نظرية النسبية

[هنيبال]

النسبية أو النظرية النسبية (بالإنجليزية: the theory of relativity)، من أشهر نظريات الفيزياء الحديثة، التي طورت من قبلألبرت أينشتاين في بداية القرن العشرين. وتوجد نظريتان للنسبية، الأولى هي النسبية الخاصة والثانية هي النسبية العامة، وكلاهما تعتمدان على مبدأ النسبية الذي وضعه جاليليو جاليلي في عام 1636م [1].
مصطلح "theory of relativity" أو "نظرية النسبية" أخذ من تعبير "relative theory" ( بالألمانية: Relativtheorie ) واستعمل من قبل ماكس بلانك عام 1906، بلانك الذي أكد على أن النظرية استخدمت مبدأ النسبية. في قسم النقاش على نفس الورقة ألفريد بوخر استعمل للمرة الأولى تعبير theory of relativity (بالألمانيةRelativitätstheorie) [2][3]


أهمية النظرية والتغيرات التي أحدثتها

النظرية النسبية غيّرت الكثير من المفاهيم بما يتعلق بالمصطلحات الاساسية في الفيزياء: المكان والزمان والكتلة والطاقة. حيث احدثت نقلة نوعية في الفيزياء النظرية وعلم الفلك في القرن العشرين. عند نشرها لأول مرة، عدلت الأسس النظرية لميكانيكا نيوتن التي كانت قائمة منذ 200 عام.
لقد قامت نظرية النسبية بتحويل مفهوم الحركة لنيوتن، حيث نصت أن كل الحركة نسبية. ومفهوم الزمن تغير من كونه مطلق، إلى كونه نسبي وجعله بُعْدْ رابع يدمج مع الأبعاد الثلاثة المكانية فيما يعرف بالزمكان. وجعلت الزمان والمكان شيئاً موحداً بعد أن كان يتم التعامل معهما كشيئين مختلفين. وجعلت مفهوم الزمن يتوقف على سرعة الأجسام وشدة الجاذبية التي يتحرك فيها الجسم, وأصبح تقلص وتمدد الزمن مفهومًا أساسيًا لفهم الكون. وبذلك تغيرت كلالفيزياء الكلاسيكية حسب مفهوم نيوتن.
وأدت مفاهيم النظرية النسبية إلى ظهور علوم جديدة كليًا مثل: الفيزياء الفلكية وعلم الكون. بالإضافة لإستخدامها في تطبيقات حياتية كنظام الملاحة العالمي GPS.


النظرية النسبية الخاصة

النسبية الخاصة التي نشرها أينشتاين عام 1905م، جاءت للإجابة على صعوبات في خواص سرعة الضوء. نتائج تجربة ميكلسون ومورلي، التي تم فيها فحص انتشار الضوء في اتجاهات مختلفة، ناقضت قانون السرعة النسبية. حيث قانون السرعة النسبية يعتبر أنه لو كانت سيارة تسير بسرعة 99% من سرعة الضوء، فعلى أضواء السيارة أن تكون سرعتها ضعف سرعة الضوء تقريبًا.
تفسر النظرية النسبية هذا التناقض بأن سرعة الضوء ثابتة بلا علاقة بالسرعة النسبية. وتساوي سرعة الضوء في الفراغ الثابت c (سرعة الضوء بالفراغ وقيمتها هو 299,792,458 متر في الثانية).
هذا الافتراض بأن سرعة الضوء ثابتة، يظهر فرضيتان أساسيتان، بموجبهما يتم قياس سرعة الجسم المتحرك:
1. تباطؤ الزمن
{\displaystyle \Delta t'=\gamma \Delta t={\frac {\Delta t}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}\,}

حيث{\displaystyle \Delta t'}

فرق الزمن النسبي.{\displaystyle \Delta t}

فرق الزمن عند السكون.
2. تقلص الأطوال
{\displaystyle L'={\frac {L}{\gamma }}=L\,{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}

حيث
L هو طول الجسم في حالة السكون.L' هو الطول الظاهر للراصد.{\displaystyle v\,}

هي السرعة النسبية بين الراصد والجسم المتحرك.{\displaystyle c\,}

هي سرعة الضوء.
بحيث ان {\displaystyle \gamma }

(جاما) هو رمز معامل لورنتز ويساوي:
{\displaystyle \gamma \equiv {\frac {1}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}\ }

أو
{\displaystyle \gamma \equiv {\frac {c}{\sqrt {c^{2}-v^{2}}}}={\frac {1}{\sqrt {1-\beta ^{2}}}}}

{\displaystyle \beta ={\frac {v}{c}}}

مقسوم السرعة النسبية على سرعة الضوء,v السرعة النسبيةc هي سرعة الضوء الساقط.


