مقدمة عن الارتياب في الفيزياء

تمهيد:

كلنا يعلم بأن الفيزياء هي علم يعتمد على التجربة وليس على القوانين الرياضية فالقانون الرياضي ما هو إلا نتيجة لمئات أو آلاف التجارب للحصول على علاقة تربط بين المتحولات وبالتالي يجب أن نركز على أساس القانون الرياضي وهو التجارب.

كما يمكن أن يكون القانون الرياضي عبارة عن فرضية وليس نتيجة لتجارب ولكن دوما نسعى لإثبات هذه الفرضيات بالتجارب حتى نثبت صحتها ولكن مع الأسف لا نركز إلا على القانون بشكله الرياضي المجرد .

 هناك احتمالين للقوانين الفيزيائية:

1- نتيجة تجارب طويلة وتمثيل لهذه التجارب والحصول على علاقة بين المتحولات ثم كتابتها بشكل رياضي بسيط ومفهوم.

2- تكون عبارة عن فرضية ولم يقم أحد بتجربتها ولكن دائما نسعى للتحقق من صحتها أو خطأها وذلك بمحاولة القيام بتجارب.

لعل الأمر غير واضح بعد لذا سنوضح الأمر بمثال كلنا يعلم بالنظرية النسبية العامة والخاصة للعالم الشهير والذي يعد وجه الفيزياء العالم ألبرت أينشتاين حيث أن نظريته النسبية لم تحظ باهتمام حين اكتشافها لعدم وجود القدرة على تنفيذ تجارب تثبت صحتها ولكن في عام 1971 قام العلماء بتجربة حول نسبية الزمان, فتم وضع أربع ساعات ذرية من السيزيوم على طائرات نفاثة تقوم برحلات منتظمة حول العالم، في اتجاهات شرقية وغربية. وبمقارنة الأزمنة التي سجلتها الساعات على الطائرات مع الزمن الذي سجل بمرصد البحرية الأمريكية، وجد أن الزمن المسجل على الطائرات أبطأ منه على الأرض بفارق ضئيل يتفق مع قوانين النسبية الخاصة.
 

وفي عام1976 وضعت ساعة هيدروجينية في صاروخ وصل إلى ارتفاع 10,000 كيلومتر عن سطح الأرض، حيث أصبحت الساعة على الصاروخ في مجال جاذبي أضعف منه على سطح الأرض (وهذه التجربة لها علاقة بالنظرية النسبية العامة التي تدرس العلاقة بين الزمن والجاذبية).
وقورنت إشارات الساعة على الصاروخ بالساعات على الأرض، فوجد أن الساعة على الأرض أبطأ منها على الصاروخ بحوالي 4.5 جزء من عشرة آلاف مليون من الثانية، بما يتفق مع تنبؤات النسبية العامة بدقة عالية. والساعة الهيدروجينية الحديثة تعمل بدقة يعادل فيها الخطأ ثانية واحدة في كل ثلاثة ملايين سنة.
 وهذه القياسات تثبت – بلا شك - الظاهرة المعروفة بتمدد الزمن, والتي تعد أهم تنبؤات النظرية النسبية. فالتجربة الأولى تثبت أن الزمن (يتغير) كلما ازدادت سرعة الجسم، أما التجربة الثانية فتثبت أن الزمن يتغير إذا تعرض الجسم لمجال جاذبي قوي.

ما يهم مما سبق هو أننا نركز على التجارب بشكل كبير.

الفيزياء: هي فهم الطبيعة أو الكون.

