كل ما تريد معرفته عن تخصص الفيزياء

علم الفيزياء يدرس بنية المادة والتفاعلات التي تحدث بين العناصر الأساسية لها، فهو علم الحركة والمادة والطاقة، وأصل كلمة فيزياء كلمة يونانية هي “فيسيكوس” التي تشمل جميع جوانب الطبيعة على مستوى العين المجردة أو المجهر، وعلم الفيزياء أساس جميع العلوم، وعلم الفيزياء جاء ليختص في العلم المادي المختلف عن سائر العلوم مثل علم البيئة والكيمياء والهندسة والفلك بعد التطور الذي حدث في العلوم المختلفة والاختصاص فيها، وتخصص الفيزياء واحد من التخصصات الأكاديمية والعلمية التي يتم تدريسه في كلية العلوم في الجامعات المختلفة، وفي هذا التخصص العلمي يتم فيه تدريس وتفسير الظواهر الطبيعية ودراسة القوانين المهمّة التي تحكم الطبيعة حولنا، ويقسم تخصص الفيزياء للعديد من الفروع وسيتم توضيحها في المقال.

يتحدث المقال عن تخصص الفيزياء، ويشمل:

• علم الفيزياء.
• تخصص الفيزياء.
• تعريف تخصص نانو الفيزياء.
• وصف التخصص والمواد التي يتم تدريسها في التخصص، وعدد سنوات دراسته.
• الأقسام الرئيسية لتخصص الفيزياء.
• إيجابيات وسلبيات دراسة تخصص الفيزياء.
• مجالات العمل في تخصص الفيزياء.
• أفضل تخصص ماجستير في تخصص الفيزياء.
• أفضل جامعات تقوم بتدريس تخصص الفيزياء.
• دورات تفيد خريجي تخصص الفيزياء.
• علاقة الفيزياء بالتخصّصات الأخرى.
• نسبة الطلب والركود على تخصص الفيزياء.

علم الفيزياء

علم الفيزياء يدرس بنية المادة والتفاعلات التي تحدث بين العناصر الأساسية لها، فهو علم الحركة والمادة والطاقة، وأصل كلمة فيزياء كلمة يونانية هي “فيسيكوس” التي تشمل جميع جوانب الطبيعة على مستوى العين المجردة أو المجهر، ولا تشمل دراسة علم الفيزياء على الأجسام والكائنات التي تتعرّض لقوة معينة، إنّما تهتم دراسة هذا العلم بقوى الجاذبية والقوى النووية والكهرومغناطيسية والطبيعة، ويرجع الهدف وراء دراستها لهذه العلوم لوضع قوانين ومبادئ لجميع الظواهر التي تحدث حولنا.

يعتبر علم الفيزياء أساس جميع العلوم، وعلم الفيزياء جاء ليختص في العلم المادي المختلف عن سائر العلوم مثل علم البيئة والكيمياء والهندسة والفلك بعد التطور الذي حدث في العلوم المختلفة والاختصاص فيها، وبعد التأثير المهمّ الذي سبَّبُه علم الفيزياء في العلوم الطبيعية جاءت الفيزياء الحيوية والفلكية والنفسية نتيجة لذلك.

قوانين علم الفيزياء يتم وضعها بشكل دقيق لأنّها تقوم بالتعبير عن الرياضيات بشكل خاص، والنظريات الفيزيائية تتنبأ بنظام معين يتم التحقق منه عن طريق التجارب الفيزيائية ونتائجها، وهذه القوانين تخضع للتعديل بعد التجارب التي يتم القيام بها ومعرفة نتائجها، ويعد الهدف الرئيسي وراء دراسة علم الفيزياء وضع القوانين التي تختص بتحكّم الحركة والطاقة والمادة، وهذا الهدف تمّ تحقيقه بشكل ملحوظ.

تخصص الفيزياء

تخصص الفيزياء من التخصصات الأكاديمية والعلمية التي يتم تدريسها في كلية العلوم في الجامعات المختلفة، وفي هذا التخصص العلمي يتم تدريس وتفسير الظواهر الطبيعية ودراسة القوانين المهمّة والأساسية التي تحكم الطبيعة حولنا، بالإضافة للقيام بالتجارب المختلفة من أجل معرفة تركيب خصائص المواد المختلفة والعلاقة التي تربطها بالطاقة، فهذا التخصص بشكل عام يختص بدراسة المادة والطاقة وكيفية تأثير كل منهم وفهم وشرح ماهية المادة والأسباب حول سلوكها.

