النسبية الخاصة لألبرت أينشتاين.

هذه المقالات هي الأكثر تفصيلاً وتبسيطاً لشرح نظرية أينشتاين للنسبية الخاصة

هذا المقال المطَوَّل جداً هو للقارئ المهتم فقط.


(كُتِبَ بواسطة فريق الجمعية الفلكية للبحر الأحمر للجزيرة العربية)

(Written by the team of the Astronomical Society of the Red sea of Arabia - ASRA)


نظرا لطول المقال سوف نقوم بتقطيعة الى مشاركات لتسهيل القراءة والمتابعة

تابعونا

تــمــهــيـــد :

في البداية نقولُ ، مستعينين باللهِ وحده ، نقول رأيَّنَا :
إن الكون وما فيه ، خلقه الله عز وجل ، بكلمة كن ، وخلق معه القوانين الفيزيائية الكونية التي أمر الله تعالى الكون ، بكلمة كن ، بإتباعها.

الإعجاز في الخلق ، هو أن الله خلق الكون وخلق القوانين الفيزيائية الكونية وأعطى الإنسان العقل ليتفكر ويتدبر ويعرف الحقيقة التي تدله على الخالق بغض النظر عن دين الباحث.

مـــقـــدمــــة :

قبل أن نبدأ ، دعنا نتوقف للحظةٍ واحدةٍ ونتحدث قليلاً عن ما هي الفيزياء.

النَّاس عندهم الكثير من المفاهيم الخاطئة عن الفيزياء. إنهم يعتقدون أن الفيزيائيين مثل نوع أو جنـس نادر من البشر ، بعيدين كل البعد عن باقي النَّاس ، يقبعون داخل معاملهم المتخصصة ويفكرون في أشياء ليس لها علاقة بالأمور المهمة للشخص العادي.

في الواقع ، لا يوجد شيء أبعد عن الحقيقة من هذا.

الفيزياء هي خلاصة أو جوهر أو روح الطريقة التي يعمل بها الكون الفيزيائي. نحن نعيش في الكون الفيزيائي. نحن نمشي. نحن نقود السيارة. نحن نحلق بالطائرة. نحن نشاهد تغيرات في الطقس على كوكبنا. نحن نسبح. نحن نفتح حنفية المياه لنغسل يدينا. نحن نطبخ. نحن نلعب التنس. نحن نشرب القهوة. نستطيع أن نستمر ونذكر ١٠٠ شيء أخر نفعله.

الفيزياء ليست فقط للفيزيائيين ، هي ليست فقط للأشخاص الذين يقبعون في معاملهم ويخترعون أجهزة عجيبة ، ويفكرون في أفكار غريبة غير مفهومة ، مثل السفر عبر الزمن والأنفاق الدودية لإختصار المسافات في الفضاء. الفيزياء هي لكل شخص ، وذلك لأن الفيزياء هي خلاصة أو جوهر أو روح كل مانفعله طوال الوقت.

الفيزياء هي شيء يصف الكون الفيزيائي بالكامل من أصغر جزيء موجود كالإلكترون إلى أكبر مقياس كالكون كله ، ويصف كيف يبدو تَطَوُّره وتَغَيُّره مع الزمن. إنها مادة عظيمة وكبيرة وهي مهمة لكل شخص وليس فقط للفيزيائيين.

مــاذا تـــفــعــل النــســبــيــة ؟


يتبع

مــاذا تـــفــعــل النــســبــيــة ؟



هل حدث أن سألت نفسك من قبل سؤالاً عن ماذا تفعل النسبية ؟

في الواقع ، وبإختصار شديد جداً ، النسبية هي نوعٌ عظيمٌ من الأدوات للمساواة أو للمعادلة.

إذاً روح النسبية أو جوهرها أو خلاصتها هو أننا كلنا متساوون. وسوف نقوم بإستكشاف وفهم كيف تطورت هذه الفكرة. ولكن بإختصار ، دعنا فقط نقول لك ماذا تقول النسبية.

النسبية تقول أن وجهة نظرك لا تهم.

النسبية تقول أن جميع الأشخاص متساوون ويستطيعون إستخدام قوانين الفيزياء التي تحكم كيف يعمل الكون.

