رياضيات

لوغاريتم طبيعي

اللوغاريتم الطبيعي — من تشريح الصيغة
6 مقالات ذات صلة · 6 صيغ

الوصف

اللوغاريتم الطبيعي، ويُرمز له بـ ln(x)، هو لوغاريتم للأساس e، حيث e ≈ 2.71828 هو عدد أويلر. وهو الدالة العكسية للدالة الأسية e^x. في الفيزياء، يظهر اللوغاريتم الطبيعي كلما تعلق الأمر بالنمو أو الاضمحلال أو الإنتروبيا: أعمار النصف في الاضمحلال الإشعاعي، توزيع بولتزمان في الميكانيكا الإحصائية، صيغة الإنتروبيا S = k ln W، وتعريف الديسيبل ودرجة الحموضة pH. وهو يحول العلاقات الضربية إلى علاقات جمعية، مما يجعله أداة أساسية في التحليل النظري.

التاريخ

أدخل جون نابير اللوغاريتم الطبيعي في أوائل القرن السابع عشر (وإن كانت لوغاريتماته قريبة من الأساس 10)، ثم تعرف ليونارد أويلر على الأساس e في القرن الثامن عشر. وأصبح الرمز 'ln' معيارًا في القرن التاسع عشر.

كيف يعمل

اللوغاريتم الطبيعي لعدد موجب x هو القوة التي يجب رفع e إليها للحصول على x. مشتقه هو 1/x، مما يجعله المشتق العكسي الطبيعي للدالة 1/x. ويحقق الخصائص: ln(ab) = ln(a) + ln(b) و ln(a^b) = b ln(a). في الفيزياء، غالبًا ما ينشأ من تكامل معادلات تفاضلية من الشكل dy/dx = y، أو من لوغاريتم جداء احتمالات.

في التطبيق

يُستخدم في حساب تغيرات الإنتروبيا، وتوهين الإشارة في الإلكترونيات، وتحديد عمر المواد عبر التأريخ الإشعاعي (مثل الكربون-14).

حقيقة طريفة

اللوغاريتم الطبيعي للعدد 2 (≈0.693) هو أساس 'قاعدة 72' في المالية، لكنه في الفيزياء يظهر كعامل عمر النصف في الاضمحلال الأسي.

Concept graph →

صيغ

$$S = k_B \ln \Omega$$
Entropy equals Boltzmann constant times log of states.
ما في الصيغة
Sمتغيرentropy of the system — الإنتروبيا joule per kelvin
Ωمتغيرnumber of microstates corresponding to the macrostate — number of microstates
k_Bثابتrelates temperature to energy per degree of freedom — ثابت بولتزمان = 1.380649e-23 joule per kelvin
lnمؤثرnatural logarithm — لوغاريتم طبيعي
$$S \leq k \ln W$$
Entropy is bounded by the logarithm of the number of states.
ما في الصيغة
SمتغيرEntropy — الإنتروبيا joule per kelvin
WمتغيرNumber of microstates — number of states
kثابتRelates temperature to energy in statistical mechanics — ثابت بولتزمان = 1.380649e-23 joule per kelvin
\leqمؤثرIndicates an upper bound — less than or equal
\lnمؤثرComputes the logarithm to base e — لوغاريتم طبيعي
$$| ext{squeezing}| ext{ grows as } rac{1}{2} ext{ln}(4ar{n})$$
Maximum squeezing increases logarithmically with mean photon number.
ما في الصيغة
squeezingمتغيرsqueezing parameter (magnitude) — squeezing parameter
n̄متغيرmean photon number — mean photon number
lnمؤثرnatural logarithm function — لوغاريتم طبيعي
$$S = -\operatorname{tr}(\rho \ln \rho)$$
Entropy of a quantum system given its density matrix ρ.
ما في الصيغة
Sمتغيرvon Neumann entropy — الإنتروبيا joule per kelvin
ρمتغيرdensity matrix of the quantum state — مصفوفة الكثافة
trمؤثرsums diagonal elements of a matrix — مؤثر الأثر
lnمؤثرtakes the natural logarithm — لوغاريتم طبيعي
$$t = \frac{1}{\lambda} \ln \left( \frac{N_0}{N} \right)$$
Time elapsed from initial to current isotope ratio.
ما في الصيغة
tمتغيرelapsed time — زمن second
λمتغيرdecay constant — ثابت الاضمحلال per second
N_0متغيرinitial number of radioactive nuclei — number of nuclei
Nمتغيرcurrent number of radioactive nuclei — number of nuclei
lnمؤثرnatural logarithm of the ratio — لوغاريتم طبيعي
$$R_L \approx a \frac{0.49 q^{2/3}}{0.6 q^{2/3} + \ln(1+q^{1/3})}$$
Approximate size of the Roche lobe in binary systems.
ما في الصيغة
R_LمتغيرRoche lobe radius — نصف قطر metre
aمتغيرorbital separation — طول metre
qمتغيرmass ratio (M1/M2) — نسبة الكتلة
lnمؤثرnatural logarithm — لوغاريتم طبيعي