ما هو تخصص نانو الفيزياء؟ 

تقنية نانو الفيزياء أو ما تسمى بتقنية الجزيئات متناهية الصغر أو تقنية الصغائر؛ هي التي تهتم بدراسة معالجة المادة على المقياس الجزيئي والذري، بالإضافة إلى اهتمامها بابتكار وسائل جديدة وتقنيات يتم قياس أبعادها بالنانومتر الذي يساوي جزء من المليون من المليمتر، وبالعادة تتعامل تقنية النانو مع قياسات بين 1 – 100 نانومتر؛ أي التجمعات الذرية بين خمس ذرات إلى ألف ذرة، وهذه الأبعاد أقل من أبعاد البكتيريا والخلية الحية بكثير، ولغاية الآن لا تهتم هذه التقنية بعلم الأحياء، وإنّما تهتم بخواص المواد، ومجالات هذه التقنية تتنوع بشكل واسع من أشباه الموصلات إلى طرق حديثة تعتمد على التجميع الجزيئي الذاتي، وهذا القياس يُقابله اتساع في طبيعة المواد التي يتم استخدامها بالقياس.

تقنية النانو تقوم بالتعامل مع الظواهر والبنايات على مستوى النانو الصغير، ومن هذه الظواهر الظواهر النانوية التي تتضمن التقييد الكمّي الذي يؤدي إلى ظواهر كهرومغناطيسيّة وبصرية جديدة للمواد التي يتراوح حجمها بين حجم المادة الصلبة المرئي وحجم الجزيء من المادة نفسها، بالإضافة إلى أنّها تتضمن تأثير غيبس طومسون الذي يعني انخفاض درجة انصهار مادة معينة عندما يكون قياسها نانويّاً، ومن أهم بنايات النانو أنابيب النانو الكربونيّة.

وصف التخصص

تخصص الفيزياء يقوم بتقديم جميع المواضيع العلميّة مثل علم الفلك والمناخ والأرصاد الجوية، وفيزياء السوائل والصوت والضوء والفيزياء النووية والذرية، بالإضافة إلى المواد والمساقات التي لها صلة بالعلوم المختلفة مثل الرياضيات والكيمياء والجيولوجيا وعلوم الأرض، وفيما يلي بيان لمواد التخصص وعدد سنوات دراسة هذا التخصص.

مواد تخصص الفيزياء

فيما يلي الخطة الدراسية لتخصص الفيزياء في جامعة أكسفورد، فهي واحدة من أعرق الجامعات في العالم، وقسم الفيزياء فيها من أعرق الأقسام على جميع المستويات المحلية والعالمية، والمواد الأساسية في تخصص الفيزياء كما يلي:

• مقدمة في الفيزياء الحيوية.
• الميكانيكا الكلاسيكية.
• الكهرومغناطيسية أو المغناطيسية الكهربائية.
• معادلات تفاضلية.
• نظرية الدارات الكهربائية.
• فيزياء الجسيمات.
• الفيزياء الفلكية.
• الفيزياء الذرية.
• الفيزياء النووية.
• السوائل.
• الفيزياء النظرية.
• الفيزياء التجريبية.
• فيزياء الكمّ أو الفيزياء الكميّة.
• الفلك.
• الأجواء والمحيطات.
• البصريات.
• النظرية النسبية الخاصّة.
• الجاذبية الكمّية.
• الفيزياء الحرارية.
• أساليب في الرياضيات.

ملاحظة: تختلف المواد والمساقات ومسمياتها من جامعة إلى أخرى، والهدف من عرض هذه المواد هو إعطاء الفكرة الرئيسيّة عن مواد تخصص الفيزياء.

