النظرية النسبية لأينشتاين

النظرية النسبية لأينشتاين

--------------------------------------------------------------------------------

من أقوال أينشتاين في النسبية:

(ضع يدك على صفيح ساخن لمدة دقيقة وستشعر أنها ساعة، اجلس مع محبوبتك لمدة ساعة وستشعر أنها دقيقة هذه هي النسبية)

تعد النظرية النسبية التي وضعها أينشتاين من النظريات المهمة والغريبة في نفس الوقت حيث استطاعت أن تجيب عن كثير من الأسئلة المتعلقة بالكون وحركته وغيرت الكثير من مفاهيم الفيزياء.
ولقد واجه أينشتاين معارضة حول هذه النظرية في البداية لأنها توصلت إلى نتائج يصعب تصديقها ولكن التجارب التي أجريت أثبتت صحة هذه النظرية كما أن كثيرا من الظواهر فسرت بعد الإستعانة بهذه النظرية.
وإليكم هذه النظرية التي نقلتها من موقع ويكيبيديا وبعض المواقع الأخرى مع بعض الإضافات والتلخيص متمنيا لكم قراءة ممتعة.

النظرية النسبية

يعتبر العام 1905م عاماً ثورياً في تاريخ العالم. فالأحداث فيه تترى وتسير سراعاً، والتاريخ يقفز، ففي هذه السنة نمت روسيا وأصبحت اليابان دولة عظمى، وكان كل شيء ينذر بوشك اندلاع الحرب العالمية الأولى.
وفي هذه السنة الحاسمة كان أينشتاين كثيرا ما يفكر في ماهية الكون، وفي نفس السنة أيضاً قام بخطوات من شأنها أن تقلب وجهة نظرنا الكونية رأساً على عقب. ففيها وضع نظرياته الثلاث، نظرية الكم والنظرية البراونية ونظريته النسبية الخاصة التي كان لها الدور الكبير في الأخذ بمسيرة العلم والعالم بأسره إلى خطوة متقدمة وقفز به إلى الأعالي.

وحتى نفهم ما تعنيه النظرية النسبية سنأخذ المثال التالي:

لنفترض أن السيارة 1 والسيارة 2 تسيران بنفس السرعة (100كم/ساعة) جنبا إلى جنب وأن هناك شخص يقف على رصيف الشارع فإن سرعة السيارتين بالنسبة لهذا الشخص هي 100 كم/ساعة وإلى الآن هذا طبيعي, ولكن سرعة السيارة 1 بالنسبة لشخص في السيارة 2 تساوي صفر لأن هذه السيارة لا تتحرك بالنسبة له, ولنوضح ذلك أكثر فلنفترض أن هناك سيارة ثالثة تسير بسرعة 120كم/ساعة بنفس الإتجاه وتجاوزت السيارتين 1و2 فإن سرعة هذه السيارة بالنسبة للأشخاص في السيارتين 1و2 تساوي 20 كم/ساعة بينما سرعتها بالنسبة للشخص الذي يقف على الرصيف تساوي 120 كم/ساعة.

النسبية في المكان

من المعروف ان الكون في حالة حركة مستمرة، فمثلاً تدور الأرض حول محورها بسرعة ألف ميل في الساعة، وحول الشمس بسرعة عشرين ميلاً في الثانية، وتتحرك الشمس ضمن مجموعتها الشمسية بسرعة ثلاثة عشر ميلاً في الثانية، والمجموعة الشمسية تتحرك داخل درب التبانة بسرعة مائتي ميلاً في الثانية، ومجرة درب التبانة تتحرك نحو مجرات أخرى لا يعلمها إلا الله بسرعة مائة ميل في الثانية….الخ. فالكون كله في حالة حركة دائمة ومستمرة (وكل في فلك يسبحون).