ونعني بجميع الأشخاص أنه لا يهم أين أنت - لا يهم أي كوكب أنت موجودٌ عليه ، سواءٌ كنت في الفضاء بين النجوم ، أم أنك في مجرة بعيدة عنَّا - الفيزياء ستبدو لك كما تبدو لنا هنا على الأرض. لا يهم كيف تتحرك ، قد تكون راكباً على متن طائرة تسير بسرعة ٩٠٠ كيلومتراً في الساعة ، وستفعل الفيزياء على الطائرة نفس ما تفعله هنا في الأرض. أي أنك ستقرأ كتاباً عن الفيزيا في الطائرة ، وتتعلم عن قوانين الفيزياء في الطائرة ، وتعمل بعض التجارب الفيزيائية في الطائرة ، وستحصل على نفس النتائج على الطائرة كما كنت ستحصل عليها على الأرض ، لأن قوانين الفيزياء تعمل على الطائرة بنفس الطريقة التي تعمل بها على الأرض. قد تكون راكباً في سفينة فضاء تمر بجانب الأرض بسرعة ٩٠٪ من سرعة الضوء وستعمل قوانين الفيزياء بنفس الطريقة كما لو كنت على الأرض.

هـــل الــنــســبــيــة قــابــلــة للــفــهــم ؟

النسبية في الجوهر هي أداة عظيمة للمساواة أو للمعادلة. النسبية تجعلنا جميعاً متساوين. النسبية تضع كل الأماكن وكل أنواع الحركة في الكون كله على أرضية واحدة متساوية.

في أثناء ذلك تقودنا النسبية إلى مفاهيم غريبة جداً مثل السفر عبر الزمن ، وتمدد الفضاء وإنحنائه ، وتباطؤ الزمن. أيضاً النسبية تقودنا إلى أشهر معادلة في الفيزياء على الإطلاق (الطاقة = الكتلة x مربع سرعة الضوء) ومبدأ تكافؤ المادة والطاقة. (المعادلة بالإنجليزية E = mc2 )

ولكن الفكرة الأساسية للنسبية هي فكرة بسيطة. وهي تقول إننا كلنا متساوون. أننا كلنا نرى الفيزياء بشكلٍ واحدٍ. لا يوجد مكان مُفضَّل. ولا يوجد حالة حركة مفضلة. وبقولنا هذا نكون قد أخبرناكم جوهر وروح النسبية. أنتم تعلمون النسبية بمجرد معرفتكم ذلك.
والأن لإنهاء هذا الجزء من المقال ، نريد أن نقول شيئٌ واحداً ، مرةً أخرى ، لكل واحدٍ منكم جالسٌ هناك يقرأ هذه الكلمات ويقول في نفسه "يا إلهي ، هذا ليس شيئاً سيمكنني فهمه."

نقول لكم : أنه شيء سيمكنك فهمه. إن هدفنا الإحترافي كله كصفحة علمية فلكية هو أن نجعل العلوم والفيزياء وخاصة الفلك شيئاً مفهوماً للشخص العادي. ستحتاج لأن تكون ذكياً. ستحتاج أن تكون متفتح العقل. ولكنك لن تحتاج لأن يكون عندك أي معلومات عن العلوم أو الرياضيات لكي تفهم ما سنقوم بوصفه لك. وبالتالي إذا كنت شخصاً عادياً ، غير عالمٍ ، متشوقاً للعلوم ، أبق معنا وسوف تفهم هذه النظرية.

كــلــمــة أخــيــرة عــن الفــيــزيــاء.

والآن نريد أن نقول أشياء بسيطة أخرى عن الفيزياء قبل أن نبدأ.
أولاً نريد أن نقول أن الفيزياء هي نشاط إنساني. نحن نعلم أن قوانين الفيزياء تعكس بعض حقائق العالم الفيزيائي الحقيقي المخفي عنَّا. ولكن هناك لمسة إنسانية خلفها. إن الفيزياء تتأثر بالخصائص الإنسانية. ولذلك فمن المرجح أن النظرية النسبية كانت ستُكتَشَف سريعاً بعد عام ١٩٠٥م بواسطة شخص ما غير أينشتاين لو لم يكن إكتشافها. ولكن من المرجح أن عبقرية أينشتاين الفريدة جعلته يكتشافها مبكراً.

نحن عندنا الإعتقاد بأن العَالِم هو شخصٌ يفكر وينتقي فرضية معينة ، ثم يقوم بكتابتها بدقة متناهية ، ثم يرتدي معطف المعمل الأبيض ، ثم يذهب إلى معمله ، ويقوم بجميع أنواع التجارب ، ثم يقوم بإثبات فرضيته أو يلقي بها في سلة المهملات. إنها عملية غير مرنة ، متعبة ، دقيقة.

بالطبع بعض العلوم تُنَفَّذ بهذه الطريقة ، ومن المحتمل أن يكون ٩٩٪ من العلماء حول العالم يعملون في أماكن ومؤسسات علمية تكون فيها هذه الطريقة العلمية هي الطريقة العلمية الوحيدة المناسبة.
على سبيل المثال ، عالم أحياء أو دكتور يعمل في معمل أبحاث لشركة أدوية. العملية تحدث هكذا :

هل هذا الدواء يقتــل الخلايا السرطانية ؟


يتبع

هل هذا الدواء يقتــل الخلايا السرطانية ؟


يتبع

أعتقد أنه يفعل ذلك.

