام 1798 عندما أقيمت تجربة كانون بورنج لكونت رومفورد بنيامين طومسون، الذي استطاع إثبات وجود علاقة وثيقة بين الحرارة التي تتعرض لها المادة والطاقة الميكانيكية بداخلها.
كان علماء القرن الثامن عشر يعتقدون بإمكانية ظهور قوانين تربط القوة الكهربائية والمغناطيسية بقوانين نيوتن للحركة. وأنه إذا تواجدت تلك القوانين سيكون إنجازا هاما. بدأ هذا الاعتقاد يختفى تدريجيا مع تطور التجارب المعملية في بدايات القرن التاسع عشر وزيادة الدعم المقدم من الأكاديميات العلمية كالجمعية الملكية في لندن.
في الوقت نفسه، بدأ تطبيق الأساليب التحليلية للميكانيكا العقلانية على التجارب المعملية، كان أهم هذه الأساليب هو أسلوب عالم الرياضيات الفرنسي جوزيف فورييه في معالجة تدفق الحرارة، الذي نشره عام 1822.
في عام 1767 إقترح جوزيف بريستلي قانون التربيع العكسي الكهربائي، بينما صاغ شارل أوغستان دي كولوم قانون التربيع العكسي للكهرباء الساكنة في عام 1798.
بحلول نهاية هذا القرن، كانت هيمنة أعضاء الأكاديمية الفرنسية للعلوم في هذا المجال واضحة. في الوقت نفسه، استمرت أفكار جاليليو وأتباعه في الانتشار. بينما كانت الجمعية الملكية والأكاديمية الفرنسية هي المراكز الرئيسية والمسئولة عن تطور العلوم.
من أهم سمات القرن الثامن عشر هو عدم تخصص العلماء والجمعيات بمجال واحد من العلوم، فكان العالم يجري تجاربه الخاصة في الميكانيكا، البصريات، المغناطيسية، الكهرباء الساكنة، الكيمياء وعلم وظائف الأعضاء. الأمر الذي أختفى تدريجيا مع بداية القرن التاسع عشر فعلى سبيل المثال، ترك المجربون الكيميائيون دراسة نظام القوى لنيوتن وركزوا جهودهم على عزل وتصنيف المواد الكيميائية والتفاعلات الكيميائية بينهم.
القرن التاسع عشر

في عام 1800، اخترع أليساندرو فولتا البطارية الكهربائية (والمعروفة أيضا باسم بالعمود الجهدي)، الأمر الذي ساعد جدا في دراسة التيار الكهربي. في العام التالي، أثبت توماس يونغ وجود الطبيعة الموجية للضوء، والذي تلقى دعما كبيرا من التجارب المعملية لأوغستان جان فرينل ومبدأ التداخل.
في عام 1813، نشر بيتر ايوارت ورقة بحثية عن مبدأ بقاء الطاقة. وفي عام 1820، وجد هانز كريستيان أورستد أنه عند مرور تيار كهربي في موصل يتسبب هذا التيار في تكوين مجال مغناطيسي حوله، وفي غضون أسبوع من وصول نبأ اكتشاف أورستد إلى فرنسا، اكتشف أندريه-ماري أمبير أن عند مرور تيارين كهربيين معاكسين فإن كل منهما سيؤثر على الآخر. في عام 1821، بدأ وليام هاملتون تحليله في دالة هاملتون.
في عام 1821، نجح مايكل فاراداي في بناء محركه الكهربائي، بينما صاغ جورج أوم قانونه عن المقاومة الكهربية في عام 1826، موضحا العلاقة بين الجهد، والتيار والمقاومة ( V=R\cdot I) في الدوائر الكهربائية. أما في عام 1822، اكتشف عالم النباتات روبرت براون الحركة البراونية والتي تصف الحركة العشوائية لجزيئات الموائع.
في عام 1829، صاغ غاسبارد غوستاف كوريوليس مصلطح الشغل (القوة * المسافة) ومصطلح الطاقة الحركية بالمعنى المتداول حاليا.
في عام 1831، اكتشف فاراداي (وجوزيف هنري بشكل مستقل) التأثير العكسي، أي توليد تيار كهربي من عن طريق مجال مغناطيسي والمعروف الآن باسم الحث الكهرومغناطيسي، كانت هذه الاكتشافات هي حجر الأساس في عملية بناء المحركات والمولدات الكهربائية.
في عام 1834، اكتشف كارل غوستاف جاكوب جاكوبي الانجذاب الدوار الذاتي الموحد. العام نفسه الذي لاحظ فيه جون راسل موجة السوليتون في قناة الاتحاد قرب مدينة إدنبرة، وقام باستخدام خزانات مائية في دراسة عمق المياه وسرعة الموجات. في العام التالي، توصل وليام هاملتون إلى معادلاته الكنسية للحركة. في العام نفسه، شرح غاسبار كوريوليس نظرية الكفاءة الميكانيكية للسواقي، واستنتج تأثير كوريوليس.
في عام 1841، نشر عالم هاوي يدعى يوليوس روبرت فون ماير ورقة بحثية عن قانون بقاء الطاقة، ولكن افتقاره للتدريب الأكاديمي أدى إلى رفضها. في العام التالي (1842) اقترح كريستيان دوبلر تأثير دوبلر (هو عبارة عن تغير ظاهري في التردد والطول الموجي للموجة كما يلاحظه المُشاهد الذي يتحرّك بالنسبة لمصدر الموجة). في عام 1847، صاغ هرمان فون هلمهولتز الصيغة الرسميه لقانون بقاء الطاقة.
| 0 | 1 | 2 |
| --- | --- | --- |
|     | الطا قة لا تفنى ولا تحدث من عدم ولكن تتحول من شكل الي آخر |     |
بينما في عام 1851، اخترع ليون فوكو رقاص فوكو لتقديم إثبات علمي بسيط لحقيقة دوران الأرض حول محورها. كما قياسا مبكرا لسرعة الضوء واكتشف التيارات الدوامية، ومع أنه لم يخترع الجيروسكوب إلا أنه من أعطاه هذا الاسم.
كما شهد النصف الأول من القرن، تطور هائل في ميكانيكا الاستمرارية مثل قانون المرونة للمواد الصلبة واكتشاف معادلات ستوكس للسوائل.
القرن العشرين: مولد الفيزياء الحديثة

