جورج سيمون أوم: المعلم الذي قاس المقاومة

في مارس 1828، وبعد بضعة أشهر من نشر الكتاب الذي سيضع اسمه في نهاية المطاف على كل مخطط دائرة كهربائية في العالم، استقال جورج سيمون أوم (Georg Simon Ohm) من منصبه في المدرسة اليسوعية (Jesuit Gymnasium) في كولونيا. لم يكن السبب فضيحة أو مرضاً، بل لأن أحداً هناك لم يلاحظ عمله. كان كتاب «الدائرة الجلفانية، معالجة رياضية» (Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet) قد صدر في العام السابق، وقد قوبل -بتعبير مهذب- ببرود شديد. كان أوم يأمل أن ينتشله الكتاب من التدريس في المدارس الثانوية، لكنه بدلاً من ذلك أمضى السنوات الخمس التالية دون منصب مناسب على الإطلاق.

منهج صانع الأقفال

وُلد في إرلنغن في 16 مارس 1789، في مرغريفية براندنبورغ-بايرويت. كان والده يوهان فولفغانغ أوم (Johann Wolfgang Ohm) صانع أقفال علّم نفسه بنفسه إلى مستوى عالٍ بشكل مذهل، وكانت والدته ماريا إليزابيث بيك (Maria Elizabeth Beck) ابنة خياط. من بين أطفال الزوجين السبعة، عاش ثلاثة فقط حتى سن الرشد، وهم جورج سيمون، وأخته إليزابيث باربرا، وأخوه مارتن الذي أصبح عالم رياضيات بحد ذاته. توفيت والدتهم عندما كان جورج في العاشرة من عمره.

التعليم الذي كان مهماً حدث في المنزل. قام يوهان فولفغانغ بتدريس ابنه الرياضيات والفيزياء والكيمياء والفلسفة بنفسه. التحق جورج بمدرسة إرلنغن (Erlangen Gymnasium) منذ سن الحادية عشرة، وتشير جميع الروايات إلى أنه لم يتعلم شيئاً تقريباً هناك: حفظ عن ظهر قلب، وقليل من العلوم، ونظام أسوأ بكثير من النظام الذي كان والده يديره في ورشته. إنها تفصيلة تستحق التمسك بها، لأن حياة أوم العلمية بأكملها كان يديرها رجل تعلم كيف يعلم نفسه.

ثلاثة فصول دراسية وفصل

التحق بجامعة إرلنغن (University of Erlangen) في عام 1805 وسرعان ما اكتشف الجانب الاجتماعي للحياة الطلابية. أجبره والده، الذي لم يكن معجباً بذلك، على ترك الدراسة بعد ثلاثة فصول دراسية. في سبتمبر 1806، حصل على وظيفة في الرياضيات في غوتشتات بالقرب من نيداو في سويسرا؛ وفي مارس 1809 انتقل إلى نيوشاتل للعمل كمعلم خاص لمدة عامين. قبل مغادرته، قدم له أستاذ إرلنغن كارل كريستيان فون لانغسدورف (Karl Christian von Langsdorf) نصيحة شكلت كل شيء بعد ذلك: توقف عن البحث عن منهج دراسي واقرأ لأويلر ولابلاس ولاكروا بنفسك. فعل أوم ذلك بالضبط، وعاد إلى إرلنغن في أبريل 1811 للحصول على الدكتوراه في أكتوبر من ذلك العام.

المعلم المتجول

لم تجلب له الدكتوراه شيئاً تقريباً. حاضر في الرياضيات في إرلنغن لفترة وجيزة وغادر لأن الراتب لم يكن يكفيه. منذ يناير 1813، درّس الرياضيات والفيزياء في بامبرغ، أولاً في مدرسة فقيرة ثم، منذ عام 1816، في مدرسة مكتظة. كان، بتعبير إحدى الروايات السيرية، مثقلاً بالطلاب، ولم يجد تقديراً كبيراً لجهوده الضميرية، واستسلم لاحتمالية أنه لن يتزوج أبداً، وهو السبب الذي دفعه للبحث، جزئياً لإثبات نفسه وجزئياً لبناء قضية لوظيفة في مكان أكثر تحفيزاً. كان قانون أوم، في الأصل، طلب توظيف.

مختبر كولونيا

تغير حظه في سبتمبر 1817 عندما انضم إلى المدرسة اليسوعية في كولونيا، التي كانت تمتلك مختبر فيزياء مجهزاً جيداً. عمل من خلال دراسة لاغرانج ولجاندر ولابلاس وبيو وبواسون وفورييه وفرينل. عندما وصلته أخبار اكتشاف أورستد (Ørsted) عام 1820 بأن التيار يحرف إبرة البوصلة، كان لديه الجهاز والرياضيات للقيام بشيء حيال ذلك.

بحث ورقته الأولى، عام 1825، كيف تضعف القوة الكهرومغناطيسية الناتجة عن سلك كلما زاد طول السلك. قدمت ورقتان إضافيتان في عام 1826 العلاج الرياضي، وهنا اتخذ أوم خطوته الفكرية الحاسمة: حيث صمم تدفق الكهرباء عبر موصل بناءً على تحليل فورييه لتدفق الحرارة عبر مادة صلبة. الحرارة، في يد فورييه، تنتقل من درجة حرارة عالية إلى منخفضة بمعدل تحدده موصلية المادة. اقترح أوم أن الكهرباء تتصرف بنفس الطريقة - اختلاف دافع، ووسط مقاوم، وتدفق متناسب.