إذاً سوف أعمل تجربة.

سوف أختبر هذا الدواء.

سوف أقوم بوضعه على الخلايا السرطانية.

سوف أراقب ما إذا كانت الخلايا السرطانية ستموت أم لا.

سأرتدي معطفي الأبيض.

سأذهب إلى المعمل لأنفذ كل ذلك.

ثم سوف أقارن نتائج تجربتي مع فرضيتي.

ولكن حقيقة العلم العظيم ، العلم الكبير ، العلم الذي يأخذنا خطوة جبارة إلى الأمام في فهمنا للحقائق الفيزيائية عن الكون الفيزيائي الذي نعيش فيه ، مختلفة تماماً عن ذلك.

هذا النوع من العلم هو نشاط خَلَّاقْ ، أكثر شبهاً بالفن ، أو تأليف سيمفونية موسيقية ، أو الأهداف الإنسانية الخَلَّاقَة الأخرى ، وهو مختلف عن إحساس الناس غير المثير عن هذه الطريق العلمية المملة الجافة غير المثيرة.

العلم هو نشاط خَلَّاقْ ، وأكثر ما يكون هكذا هو ، عندما يخطو هذه الخطوات الكبيرة للأمام.

أينشتاين لم يعمل أي تجارب علمية.

أينشتاين فكر ووضع النظرية النسبية في عقله.

أينشتاين قال لابد أن يكون العالم بهذه الطريقة.

ثم قام بكتابة النظرية النسبية.

وبعد ذلك بفترة وجيزة ، ثبت أن العَالَم فعلاً بهذه الطريقة ، وذلك عندما بدأ العلماء يعملون التجارب على العالم.

مــا هــي حــقــيــقــة قــوة النــظــريــة الــنــســبــيــة.

سنضعها لكم بهذه الطريقة :

أكثر نظرية تم إختبارها بدقة في تاريخ العلوم على الإطلاق هي :
النظرية النسبية.
ثاني أكثر نظرية تم إختبارها بدقة في تاريخ العلوم على الإطلاق هي :
الفيزياء الكمية (أو ميكانيكا الكم).

فقط تخيل الأتي ، لقد كتب أينشتاين النظرية النسبية في بداية القرن العشرين على جزئين. النسبية الخاصة في عام ١٩٠٥م ، ثم النسبية العامة في عام ١٩١٥م.

وما تبقى من القرن العشرين والقرن الواحد والعشرين - في الحقيقة وحتى ثلاثة أسابيع مضت !! كانت مكونة من محاولات وإستكشافات بواسطة العلماء والفيزيائيين لإثبات وتأكيد أن أينشتاين كان على حق. مع العلم أن جوهر النظرية النسبية نفسه كان قد تم إثباته مبكراً جداً في القرن العشرين ، إبتداءً من عام ١٩١٩م.

مــثــال واحــد أخــيــر.

سوف نقوم بإنهاء هذا المقال بإعطائكم مثالاً نعتقد بأنه سوف يقنعكم بأنكم في الحقيقة تعلمون الكثير عن النسبية أكثر مما تتصورون.

دعونا نتخيل بأنك تلعب كرة المضرب (تنس) على متن سفينة كبيرة ، وسوف نقوم بوضعك في باطن السفينة ، لكي لا يكون هناك مشاكل مع الهواء بسبب تحرك السفينة. أيضاً تخيل أن السفينة تسير بسرعة ثابتة مقدارها ٥٠ كيلومتراً في الساعة ، وتسير عبر مياه هادئة جداً بلا أمواج تحرك السفينة بأي شكل.

بما أنك تعلم كيف تلعب التنس ، فإنك بالتأكيد تعلم قوانين الفيزياء في عضلاتك. أنت تعلم ماذا ستفعل الكرة عندما تضربها بالمضرب. أنت تعلم أين ستتجه وتتحرك. إذاً أنت تعلم قوانين الفيزياء في عضلاتك حتى لو كنت تفكر بأنك لا تعرفها في عقلك.

والأن أنت بدأت تلعب التنس.

دعنا نسألك بعض الأسئلة. هل يفرق معك أن تكون اللاعب الذي يواجه مقدمة السفينة أم الذي يواجه مؤخرة السفينة ؟ هل يجب أن تقول لنفسك يا إلهي أنا أواجه مقدمة السفينة ، والسفينة تسير بسرعة ٥٠ كيلومتراً في الساعة ؟ يجب أن أضع هذا في الحسبان عندما أضرب الكرة بالمضرب ؟

بالطبع لا.

