النسبية .. الفيزياء
النسبية
في عام ۱۹۰٥ ، قدم اينشتين نظريته النسبية التي اشتهرت فيما بعد ، وفسر بواسطتها نتائج التجارب التي قام بها میکلسون ومورلي سنة ۱۸۸۷ ، والتي توخوا من خلالها معرفة ما اذا كانت سرعة الضوء مرتبطة باتجاه تحركه بالنسبة لحركة دوران الارض . ذلك انهما كانا قد قارنا بين سرعتي حزمتين ضوئيتين ، احداهما موازية لدوران الارض والثانية متعامدة معه ، فتبين لهما أن السرعتين متساويتان وان سرعة الضوء ليست بالتالي مرتبطة بسرعة منبعه أي أنها ، بمعنى اخر ، سرعة مطلقة لا تخضع لسرعة الشخص المراقب لها . كان ذلك أروع استنتاج تم تحقيقه .
والجدير بالذكر أن القاعدة المعتمدة في ربط السرعات بعضها ببعض تتلخص بجمعها او بطرحها وفقا للمعادلة التالية ع اب = ع ا + ع ب
حيث تمثل ع اب سرعة أ بالنسبة لسرعة ب وتمثل كل من ع ا و ع ب سرعتي كل من أ وب على حدة . اما الاختيار بين الجمع والطرح فانه عائد لكون السرعتين بنفس الاتجاه او باتجاهين مختلفين .
ومع ذلك ، اذا حاول رائد فضاء قياس سرعة حزمة ضوئية قادمة باتجاه عربته التي تسير بسرعة ٩٠ % من سرعة الضوء ، وجد انها مساوية لسرعة الضوء نفسه وليس لمجموع سرعته وسرعة الضوء كما تقتضي المعادلة السابقة . فالمعادلة التي قدمها اينشتين في ربط سرعة أ بسرعة ب ليست بجمع ع أ مع ع ب وانما كالاتي :
ع اب = ( ع أ + ع ب ) / ( ۱ + ع أ ع ب / ح ٢ )
( اختبار میکلسون - مورلي لاثبات الفرق بين سرعتي الضوء في المسارين م - ب ، م - أ )
( لا تنطبق القاعدة التقليدية في حساب السرعات على الاجسام التي تسير بسرعات قريبة من سرعة الضوء )
معادلة اذا استبدلنا فيها سرعة ب بسرعة الضوء ح وجدنا ان ع اب = ح . تعتبر هذه المعادلة قانونا عاما في حساب السرعات ، وقد تم من خلالها تفسير نتائج تجارب ميكلسون ومورلي . ومع ذلك ، فانها تتحول الى مجرد جمع للسرعات اذا كانت قيمة هذه الاخيرة صغيرة بالنسبة لسرعة الضوء نفسه . وحتى ولو بلغت ٢٠٠٠٠٠ كلم بالساعة ، فان الفرق في تطبيق المعادلتين في حساب ع أب لا يتعدى واحدا بالمئة .
شكلت هذه المعادلة الاساس الذي بنيت عليه نظرية النسبية الخاصة . وقد سميت خاصة لانها لا تطبق الا على الاجسام المتحركة التي تبقى سرعتها ثابتة ، بعكس النظرية النسبية العامة التي تطبق على الاجسام المتسارعة أيضا .
ولهذه النظرية نتائج عديدة بعيدة المدى .
النتيجة الاولى هي أنه اذا سارت العربة ب بسرعة ع اب بالنسبة للعربة أ ، فان طولها ، كما يراه الرائد الموجود في العربة الاخرى سوف يكون كالاتي : ل ا ب = ل ب جذر ١ - ع٢ب / ح ٢ حيث يمثل ل ب طول العربة ب في حالة الركود . يسمى هذا التقلص في طول العربة تقلص لورنز - فيتز جيرالد ، ويمكن اهماله في حالات السرعات البطيئة ، وقيمته لا تتعدى ١٠-١٢ سم اذا بقيت السرعة اقل من ٨٠٠ كلم بالساعة أما اذا بلغت سرعة الجسم ٩٠ ٪ من سرعة الضوء فان التقلص يصبح ساعتئذ مساويا لنصف الطول الاساسي .
