تويت
النظرية النسبية.
(جزء ٢ / ٢): المكان والزمن.
• المكان في النسبية:
إذا سألت نفسك في هذه اللحظة هل أنت ثابت أم متحرك، فستنظر حولك بكل تأكيد وتقول أنا لست متحركاً، فأنا ثابت حيث أنا، وهذا صحيح! فأنت ثابت بالنسبة للتلفاز وكوكب الأرض (أي الكرة الأرضية)، ولكن هذا ليس صحيحاً بالنسبة للكون. فأنت والتلفاز والأرض التي تقف عليها تتحركون، وهذه الحركة عبارة عن مجموعة من الحركات منها حركة الأرض حول نفسها وحركة الأرض حول الشمس، وهناك حركة للشمس والأرض داخل مجرة درب التبانة، والمجرة نفسها تتحرك بالنسبة إلى الكون... إذاً، عندما إعتقدت أنك ثابت فهذا بالنسبة للأشياء حولك، ولكن بالنسبة للكون فكل شيء متحرك.
لا أحد يستطيع أن يحدد هل مجرة درب التبانة هي التي تبتعد عن المجرات الأخرى، أم أن المجرات هي التي تبتعد عنها. فعلى سبيل المثال إذا أراد شخص أن يصف لنا سفره من مطار بيروت إلى مطار دبي فإنه يقول غادرت الطائرة مطار بيروت في الساعة كذا وإتجهت لتهبط في مطار دبي الساعة كذا. ولكن شخص آخر في مكان ما في الكون يرى أن الطائرة إرتفعت عن سطح الأرض في بيروت وأخذت تتباطأ حتى وصلت مطار دبي لتهبط فيه. أو أن الطائرة ومطار دبي تحركا في إتجاهات مختلفة ليلتقيا في نقطة الهبوط. هنا يكون من المستحيل في الكون الواسع تحديد من الذي تحرك، الطائرة أم المطار.
كذلك يجب أن نؤكد أن الإتجاهات الأربعة شمال وجنوب وشرق وغرب والكلمات فوق وتحت ويمين وشمال هي إصطلاحات لا وجود لها في الكون.
إن التعامل بهذه المفاهيم الجديدة والنظرة الشاملة للكون بلا شك أمر محير ولا سيما إذا أدخلنا البعد الرابع في حساباتنا، فكل شيء يصبح نسبياً.
• الزمن في النسبية:
إذا كان أينشتاين قد إبتعد عن مكان وزمان نيوتن المطلق، فهو إحتفظ بحقيقة مطلقة واحدة، إلا أنها أعلى من مستوى فيزياء نيوتن. فلدى نيوتن كانت المسافة بين حادثين والمدة الزمنية الفاصلة بينهما هي نفسها بالنسبية لجميع المراقبين (المتحركين بالنسبة لبعضهم البعض)، ويعبر عن المسافة بين الحادثين بعلاقة مكانية ليس للزمن فيها أي دور. أما عند أينشتاين فسيقيس المراقبون المختلفون مسافات مختلفة وأزمنة مختلفة، إلا أن مزيجاً معيناً من الزمن والمكان الفاصلين بين حدثين سيكون واحداً بالنسبة لجميع المراقبين، وهو ما يسمى بفاصلة مينكوفسكي التي نحصل عليها عبر تحويلات لورنتز.
يقول هيرمان مينكوفسكي: "إن المكان بذاته والزمان بذاته سيتلاشيان كالدخان، أما ما سيبقى فمزيج منهما".
يتبين لنا الإختلاف على لحظة الآن أو (الحاضر) بين مفهوم نيوتن ومفهوم أينشتاين. فعند نيوتن، بين مجموعتي حوادث الماضي والمستقبل يوجد فاصل زمني لا نهائي في الصغر هو الحاضر، أما في النسبية فبين ما أسميناه ماضياً وما أسميناه مستقبلاً يوجد فاصل زمني منتهي (أي غير لا نهائي في الصغر) تتوقف مدته على المسافة المكانية التي تفصل الحادث عن الراصد.
وبناءً على مبدأ الأبعاد الأربع للكون كما قدمتها نظرية النسبية، تحدث مفارقة التوأمين
• مفارقة التوأمين:
يبقى أحد التوأمين في موطنه بينما يغادر الآخر الأرض بسرعة كبيرة لمدة معينة (سنة مثلاً)، ثم يعكس مساره عائداً، وعند وصوله سيجد أن أخاه قد كبر خمسين سنة مثلاً في حين أنه كبر سنتين فقط! (هذا الفارق بالزمن يعود سببه إلى "إمتطاط أو تمدد" الزمن لدى التوأم المسافر نتيجة تحركه بسرعة كبيرة).