عدد سنوات دراسة التخصص

يتراوح عدد سنوات دراسة تخصص الفيزياء بين ثلاث لأربع سنوات تختلف بناءً على الخطة الدراسية لكل جامعة، تقوم السنوات الأولى في الدراسة على دراسة المقررات التعريفية بأساسيات الفيزياء وإعطاء نبذة عن مفاهيم الفيزياء الحديثة، بالإضافة إلى أنّه يتم تدريس مجالات أخرى فيها مثل الرياضيات والحاسوب، وتخصص الفيزياء يحتاج لمعرفة كبيرة في الرياضيات، ويتم فيه تعليم مواضيع رياضية مختلفة مثل حساب التفاضل والتكامل والجبر.

الأقسام الرئيسية لتخصص الفيزياء

بعد التأسيس الجيد في الفيزياء يتم تدريس الطالب مواضيع متقدمة مثل ميكانيك الكم والفيزياء الحديثة، ويوجد عدّة أقسام رئيسية مختلفة يتخصّص بها علم الفيزياء، وهي كما يلي:

الفيزياء الطبية

الفيزياء الطبية واحدة من فروع الفيزياء التطبيقيَة في المجالات الطبية، وتختص في تشخيص وعلاج الأمراض، وتنقسم الفيزياء الطبيّة بناءً على تقسيم الجمعية الأمريكية للفيزياء الطبية إلى ما يلي:

• فيزياء العلاج الإشعاعي (بالإنحليزيّة: Therapeutic Radiological Physics).
• فيزياء الأشعة التشخيصيّة (بالإنجليزيّة: Diagnostic Radiological Physics).
• فيزياء الطب النووي (بالإنجليزيّة: Medical Nuclear Physics).
• الفيزياء الصحيّة (الوقاية من الإشعاع) (بالإنجليزيّة: Medical Health Physics).
• فيزياء أجهزة الليزر (بالإنجليزيّة: Laser Physics).
• فيزياء الموجات الحراريّة والعلاج الحراري (بالإنجليزيّة: Infrared and Thermal Therapy).
• فيزياء الموجات الصوتية (بالإنجليزيّة: Ultrasound Physics).
• فيزياء الكهرباء الحيوية (بالإنجليزيّة: Bioelectrical Physics) مثل تخطيط كهربائية الدماغ والقلب.
• فيزياء الرنين المغناطيسي (بالإنجليزيّة: Magnetic Resonance Physics).

الفيزياء النووية

الفيزياء النووية (بالإنجليزيّة: Nuclear Physics) واحدة من فروع علم الفيزياء التي تتعامل مع الإشعاع الصادر عن النوى غير المستقر وبنية النواة الذرية، والنواة تصغر عن الذرة بعشرة آلاف مرة تقريباً، وتتكون الذرة من النواة والنيوترونات والبروتونات، وهذه الذرات تنجذب لبعضها البعض بفعل القوى النووية وليس بفعل الطاقة الذرية، وهذا يرجع لأنّ الطاقة النووية أكبر من الطاقة الذرية النموذجية بمليون مرة تقريباً.

أبرز التطبيقات على الفيزياء النووية

• التصوير الطبي والتشخيص: يتم استخدام التصوير الطبي والتشخيص في حالات العلاج الإشعاعي للحالات المختلفة، مثل:
  • فرط نشاط الغدة الدرقية.
  • السرطان.
  • اضطرابات الدم.
• الإشعاع المؤين يقوم بإتلاف الحمض النووي للأنسجة، وهذا ينجم عنه موت الخلايا.

• علاج الإشعاع الخارجي الذي يستهدف الحزم الإشعاعيّة من العديد من الزوايا التي تتقاطع عند الورم.
• حقن النظائر المشعة العلاجية من أجل توطين الأنسجة التي تتطلّب تدمير كيميائي.
• فحص العظام من أجل الكشف عن مشكلات العظام، مثل:
  • التهابات العظام.
  • الآفات الخبيثة.
  • السرطان.
  • آلام العظام.

• محطات الطاقة وصناعة الأسلحة النووية الحرارية التي تُطابق التفاعلات النووية التي تحدث في النجوم والقنابل الذرية.
• تطبيقات الكشف عن أجزاء الجسم من غير الحاجة لإجراء العمليات الجراحية.
• فهم تدفق التيارات في المحيطات عن طريق دراسة نظائر الأكسجين في لبّ الجليد وطبيعة طبقات المياه الجوفية في العالم.

