علم الطبيعة

علم الطبيعة: ماهيته ومجالاته:

لا شك أن هناك ميلاً غريزياً للمعرفة عند عامة البشر. والمقصود بالغريزي أنه شيء مغروز أو إن شئت مغروس فينا يدفعنا إلى البحث والتنقيب عن كنه الأشياء التي نراها، نسمعها، نذوقها، نشمها أو نلمسها.

من الطبيعي أن يتجه بحثنا في البداية إلى ما ندركه بالحواس لا غير، وعندما اكتشفنا أن هناك أشياء أخرى تحدث في الطبيعة لا ندركها بحواسنا كان علينا أن نبني أجهزة قياس نستطيع أن نرصدها بحواسنا.

فالعين البشرية تتأثر بموجات كهرمغناطيسية يتراوح طولها 350 نانومتر (m10-9) إلى 750 نانومتر وهذا ما يسمى بالطيف البصري أو الطيف المرئي.

ولكي نرصد الأشعة النووية التي لا نستطيع أن ندركها بحواسنا علينا أن نستعمل عداد جايجر - ميلر (Geiger - Miller) الذي يحول الإشعاعات المختلفة إلى نبضات مسموعة ويعرضها لنا على شكل أرقام نستطيع قرائتها.

ما تفعله الحواس الخمس وما يفعله عداد جايجر ليس سوى رصد ظواهر طبيعية، وقوام علم الطبيعة هو دراسة الظواهر الطبيعية. أي أن علم الطبيعة يشمل دراسة كل ما في الكون من مواد من أصغر الجسيمات إلى أعظم المجرات بكل ما فيها من كتل وأمواج، من جماد وحيّ، فالمواد التي تتركب منها الأحياء مكوّنة من العناصر الموجودة في الطبيعة من كربون وكالسيوم وحديد وأكسيجين زغيره وتظل تخضع لقوانين الطبيعة سواء كانت في جماد أو جسم حيّ. فتكوُّن الطاقة في داخل الخلايال الحية من نباتية وحيوانية ليس سوى احتراق بطيء أو بعبارة أخرى تأكسد بطيء بخلاف الاشتعال الذي يتم بدرجة حرارة عالية عند احتراق الحطب والنفط وغيرهما.

لكي نستطيع أن نجد العلاقة الرياضية بين العوامل المختلفة التأثير والنتيجة، علينا أن نقوم بإجراء التجارب والقيام بالقياسات اللازمة وهذا من صميم دراسة علوم الطبيعة وفيه الكثير من التحدي لقدرتنا على الاستنباط والمثابرة والتخلي عن أنماط تفكير سابقة.

يذكر عن الفلكي تيخو براها Brahe Tychoه1546ـ -1601أنه أنفق خمسة وعشرين عاماً من عمره في رصد وتسجيل مواقع الكواكب السيارة وهذا ما أتاح لتلميذه يوهانس كِبلر Johannes Kepler اكتشاف القوانين الثلاثة المعروفة باسمه.

من الأخطاء الشائعة أن علوم الطبيعة هي من العلوم الدقيقة وذلك ناتج عن عدم الدقة في التعبير من جهة ولتغاضينا عن المطالبة بالدقة المطلقة لأسباب محضة عملية.
فإذا طلبت إلى نجار أن يصنع لك طاولة طولها i1.8 m ، عرضها i0.8 m وارتفاعها i0.7 m فإن أقصى دقة يمكن أن يدركها النجار تعتمد على تدريج أداة القياس التي يستعملها . لو كان تدريج أداة القياس بالميليمتر فلا بد من خطأ في القياس يشكل جزءاً من الميليمتر وهذا مقبول لدينا لأن العين لن تشعر بذلك الفرق ، فهو أقل من جزء من 1800 جزء من طول الطاولة وفي أسوأ الحالات هو جزء من 700 جزء من ارتفاعها .
أما التجار الذين يشترون صوف الغنم ( سمكه يتراوح بين 17-22 مايكرون ) فإنهم يقيسون قطره بالمايكرون (جزء من مليون من المتر) والدقة التي يحصلون عليها تكون مرهونة بجهاز القياس وعلى الغالب لا تقل عن جزء من مائة من المايكرون. الأمر كذلك عندما نستعمل الأدوات اللازمة لقياس الكتلة ( أي مقدار ما يحتويه الجسم من مادة ) فعندما نتحدث عن كتلة شاحنة لا نتوقع أن تكون الدقة بالغرام أو حتى بعشرة كيلو غرامات ولكن عندما نحسب الطاقة الناتجة عن الانشطار أو الاندماج النووي تكون الدقة المطلوبة تختلف اختلافاً كبيراً فإن كتلة نيوترون واحد تساوي :mn = 1.6749286 × 10-27 kg .
إذاً هناك أمران لا بد من التنبيه لهما ، أحدهما هو أن الدقة التي نطلبها في القياس تختلف من حالة لأخرى ( حسب حاجتنا لها ) والآخر أنه لا يمكن أن ندرك الدقة المطلقة في القياس . فهذا شيء مستحيل لأن لكل أداة قياس هناك تدريج ولا يمكن أن نصل عملياً إلى تدريج تكون المسافة فيه بين نقطتين متجاورتين قريبة جداً من الصفر .
هذا يصل بنا إلى النتيجة التي يجب ألا تغيب عن ذهننا: علوم الطبيعة هي علوم تقريبية.