مبدأ النسبية قبل أينشتاين

إن أول من فكر في مبدأ النسبية كان جاليليو في القرن السادس عشر عندما تصور وجود شخص ما في مركب وسط بُحيرة هادئة تتحرك بها المياه بسرعة ثابتة، وبالتالي فإن هذا الشخص لن يستطيع تحديد ما إذا كان المركب يتحرك أم لا، وهذا ما يحدث أيضًا على متن الطائرة، فأنت لن تشعر بحركة الطائرة إلا عندما تنظر من النافذة.





وليصل إليك الأمر بشكل أفضل، تخيل معي الآن وجود مراقبَين، الأول يجلس داخل منزل على الشاطئ، والآخر يجلس في مركب وسط البحر، فكِلا المراقبَين لن يتمكنا من تحديد ما إن كان المركب يتحرك أم لا، ولتحديد ذلك فيجب على كل من المراقبَين أن ينظرا إلى بعضهما البعض ليلاحظوا حقيقة تحرك المركب، بل يجب أيضًا على المركب أن يغير من سرعته ويزيدها حتى يعرف المراقب الذي في المركب أن المركب يتحرك.





هذا المبدأ يخبرنا أن قوانين الطبيعة تبدو لجميع المراقبين واحدة، فمثلًا في المثال السابق إذا كان كلا المراقبَين يتحركان بالنسبة لنظام آخر (مراقب آخر) بسرعة منتظمة وفي اتجاه واحد، فإن ما يوضحه جاليليو أعطانا نتيجة غاية في الأهمية، وهي أنه لا يوجد حالة حركة مطلقة تميز مراقب عن غيره، إلا أنه يمكننا دراسة حركة الأجسام بالنسبة لبعضها البعض، وهذا المبدأ يلعب دور هام في دراسة الميكانيك الكلاسيكي، وتم تعميمه بعد ذلك على النسبية العامة التي طرحها أينشتاين.





وبالعودة مرة أخرى إلى جاليليو، فإذا افترضنا وجود مركبة فضائية مغلقة تمامًا، وأنت بداخل هذه المركبة بحيث لا يمكنك رؤية أي شيء خارجها، وتتحرك في حركة منتظمة مبتعدة عن الشمس (أي تسير بسرعة منتظمة وخط مستقيم)، فلا يمكنك معرفة ما إن كانت هذه المركبة الفضائية تتحرك أم لا، فطرح هذا السؤال ليس له أي معنى دون فتح النافذة لترى حالة السفينة الحركية (متوقفة أو تتحرك).





ويأتي نيوتن بعد ذلك ليخبرنا بأنه يوجد حالة سكون مطلقة، وبأن حركة الأجسام بالنسبة لبعضها البعض في مكان ما تكون هي نفسها سواء كان المكان في حالة سكون أو يتحرك بسرعة منتظمة في خط مستقيم، ولكن هذا الكلام واجه مشكلة وهي انتشار الضوء في مادة افترض العلماء تواجدها بالكون وأطلقوا عليها اسم “الأثير”، ولكن كل تجارب تفسير انتشار الضوءفي الأثير باءت بالفشل، مثل تجربة ميكلسون ومورلي.





حتى ظهر العبقري أينشتاين في أوائل القرن العشرين ليقدم لنا النسبية الخاصة عام 1905 ويحل هذه المعضلة.

ويخبرنا مبدأ النسبية الخاصة أن القوانين التي تغير حالات الأنظمة الفيزيائية لا تعتمد على إحداثيات أي من نظامين (جسمين) يتحركان بالنسبة لبعضهما بسرعة منتظمة، ولذلك اعتقد أينشتاين بعدم وجود حالة سكون مطلقة، وأن الضوء هو أقصى سرعة موجودة في الكون.

ومن ثَم تم الاستعانة بتحويلات لورنتز الرياضية لتطبيق التماثل باعتبار الضوء حالة خاصة، ولكن عندما يقل سرعة جسمٍ ما عن الضوء بكثير يمكننا تطبيق تحويل جاليليو لتطبيق التماثل.








أما مبدأ النسبية العامة ينص على أنه يجب أن تخضع الأجسام لنفس القوانين، إضافة إلى أنه يجب أن تتحرك بسرعة منتظمة وفي نفس الاتجاه بخط مستقيم، فضلًا عن تحقيقها لمبدأ التكافؤ أيضًا والذي ينص على أنه لا يجب أن يكون أحد الأجسام تحت تأثير جاذبية ما أو في حالة سقوط حر دون الأجسام الأخرى، وأخيرًا نضيف لِما سبق استخدام مفهوم جديد يجمع بين الزمان والمكان وهو “الزمكان”.