هل حركة السفينة تفرق معك ؟

بالطبع لا.

أنت ستلعب التنس على هذه السفينة المتحركة بسرعة ثابته بالضبط مثلما تلعب التنس في ملعبك على الأرض الصلبة. لا يوجد فرق على الإطلاق.

أنت الأن إنتهيت من لعب التنس ، وتريد شرب الشاي بعد اللعب. بجانب ملعب التنس هنالك طاولة عليها إناء زجاجي به ماء ، وأكواب فارغة ، وأكياس شاي ، وهناك أيضاً فرن مايكرويف.

والأن أنت وضعت الماء في الكوب الفارغ ووضعته داخل فرن المايكرويف ، ثم ضغطت على زر التشغيل لتسخين الماء. هل تعتقد أنه عندما تضغط على زر التشغيل للمايكرويف أنك ستقلق أن المايكرويف سوف يرتبك بسبب حقيقة أن السفينة تسير بسرعة ٥٠ كيلومتراً في الساعة ؟

هل تقول لنفسك ربما يجب أن أغير مدة ضبط ساعة جهاز التشغيل للمايكرويف ؟

أو ربما يجب أن أغير إتجاه الفرن وأضعه في الإتجاه المعاكس ؟

هل ستقلق من أي شيئ كهذا ؟

بالطبع لا.

هل حركة السفينة تفرق معك ؟

بالطبع لا.

أنت ستضع كوب الماء في المايكرويف ثم ستضغط على زر التشغيل وسيسخن الماء ولا يوجد هناك فرق بسبب حركة السفينة.

والأن تخيل أنك داخل قاعدة مستقبلية على كوكب الزهرة ، وهناك غلاف جوي صناعي داخل القاعدة مثل الأرض ، ومع الجاذبية القريبة جداً من جاذبية الأرض ، بدأت تلعب التنس ، ثم بدأت بإستخدام فرن المايكرويف لتسخين المياه لشرب الشاي بعد ما إنتهيت من لعب التنس.
هل يفرق معك أنك على كوكب الزهرة تلعب التنس ؟

بالطبع لا.

إن كرة التنس تطيع وتتبع قوانين الفيزياء نفسها على الزهرة كما تطيع وتتبع قوانين الفيزياء نفسها على الأرض. هل تفرق معك أنك على الزهرة تغلي الماء داخل فرن المايكرويف ؟

بالطبع لا.

إن الماء يطيع ويتبع قوانين الفيزياء نفسها على الزهرة كما يطيع ويتبع قوانين الفيزياء نفسها على الأرض. إن فرن المايكرويف يطيع ويتبع نفس قوانين الفيزياء على الزهرة كما يطيع ويتبع نفس قوانين الفيزياء على الأرض.

والأن تخيل أنك في إحدى المجرات البعيدة جداً عنَّا ، لنقل ١٢ مليار سنة ضوئية. وتخيل أن هناك نجم في هذه المجرة عنده كوكب مثل الأرض يدور حوله. وتخيل أنك بدأت تلعب التنس ، وبدأت تستخدم المايكرويف لتسخين الماء لتشرب الشاي بعد لعب التنس.

هل يفرق معك أنك على هذا الكوكب البعيد في هذه المجرة البعيدة تلعب التنس وتغلي الماء ؟

بالطبع لا.

فإن كرة التنس ، والماء ، والمايكرويف يطيعيون ويتبعون نفس قوانين الفيزياء في هذا الكوكب البعيد في هذه المجرة البعيدة مثل ما يطيعون ويتبعون نفس قوانين الفيزياء هنا على الأرض.

لماذا لا نقلق من هذا كله ؟


يتبع

لماذا لا نقلق من هذا كله ؟


يتبع

لأن قوانين الفيزياء التي تحكم العالم الفيزيائي الذي نعيش فيه يجب أن تكون هي نفسها لكل شخص في أي مكان في الكون كله.
لــمــاذا الــتــنــس ، وغــلــيــان الــمــاء ، وفــرن الــمــايــكــرويــف ؟

لماذا إخترنا لعب التنس ، وغليان الماء ، وفرن المايكرويف كتجارب فيزيائية ؟

الإجابة هي :

لأن لعب التنس هي تجربة فيزيائية عن قوانين الميكانيكا والتي هي المسؤلة عن حركة الكرة وكيف تتصرف.