ولا بد من الاشارة الى أن الرائد الموجود داخل سفينته لن يلاحظ أي اختلاف في طولها لانه يسير بنفس السرعة التي تسير بها . ولا يلاحظ هذا الاختلاف في الطول الا المراقبون الذين يتحركون بالنسبة لبعضهم البعض .
والنتيجة الثانية التي نشأت من نظرية النسبية الخاصة هي ازدياد الكتلة مع السرعة وفقا للمعادلة ك = ك ٥/ جذر ١ - ع٢ / ح ٢ حيث يمثل ك٥ كتلة الجسم في حالة ركوده و ك كتلته اذا كانت سرعته ع .
ومن الواضح جدا ان اهمال هذه الزيادة أمر ممكن في حالة السرعات الاعتيادية . الا أنه اذا بلغت السرعة ٩٩% من سرعة الضوء ، فان الكتلة تصبح سبعة اضعاف قيمتها الاساسية تقريبا .
وأكبر أثر لازدياد الكتلة هذا هو العلاقة الموجودة بين الطاقة والكتلة التي تنتج عنه مباشرة . فقد برهن اينشتين ان الطاقة الناتجة عن كتلة ك تساوي ق = ك ح۲ ، أي ان الكتلة ، في نهاية المطاف ، شكل من أشكال الطاقة . وعندما تتلاشى فانها تتحول أيضا الى طاقة .
( البرهان الفلكي للنسبية العامة : تسبب الشمس التواء في مسار الضوء ينتج عنه انزياح ظاهري في موقع النجم )
( المدار الاهليجي للالكترون الذي يفترض وجود كتلة ثابتة الى اليسار )
وهناك نتيجة أخرى من نتائج النسبية الخاصة تظهر عندما يتحرك راصدان بسرعة ثابتة ، كل بالنسبة للاخر ، فيشعر كل منهما ببطء في سير ساعة الاخر .
وليس لهذا الامر أثر كبير في المفهوم الآني للاحداث . فنحن لا ندرك الحدث الذي يحصل في الشمس الا بعد ثماني دقائق من حصوله ، وهي المدة التي يحتاجها الضوء لاجتياز المسافة بين الشمس والارض . وكذلك الحدث الذي يحصل في المشتري ، لا نشعر به الا بعد مضي ٤٣ دقيقة . والحدث نفسه لا يظهر أنيا بالنسبة لكل من الراصدين ، وقد رأى أنشتين ان تعيين حدث يتطلب اخذ كل من الزمن والمسافة بعين الاعتبار وعلى قدم المساواة . ومع ذلك ، فقد نصح بوجوب دراسة الفضاء بالاستعانة بأربعة أبعاد ، ثلاثة للمسافات وواحد للزمن ، مشكلا بذلك الكون ذا الاربعة أبعاد .
وعندما نشر اینشتین نظريته النسبية العامة عام ١٩١٦ ، بنى جميع معلوماته على وجود كون ذي اربعة ابعاد ، ووجد ان الهندسة الاقليدية ليست صالحة لدراسة كون كهذا ، فالخط المستقيم يتبع عادة انحناء الارض ، وهذا أمر كاف في القياسات الارضية . أما في الفضاء ، فالخط المستقيم يتحدد بواسطة الاشعة الضوئية التي تخضع لقوانين الجذب والتي تجعل من الكون كونا ( منحنيا ) ترتبط درجة انحنائه بالكتل التي يحتويها وقد تم تأكيد نظرية انحناء الضوء بعد ذلك بواسطة الملاحظات الفلكية .