مع نهاية القرن التاسع عشر، تطورت الميكانيكا الكلاسيكية لتصل إلى مرحلة تمكنها من التعامل مع المشكلات شديدة التعقيد كالتي تضمن مواقف ميكروسكوبية، مشكلات الديناميكا الحرارية، النظرية الحركية، البصريات. لذلك بدأ العلماء بالتعامل مع المشكلات الثانوية مثل تحسين دقة أساليب القياس.
على الرغم من ذلك، ظهرت أكثر من 1900 نظرية تشك حول اكتمال النظريات الكلاسيكية، فعلى سبيل المثال بدأ التكشكيك في معادلات ماكسويل مع ظهور أوجه القصور بها، وعجزهم عن تفسير بعض الظواهر الفيزيائية مثل توزيع الطاقة في الجسم الأسود والتأثير الكهروضوئي.
يعتقد علماء الفيزياء البارزين مثل هندريك لورنتز، إميل كوهن، ارنست ويكرت وفلهلم فيين أنه مع بعض التعديل على معادلات ماكسويل ستعدّ أساس لجميع القوانين الفيزيائية. مع بداية القرن العشرين حدثت ثورة كبيرة في عالم الفيزياء، معلنه ولادة الفيزياء الحديثة.
القرن العشرين: مولد الفيزياء الحديثة > تجارب الإشعاع