يبرز إعتراض على هذه النتيجة بناءً على فكرة الحركة النسبية: ففي حين يرى التوأم الأرضي أخاه متحركاً بسرعة كبيرة وأزمنته تتمدد، سيرى التوأم المسافر نفسه ساكناً وأن الأرض تبتعد بسرعة كبيرة وأزمنتها تتمدد وأطوالها تتقلص، لذا ومن وجهة النظر هذه يجب أن يكبر التوأمان بنفس المعدل!!
لكن في الحقيقة لا يمكننا معاملة التوأمين بشكل متعادل، والسبب في ذلك أنه كي نشهد فارقاً بالزمن حوالي ٥٠ سنة كما ذكرنا، يجب على التوأم المتحرك أن يمضي بسرعة لا تقل عن ٩٩,٩٪ من سرعة الضوء، وبالتالي عندما يضطر بعد سنة من إرتحاله إلى عكس مساره والعودة إلى الوطن، ستكون هذه العملية فجائية لدرجة أنه سيتعرض عندها لقوة تفوق بمليون مرة قوة التثاقل الأرضية وسينسحق حتماً!!
في حين أن التوأم الأرضي لن يتعرض لهذه القوة المهلكة. ولننتبه هنا أننا عبر الحديث عن حركة التوأم المسافر والتي يجب أن تتسارع حتى النسبة المذكورة من سرعة الضوء، نكون قد تجاوزنا النسبية الخاصة ودخلنا في النسبية العامة.
أما حل هذه المفارقة (في النسبية الخاصة) فيكون برسم خطوط العالم الخاصة بالتوأمين اللذين يمكن إعتبارهما إنطلقا من نقطة واحدة a بطريقين مختلفين، ثم إلتقيا في نفس النقطة c فيكون الخط العالمي للتوأم الأرضي هو ac أما الخط العالمي للتوأم المسافر فهو abc، وبالرغم من أننا نرى أن abc أطول من ac إلا أن طول abc في الزمكان يكون بالحقيقة أقصر من طول ac، أي أن التوأم المسافر سيعود أصغر من شقيقه!!
لقد ثبتت هذه النبوءة بإختبار تجريبي في سبعينات القرن العشرين، حيث إستخدمت ساعتان ذريتان مضبوطتان بدقة إحداهما على الأرض والأخرى وضعت في طائرة سريعة تتحرك برحلة حول العالم، فسجلت الساعة المرتحلة عند إجتماعها مع الأخرى تأخراً زمنياً، بتوافق تام مع نبوءات النسبية.
#علوم #العلم #النسبية #نظرية_النسبية #الزمن #المكان #اينشتاين
(جزء ٢ / ٢): المكان والزمن.
• المكان في النسبية:
إذا سألت نفسك في هذه اللحظة هل أنت ثابت أم متحرك، فستنظر حولك بكل تأكيد وتقول أنا لست متحركاً، فأنا ثابت حيث أنا، وهذا صحيح! فأنت ثابت بالنسبة للتلفاز وكوكب الأرض (أي الكرة الأرضية)، ولكن هذا ليس صحيحاً بالنسبة للكون. فأنت والتلفاز والأرض التي تقف عليها تتحركون، وهذه الحركة عبارة عن مجموعة من الحركات منها حركة الأرض حول نفسها وحركة الأرض حول الشمس، وهناك حركة للشمس والأرض داخل مجرة درب التبانة، والمجرة نفسها تتحرك بالنسبة إلى الكون... إذاً، عندما إعتقدت أنك ثابت فهذا بالنسبة للأشياء حولك، ولكن بالنسبة للكون فكل شيء متحرك.
لا أحد يستطيع أن يحدد هل مجرة درب التبانة هي التي تبتعد عن المجرات الأخرى، أم أن المجرات هي التي تبتعد عنها. فعلى سبيل المثال إذا أراد شخص أن يصف لنا سفره من مطار بيروت إلى مطار دبي فإنه يقول غادرت الطائرة مطار بيروت في الساعة كذا وإتجهت لتهبط في مطار دبي الساعة كذا. ولكن شخص آخر في مكان ما في الكون يرى أن الطائرة إرتفعت عن سطح الأرض في بيروت وأخذت تتباطأ حتى وصلت مطار دبي لتهبط فيه. أو أن الطائرة ومطار دبي تحركا في إتجاهات مختلفة ليلتقيا في نقطة الهبوط. هنا يكون من المستحيل في الكون الواسع تحديد من الذي تحرك، الطائرة أم المطار.
كذلك يجب أن نؤكد أن الإتجاهات الأربعة شمال وجنوب وشرق وغرب والكلمات فوق وتحت ويمين وشمال هي إصطلاحات لا وجود لها في الكون.
إن التعامل بهذه المفاهيم الجديدة والنظرة الشاملة للكون بلا شك أمر محير ولا سيما إذا أدخلنا البعد الرابع في حساباتنا، فكل شيء يصبح نسبياً.