النسبية
في عام ۱۹۰٥ ، قدم اينشتين نظريته النسبية التي اشتهرت فيما بعد ، وفسر بواسطتها نتائج التجارب التي قام بها میکلسون ومورلي سنة ۱۸۸۷ ، والتي توخوا من خلالها معرفة ما اذا كانت سرعة الضوء مرتبطة باتجاه تحركه بالنسبة لحركة دوران الارض . ذلك انهما كانا قد قارنا بين سرعتي حزمتين ضوئيتين ، احداهما موازية لدوران الارض والثانية متعامدة معه ، فتبين لهما أن السرعتين متساويتان وان سرعة الضوء ليست بالتالي مرتبطة بسرعة منبعه أي أنها ، بمعنى اخر ، سرعة مطلقة لا تخضع لسرعة الشخص المراقب لها . كان ذلك أروع استنتاج تم تحقيقه .
والجدير بالذكر أن القاعدة المعتمدة في ربط السرعات بعضها ببعض تتلخص بجمعها او بطرحها وفقا للمعادلة التالية ع اب = ع ا + ع ب
حيث تمثل ع اب سرعة أ بالنسبة لسرعة ب وتمثل كل من ع ا و ع ب سرعتي كل من أ وب على حدة . اما الاختيار بين الجمع والطرح فانه عائد لكون السرعتين بنفس الاتجاه او باتجاهين مختلفين .
ومع ذلك ، اذا حاول رائد فضاء قياس سرعة حزمة ضوئية قادمة باتجاه عربته التي تسير بسرعة ٩٠ % من سرعة الضوء ، وجد انها مساوية لسرعة الضوء نفسه وليس لمجموع سرعته وسرعة الضوء كما تقتضي المعادلة السابقة . فالمعادلة التي قدمها اينشتين في ربط سرعة أ بسرعة ب ليست بجمع ع أ مع ع ب وانما كالاتي :
ع اب = ( ع أ + ع ب ) / ( ۱ + ع أ ع ب / ح ٢ )
( اختبار میکلسون - مورلي لاثبات الفرق بين سرعتي الضوء في المسارين م - ب ، م - أ )
( لا تنطبق القاعدة التقليدية في حساب السرعات على الاجسام التي تسير بسرعات قريبة من سرعة الضوء )
معادلة اذا استبدلنا فيها سرعة ب بسرعة الضوء ح وجدنا ان ع اب = ح . تعتبر هذه المعادلة قانونا عاما في حساب السرعات ، وقد تم من خلالها تفسير نتائج تجارب ميكلسون ومورلي . ومع ذلك ، فانها تتحول الى مجرد جمع للسرعات اذا كانت قيمة هذه الاخيرة صغيرة بالنسبة لسرعة الضوء نفسه . وحتى ولو بلغت ٢٠٠٠٠٠ كلم بالساعة ، فان الفرق في تطبيق المعادلتين في حساب ع أب لا يتعدى واحدا بالمئة .
شكلت هذه المعادلة الاساس الذي بنيت عليه نظرية النسبية الخاصة . وقد سميت خاصة لانها لا تطبق الا على الاجسام المتحركة التي تبقى سرعتها ثابتة ، بعكس النظرية النسبية العامة التي تطبق على الاجسام المتسارعة أيضا .
ولهذه النظرية نتائج عديدة بعيدة المدى .
النتيجة الاولى هي أنه اذا سارت العربة ب بسرعة ع اب بالنسبة للعربة أ ، فان طولها ، كما يراه الرائد الموجود في العربة الاخرى سوف يكون كالاتي : ل ا ب = ل ب جذر ١ - ع٢ب / ح ٢ حيث يمثل ل ب طول العربة ب في حالة الركود . يسمى هذا التقلص في طول العربة تقلص لورنز - فيتز جيرالد ، ويمكن اهماله في حالات السرعات البطيئة ، وقيمته لا تتعدى ١٠-١٢ سم اذا بقيت السرعة اقل من ٨٠٠ كلم بالساعة أما اذا بلغت سرعة الجسم ٩٠ ٪ من سرعة الضوء فان التقلص يصبح ساعتئذ مساويا لنصف الطول الاساسي .
