التجانس (الفيزياء)

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

في الفيزياء ، تتميز المادة أو النظام المتجانس بنفس الخصائص في كل نقطة؛ فهو منتظم وخالٍ من أي عيوب. [ 1 ] [ 2 ] يتوافق المجال الكهربائي المنتظم (الذي له نفس الشدة والاتجاه في كل نقطة) مع التجانس (حيث تخضع جميع النقاط لنفس الخصائص الفيزيائية). ويمكن وصف مادة مكونة من عناصر مختلفة بأنها متجانسة فعليًا في مجال المواد الكهرومغناطيسية ، عند تفاعلها مع مجال إشعاع موجه (ضوء، ترددات الميكروويف، إلخ). [ 3 ] [ 4 ]

رياضيًا، يحمل التجانس دلالة الثبات ، إذ أن جميع مكونات المعادلة لها نفس القيمة سواءً أُعيد قياس كل مكون منها إلى قيم مختلفة، مثلاً بالضرب أو الجمع. وينطبق هذا الوصف على التوزيع التراكمي، الذي يُعرف بأنه "حالة امتلاك دالة توزيع تراكمي أو قيم متطابقة". [ 3 ] [ 4 ]

سياق

يعتمد تعريف التجانس بشكل كبير على السياق المستخدم. فعلى سبيل المثال، تتكون المادة المركبة من مواد فردية مختلفة، تُعرف باسم " مكونات " المادة، ولكن يمكن تعريفها كمادة متجانسة عند إسناد وظيفة لها. فعلى سبيل المثال، يُستخدم الأسفلت في رصف الطرق، وهو مادة مركبة تتكون من مادة رابطة أسفلتية وركام معدني، ثم تُوضع في طبقات وتُضغط. ومع ذلك، فإن تجانس المواد لا يعني بالضرورة تماثل الخواص . ففي المثال السابق، قد لا تكون المادة المركبة متماثلة الخواص.

في سياق آخر، لا تُعتبر المادة متجانسة من حيث تركيبها من الذرات والجزيئات . مع ذلك، في حياتنا اليومية، يُوصف لوح الزجاج أو صفيحة المعدن بالزجاج، أو الفولاذ المقاوم للصدأ. بعبارة أخرى، يُوصف كل منهما بأنه مادة متجانسة.

ومن الأمثلة الأخرى على السياق: التجانس (في المكان) يعني الحفاظ على الزخم ؛ والتجانس في الزمن يعني الحفاظ على الطاقة .

سبيكة متجانسة

في سياق المعادن المركبة، تُعرف السبيكة بأنها مزيج من معدن مع مادة واحدة أو أكثر، سواء كانت معدنية أو غير معدنية. لا تتحد مكونات السبيكة كيميائيًا، بل تُخلط بدقة متناهية. قد تكون السبيكة متجانسة، أو قد تحتوي على جزيئات صغيرة من المكونات يمكن رؤيتها بالمجهر. يُعد النحاس الأصفر مثالًا على السبيكة، فهو مزيج متجانس من النحاس والزنك. مثال آخر هو الفولاذ، وهو سبيكة من الحديد والكربون، وربما معادن أخرى. يهدف تصنيع السبيكة إلى إضفاء خصائص مرغوبة على معدن يفتقر إليها بطبيعته. فالنحاس الأصفر، على سبيل المثال، أصلب من النحاس وله لون أقرب إلى الذهب. أما الفولاذ فهو أصلب من الحديد، ويمكن تصنيعه مقاومًا للصدأ (الفولاذ المقاوم للصدأ). [ 5 ]

علم الكونيات المتجانس

يلعب التجانس، في سياق آخر، دورًا في علم الكونيات . فمن منظور علم الكونيات في القرن التاسع عشر (وما قبله)، كان الكون لانهائيًا ، ثابتًا، متجانسًا، وبالتالي مليئًا بالنجوم . إلا أن الفلكي الألماني هاينريش أولبرز أكد أنه لو صحّ هذا، لكانت السماء الليلية بأكملها مضاءة كضوء النهار؛ وهذا ما يُعرف بمفارقة أولبرز . وقدّم أولبرز ورقة بحثية في عام ١٨٢٦ حاول فيها الإجابة عن هذا اللغز. وكانت الفرضية الخاطئة، التي لم تكن معروفة في زمن أولبرز، هي أن الكون ليس لانهائيًا، ولا ثابتًا، ولا متجانسًا. وقد حلّت نظرية الانفجار العظيم محل هذا النموذج ( الكون المتوسع، المحدود، وغير المتجانس ). ومع ذلك، يُقدّم الفلكيون المعاصرون تفسيرات منطقية للإجابة عن هذا السؤال. أحد هذه التفسيرات، على الأقل، هو أن النجوم والمجرات البعيدة تُعاني من انزياح نحو الأحمر ، مما يُضعف ضوءها الظاهري ويجعل السماء الليلية مظلمة. [ 6 ] مع ذلك، لا يكفي هذا الضعف لتفسير مفارقة أولبرز تفسيراً كاملاً. يعتقد العديد من علماء الكونيات أن كون الكون محدوداً زمنياً، أي أنه لم يكن موجوداً منذ الأزل، هو حل هذه المفارقة. [ 7 ] وبالتالي، فإن كون السماء ليلاً مظلمة يُعدّ مؤشراً على الانفجار العظيم.

