النظرية النسبية

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته



ظهرت النظرية النسبية الخاصة عام 1905 م على يد العالم الالماني المولد الأمريكي الجنسية ألبرت أينشتاين (1879-1955م) كبديل عن نظرية نيوتن في الزمان والمكان لتحل بشكل خاص مشاكل النظرية القديمة فيما يتعلق بالأمواج الكهرطيسية عامة, والضوء خاصة. وهي تدعى خاصة لأنها تعالج حالة افتراضية خاصة تهمل فيها تأثيرات الثقالة التي ستتناولها فيما بعد النظرية العامة في النصف الثاني من القرن 19 قدم جيمس كلارك ماكسويل ( 1831 - 1879 ) نظرية متكاملة عن الظواهر الكهرطيسية. لم تحوي هذه النظرية على متغيرات ميكانيكية كما في قانون التحريض الكهرطيسي: كان من الواضح أنه لا يأخذ بعين الاعتبار أية فكرة عن جسيمات مرافقة لهذه الأمواج و قد بيّن ماكسويل في هذه النظرية أن الضوء عبارة عن أمواج كهرطيسية. جميع الظواهر الموجية المعروفة آنذاك كانت عبارة عن تموج لوسط معين ( الأمواج على سطح الماء, الأمواج الصوتية...). لذلك اعتقد الفيزيائيون أن الضوء يجب أن يكون تموج لوسط ما أطلقوا عليه اسم الأثير, و كان على هذا الأثير أن يملأ الكون بأكمله ليؤمن توصيل ضوء النجوم البعيدة, و أن يكون سهل الاجتياز ( و إلا لكبح حركة الأرض حول الشمس ), و على الضوء أن ينتشر به بسرعة c . حاول العديد من الفيزيائيين ومن ضمنهم ماكسويل وضع نموذج ميكانيكي للأثير لكن النجاح لم يحالفهم في ذلك و مع الوقت ساد الاعتقاد بعدم قدرة الميكانيك على تفسير الظواهر الكهرطيسية. وبذلك تكون جملة المقارنة الغاليلية المرتبطة بالأثير متميزة عن باقي جمل المقارنة الغاليلية. و كان بالإمكان إذا استنتاج سرعة كل جملة مقارنة غاليلية بالنسبة إلى الأثير عن طريق القيام بتجارب انتشار الضوء و لما كان انطبق مبدأ النسبية الميكانيكي على انتشار الضوء. في الواقع عندما تتحرك الأرض باتجاه ما بالنسبة للأثير و بسرعة v و نرسل من الأرض إشارة ضوئية بنفس الاتجاه ستكون سرعة الإشارة بالنسبة للأثير c و بالنسبة للأرض c-v . أما إذا أرسلت الإشارة بالاتجاه المعاكس فستكون سرعتها بالنسبة للأرض cv . و لما كانت الأرض تتحرك حول الشمس بسرعة 30 كم. ثا-1 على مسار دائري تقريبا توقع الفيزيائيون بأن الأرض تتحرك بسرعة مماثلة تقريبا بالنسبة للأثير. في نهاية القرن 19 أجريت تجارب عديدة لقياس التغيرات في سرعة الضوء بالنسبة للأرض و التي سببها حركة الأرض بالنسبة للأثير.لكن جميع النتائج جاءت سلبية حيث انتشر الضوء في جميع الاتجاهات بالنسبة للأرض بسرعة متساوية c . و كانت هذه النتيجة هي جوهر تجربة مايكلسون و مورلي . تم إثبات هذه النتيجة في يومنا هذا عن طريق عمل نظام التوقيت الدولي الذي يعتمد على الساعة الذرية و كذلك عن طريق التجارب التي أجريت في الفيزياء النووية و فيزياء الجزيئات الأساسية. تدل سرعة الضوء الثابتة على تعذر التميز بين جمل المقارنة الغاليلية حتى باستخدام تجارب انتشار الضوء. ظهرت عدة فرضيات في نهاية القرن 19 تحاول تفسير النتائج التي توصلت إليها التجارب حول ثبات سرعة انتشار الضوء لكن جميعها عجزت عن تعميق فهمنا لهذه الحقيقة. وضع اينشتاين عام 1905 المبدأين التاليين ليكونا أساس النظرية النسبية الخاصة و التي دعيت بالخاصة لأنها خاصة بجمل المقارنة الغاليلية: مبدأ النسبية و مبدأ ثبات سرعة الضوء.

أما النظرية النسبية العامّة هي نظرية وضعها ألبرت أينشتاين نشرها عام 1915، والنظرية النسبية العامة هي تعميم للنظرية النسبية الخاصة والتي غيرت مفهوم النسبية في قياس الكميات الفيزيائية ليصبح نظاما من أربعة أبعاد يكون الزمن البعد الرابع فيها ، وبالتالي لم يعد من الدقة بمكان الحديث عن الكميات الفيزيائية بإهمال البعد الزمني النسبي والذي تمثله السرعة. وأضافت النظرية النسبية العامة فكرة تقعر الفراغ بوجود المادة ، وهو الأمر الذي يعني أن الخطوط المستقيمة تتشوه بوجود الكتلة ، وأثبتت النظرية النسبية العامة عندما تحقق تنبؤ أينشتاين بالتباعد الظاهري لنجمين في فترة كسوف الشمس وذلك يعود إلى تشوه مسار الضوء القادم من النجمين بسبب مرورهما قرب الشمس ذات الكتلة العالية نسبيا وبالتالي تقوس خط سير الضوء القادم من النجمين.



مثال على النظرية النسبية

سأل أحد الأشخص أينشتاين ما معنى نظريته النسبية؟ فقال له: هل النفس حار أم بارد قال النفس حار قال اينشتاين لكنك تنفخ على يديك فى البرد لتدفئهما فقال الرجل اذن النفس بارد قال انشتاين لكنك تنفخ فى الحساء الحار لتبرده فاحتار الرجل فقال له انشتاين الأمر بسيط النفس حار بالنسبة للبرد والشتاء وحار بالنسبة للحساء هكذا ببساطة..

مثال ثاني: لو افترضنا أن هناك مركبة فضائية إنطلقت نحو القمر بسرعة 100 ألف كيلو متر في الثانية فإن الذي يراقب السفينة الفضائية من الأرض وقائد السفينة سوف تتطابق معلوماتهما عن السرعة وهي 100ألف كيلو متر بالثاينة..بعدها إنطلقت مركبة فضائية ثانية بسرعة 180 ألف
فإن من يراقب السفينة من الأرض وقائد السفينة أيضا سوف تتطابق معلوماتهما عن السرعة وهي 180 ألف كيلو متر بالثانية..ولكن قائد السفينة الأولى سوف يظن أنه السفينة الثانية تسبقه بـ 80 ألف كيلو متر (الفرق بين سرعة المركبتين) هذا ما يعتقده القائد ونرى به نحن،،ولكن نظرية أينشتاين تقول: أن هذا خداع وأن الحقيقة الثانية تسبق الأولى بـ 100 ألف كيلو متر..!! كيف هذا هو سر النظرية الأساسي الذي أرهق العلماء والناس ولم تثبت صحتها تماما إلا بعد ذلك بعشرات السنين حوالي عندما رصد الفلكيون كسوف الشمس من أماكن مختلفة في العالم.

مع تحياتي