ما هي مجالات فلسفة الفيزياء وأبرز مشكلاتها؟

تعريف فلسفة الفيزياء:

فلسفة الفيزياء: هي التكهنات الفلسفية حول مفاهيم وطرق ونظريات العلوم الفيزيائية وخاصة الفيزياء، حيث إنّ فلسفة الفيزياء ليست تخصصًا أكاديميًا على الرغم من أنّها عبر حدود فكرية كانت الفيزياء النظرية والفلسفة الغربية الحديثة تخبرهما وتقلقان بعضهما البعض لأكثر من 400 عام، وقد تم تحدي العديد من أعمق التعهدات الفكرية للثقافة الغربية فيما يتعلق بطبيعة المادة وطبيعة المكان والزمان ومسألة الحتمية ومعنى الاحتمالية والمصادفة وإمكانية المعرفة وغير ذلك الكثير.

مجالات فلسفة الفيزياء:

أنّ هذا مجال متخصص للغاية في الفلسفة إلّا أنّه مجال واسع للغاية ومتنوع في حد ذاته، ويمكن أن تكون الأعمال في فلسفة الفيزياء تقنية إلى حد ما أو تاريخية إلى حد ما أو ميتافيزيقية إلى حد ما، ويستخدم البعض نتائج من الفيزياء لمعالجة الأسئلة الفلسفية، ويستخدم البعض الآخر الخبرة الفلسفية لمعالجة المشاكل التي تنشأ في الفيزياء، بينما يركز البعض على مجال معين من الفيزياء مثل ميكانيكا الكم أو الميكانيكا الإحصائية أو النسبية العامة، كما يتعامل آخرون مع أسئلة أوسع مثل: ما هو الفضاء؟ ما هو الوقت؟ ما هي الاحتمالات؟ ما هي قوانين الطبيعة؟.

المشاكل الرئيسية لفلسفة المكان والزمان:

ترتبط فلسفة المكان والزمان ارتباطًا وثيقًا بطبيعة النظرية النفسية أكثر من أي فرع فلسفي آخر، ومن بين الأسئلة الأكثر فلسفية:

• ما إذا كان من المناسب التعامل مع المكان والزمان على أنّهما أشياء حقيقية (مثل على حد تعبير نيوتن: “الأماكن وكذلك الأماكن الخاصة بها وكذلك جميع الأشياء الأخرى”).
  
• ما إذا كان من الممكن وجود مساحة فارغة ووقت بلا حدث.
  
• ما إذا كان مفهومنا لعالمنا على أنّه ممتد مكانيًا وزمنيًا وراءنا هو دالة لمخطط مسبق نفرضه على الواقع بدلاً من الواقع نفسه (كانط).
  
• ما إذا كان من المناسب التفكير من حيث تدفق الوقت أو الوجود الحالي للأحداث الماضية.
  
• وما إذا كان عدم التناسق بين الماضي والمستقبل غير قابل للانتهاك منطقيًا أو عرضيًا فقط.
  

مشكلات الفلسفة الفيزيائية:

من بين المشكلات التي تظهر بشكل أكثر إلحاحًا عند النظر في النظرية الفيزيائية:

• ما الذي ينطوي عليه عن طريق الملاحظة وماذا عن طريق الاصطلاح عندما نقيس الامتداد المكاني والمدة الزمنية؟
  
• ما معنى الحديث عن الفضاء باعتباره له طوبولوجيا معينة أو حتى كما قد يكون للهندسة غير الإقليدية حجم محدود؟
  
• ما هي انعكاسات نظريتي النسبية على العلاقة بين المكان والزمان؟

المفهوم النيوتوني للكون في فلسفة الفيزياء:

وفقاً لنيوتن فإنّ الأثاث المادي للكون يتكون بالكامل من نقاط مادية متناهية الصغر يشار إليها عادة بالجسيمات، ويتم التعامل مع الكائنات الممتدة أو الأشياء التي تشغل مساحات محدودة من الفضاء على أنّها تجمعات من الجسيمات، ويتم تحديد سلوكيات الكائنات على الأقل من حيث المبدأ من خلال سلوكيات الجسيمات التي تتكون منها، وتتضمن خصائص الجسيمات الكتلة والشحنة الكهربائية والموقع.

المفهوم النيوتوني كامل وحتمي، وتعني إنّها كاملة أي أنّه إذا كان من الممكن سرد لكل لحظة من الزمن الماضي ما هي الجسيمات الموجودة وما هي كتلها وشحناتها الكهربائية وخصائصها الجوهرية الأخرى والمواقع التي تشغلها، فستمثل القائمة تمامًا كل ما يمكن أن يقال عن التاريخ المادي للكون وسوف تحتوي على كل ما هو موجود وكل حدث وقع.

المفهوم النيوتوني حتمي بمعنى أنّه إذا كان من الممكن سرد في لحظة معينة من الزمن والموقع والخصائص الجوهرية الأخرى لكل جسيم في الكون وكذلك كيف يتغير موضع كل جسيم مع مرور الوقت يتدفق إلى الأمام سيكون التاريخ المستقبلي للكون بأكمله بكل التفاصيل متوقعًا بيقين مطلق، ومع ذلك فقد اعتبر العديد من المفكرين أنّ هذه الحتمية غير متوافقة مع الأفكار العميقة والمهمة حول ماهية الإنسان أو أنّ يعيش حياة بشرية وأفكار مثل الحرية والمسؤولية والاستقلالية والعفوية والإبداع والانفتاح الظاهر من المستقبل.