ثبات الترجمة

ويعني مصطلح "ثبات الترجمة " استقلالية الموضع (المطلق)، خاصة عند الإشارة إلى قانون من قوانين الفيزياء، أو إلى تطور نظام فيزيائي.

لا ينبغي أن تعتمد القوانين الأساسية للفيزياء (بشكل صريح) على الموقع في الفضاء، وإلا ستصبح عديمة الفائدة. ويرتبط هذا، إلى حد ما، بشرط إمكانية تكرار التجارب . وينطبق هذا المبدأ على جميع قوانين الميكانيكا ( قوانين نيوتن ، وغيرها)، والديناميكا الكهربائية، وميكانيكا الكم، وغيرها.

عمليًا، غالبًا ما يُنتهك هذا المبدأ، إذ لا تُدرس إلا منظومة فرعية صغيرة من الكون، والتي تتأثر بطبيعة الحال ببقية الكون. يُؤدي هذا الوضع إلى ظهور "حقول خارجية" (كهربائية، مغناطيسية، جاذبية، إلخ) تجعل وصف تطور النظام مُرتبطًا بموقعه ( آبار الجهد ، إلخ). وينبع هذا من حقيقة أن الأجسام التي تُنشئ هذه الحقول الخارجية لا تُعتبر جزءًا (ديناميكيًا) من النظام.

إن الثبات الانتقالي كما هو موضح أعلاه يعادل الثبات الإزاحي في تحليل النظام ، على الرغم من أنه يستخدم هنا بشكل شائع في الأنظمة الخطية ، بينما في الفيزياء لا يتم التمييز بينهما عادة.

إن مفهوم التناظر ، فيما يتعلق بالخصائص المستقلة عن الاتجاه، ليس نتيجة للتجانس. فعلى سبيل المثال، يتوافق المجال الكهربائي المنتظم (أي الذي له نفس الشدة ونفس الاتجاه عند كل نقطة) مع التجانس (حيث تكون الخصائص الفيزيائية متماثلة عند كل نقطة)، ولكنه لا يتوافق مع التناظر ، لأن المجال يُفضّل اتجاهًا واحدًا.

عواقب

في الصيغة اللاغرانجية ، يستلزم التجانس في الفضاء حفظ الزخم ، ويستلزم التجانس في الزمن حفظ الطاقة . وقد تم إثبات ذلك، باستخدام حساب التفاضل والتكامل التغيري ، في كتب مرجعية قياسية مثل كتاب لاندو وليفشيتز الكلاسيكي. [ 8 ] وهذا تطبيق خاص لنظرية نوثر .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ريني، يوجين غولدشتاين، ساينس أونلاين (2003). متجانس (فيزياء) . قاموس حقائق الفيزياء الذرية والنووية. وصف لمادة أو نظام له نفس الخصائص في أي اتجاه؛ أي منتظم بدون عيوب.(تم الاطلاع عليه في 16 نوفمبر 2009).
  2. ↑ تانتون، جيمس. "متجانس". موسوعة الرياضيات. نيويورك: فاكتس أون فايل، 2005. ساينس أونلاين. فاكتس أون فايل. "يُطلق على متعددة الحدود في عدة متغيرات p(x,y,z,…) اسم متجانس [...] وبشكل أعم، فإن دالة لعدة متغيرات f(x,y,z,…) هي دالة متجانسة [...] يمكن أن يكون تحديد الدوال المتجانسة مفيدًا في حل المعادلات التفاضلية، وأي صيغة تمثل متوسط ​​مجموعة من الأرقام يجب أن تكون متجانسة. في الفيزياء، يصف مصطلح متجانس مادة أو جسمًا لا تتغير خصائصه بتغير الموضع. على سبيل المثال، يوصف الجسم ذو الكثافة المنتظمة أحيانًا بأنه متجانس." جيمس. متجانس (رياضيات). (تم الاطلاع عليه: 16-11-2009)
  3. 1 2 التجانس . Merriam-webster.com
  4. 1 2 متجانس . Merriam-webster.com
  5. ↑ روزن، جو. "السبائك". موسوعة الفيزياء. نيويورك: فاكتس أون فايل، 2004. ساينس أونلاين. تم الاطلاع عليه بواسطة فاكتس أون فايل بتاريخ 16 نوفمبر 2009.
  6. ↑ تود، ديبورا، وجوزيف أ. أنجيلو الابن. " أولبرز، هاينريش فيلهلم ماثيوس ". من الألف إلى الياء لعلماء الفضاء وعلم الفلك. نيويورك: فاكتس أون فايل، 2005. ساينس أونلاين. فاكتس أون فايل. أولبرز، هاينريش فيلهلم ماثيوس (تم الاطلاع عليه في 16 نوفمبر 2009).
  7. ↑ باربرا رايدن (2017). مقدمة في علم الكونيات، الطبعة الثانية . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-1107154834.
  8. ↑ لاندو، إل دي ؛ ليفشيتز، إي إم (1976). الميكانيكا ( الطبعة الثالثة). أكسفورد: مطبعة بيرغامون . ISBN  0080210228. OCLC 2591126 .