ولا بد من الاشارة الى أن الرائد الموجود داخل سفينته لن يلاحظ أي اختلاف في طولها لانه يسير بنفس السرعة التي تسير بها . ولا يلاحظ هذا الاختلاف في الطول الا المراقبون الذين يتحركون بالنسبة لبعضهم البعض .
والنتيجة الثانية التي نشأت من نظرية النسبية الخاصة هي ازدياد الكتلة مع السرعة وفقا للمعادلة ك = ك ٥/ جذر ١ - ع٢ / ح ٢ حيث يمثل ك٥ كتلة الجسم في حالة ركوده و ك كتلته اذا كانت سرعته ع .
ومن الواضح جدا ان اهمال هذه الزيادة أمر ممكن في حالة السرعات الاعتيادية . الا أنه اذا بلغت السرعة ٩٩% من سرعة الضوء ، فان الكتلة تصبح سبعة اضعاف قيمتها الاساسية تقريبا .
وأكبر أثر لازدياد الكتلة هذا هو العلاقة الموجودة بين الطاقة والكتلة التي تنتج عنه مباشرة . فقد برهن اينشتين ان الطاقة الناتجة عن كتلة ك تساوي ق = ك ح۲ ، أي ان الكتلة ، في نهاية المطاف ، شكل من أشكال الطاقة . وعندما تتلاشى فانها تتحول أيضا الى طاقة .
( البرهان الفلكي للنسبية العامة : تسبب الشمس التواء في مسار الضوء ينتج عنه انزياح ظاهري في موقع النجم )
( المدار الاهليجي للالكترون الذي يفترض وجود كتلة ثابتة الى اليسار )
وهناك نتيجة أخرى من نتائج النسبية الخاصة تظهر عندما يتحرك راصدان بسرعة ثابتة ، كل بالنسبة للاخر ، فيشعر كل منهما ببطء في سير ساعة الاخر .
وليس لهذا الامر أثر كبير في المفهوم الآني للاحداث . فنحن لا ندرك الحدث الذي يحصل في الشمس الا بعد ثماني دقائق من حصوله ، وهي المدة التي يحتاجها الضوء لاجتياز المسافة بين الشمس والارض . وكذلك الحدث الذي يحصل في المشتري ، لا نشعر به الا بعد مضي ٤٣ دقيقة . والحدث نفسه لا يظهر أنيا بالنسبة لكل من الراصدين ، وقد رأى أنشتين ان تعيين حدث يتطلب اخذ كل من الزمن والمسافة بعين الاعتبار وعلى قدم المساواة . ومع ذلك ، فقد نصح بوجوب دراسة الفضاء بالاستعانة بأربعة أبعاد ، ثلاثة للمسافات وواحد للزمن ، مشكلا بذلك الكون ذا الاربعة أبعاد .
وعندما نشر اینشتین نظريته النسبية العامة عام ١٩١٦ ، بنى جميع معلوماته على وجود كون ذي اربعة ابعاد ، ووجد ان الهندسة الاقليدية ليست صالحة لدراسة كون كهذا ، فالخط المستقيم يتبع عادة انحناء الارض ، وهذا أمر كاف في القياسات الارضية . أما في الفضاء ، فالخط المستقيم يتحدد بواسطة الاشعة الضوئية التي تخضع لقوانين الجذب والتي تجعل من الكون كونا ( منحنيا ) ترتبط درجة انحنائه بالكتل التي يحتويها وقد تم تأكيد نظرية انحناء الضوء بعد ذلك بواسطة الملاحظات الفلكية .
تعليق