• الزمن في النسبية:
إذا كان أينشتاين قد إبتعد عن مكان وزمان نيوتن المطلق، فهو إحتفظ بحقيقة مطلقة واحدة، إلا أنها أعلى من مستوى فيزياء نيوتن. فلدى نيوتن كانت المسافة بين حادثين والمدة الزمنية الفاصلة بينهما هي نفسها بالنسبية لجميع المراقبين (المتحركين بالنسبة لبعضهم البعض)، ويعبر عن المسافة بين الحادثين بعلاقة مكانية ليس للزمن فيها أي دور. أما عند أينشتاين فسيقيس المراقبون المختلفون مسافات مختلفة وأزمنة مختلفة، إلا أن مزيجاً معيناً من الزمن والمكان الفاصلين بين حدثين سيكون واحداً بالنسبة لجميع المراقبين، وهو ما يسمى بفاصلة مينكوفسكي التي نحصل عليها عبر تحويلات لورنتز.
يقول هيرمان مينكوفسكي: "إن المكان بذاته والزمان بذاته سيتلاشيان كالدخان، أما ما سيبقى فمزيج منهما".
يتبين لنا الإختلاف على لحظة الآن أو (الحاضر) بين مفهوم نيوتن ومفهوم أينشتاين. فعند نيوتن، بين مجموعتي حوادث الماضي والمستقبل يوجد فاصل زمني لا نهائي في الصغر هو الحاضر، أما في النسبية فبين ما أسميناه ماضياً وما أسميناه مستقبلاً يوجد فاصل زمني منتهي (أي غير لا نهائي في الصغر) تتوقف مدته على المسافة المكانية التي تفصل الحادث عن الراصد.
وبناءً على مبدأ الأبعاد الأربع للكون كما قدمتها نظرية النسبية، تحدث مفارقة التوأمين
• مفارقة التوأمين:
يبقى أحد التوأمين في موطنه بينما يغادر الآخر الأرض بسرعة كبيرة لمدة معينة (سنة مثلاً)، ثم يعكس مساره عائداً، وعند وصوله سيجد أن أخاه قد كبر خمسين سنة مثلاً في حين أنه كبر سنتين فقط! (هذا الفارق بالزمن يعود سببه إلى "إمتطاط أو تمدد" الزمن لدى التوأم المسافر نتيجة تحركه بسرعة كبيرة).
يبرز إعتراض على هذه النتيجة بناءً على فكرة الحركة النسبية: ففي حين يرى التوأم الأرضي أخاه متحركاً بسرعة كبيرة وأزمنته تتمدد، سيرى التوأم المسافر نفسه ساكناً وأن الأرض تبتعد بسرعة كبيرة وأزمنتها تتمدد وأطوالها تتقلص، لذا ومن وجهة النظر هذه يجب أن يكبر التوأمان بنفس المعدل!!
لكن في الحقيقة لا يمكننا معاملة التوأمين بشكل متعادل، والسبب في ذلك أنه كي نشهد فارقاً بالزمن حوالي ٥٠ سنة كما ذكرنا، يجب على التوأم المتحرك أن يمضي بسرعة لا تقل عن ٩٩,٩٪ من سرعة الضوء، وبالتالي عندما يضطر بعد سنة من إرتحاله إلى عكس مساره والعودة إلى الوطن، ستكون هذه العملية فجائية لدرجة أنه سيتعرض عندها لقوة تفوق بمليون مرة قوة التثاقل الأرضية وسينسحق حتماً!!
في حين أن التوأم الأرضي لن يتعرض لهذه القوة المهلكة. ولننتبه هنا أننا عبر الحديث عن حركة التوأم المسافر والتي يجب أن تتسارع حتى النسبة المذكورة من سرعة الضوء، نكون قد تجاوزنا النسبية الخاصة ودخلنا في النسبية العامة.
أما حل هذه المفارقة (في النسبية الخاصة) فيكون برسم خطوط العالم الخاصة بالتوأمين اللذين يمكن إعتبارهما إنطلقا من نقطة واحدة a بطريقين مختلفين، ثم إلتقيا في نفس النقطة c فيكون الخط العالمي للتوأم الأرضي هو ac أما الخط العالمي للتوأم المسافر فهو abc، وبالرغم من أننا نرى أن abc أطول من ac إلا أن طول abc في الزمكان يكون بالحقيقة أقصر من طول ac، أي أن التوأم المسافر سيعود أصغر من شقيقه!!
لقد ثبتت هذه النبوءة بإختبار تجريبي في سبعينات القرن العشرين، حيث إستخدمت ساعتان ذريتان مضبوطتان بدقة إحداهما على الأرض والأخرى وضعت في طائرة سريعة تتحرك برحلة حول العالم، فسجلت الساعة المرتحلة عند إجتماعها مع الأخرى تأخراً زمنياً، بتوافق تام مع نبوءات النسبية.
#علوم #العلم #النسبية #نظرية_النسبية #الزمن #المكان #اينشتاين