وغليان الماء هو تجربة فيزيائية عن قوانين الديناميكا الحرارية والتي هي المسؤلة عن كيفية التبادلات الحرارية. وإستخدام المايكرويف هي تجربة فيزيائية عن قوانين الكهرومغناطيسية والتي هي المسؤلة عن كيفية تشغيل المايكرويف وكيف يتصرف.

ولكن لماذا إخترنا الميكانيكا ، والديناميكا الحرارية ، والكهرومغناطيسية لوصف كل علم الفيزياء ؟

الإجابة هي : لأن هذه هي الفيزياء الكلاسيكية ، وهي العلوم الفيزيائية التي كانت معروفة لدى العلماء قبل النسبية.

الــفــيــزيــاء الــكــلاســيــكــيــة والــفــيــزيــاء الــحــديــثــة.

الفيزياء ، كعلم ، تقسم إلى نوعين عريضين جداً من العلوم ، وهذا التقسيم يعتمد على أسباب تاريخية بحتة ، وهذان الاسمان قد يضلان قليلاً القارئ ، ولذلك نرغب الأن في توضيح ما يعنيه هذان الاسمان.
القسم الأول من الفيزياء يسمى الفيزياء الكلاسيكية ، والأخر يسمى الفيزياء الحديثة.

أولاً الفيزياء الكلاسيكية في الأساس هي الفيزياء التي طُوِّرت قبل عام ١٩٠٠م. هذا النوع من الفيزياء هو الذي تتعلمه في كتب الفيزياء في السنة الأولى في الكليات العلمية ، وبالطبع في المدارس الثانوية. هذا النوع من الفيزياء يشمل الميكانيكا ، والديناميكا الحرارية ، والكهرومغناطيسية.

الفيزياء الكلاسيكية لها علاقة مباشرة وعلاقة حية ومتزامنة مع الفيزياء الحديثة في وصف الكثير من الأمور التي نقوم بها اليوم.
أنت لا تستطيع فعل أشياء كثيرة جداً بدون الفيزياء الكلاسيكية ، على سبيل المثال :

تصميم ناطحات السحاب التي تقف عاليةً بدون أن تنهار.

تصميم نظام المكابح (الفرامل) غير القابلة للإنزلاق للسيارات وكيفية عملها.

صناعة جهاز مراقبة ضربات القلب ، أو جهاز تخطيط رسم القلب.

تصميم وهندسة وصناعة نظم توزيع الطاقة.

صناعة جهاز مشغل الأسطوانات المدمجة.

إطلاق مركبة فضاء إلى المشتري ، أو إطلاق مركبة الفضاء نيو هورايزونز إلى بلوتو ، أو إطلاق قمر صناعي ووضعه في مدار حول الأرض ، أو إرسال رواد الفضاء إلى القمر وإعادتهم للأرض.

ثانياً الفيزياء الحديثة طُوِّرت في وقتٍ مبكرٍ جداً في بداية القرن العشرين. وقد ظهرت بسبب ما بدا أنه إختلاف بسيط بين الفيزياء الكلاسيكية وحقيقة العالم الفيزيائي والتي تم ملاحظتها في النصف الثاني من القرن التاسع عشر. هذه الإختلافات نمت وتطورت لتصبح أزمة في الفيزياء ، وهذه الأزمة أدت إلى تطوير فكرتين أساسيتين فيما أصبح يعرف بإسم الفيزياء الحديثة.

الفكرتان الأساسيتان هما النسبية والفيزياء الكمية (أو ميكانيكا الكم). وهاتان الفكرتان هي ما يطلق عليهما الفيزياء الحديثة.

كــلــمــة أخــيــرة واحــدة.

النسبية ببساطة هي القول بأن قوانين الفيزياء هي نفسها لا تتغير لكل الأشخاص في كل مكان في الكون. ولكن لو هذه هي الحالة ،

لماذا هي صعبة الفهم ؟


يتبع

لماذا هي صعبة الفهم ؟


يتبع


السبب لأن لها تبعات غير طبيعية ، غير منطقية ، ليست سهلة الإستيعاب وتبدو وكأنها تناقض الحس الدارج العام.

التبعات غير المنطقية غير الطبيعية التي تناقض الحس الدارج العام بالنسبة إلينا هي بسبب أننا نعيش في عالم لا نلمس أو نلاحظ التأثيرات الخاصة للنسبية.

فجاذبية الأرض ضعيفة جداً بالنسبة لجاذبية الثقوب السوداء (والتي تظهر فيها تأثيرات النسبية العامة بوضوح وتصبح طبيعية). أيضاً السرعات التي نعيش معها هي أقل بكثير من سرعة الضوء (والتي تظهر فيها تأثيرات النسبية الخاصة بوضوح وتصبح طبيعية).