النظرية بين الثنائيةعدل

نظرية النسبية كانت تمثيلاً لأكثر من نظرية فيزيائية جديدة. يوجد بعض التفسيرات لهذا.
أولًا: النسبية الخاصة نشرت في عام 1905 والصورة العامة للنسبية نشرت في عام 1906.
ثانيًا: النسبية الخاصة تطبق على الجسيمات الأولية وتفاعلاتها، في حين تطبق نظرية النسبية العامة على العالم الكوني والفيزياء الفلكية، بما في ذلك علم الفلك.
ثالثًا: النسبية الخاصة تم قبولها في المجتمع الفيزيائى في عام 1920. هذه النظرية أصبحت سريعًا أداة ضرورية وهامة للمنظرين وللتجريبيين في المجالات الجديدة: الفيزياء الذرية والفيزياء النوويةوميكانيكا الكم. وفي المقابل، النسبية العامة لم تبدُ ذات أهمية كبيرة. لقد ظهر أن هناك القليل من الانطباق للتجريبيين لأن معظم التطبيقات كانت للجداول الفلكية. لقد بدت محدودة لعمل تصحيحات طفيفة فقط لتنبؤات نظرية الجاذبية لنيوتن. وكانت آثارها غير واضحة حتى عام 1930.
أخيرًا: رياضيات النسبية العامة كانت تبدو معقدة صعبة الفهم. بناء على ذلك، كان يعتقد أن عددًا قليلًا من الناس في العالم في هذا الوقت يمكنهم فهم النظرية بالتفصيل، ثم في حوالى عام 1960حدث شيء حاسم في عودة الاهتمام الذي أدى إلى جعل النسبية العامة هي مركز الفيزياء والنسبية. تقنيات رياضية جديدة مطبقه لدراسة النسبية العامة بسطت العمليات الحسابية بشكل كبير. ومن هذا، تم عزل ملحوظة المفاهيم الفيزيائية من التعقيد الرياضى. وأيضًا، اكتشاف الظواهر الفلكية الغريبة التي كانت ذات صله بشكل حاسم بالنسبية العامة، ساعدت على تحفيز تلك العودة. الظواهر الفلكية تضمنت أشباه النجوم والنجوم النابضة واكتشاف مرشحين أول ثقب أسود.

 

[هنيبال]

مفهوم الزمن حسب النظرية النسبية

• النظرية النسبية
• إنّ النظرية النسبية التي جاء بها أينشتاين في القرن الماضي ليست كلّها معادلات رياضية إنّما تحمل نظريّةً فلسفية جعلت العلماء يقفون عندها دون القدرة على دحضها أو تأكيدها. كان السؤال الأول الذي بدأ به أينشتاين نظريته هو هل يمكن الإثبات بشكلٍ مطلق وقاطع بأنّ جسماً من الأجسام يتحرّك وجسماً ثابتاً لا يتحرك؟
  
  النظرية النسبية والمكان
• 
  
• قوانين الفيزياء الحركيّة ومن ضمنها قوانين نيوتن في الحركة تعتمد جميعها على افتراض أنّ هنالك نقطة ثابتة لا تتحرّك -ساكنة- في مكان بعيد غير معروف، لكنّ العلماء ومن ضمنهم نيوتن عجزوا أن يثبتوا هذه الفرضية - أي عجزوا أن يثبتوا وجودَ تلك النقطة - وبقيت مجرّد افتراضات.
  رفضَ أينشتاين تلك الفرضَية باعتبار أنّه لا يمكن القطعُ بأنّ جسماً ما يتحرّك وأنّ جسماً ما ثابت، وكل ما يُقال إنّ جسماً ما يُعتبر متحرّكاً بالنسبة إلى جسمٍ آخر، وكل ما هنالك هو حركةٌ نسبيّة، أمّا الحركةُ الحقيقية فلا وجود لها. عَرف أينشتاين أنّه لا سبيل لمعرفة المكان بالمطلق لأننا نقدّر موضوعه النسبيّ بالنسبة إلى كذا وكذا، أمّا الوضع الحقيقيّ فلا سبيل لمعرفته ،لأنّ الكون كلّه في حركةٍ دائمةٍ ولا شيء ثابتْ
  