لذلك رأى أينشتاين أنه لا يمكن القطع بأن جسماً ما يتحرك والآخر ثابت وإنما كل ما يقال أن الجسم الأول يعتبر متحركاً بسرعة قدرها كذا بالنسبة للجسم الثاني. كل ما هناك حركة نسبية أما الحركة الحقيقة فلا وجود لها، كما أن السكون الحقيقي لا وجود له أيضاً.
لقد رفض أينشتاين فكرة المكان المطلق واعتبر المكان مقداراً متغيراً ونسبياً، واعتبر إمكانية تحديد مكان أي جسم بدون اعتبار للزمن أمراً مستحيلاً، أي أنه يلزم أن نقول أن الجسم موجود في المكان كذا…في الوقت كذا.. لأنه في حركة دائمة. فالمكان والزمان هما مفهومان غير منفصلان في الحركة، فماذا تقول النسبية في المفهوم الثاني”الزمان”؟

النسبية في الزمان

من وجهة نظر النسبية فإن الزمان ما هو إلا تعبيرا عن انتقالات رمزية في المكان!!
فالزمن المعروف بالساعة واليوم والشهر ما هو إلا مصطلحات لأوضاع مختلفة في المكان، مثلاً:
الساعة.. هي دورة الأرض 15 درجة حول نفسها.
اليوم.. دورة الأرض دورة كاملة حول نفسها.
السنة.. حركة الأرض ودورتها دورة كاملة حول الشمس…. وهكذا، ولكن ماذا عن الساعة واليوم والسنة على كوكب عطارد أو كوكب بلوتو؟ لا شك أن ذلك سيكون مختلفاً بالنسبة لمقاييسنا، فالسنة على كوكب عطارد ثلاثة أشهر من الوقت الذي نقيسه على الأرض! بينما السنة على كوكب بلوتو أكبر من ذلك بكثير وتقدر 248 سنة من سنوات الأرض. الأمر إلى هذا الحد معقولاً ولكن ماذا عن المجرات الأخرى؟ كيف يقدر اليوم والسنة فيها؟ وهل يمكن استخدام الأزمنة الأرضية كمقياس للزمن على أرجاء هذا الكون الفسيح؟

إن كل الساعات التي نستخدمها على الأرض مضبوطة على النظام الشمسي ولكن النظام الشمسي ليس هو النظام الوحيد في الكون. فالشخص الذي يسكن المريخ يجد للزمن دلالات و تعابير مختلفة تماماً، فالمريخ يدور حول نفسه في 88 يوماً وفي هذه المدة نفسها يكون قد دار أيضاً حول الشمس، ومعنى هذا أن طول اليوم المريخي يساوي طول السنة المريخية وهو تقويم يختلف تماماً عن تقويمنا. ولكي يكون للزمن مفهوماً وتعبيراً صحيحاً فإنه يجب أن ينسب إلى النظام الذي أشتق منه، وبالتالي فإن تعبيرنا للساعة واليوم والشهر يكون صالحاً للتطبيق في نظامنا فقط.

النظرية النسبية الخاصة The special theory of relativity

النظرية النسبية الخاصة تتعامل مع الأجسام المتحركة بسرعة منتظمة (بدون تسارع)، وتعالج حركة الأجسام ذات السرعات العالية التي تقترب سرعتها من سرعة الضوء, ومن الإفتراضات التي استخدمتها هذه النظرية أن الضوء ينتشر في جميع الاتجاهات وبسرعة ثابتة لا تتغير مع حركة المصدر الضوئي أو المشاهد ومقدارها ثابت سواء كانت المنطقة (النظام) ساكنة أو متحركة، وهي سقف السرعات في الكون أي أنها أعلى سرعة معروفة ولا وجود لجسيم يتحرك بسرعة الضوء.
وبعد عقد من الزمان قدم أينشتاين نظريته النسبية العامة التي تعالج حركة الأجسام المتسارعة بالنسبة لبعضها البعض وهي تشمل حركة كافة مكونات الكون من نجوم ومجرات لأنها تتحرك في مسارات دائرية أي أن لها عجلة تغير من اتجاه مسارها ولهذا فإنها أعم وأشمل من الخاصة.