أعجوبة أينشتاين هو أنه إستطاع أن يُخرج نفسه من إطار الحس الدارج العام والمنطق المزعوم والذي تُحبس فيه حواسنا إلى المنظور الأكبر بدون أن يذهب إلى ثقب أسود أو أن يسير بسرعة الضوء.

لذلك سنستغرق بعض الوقت في إكتشاف هذه التبعات وفهمها.

وسنستغرق أيضاً بعض الوقت لفهم كيف إستطاع الإنسان أن يصل إلى حقيقة أن قوانين الفيزياء هي نفسها لا تتغير لكل شخص في كل مكان.

هذا هو بالضبط هدفنا في المقالات المقبلة. ولكن مع إنتهائنا من هذا المقال دعنا نذكرك بأنك فعلاً تعلم وتفهم جوهر النسبية وهو أن جميع الأشخاص عِندَهُم قوانين الفيزياء نفسها. وأن الكون كله يبدو متشابهاً لكل شخص.



الى المقال الثانى

الــحــركــة.

في هذا المقال سوف نقوم بالتركيز لفترة على السؤال عن الحركة.
وذلك لأننا نريد أن نفهم كيف تطورت وظهرت المفاهيم والأفكار من الفيزياء قبل زمن إسحاق نيوتن إلى الفيزياء الكلاسيكية ، ثم نجهز المسرح للمعضلات التي أدت إلى تقديم الفيزياء الحديثة.

بعضكم سيقول "يا إلهي الحركة !! حقيقةً ! لماذا سأهتم بذلك ؟"
في الواقع لو فكرت لمدة دقائق في الحركة ، سوف تدرك أنها المفتاح لكل شئ يحدث.

لو لم تكن هناك حركة ، سيتوقف كل شئٍ. لن يكون هناك أي تغيير. لن يكون هناك أي مرور للزمن. لن تستطيع الإنتقال من مكانٍ إلى مكانٍ أخر. الإلكترونات لن تستطيع القفز عبر الوصلات بين الخلايا العصبية في مخك ، وبالتالي لن تستطيع التفكير. لن يكون هناك أي شئٍ يحدث.

لماذا سنقوم بالتركيز على موضوع الحركة ؟

أحد الأسباب التي تجعل الفيزيائيين يركزون على الحركة ، لأنهم يريدون التنبؤ كيف ستتحرك الأشياء. على سبيل المثال :

لو أطلقنا هذا الصاروخ بهذه السرعة المُحدَّدة ، هل سنستطيع الوصول به لكوكب الزهرة أو المريخ وجعله يدخل في مدار حولهما ؟

لو ضَغَطَّتَ على الفرامل بهذه القوة المُحددَّة ، هل ستتوقف حركتي في الوقت المناسب لتجنب الإصطدام بالسيارة التي أمامي ؟

كيف ستتحرك الإلكترونات في هذا الجزيء المعقد للدواء الذي صَنَّعتُه في المعمل والذي من المرجح أن يكون علاجاً للسرطان ؟



https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/12931276_498104397040990_66261833765103267_n.jpg?o h=f4f9203e651d0eaafac6cce5b6d4cf57&oe=58A1878B
نحن نحتاج إلى فهم الحركة لكي نفهم كيف يعمل العالم الذي نعيش فيه.

ولكن هذا ليس السبب الذي يجعلنا مهتمين بالحركة في هذا المقال. السبب الذي يجعلنا مهتمين بالحركة هنا هو السؤال ، ماذا تعني الحركة ؟

إنها تعني أن تتحرك من مكانٍ إلى مكانٍ أخر.

ويحدث هذا من خلال الفضاء. وحدوثه يأخذ مدة من الزمن. ولذلك الحركة مرتبطة بطريقة لا يمكن فصلها عن فكرة الفضاء والزمن أو (الزمكان).

ولذلك إن فهمنا للحركة هو المفتاح لفهمنا للفضاء والزمن ، لأننا لكي نتحرك فإننا نتحرك خلال الفضاء والزمن. والفضاء والزمن هو نسيج الحقيقة الفيزيائية الطبيعية لكوننا ، هو المسرح الذي تجري عليه كل الأحداث الفيزيائية.

ولذلك إذا فهمنا الحركة ، فإننا سنفهم طبيعة الفضاء والزمن. وكما نعلم جميعاً ، إن النسبية تفعل أشياءً غريبة لإدراكنا الحسي البديهي الدارج عن الفضاء وعن الزمن. ولذلك فإن علينا أن نفهم تماماً كيف بدأ وتطور إدراكنا الحسي البديهي الدارج. وبعد ذلك سيكون علينا أن نفهم تماماً ماذا سيخبرنا الفهم الحقيقي للحركة عن الطبيعة الحقيقية للفضاء والزمن (الزمكان).