  النظرية النسبية والزمن
• 
  
• يوجد لدينا الزمنُ المرتبط بمعاملاتنا اليومية والمحدّد باليوم والساعة والدقيقة، ويوجد أيضاً الزمنُ الداخليّ الذي لا يَقبَلُ القياس فلا مرجع فيه إلا صاحبهُ؛ فاللحظات فيه لا تتساوى، فهنالك لحظاتٌ مشرقة تساوي سنواتٍ من العدم، وهناك وقتٌ يمضي سريعاً وآخر ببطء لا يشعرُ به إلا صاحبُهُ، ويُطلَق على هذا الزمن اسم (الزمن الوجودي) حسبَ تسميةِ الفلاسفةِ الوجوديين أمثال: برجسون، وسارتر، وغيرهما ، لكنَ هذا الزمن لم يكن هو المقصودُ في نظرية أينشتاين النسبيّة. الزمن الذي يَقصدِه أينشتاين هو الزمنُ الخارجيُّ الموضوعيُّ، الزمنُ الذي تتحرّك النجومُ والكواكبُ بداخِله، وبما أنّ المَكان المُطلَق لا وجُود له في نظريّة أينشتاين النسبيّة- كما أسلفنا - فكذلك الزمن . إنّ الزمنَ المعروفَ بالساعةِ واليوم والشهر والسنة مجرّدَ مصطلحاتٍ ترمز إلى دَوران الأرضِ حولَ نفسِها وحولَ الشمس أو بشكلٍ أكثرَ وضوحاً " مصطلحاتٌ لأوضاعٍ مختلفة ٍفي المكان ". إنّ السّاعات التي نحملها حولَ معصمنا مضبوطة على النظامِ الشمسي، لكنّ النظام الشمسيّ ليس النظام الوحيد في الكون، فلا يُمكن أن نَفرضَ التقويمَ الزمنيّ للنظامِ الشمسيّ على الكون كلّه ، ولا أن نعتبَر أنّ الكمياتِ التي نقيُس بها هي كمياتٌ مُطلَقة، فمثلاً لا يمكنِنا الافتراضُ أنَ الوقتَ (الآن ) هو الوقت نفسُه (الآن) في المجرّة كلّها! إنّ الضوءَ الذي يصلِنُا مِنْ الكواكبِ البعيدةِ يحتاجُ إلى آلاف السنينِ الضوئيةِ، وما نراهُ في التلسكوبات هو في الحقيقة ماضي هذه الكواكبِ الذي يُخيّل إلينا أنَه الواقع ! فليس هناك وجود للآنية في هذا النظام، وإنّ الانسانَ الذي لا يستطيع أن يُطلِق كلمةَ (الآن) على الكون لا يُمكنُه أن يُطلقِها على نِظامهِ الزمانيّ. الزمنُ مقدارٌ متغير، ولا يوجد زمنٌ واحدٌ للكون كلّه، والمكانُ مقدارٌ متغير، ولكنّ الكونَ بسيطٌ َرغم تعدّده، وظواهِر الكونُ رغمَ تعدُّدِها وتناقضِها وحدةٌ واحدةٌ في نَظرِ أينشتاين المْؤمِن بالله وآياتِه، والمْؤمِن أنّ الكون لا يَقومُ على الفوضى؛ بل على الانسجامِ والوحدةِ الواحدة، ويرفُضُ الصّدفةَ والعشوائيّة، وبذلك فإنّ الكونَ يُمكنُ تعقّله.
  
  النظرية النسبية والكتلة
• 
  
• إنّ الأساس الذي بَنى عليه أينشتاين القوانين الطبيعية هو سرعةُ الضوءِ التي هي ثَابتةٌ بشكلٍ مُطلَق لا تتغيّرُ في أيّ طرفٍ من أرجاءِ الكون، ولقد كان الافتراضُ أنهُ لا يمكنُ لأيّ جسمٍ أن يصلَ إلى سرعةِ الضوءِ، وأنّها مقصورةٌ على الضوءِ نفسِه، لكنّ أينشتاين تَساءلَ ماذا يحدُثُ لكتلةِ جسمٍ ينطلقُ بسرعةٍ تقتربُ من سرعةِ الضوء. بحثَ أينشتاين في صفةٍ ثالثة وهي الكتلة، وأثبتَ أنّ الكتلةَ النسبيّة مثلَ الزمن والمكان، وأنّها مقدارٌ متغيٌر يتَغيّرُ بحركةِ الجسم؛ حيثُ إنّه كلما ازدادتْ سرعةُ الجسمِ ازدادت كتلتُه ، ولا تبدو هذه الفروقُ في السرعات الصغيرةِ المألوفةِ حولْنَا ولهذا تفوتنا ملاحظَتُها، ولكن في السرعات التي تقتربُ من سرعةِ الضوء، فإنّ الكتلةَ تصبحُ لا نهائيّة . قادَ هذا الاستنتاجَ أينشتاين إلى معادلاتٍ فيزيائيّة قلَبتْ موازين الأرض، وأدّت إلى صناعِة القنبلةِ الذريّةِ والهيدروجينيّة ثم قنبلة النيترون، وسلّمَ أينشتاين بذلك مفاتِيحَ الدمارِ لهواةِ الحربِ والدمارْ، وانفتحَ في نفسِ الوقت بابُ البحوثِ في الفضاء، وأصبحَ السفرُ في صواريخَ هائلةٍ تنطِلق بسرعةٍ خارقة، وتخرُج من الجاذبيةِ أمراً ممكناً.
  
  

 

[فادي الشام]

​