في القرن التاسع عشر، بدأ المجربين بالكشف عن أشكال جديده للإشعاع، ففي عام 1895 تسبب اكتشاف فيلهلم رونتجن للأشعة السينية بضجة كبيرة. وفي العام التالي (1896) اكتشف هنري بيكريل أن هناك أنواع معينه من المواد تشع عند سقوط الضوء عليها. وفي عام 1897، اكتشف جوزيف جون طومسون الإلكترون، كما اكتشفت ماري وبيير كوري عناصر مشعة جديدة كما أجروا دراسات حول طبيعه المادة والذرّة وإمكانية تدميرها. ويرجع لماري الفضل في إطلاق مصطلح النشاط الإشعاعي وتحديدها كخاصية مميزة للمادة، وكيفية عزل العناصر المشعة كالراديوم والبولونيوم. كما قام إرنست رذرفورد وفردريك سودي بتحديد شكلين من أشكال أشعة بيركيل.
استطاع رذرفورد تحديد وتسميه نوعين من أنواع النشاط الإشعاعي، وفي عام 1911، أثبت رذرفورد بالتجارب المعملية أن الذرة لها كثافة وشحنة فيوجد بداخلها نواه موجبة الشحنة تدور حولها إلكترونات سالبة الشحنة. بالنسبة للنظرية الكلاسيكية، فإن التكوين الذري غير مستقر، كما فشلت في تفسير نتائج أكثر من تجربة في نهاية القرن التاسع عشر، كانت إحداهما هي تجربة ألبرت ميكلسون وإدوارد مورلي والمعروفة باسم تجربة ميكلسون ومورلي (من أشهر الأدلة المعارضة لنظرية الأثير).
بدأ الاهتمام بدراسة الإشعاع بالإضمحلال بشكل بارز مع بداية ثلاثينات القرن الماضي مع بداية العصر الذري والانشطار النووي.
القرن العشرين: مولد الفيزياء الحديثة > ألبرت اينشتاين ونظرية النسبية

في عام 1905، قام فيزيائي ألماني يبلغ من العمر تسع وعشرون عاما يدعى ألبرت اينشتاين (1879-1955)، بتوضيح كيف يتغير قياس الزمن والمكان بتغير مكان الملاحظ أو بتغير المسافة يين الملاحظ وما يلاحظه. لا يعدّ الأمر مبالغه عند القول بأنه لا توجد نظرية علمية أحدثت ثورة منذ نظرية كوبرنيكوس إلى الوقت الحالي مثل نظرية اينشتاين النسبية. على الرغم من إسهامات اينشتاين العديده في العلوم إلا أن نظريت النسبية تعدّ من أعظم إنجازاته.
على الرغم من أن أينشتاين لم يكن من أدخل مصطلح النسبية، إلا أنه من قام بإثبات أن سرعة الضوء في الفراغ ثابته، لا تعتمد على مكان الراصد، وأنها هي السرعة المطلقة. كما أنها لا تؤثر على حياتنا اليومية نظرا لأن معظم الكائنات تتحرك بسرعة أقل بكثير من سرعة الضوء. اما بخصوص المواد التي تنتقل بسرعة قريبة من سرعة الضوء، فعلى الرغم من أن نظرية النسبية ترى بأن الزمن سيمر أبطا عليهن بكثير. أدى نجاح أينشتاين في الوصول إلى معادلته الشهيرة (E = mc2) والتي تربط بين كتله المادة وطاقتها، إلى اكتشاف الطاقة النووية وصناعة القنبلة الذرية.
القرن العشرين: مولد الفيزياء الحديثة > ألبرت اينشتاين ونظرية النسبية > نظرية النسبية الخاصة