نتائج مذهلة

توصلت النظرية النسبية بمبادئها الجديدة إلى نتائج جريئة، ومن أهم هذه النتائج ما يلي:

@ التأخير الزمني Time Dilation
@ تقلص الطول Length Contraction
@ تكافؤ الكتلة والطاقة Mass Energy equivalent

يشرح أينشتاين ما الذي يحدث للزمن والطول في نسبيته قائلاً:

أننا إذا تصورنا ساعة ملصقة بجسم متحرك بسرعة هائلة، فإن عقارب هذه الساعة لابد أن تسير بسرعة مختلفة عن سرعة عقارب ساعة أخرى ملصقة بجسم ساكن كالجدار مثلاً… وبالمثل فإن مسطرة متحركة لابد أن يتغير طولها تبعاً لسرعتها المتحركة بها. وعلى وجه الدقة فإن الساعة الملصقة بجسم متحرك تتأخر في الوقت كلما ازدادت سرعة الجسم حتى تتوقف عقاربها تماما عن الدوران إذا بلغت سرعة الجسم سرعة الضوء والشخص المتحرك مع الساعة لا يدرك هذه التغيرات وإنما يدركها الشخص الذي يلاحظها من مكان ساكن. وبالمثل تنكمش المسطرة في اتجاه حركتها كلما زادت هذه الحركة حتى يتحول طولها إلى الصفر حينما تبلغ سرعة الضوء بالنسبة للشخص الساكن.

لنفرض أن مسافراً يبلغ من العمر عشرين عاماً أستقل مركبة فضائية تسير بسرعة 99% من سرعة الضوء بالنسبة لشخص على الأرض له نفس العمر، سنجد أن ساعة الرجل الفضائي تتباطأ بالنسبة للرجل الأرضي والوقت الذي يحسبه المسافر يكون أقل من الوقت الذي يحسبه الرجل على الأرض، وحقيقة فإن الفعاليات الحيوية كضربات القلب والتنفس…الخ تكون ساعات بيولوجية وبالتالي فإن هذه الفعاليات تسير ببطء لدى المسافر في المركبة الفضائية وهو لن يلحظ أي تغير في سرعة دقات قلبه أو تنفسه ولكن الذي يلحظ ذلك هو الرجل على الأرض حين مراقبته بتلسكوب مثلاً. وبعد مرور سبعين سنة حسب تقدير وقياس الرجل على الأرض أي بعد ما أصبح عمره تسعون عاماً، يعود الرجل الفضائي وعمره ثلاثون عاماً فقط! وفي حالة وصول سرعة المركبة الفضائية إلى سرعة الضوء فإن الزمن الذي سيحسبه المسافر أثناء رحلته سيصل إلى الصفر وهذا ما يعرف بالتأخر الزمني.
وكذلك الحال في طول المركبة الفضائية، سيقيسها الرجل على الأرض أقصر مما هي عليه أو كما يقيسها المسافر الذي على متنها كما أن هذا الطول سيصل إلى الصفر في حالة وصول سرعة المركبة إلى سرعة الضوء وهذا ما يعرف بانكماش أو تقلص الطول.

لا تعجب عزيزي القارئ من هذه الحقيقة فلقد أثبتها العلماء عن طريق التجربة. ففي المختبر أجرى العلماء إختبارا على جسيم صغير يسمى "ميوان" Muon (هذا الجسيم أصغر من الذرة في الحجم). من المعروف أن الميوان له عمر يقدر بلحظات (2.2 ميكروثانية، جزء صغير من الثانية)، وبعدها يختفي هذا الجسيم ويتكون لدينا الإلكترون, هذا العمر القصير يكون إذا كان الميوان في حالة وقوف. أطلق العلماء هذا الجسيم في الجهاز المسرِّع للجسيمات الصغيرة وأوصلوا سرعته إلى ما يقارب سرعة الضوء (تقريبا 300000 كيلومتر في الثانية الواحدة)، فلوحظ أن عمر الميوان أصبح 30 مرة ضعف عمره الطبيعي.

abedheeh