1.3: قوانين الطبيعة

على مر القرون، استخرج العلماء قوانين علمية مختلفة من عدد لا يحصى من الملاحظات والفرضيات والتجارب. هذه القوانين العلمية هي، إلى حد ما، «قواعد» اللعبة التي تلعبها الطبيعة. أحد الاكتشافات الرائعة عن الطبيعة - الاكتشاف الذي يكمن وراء كل ما ستقرأ عنه في هذا النص - هو أن نفس القوانين تنطبق في كل مكان في الكون. القواعد التي تحدد حركة النجوم بعيدًا بحيث لا تستطيع عينك رؤيتها هي نفس القوانين التي تحدد قوس لعبة البيسبول بعد أن تضربها الضربة خارج الحديقة.

لاحظ أنه بدون وجود مثل هذه القوانين العالمية، لا يمكننا إحراز تقدم كبير في علم الفلك. إذا كان لكل جيب في الكون قواعد مختلفة، فلن تكون لدينا فرصة تذكر لتفسير ما حدث في «الأحياء» الأخرى. لكن اتساق قوانين الطبيعة يمنحنا قوة هائلة لفهم الأشياء البعيدة دون السفر إليها وتعلم القوانين المحلية. وبنفس الطريقة، إذا كانت لكل منطقة في بلد قوانين مختلفة تمامًا، فسيكون من الصعب جدًا تنفيذ التجارة أو حتى فهم سلوك الناس في تلك المناطق المختلفة. ومع ذلك، تسمح لنا مجموعة متسقة من القوانين بتطبيق ما نتعلمه أو نمارسه في إحدى الولايات على أي ولاية أخرى.

هذا لا يعني أن نماذجنا العلمية الحالية وقوانيننا لا يمكن أن تتغير. يمكن أن تؤدي التجارب والملاحظات الجديدة إلى نماذج جديدة أكثر تعقيدًا - نماذج يمكن أن تتضمن ظواهر وقوانين جديدة حول سلوكها. إن نظرية النسبية العامة التي اقترحها ألبرت أينشتاين هي مثال مثالي لمثل هذا التحول الذي حدث منذ حوالي قرن؛ فقد دفعتنا إلى التنبؤ، وفي النهاية إلى ملاحظة، فئة جديدة غريبة من الأجسام التي يطلق عليها علماء الفلك الثقوب السوداء. فقط عملية المريض لمراقبة الطبيعة بعناية ودقة أكثر من أي وقت مضى يمكنها إثبات صحة مثل هذه النماذج العلمية الجديدة.

تتعلق إحدى المشكلات المهمة في وصف النماذج العلمية بقيود اللغة. عندما نحاول وصف الظواهر المعقدة بعبارات يومية، قد لا تكون الكلمات نفسها كافية للقيام بهذه المهمة. على سبيل المثال، ربما سمعت أن بنية الذرة تشبه النظام الشمسي المصغر. في حين أن بعض جوانب نموذجنا الحديث للذرة تذكرنا بمدارات الكواكب، فإن العديد من جوانبها الأخرى تختلف اختلافًا جوهريًا.

هذه المشكلة هي السبب الذي يجعل العلماء يفضلون غالبًا وصف نماذجهم باستخدام المعادلات بدلاً من الكلمات. في هذا الكتاب، المصمم لتقديم مجال علم الفلك، نستخدم الكلمات بشكل أساسي لمناقشة ما تعلمه العلماء. نحن نتجنب الرياضيات المعقدة، ولكن إذا كانت هذه الدورة تثير اهتمامك وتستمر في العلوم، فستتضمن المزيد والمزيد من دراساتك اللغة الدقيقة للرياضيات.