أصر اينشتاين أن سرعة الضوء ثابته في كل الأوساط. وأن طاقة المادة وكتلتها مرتبطتين، فوفقا لمعادلته الشهيرة
حيث:
E الطاقة بالجول
m الكتلة بالكيلوجرام
c سرعة الضوء في الفراغ بالمتر/ثانية
وفي ورقة بحثية أخرى نشرها في نفس العام أكد أينشتاين أن الإشعاع الكهرومغناطيسي ينقل بكميات محددة تسمى ('الكوانتا')، وفقا لما قاله ماكس بلانك في نظريته الدقيقة عام 1900 الذي وضح فيها كيفية توزيع الجسم الأسود للإشعاع، كما قام في نفس الورقة بشرح خصائص التأثير الكهروضوئي.
النظرية النسبية الخاصة هي صياغة للعلاقة بين الملاحظات المادية ومفهومي الزمان والمكان. وتختص النظرية بالتناقضات بين مبادئ الكهرومغناطيسية وميكانيكا نيوتن، ولها تأثير واضح وكبير على هذين المجالين. كانت المشكلة الأساسية قديمة عن إمكانية مناقشة موجة كهرومغناطيسية تحمل «أثيرا» أم لا، وهل يمكن دراسة هذه الحركة، أم ستنتهي هذه الدراسة بالفشل كما حدث مع تجربة ميكلسون ومورلي.
أجاب أينشتاين على هذه الأسئلة وصاغ مصلطح الأثير في نظرية النسبية الخاصة. وعلى الرغم من أن صياغته لم تحتوي على تفاصيل عن النظرية الكهرومغناطيسية. إلا أنها قد أجابت على واحده من أكثر الأسئلة تعقيدا ألا وهو «ما هو الزمن؟»
أجاب نيوتن على هذا السؤال في كتابه المبادئ في عام 1686، إجابه واضحة لا تحتمل الشك فقال: «قيمة مطلقة، يحدث بدون أن يرتبط بأي شيء خارجي، ولا يقاس ولكن نقيس المدة بدلا منه». هذا التعريف يعدّ كافيا من وجهه نظر الفيزياء الكلاسيكية.
كان اينشتاين عبقريا ليسأل هذا السؤال، وليعلن أن إجابة نيوتن غير مكتمله. فكل مراقب يستخدم مقياس خاص به لتحديد الزمن، وعند وجود مراقبين لنفس الحدث في ظروف مختلفة، فإن هذا المقياس سيختلف بالتأكيد، ليكون قياس الحركة نسبي لكل منهما. الأمر الذي دفع إلى التساؤل عن ما هي النسبية؟ وإلى أن يصبح كلا من الزمان والمكان مفهومان متشاكبين، يعتمد كلا منهما على المراقب. الذي يعتمد في نتائجة على إطار الزمكان أو نظام الإحداثيات التابع له. لا يوجد أي إطار مرجعي مطلق، فكل مراقب يعطي نتائج خاصة به تعتمد صحتها على مدى جودة اساليب قياسه.
ما تبقى مطلق ذكر في نظرية النسبية لإينشتاين وهو أن قوانين الفيزياء متماثلة لكل المراقبين الذين لديهم سرعة نسبية ثابتة. لنظرية النسبية الخاصة أثر عميق في الفيزياء، فبدأ من إعادة التفكير في النظرية الكهرومغناطيسية، وجدت قانون تماثل جديد في الطبيعة، يسمى الآن تناظر بوانكاريه، والذي حل مكان تناظر جليليان القديم.
القرن العشرين: مولد الفيزياء الحديثة > ألبرت اينشتاين ونظرية النسبية > نظرية النسبية العامة

بحلول عام 1916، استطاع أينشتاين تعميم نظرية النسبية الخاصة لتصبح قادرة على التعامل مع جميع أنواع الحركة بما في ذلك الحركة غير منتظمة التسارع، ليصبح ذلك التعديل هو نص نظرية النسبية العامة. حدد اينشتاين في تلك النظرية مفهوم جديد وهو انحناء الزمكان، والذي يصف تأثير الجاذبية عند كل نقطة في الفضاء. استبدل هذا التعريف قانون الجاذبية العام لنيوتن. فوفقا لأينشتاين، فقوة الجاذبية ببساطه ما هي إلا صورة من صور هندسة الفضاء.
يسبب وجود الكتلة انحناء الزمكان، يفرض هذا الانحناء المسار الزمكاني الذي يجب أن تتبعه كافة الكائنات التي تتحرك بحرية. توقعت نظرية النسبية العامة أيضا بأن الضوء يخضع للجاذبية، الأمر الذي تم تأكيده حديثا بالتجربة العملية. هذا الجانب من النظرية شرحت ظاهرة انحناء الضوء حول الشمس، الثقوب السوداء وخصائص الأشعة الكونية.
حصل أينشتاين على جائزة نوبل في عام 1921 تكريما له على اسهاماته في مجال التأثير الكهروضوئي، النسبية، إشعاع الجسم الأسود.
أدى القبول التدريجي لنظريات أينشتاين النسبية وطبيعة انتقال الضوء، ولنموذج بور الذري إلى حل العديد من التساؤلات، وإعادة تأسيس الفيزياء على مبادئ أساسية جديدة.
القرن العشرين: مولد الفيزياء الحديثة > ميكانيكا الكم