الهيكل المنطقي لميكانيكا نيوتن الفيزيائي:

يُطلق على المعدل الذي يتغير به موضع الجسيم في وقت معين مع مرور الوقت إلى الأمام بأنّه سرعة الجسيم في ذلك الوقت، ويُطلق على المعدل الذي تتغير به سرعة الجسيم في وقت معين مع تدفق الوقت للأمام بأنّه تسارع الجسيم في ذلك الوقت، وينص المفهوم النيوتوني على أنّ القوة التي تعمل على الحفاظ على حركة الجسيم أو تغييرها تنشأ حصريًا بين أزواج من الجسيمات.

علاوة على ذلك فإنّ القوى التي يمارسها أي جسيمين على بعضهما البعض في أي لحظة معينة تعتمد فقط على نوع الجسيمات التي تكون عليها وعلى مواقعها بالنسبة لبعضها البعض، وهكذا ضمن ميكانيكا نيوتن (علم حركة الأجسام تحت تأثير القوى) فإنّ تحديد مواضع كل الجسيمات في الكون في وقت معين وأنواع الجسيمات هي بمثابة تحديد لما القوى تعمل على كل من تلك الجسيمات في ذلك الوقت.

ووفقًا لقانون نيوتن الثاني للحركة هناك علاقة رياضية بسيطة جدًا ثابتة دائمًا بين القوة الكلية على أي جسيم في وقت معين وتسارعه في ذلك الوقت وكتلته، حيث القوة المؤثرة على الجسيم تساوي كتلة الجسيم مضروبة في تسارعه:
F = ma (القوة = الكتلة × التسارع).

يمكن توضيح تطبيق هذا القانون (المشار إليه فيما بعد بـ “قانون نيوتن للحركة”) بالتفصيل في المثال التالي، لنفترض أنّ المرء رغب في حساب لكل جسيم i في نظام فرعي معين من الكون، وموضع ذلك الجسيم في وقت ما في المستقبل t = T، ولكل جسيم في وقت ابتدائي ما t = 0، ويُعطى الواحد موقع الجسيم ( x0i) والسرعة (v0i) والكتلة (mi) والشحنة الكهربائية (ci) وجميع الخصائص الجوهرية الأخرى.

تتمثل إحدى طرق إجراء الحساب في تعاقب التقديرات التقريبية الأفضل تدريجيًا، وبالتالي قد يكون التقريب الأول هو حساب مواضع جميع الجسيمات عند t = T بافتراض أنّ سرعاتها ثابتة وتساوي v0i عند t = 0 طوال الفترة بين t = 0 و t = T، وهذا التقريب سيضع الجسيم i عند (x0i + v0i (T عند t = T، وهنا من الواضح مع ذلك أنّ التقريب لن يكون دقيقًا للغاية لأنّه في الواقع لن تظل سرعات الجسيمات ثابتة طوال الفترة (ما لم تكن هناك قوى عند العمل عليها).

يمكن الحصول على تقريب أفضل إلى حد ما من خلال تقسيم الفترة الزمنية المعنية إلى قسمين أحدهما يمتد من t = 0 إلى t = T / 2 والآخر يمتد من t = T / 2 إلى t = T، وثم مواضع الجميع يمكن حساب الجسيمات عند T / 2 بافتراض أنّ سرعاتها ثابتة وتساوي قيمها عند t = 0 طوال الفترة بين t = 0 و t = T / 2، وهذا من شأنه أنّ يضع الجسيم i عند (x0i + v0i (T / 2 عند T / 2، ويمكن بعد ذلك حساب القوى المؤثرة على كل جسيم عند t = 0 وفقًا للتصور النيوتوني من مواقعها عند t = 0 جنبًا إلى جنب مع كتلها وشحناتها وخصائصها الجوهرية الأخرى وكلها معطاة في البداية.

يمكن الحصول على سرعات الجسيمات عند T/ 2 عن طريق توصيل قيم هذه القوى بقانون نيوتن للحركة F= ma، وبافتراض أنّه خلال الفترة من t = 0 إلى t = T / 2 تكون تسارعاتها ثابت ويساوي قيمهما عند t = 0، وهذا سيجعل سرعة الجسيم i تساوي (v0 + a0i (T / 2، حيث a0i يساوي القوة المؤثرة على الجسيم i عند t = 0 مقسومًا على كتلة الجسيم i، وأخيرًا يمكن حساب موضع الجسيم i عند t = T بافتراض أنني أحافظ على السرعة الجديدة طوال الفترة الفاصلة بين t = T / 2 و t = T.

على الرغم من أنّ هذا التقريب قد يكون أيضًا غير دقيق إلّا أنّه يعد تحسنًا عن الأول لأنّ الفترات التي يُفترض فيها خطأً أن تكون سرعات الجسيمات ثابتة تكون أقصر في الحساب الثاني عنها في الحساب الأول، وبالطبع يمكن تحسين هذا التحسين عن طريق تقسيم الفاصل الزمني أكثر إلى 4 أو 8 أو 16 فترات.

عندما يقترب عدد الفواصل من اللانهاية فإنّ حساب مواضع الجسيمات عند t = T يقترب من الكمال، وبالتالي نظرًا لمواصفات بسيطة بما فيه الكفاية لاعتماد القوى التي تتعرض لها الجسيمات في مواقعها النسبية يمكن استخدام تقنيات حساب التفاضل والتكامل لإجراء الحساب المثالي لمواقع الجسيمات، ونظرًا لأنّ T يمكن أن يكون لها أي قيمة موجبة على الإطلاق فإنّ مواضع جميع الجسيمات في النظام المعني في أي وقت بين t = 0 و t = ∞ (اللانهاية) يمكن حسابها من حيث المبدأ بالضبط وبشكل مؤكد من مواقعها والسرعات والخصائص الجوهرية عند t = 0.