الــوضــع الــطــبــيــعــي لـلـــحــركــة


يتبع

الــوضــع الــطــبــيــعــي لـلـــحــركــة






يجب علينا سؤال أنفسنا سؤالين هامين.

السؤال الأول هو : هل هناك وضع طبيعي للحركة ؟ هل هناك طريقة معينة تُفَضِّل بها الأشياء الحركة ، أو عدم الحركة ، إذا ما تُركت من تلقاء نفسها ؟

السؤال الثاني هو : لوكان هناك وضع طبيعي للحركة ؟ فما هو ؟

للإجابة على السؤال الذي يقول : هل هناك وضع طبيعي للحركة ؟ فيجب علينا أن نذهب بالزمن للوراء ونرى ماذا كانت الإجابة في الزمن القديم ، ثم ماذا كانت الإجابة في زمن الفيزياء الكلاسيكية ، ثم في زمن الفيزياء الحديثة.

في الزمن القديم ، كان الكون مقسوماً إلى عالمين مختلفين. كان هناك العالم الأرضي المادي غير الكامل وهو الأرض وما تحتويه . وكان هناك العالم السماوي الأثيري الروحاني وهو السماء وما تحتويه. كان هناك مكانان ، الأرض والسماء ، وكان هناك نوعان مختلفان من القوانين الفيزيائية. والإجابة على السؤال : هل هناك وضع طبيعي للحركة ؟ له إجابة مختلفة على الأرض ، وإجابة مختلفة في السماء.
إذاً الإجابة على السؤال : ما هو الوضع الطبيعي لحركة الأجسام على الأرض في الزمن القديم ؟ هو : أنها تحب أن تكون في وضع السكون في أقرب نقطة ، ما إمكن ، من مركز الأرض.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/12805850_498195183698578_5011714623066688141_n.jpg ?oh=14ec78bd8ae11eed4fe5b20f82c1bda3&oe=58A325E6


أما الإجابة على السؤال : ما هو الوضع الطبيعي لحركة الأجسام في السماء في الزمن القديم ؟ هو : أنها تحب أن تكون في حركة دائرية ، وذلك لأن الدائرة ، بالنسبة للأقدمين ، تعتبر أروع وأكمل شكل هندسي يستطيع الشخص التفكير فيه. أنها لا تحتوي على أركان ، أنها ليس لها بداية ولا نهاية ، أنها متشابهة في كل مكان ، هي متماثلة بشكلٍ رائع ، وهي جميلة الشكل.



جــالــيــلــيــو جــالــيــلــي وســبــب الــحــركــة.


يتبع

جــالــيــلــيــو جــالــيــلــي وســبــب الــحــركــة.


يتبع


هل سألت نفسك أبداً لماذا تتحرك الأشياء ؟

في الحقيقة ، شخصٌ ما فعل. هذا الشخص والذي يعتبر ، من المحتمل ، أهم شخصية في تاريخ العلوم كافه ، كان عالماً تجريبياً حقيقياً. هذا الشخص هو جاليليو جاليلي.

لقد عاش من عام ١٥٦٤م إلى عام ١٦٤٢م في أيطاليا. وقد حاول الإجابة على السؤال : ما هو الوضع الطبيعي لحركة الأجسام على الأرض وفي السماء ، وقد نجح في الإجابة على السؤال.

لقد قام جاليليو بعدة أشياء. لقد قام ببعض المراقبة الفلكية ، وقد فعل ذلك بواسطة تطوير وتصنيع أول تلسكوب فلكي. وعندما وجه تلسكوبه إلى السماء ، شاهد شيئاً لم يشاهده أحد من قبل. ما شاهده ، هزَّ قواعد هذه الفكرة الفلسفية بأن السماء روحانية كاملةً ورائعةً ومختلفةً تماماً من الأرض المادية الخام غير الكاملة وغير رائعة.

أول شئ شاهده جاليليو هو كوكب المشتري ، وقد شاهد أيضاً أربعة نقاط صغيرة من النور مصطفة في خط مستقيم على جانبي المشتري. وعندما راقبهم لعدة أيام متتالية ، وجدهم يغيرون أماكنهم باستمرار ، وأحياناً لا يستطيع أن يرى واحداً أو إثنين منهم لإنهما يكونا أمام أو خلف المشتري. كانوا يمثلون بمنتهى الوضوح ، بالنسبة لجاليليو ، مجموعة شمسية مُصَغَّرة. تلك النقاط المضيئة الأربعة تمثل أقماراً للمشتري تدور حول المشتري بنفس الطريقة التي يدور بها قمر الأرض حول الأرض. ولذلك بهذا الإكتشاف ، أثبت جاليليو بأن هناك حركات أخرى لأجرام سماوية أخرى - (أقمار المشتري) - تدور حول أجرام سماوية أخرى - (كوكب المشتري) - غير الأرض.