مقالات ذات صلة · 6

ثلاثة أقدار لصدى الكم
العالم الكمومي لا يغفر النسيان. ألقِ حجرًا في بركة — ستتموج الدوائر وتختفي، وتتبدد معلومات السقوط دون أثر. في ميكانيكا الكم الأمر مختلف: تطور النظام قابل للعكس، والماضي لا يُمحى تمامًا أبدًا. لكن كيف نميز نظامًا يسوده الفوضى الحرارية عن نظام حُبست جسيماته كلٌّ في خليتها وتذكر حالتها الابتدائية؟ وجد مؤلفو المقال طريقة.
عندما تهمس الجسيمات وداعًا: ذيول كمية في عوالم متعددة الأبعاد
تصادمت كرتان مشحونتان وتطايرتا في اتجاهين متعاكسين. قد يبدو أن كل شيء انتهى، لكن الضوء المنبعث من وداعهما لا يزال يجوب الفضاء لفترة طويلة. في عالمنا العادي، هذه ظاهرة معروفة منذ زمن طويل: الشحنة المتسارعة تشع دائمًا موجات كهرومغناطيسية.
فسيفساء على سطح الثقب الأسود
الثقب الأسود يبتلع كل شيء، حتى الضوء. لكنه لا ينتهك قوانين الفيزياء: لديه إنتروبيا الإنتروبيا — مقياس للمعلومات المخفية التي 'يتذكرها' الجسم.
مفتاح كهربائي لطبقات المادة
ساندويتش رقيق من مادتين مختلفتين. يمرّ فيه تيار كهربائي — فتُنغّطِط القطعة العلوية في اتجاه، والسفلية في الاتجاه المعاكس. هذه ليست خدعة، بل تأثير إدلشتاين الطبقي (layer Edelstein effect)، الذي وصفه الفيزيائيون للتو. في الحياة العادية، يرتبط الكهرباء والمغناطيسية ارتباطًا وثيقًا، لكن التحكم في المغنطة بواسطة التيار ليس بالأمر السهل.
λ∞: الشوكة الرنانة التي ضُبطت عليها الأعداد الأولية
اضرب على الشوكة الرنانة. التردد 440 هرتز. هذه نغمة لا. معيار الصوت. في عالم الأعداد معيار أيضًا. لا يُضبط على الصوت، بل على الأعداد الأولية. مع أن توزيعها يبدو عشوائيًا، فهو يخضع لقوانين صارمة. جميع الأعداد الأولية ترنّ معًا. القيمة واحدة: λ∞ ≈ 0,674036. ينشأ هذا الثابت من معادلة يكون فيها مجموع 1/(xp²−p+1) على جميع الأعداد الأولية p مساويًا 1.
الغيث الكوني: كيف تزن الجسيم من أثره
الأشعة الكونية هي جسيمات مشحونة تقصف الأرض باستمرار من أعماق الفضاء. عندما يدخل أحد هذه الجسيمات الغلاف الجوي، يصطدم بأنوية الهواء وينتج شلالًا كاملًا من الجسيمات الثانوية: إلكترونات، وميونات، وفوتونات. يُسمى هذا الشلال بالغيث الجوي الواسع، وقد يمتد لعدة كيلومترات.