وبالتالي يجب علينا المراقبة والتجربة لتحقيق ذلك 

بعد أن فهمنا أهمية التجارب في حياتنا الفيزيائية سنطرح سؤالا هل تجاربنا صحيحة؟

هل نقوم بكل ما يلزم؟

هل أدواتنا ذات دقة عالية؟

هل الظروف مواتية؟

حان وقت مناقشة تساؤلاتنا بشأن التجارب من دقة أجهزة وظروف خارجية وخبرة المجرب 

لنفترض أننا نقوم بقياس فرق الكمون على مقياس رقمي يحمل ثلاث خانات فقط وظهرت القيمة 219 ما مدى صحة هذه القراءة؟

هل هي فعليا بهذه الدقة؟

سيقول قائل ما المهم من هذا سواء كانت 220 أو 219 أو 218 فهي ضمن هذا المجال من [218,220] وهي قيمة كمون تيار المدينة ولن نهتم بشأن هذا الفرق

لكن لنفرض أنها قراءة لميزان ونقوم بوزن قطعة من الذهب عليه أصبح الأمر مهما الآن 

فلو كنت أنت البائع لن تقبل أن يكون وزن العينة أكبر من 219g  لأن هذا سيعد خسارة لك بسبب عدم دقة الجهاز المستعمل ولو كنت الزبون وتحققت من وزن هذه العينة ووجدته أقل من 219g لن ترضى بهذا وستتهم البائع بالغش فورا وهذا أمر طبيعي.

لذلك نحن كفيزيائيين نحاول دائما تقليص هذا المجال إلى أن يصل إلى قيمة لانتمكن من رصدها أو إلى أصغر قيمة تحققها الأجهزة والظروف.

لكن هل يمكن أن نحصل على قيمة حتمية فعلا ؟؟

سيقول البعض نعم والبعض لا, ولا يمكن الجزم أنه لا , لأنه إذا حصنا على عينة ذات وزن 219.000000000g  يمكن أن تكون فعلا قيمة حقيقية عند كثير من المجربين وأن قيمة الخطأ صغيرة جدا إلى أنها لايمكن أن تقاس في هذه الحالة يشعر كل من بائع الذهب والزبون بالرضى لأن كل منهما لن يخسر.

ولكن هل هي قيمة حقيقية فعلا ؟
الجواب لا هناك خطأ محتمل ولا يمكن أن أقول لا فإن عدم قدرتي على قياس الخطأ لا يعني أنه غير موجود

معدل تأخر القطارات في اليابان هو سبع ثواني سنويا؟!!!!

أترك لكم التعليق

أصبح بعضنا يأخذ الموضوع على محمل الجد الآن

ف 7 ثواني في السنة رقم يكاد لا يقاس على مستوى اليوم

نشاط:

                               7/365 = 0.019 s  

وهو الارتياب في اليوم لواحد ولا أظن أن أحدا يستطيع إدراكه ومع ذلك لم يقولوا لا يوجد ارتياب في مواعيد قطاراتنا!!

لندخل الآن بالموضوع بشكل مباشر ماهو الارتياب؟

الارتياب هو مصطلح يستخدم في مواد كثيرة كالفلسفة والفيزياء .... يُحسب الارتياب عند القيام بتوقعات لقيم مستقبلية، أو عند قياس أبعاد أو مقادير أو عند تقدير قيمة مجهولة.
 ينشأ الارتياب عندما نتعامل مع بيئة غير معلومة بشكل كامل ، كما ينشأ الارتياب نتيجة الجهل والكسل

يقسم الارتياب إلى ثلاثة أقسام:

1- ارتياب في الجهاز وهو دائما موجود لأن لكل جهاز دقة  مهما كانت دقة الجهاز فالخطأ موجود لأن هناك عدد معين للخانات المقاسة.

2- ارتياب المجرب ويختلف حسب خبرة المجرب ومثال ذلك اختلاف نتائج التجارب بين الطلاب في المخبر لننفس التجربة.

3- الارتياب الناجم عن البيئة المحيطة وهو الأكثر تأثيرا والأصعب في التقدير كما أنه يؤثر على الحالتين السابقتين

الارتياب يخضع لمبدأ ديكارت أي يجب أن أدرس مدى تأثير أي شيء يمكن أن يسبب خطأ على التجربة التي أقوم بها.

تقديم : بشار جبير

الشكر لمن ساهم بهذا العمل  Physics Group

--------------

انتهى