على الرغم من حل نظرية النسبية للصراع الكهرومغناطيسي الظاهر بعد تجربة ميكلسون ومورلي، ظهرت مشكلة نظرية ثانية وهي شرح توزيع الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من الجسم الأسود. أظهرت التجربة أنه عند الأطوال الموجية القصيرة، القريبة من طول الأشعة فوق البنفسجية، تكون الطاقة قريبة من الصفر، على الرغم من قول الفيزياء الكلاسيكية أن الطاقة يجب أن تكون مالانهاية وليست صفرا. هذه المشكلة والمعروفة بكارثة الأشعة فوق البنفسجية، تم حلها من قبل النظرية الجديدة لميكانيكا الكم.
في الثلاثين عاما الأولى من القرن العشرين تطورت ميكانيكا الكم بشكل واضح. ففي عام 1900، استطاع ماكس بلانك (1858-1947) (الحاصل على جائزة نوبل في الفيزياء في عام 1918 لتأسيسه نظرية الكم التي تعد ثورة في فهم الإنسان لطبيعة الذرة وجسيماتها) كتابه المبادئ الأساسية لنظرية الكم، وتفسير الإشعاع الحراري للجسم الأسود.
في عام 1905، استخدم اينشتاين نظرية الكم في شرح التأثير الكهروضوئي. وفي عام 1913، استخدم الفيزيائي الدنماركي نيلز بور نفس النظرية في تفسير سبب استقرار ذرة رذرفورد والترددات المنبعثة من غاز الهيدروجين. في عشرينات القرن الماضي (The quantized theory of the atom gave way to a full-scale quantum mechanics). في عام 1925، نجح فيرنر هايزنبيرغ، ماكس بورن وباسكال جوردن في إضافة مبادئ جديدة في ميكانيكا الكم في شكل مصفوفة. كما ساهم فولفغانغ باولي وبول ديراك وإرفين شرودنغر في عملية التطوير . في عشرينات القرن الماضي، أسهم الفيزيائي الهندي ساتيندرا ناث بوز في دراسة الفوتونات وميكانيكا الكم واضعا الأساس الإحصائي لمعادلة بوز-اينشتاين.
أصبحت ميكانيكا الكم أداة لا غنى عنها في تفسير الظواهر المختلفة على المستوى الذري.
العلوم الفيزيائية

مع تزايد إمكانية الوصول إلى التقنيات التحليلية المتقدمة في القرن التاسع عشر، لم يعد تعريف الفيزياء يقتصر على دراسة الطاقة والحركة وطبيعة المادة فقط، بل إمتد ليشمل علم الصوتيات، الجيوفيزياء، الفيزياء الفلكية، الديناميكا الهوائية، فيزياء البلازما، فيزياء درجات الحرارة المنخفضة (علم التبريد الشديد)، فيزياء الجوامد، الميكانيكا، الكهرومغناطيسية والموائع.

في القرن العشرين، ارتبطت دراسة الفيزياء بدراسة الحقول الكهربائية والمغناطيسية، الطيران وهندسة المواد. وبدأت الحكومات بتقديم العون لعلماء الفيزياء بتوفير مختبرات مجهزة لهم. عقب انتهاء الحرب العالمية الثانية، بدأت أعداد علماء الفيزياء بالتزايد بشكل ملحوظ في أغلب دول العالم بشكل عام والولايات المتحدة بشكل خاص.
المنشورات الفيزيائية المؤثرة

| المؤلف | العصر | المساهمات | المساهمات |
| --- | --- | --- | --- |
| أرسطو | 384 – 322 قبل الميلاد | السماع الطبيعي | السماع الطبيعي |
| ارشميدس | 287 – 212 قبل الميلاد | الأجسام الطافية | الأجسام الطافية |
| بطليموس | 90 – 168 | المجسطي الجغرافية | المجسطي الجغرافية |
| ابن الهيثم | 965 – 1040 | المناظر | المناظر |
| نيكولاس كوبرنيكوس | 1473 – 1543 | الأجرام السماوية | 1543 |
| غاليليو غاليلي | 1564 – 1642 | حوار حول النظامين الرئيسيين للكون | 1632 |
| رينيه ديكارت | 1596 – 1650 | تأملات في الفلسفة الأولى | 1641 |
| إسحاق نيوتن | 1643 – 1727 | الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية | 1687 |
| مايكل فاراداي | 1791 – 1867 | أبحاث تجريبية في الكهربية | 1839 / 1844 |
| جيمس كليرك ماكسويل | 1831 – 1879 | أطروحة عن الكهربية والمغناطيسية | 1873 |
| ألبرت أينشتاين | 1879 – 1955 | أبعاد الجزئيات، الحركة البراونية، المفعول الكهرضوئي | 1905 |
انظر أيضا

تاريخ الهندسة الكهربائية
تاريخ نظرية الكهرومغناطيسية
قائمة الفيزيائيين
العصر الذهبي للفيزياء
جائزة نوبل في الفيزياء