الدائرة الجلفانية

ظهرت النظرية الكاملة في عام 1827 باسم «الدائرة الجلفانية، معالجة رياضية» (Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet) - أي الدائرة الجلفانية التي تم حلها رياضياً. نتيجتها المركزية تُدرّس الآن لكل تلميذ: التيار عبر موصل يتناسب طردياً مع فرق الجهد المطبق عليه، مع كون المقاومة هي ثابت التناسب. قبل أوم، كانت القوة الكهربائية صفة غامضة؛ وبعده أصبحت كمية بمعادلة.

فشل الكتاب. كان جزء من المشكلة هو أوم نفسه - منطوٍ، سيئ العلاقات، ولا يشغل كرسياً جامعياً. كان جزء منه هو الطريقة: المعالجة الرياضية المكثفة لمشكلة فيزيائية لم تكن عصرية في فيزياء ذلك اليوم في ألمانيا، حيث ساد أسلوب أكثر مضاربة وفلسفية. وكان جزء منه شخصياً، في شكل شخصيات مؤثرة معادية بما في ذلك جورج فريدريش بول (Georg Friedrich Pohl) ويوهانس شولتز (Johannes Schultz). استقال أوم في كولونيا في مارس 1828 وانتظر.

الأذن، وكرسي أخيراً

وصل التقدير من الخارج أولاً. منحته الجمعية الملكية (Royal Society) ميدالية كوبلي في عام 1841 وانتخبته عضواً أجنبياً في عام 1842؛ وجعلته الأكاديمية البافارية عضواً كامل العضوية في عام 1845؛ وأخذته برلين وتورينو كعضو مراسل. كان قد وصل بحلول ذلك الوقت إلى مدرسة نورمبرغ للفنون التطبيقية منذ عام 1833. في عام 1849 أصبح قيماً على خزانة الأكاديمية البافارية الفيزيائية ومحاضراً في ميونيخ، وفقط في عام 1852 - قبل عامين من وفاته - حصل على كرسي الفيزياء هناك.

تحول عمله المتأخر إلى الصوت. في عام 1843 اقترح مبدأً في الصوتيات الفسيولوجية: أن الأذن تدرك النغمة الموسيقية كمجموعة من المكونات التوافقية النقية المكونة لها. كانت الفكرة، المعروفة باسم قانون أوم الصوتي (Ohm's acoustic law)، مساهمة حقيقية وهي أيضاً، كما أثبتت الأعمال اللاحقة، غير صحيحة تماماً. كشف الفيزيائي أوغست سيبك (August Seebeck) عن افتراضات غير مبررة في تفسير أوم للنغمات المركبة، واعترف أوم بالنقطة. تبع ذلك «مساهمات في الفيزياء الجزيئية» (Beiträge zur Molecular-Physik) في عام 1849.

لماذا يسمى جورج عبقرياً

النوعية المحددة المعروضة هي النقل بالقياس - إدراك أن مشكلة تم حلها في مجال ما هي هيكلياً نفس مشكلة لم تحل في مجال آخر. كان فورييه قد حل بالفعل التوصيل الحراري. كانت رؤية أوم هي أن الكهرباء في سلك هي نفس الحيوان الرياضي: تدفق مدفوع بفرق ويعيقه خاصية للوسط. تطلب إجراء هذا التحديد منه الاحتفاظ بشيئين في وقت واحد كان معاصروه يفصلون بينهما في الغالب - العمل التجريبي الدقيق لقياس التيارات الضعيفة عبر أسلاك بأطوال متفاوتة، والرياضيات التحليلية القارية التي علمها لنفسه من أويلر ولابلاس بناءً على نصيحة لانغسدورف. لم تكن فيزياء ألمانيا في العشرينيات من القرن التاسع عشر تفعل ذلك. هذا هو بالضبط سبب سقوط الكتاب بضجيج.

تستحق الحالة المقابلة وزنها. قانون أوم ليس قانوناً للطبيعة بالطريقة التي تكون بها قوانين نيوتن؛ إنه انتظام تجريبي ينطبق على فئة كبيرة ومفيدة من المواد ويفشل بالنسبة للعديد من المواد الأخرى، واستندت صياغة أوم الخاصة إلى نموذج سائل للكهرباء تم تجاوزه. كان مخطئاً بشأن النغمات المركبة واضطر إلى الاعتراف بذلك علناً. كانت مسيرته المهنية، بأي مقياس عادي، فترة طويلة من التدريس المدرسي المتوسط تخللتها سنتان مثمرتان في مختبر كولونيا. ما نجا ليس مجموعة من الأعمال ولكن علاقة واحدة - على الرغم من أنها تصادف أن تكون العلاقة التي بنيت عليها هندسة الكهرباء بالكامل لاحقاً، والكون على حق مرة واحدة بهذا الحجم ليس شيئاً صغيراً.

الإرث

توفي أوم في ميونيخ في 6 يوليو 1854 ودفن في مقبرة ألتر سودفريدوف (Alter Südfriedhof). أصبح اسمه وحدة: أوم، الرمز Ω، هو مقياس النظام الدولي للمقاومة الكهربائية، وهناك حجة عادلة بأنه لا يتم استحضار اسم فيزيائي آخر كثيراً من قبل العديد من الأشخاص الذين لا يستطيعون إخباركم بأي شيء آخر عنه. انتهى ابن صانع أقفال عصامي علم نفسه بنفسه كمعيار يتم من خلاله قياس كل موصل على وجه الأرض.