الفيزياء الفلكية

هي فرع من فروع علم الفلك الذي يقوم بإدراج مبادئ الفيزياء والكيمياء من أجل دراسة الأجسام الفلكيّة وطبيعتها، بالإضافة إلى مواقع هذه الأجسام وحركتها في الفضاء، ويقوم علم الأجسام الفلكية بدراسة الشمس والنجوم الأخرى والكواكب والمجرات، وإشعاع الخلفية الكونية، ويقوم على فهم ما تصدره الأجسام من الإشعاعات المختلفة عن طريق الطيف الكهرومغناطيسي بأكمله، ويتم دراسة باقي خصائص هذه الكواكب من سطوع وحرارة وكثافة وتركيب كيميائي، ويعتبر علم الفيزياء الفلكية علم واسع جداً لأنّ الفيزيائيين الفلكيين يقومون بتطبيق عدّة من فروع الفيزياء المختلفة بما فيها الكهرومغناطيسية، والميكانيكا، والميكانيكا الإحصائية، والديناميكا الحرارية، والكمّية، والنسبية، والفيزياء النووية وفيزياء الجسيمات، والفيزياء الذرية والجزيئية.

الأبحاث الفلكية الحديثة تنطوي على قدر كبير من فروع الفيزياء النظرية بشكل عملي، وبعض حقول الفيزياء الفلكية تتضمّن محاولات مختلفة من أجل تحديد خصائص المادة المظلمة والطاقة المظلمة والقوي السوداء، ودراسة إمكانية تكوين ثقوب دودية وإمكانية السفر عبر الزمن، وتدرس أصل الكون ونهايته المحتومة، بالإضافة إلى دراستها لمواضيع نظرية، مثل: ولادة النظام الشمسي وتطوّره “الديناميكا والتطور النجمي”، وولادة المجرات وتطوّرها، ودراسة الهيدروديناميكا المغناطيسية التي تهتم بالأجرام الكبيرة الموجودة في الكون، وأصل الأشعة الكونية، والنسبية العامة والفيزياء الكونية، بالإضافة إلى فيزياء الجسيمات الفلكية وفيزياء الأوتار الكونية.

الفيزياء الحيوية

واحدة من فروع علم الفيزياء والتخصصات المتداخلة التي تقوم بتطبيق مناهج الفيزياء ونظرياتها على معضلات ومسائل مختلفة من ضمن علم الأحياء، وتقوم أبحاث الفيزياء الحيوية على تلخيص العديد من الدراسات البيولوجية غير المشتركة بصفة معينة أو عامل مشترك بين الدراسات، وتتضمن الدراسات مجال واسع من تحليل المتتاليات “Sequence Analysis” إلى الشبكات العصبونية “Neutral Network”، بالإضافة إلى الدراسات القديمة للبيوفيزياء وتصنيع أطراف ميكانيكية للإنسان وتنظيم الوظائف البيولوجية بطرق عديدة، وفيما يلي بعض من تطبيقات الفيزياء الحيوية ومواضيعها:

• فيزياء حيوية رياضية.
• فيزياء حيوية نظرية.
• فيزياء حيوية طبية.
• أصل الحياة.
• علم أحياء الأنظمة.
• فيزياء زراعية.

إيجابيات وسلبيات دراسة تخصص الفيزياء

الإيجابيات 

• الحرية في اختيار الاختصاص عند اختيار الطالب لإكمال مسيرة الدراسات العليا. 
• القابلية لإيجاد فرصة عمل في الكثير من الحقول، وذلك لأنّ دراسة تخصص الفيزياء تعطي الشخص قدرة على حل المشاكل المختلفة والتمتع بمهارات مختلفة في الرياضيات.
• اكتساب الخبرات واحتمال السفر لدول مختلفة.
• من الممكن بعد الدراسة إكمال الدراسات العليا والعمل دكتور في التخصص بالجامعة.
• المكانة العالية في المجتمع.

السلبيات

• يعتبر تخصص الفيزياء من التخصصات الصعبة والتي تحتاج فيها للدراسة لفترات طويلة وساعات متأخرة من الليل، وهذا ما يؤثر على علاقات الشخص الاجتماعيّة.
• الحاجة للتركيز العالي والمهارات المكثّفة في الدراسة؛ نظراً لوجود أمور معقدة لم تتوفر لها حلول لغاية اليوم.

مجالات العمل في تخصص الفيزياء

• العمل في مجال التعليم بالمدارس والجامعات والمعاهد وكليات المجتمع.
• بالمختبرات العلمية.
• بالمجالات الطبية.
• في مراكز البحوث العلمية.
• في مراكز التنبؤ بالزلازل.
• في المصانع.
• العمل في قطاع الطاقة والوزارات المختلفة، مثل: وزارة البترول، ووزارة الثروة المعدنية، ووزارة الكهرباء، ووزارة الصناعة.
• العمل في مجال تحلية المياه وتنقيتها، وإجراء الاختبارات والقياسات للمياه للتأكد من أنّها صالحة للشرب أو غير صالحة.
• مجال الأقمار الصناعية والأبحاث الفضائية والمراصد الفلكية.
• العمل في دوائر الأرصاد الجوية.

أفضل تخصص ماجستير في تخصص الفيزياء

بناءً على الآراء فإنّ أفضل تخصص ماجستير في تخصص الفيزياء هو الفيزياء الطبية؛ نظراً للتقدم والتوسع في هذا المجال في يومنا هذا، ولكن هذا يرجع للبلد المطلوب الدراسة فيها، ويمكن التوسع في الأمر والسؤال أكثر لأخذ الكثير من الآراء، بالإضافة إلى أخذ الرغبة الشخصية في الأمر، لأنّ لها دور كبير في النجاح في التخصص.

أفضل جامعات تدرس تخصص الفيزياء

فيما يلي أفضل الجامعات التي يمكن دراسة تخصص الفيزياء فيها بناءً على تصنيف QS العالمي للجامعات:

• جامعة هارفرد (بالإنجليزيّة: Harvard University) في أمريكا.
• جامعة كامبريدج (بالإنجليزيّة: The University of Cambridge) في بريطانيا.
• جامعة برينستون في أمريكا.
• جامعة أكسفورد في إنجلترا.
• جامعة كاليفورنيا في بيركلي في أمريكا.
• معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.
• جامعة ستانفورد في أمريكا.
• معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في أمريكا.

دورات تفيد تخصص الفيزياء

• دورة أفكار جديدة حول المادة المظلمة: هذه الدورة تساعد في فهم أهم أساسيات فيزياء الجسيمات وعلم كونيات المادة المظلمة.
• دورة الانفجار العظيم إلى الطاقة المظلمة: تفيد هذه الدورة في التعرف على كيفية تطور الكون.
• دورة مئة عام من أمواج الجاذبية: تفيد هذه الدورة في دراسة موجات الجاذبية بالليزر “LIGO”.

علاقة الفيزياء بالتخصصات الأخرى

يرتبط علم الفيزياء بالعديد من التخصصات مثل الرياضيات، وفيما يلي مثال على ارتباطاته مع التخصصات الأخرى:

• ارتباط علم الفيزياء بعلم الكيمياء، فالكيمياء المبكرة كانت مهمة جداً لعلم الفيزياء، فتجارب الكيمياء قامت بإثبات نظرية الذرات في الفيزياء.
• علم الفيزياء وارتباطه مع علم الأحياء، فعند التمعّن بعمليات علم الأحياء للكائنات الحية المختلفة يتم رؤية العديد من الظواهر الفيزيائية مثل الضغط ودوران الدم والمضخات وغيرها من الظواهر.
• علم الفيزياء وارتباطه مع علم الفلك، وعلى الرغم من أنّ علم الفلك أقدم من علم الفيزياء، إلا أنّ الفيزياء بدأت بإظهار بساطة حركة الكواكب والنجوم الجميلة.
• علم الفيزياء وارتباطه بعلم الجيولوجيا لأنّ أدوات الأرصاد الجوية والطقس هي أدوات فيزيائية.

أسئلة شائعة

فيديو عن تخصص الفيزياء