الشئ الثاني الذي شاهده جاليليو هو أطوار كوكب الزُهرة. فقد لاحظ أن الزُهرة لها أطوار مثل أطوار القمر ، فتكون أحياناً كاملةً كالبدر ، وتكون أحياناً محدبةً كالقمر الأحدب ، وأحياناً أخرى تكون هلالاً. ولكنه لاحظ أن هناك شيئاً مختلفاً يحدث مع أطوار الزهرة. فعندما يكون طور الزهرة كاملاً كالبدر ، تكون الزُهرة كالدائرة الصغيرة ، وعندما يكون طور الزُهرة كالهلال ، تكون الزُهرة هلالاً أكبر في الحجم بكثير من حجمها في طور البدر. كيف يكون هذا ؟ ولماذا ؟

فكر جاليليو ووجد أن الشرح المنطقي البسيط الوحيد هو أن الزُهرة تدور حول الشمس وليست تدور حول الأرض. وكونها كوكباً داخلياً بالنسبة للأرض (أي أنها أقرب إلى الشمس) ، فتكون الزُهرة بدراً عندما تكون في الجهة الأخرى المقابلة للشمس من جهة الأرض. ولذلك تكون أبعد ، وبالتالي تبدو أصغر. وفي المقابل تكون الزُهرة هلالاً عندما تكون قريبة من نفس الجهة من الشمس التي بها الأرض. ولذلك يرى سكان الأرض الهلال الفضي اللون من الجزء المضيئ من الزُهرة ، ولذلك نشاهد هلالاً ، ويكون أكبر بكثير من طور البدر ، لأن الزُهرة - في هذه الحالة - أقرب بكثير للأرض.

آخر شئ شاهده جاليليو كان مراقبة الشمس بالتلسكوب ومشاهدته لأول مرة البقع الشمسية السوداء والتي لم يفهم ما هي على الإطلاق. ولكن النقطة الفلسفية المهمة هي أن هذه البقع الشمسية كانت علامات تفسد شكل سطح الشمس. بالنسبة لجاليليو ، هذا الجرم السماوي الرائع غير المعيب ، أصبح الآن معيباً بهذه البقع السوداء.

كذلك قام جاليليو بمراقبة القمر بالتلسكوب ، وقد شاهد جبالاً وفوهات تصادمية كثيرة ، هنا أيضاً ، أصبح هذا الجرم السماوي الرائع بالنسبة لجاليليو ، معيباً.

بعد ذلك تحول جاليليو لدراسة الحركة على الأرض ، وقد قام بتجارب على الحركة الأرضية ، وقد قام بعدة تجارب هامة. وقد إستنتج جاليليو شيئاً مختلفاً جداً عن الحركة الأرضية ، لقد استنتج جاليليو وفكر بالطريقة الآتية ، جاليليو قال : لو تحرك جسمٌ بسرعة ثابتة منتظمة في خط مستقيم ماذا سيحدث له ؟ إنه سيستمر في فعل ذلك ، سيستمر في الحركة إلى الأبد في خط مستقيم وسرعة منتظمة ثابتة ، ولن يتوقف أبداً.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/12924556_498195180365245_6111719300193762619_n.jpg ?oh=d37d10ce7dff30a7ae77e2912cfd14e1&oe=58A7F1C9

قــانــون الــعــطــالــة أو قــانــون الــقــصــور الذاتـــي.

تعتبر فكرة جاليليو هذه حساسة وهامة وحاسمة للفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الحديثة على حدٍ سواء. وتعتبر هذه الفكرة أحد مفاتيح الأفكار الأساسية لفهم علم الحركة. ما قاله جاليليو هو : الحالة الطبيعية للحركة ليست أن يكون الجسم في حالة ثبات على سطح الأرض. هذه حالة الحركة التي نتوقعها بسبب أشياء مثل الاحتكاك ومقاومة الهواء والأشياء التي تصطدم بها الأجسام مثل الأرض عندما تسقط عليها كرة التنس. الحالة الطبيعية للحركة هي الحركة في خط مستقيم بسرعة منتظمة ثابتة. هذه الحركة الطبيعية لا تحتاج إلى قوة (دفع أو سحب) لكي تجعل أي جسم يتحرك. هذا ما قاله جاليليو ، وهذا ، على ما يبدو ، هو الوصف الصحيح للطريقة التي تعمل بها الحركة.


"الحركة الطبيعية للأجسام هي أن تتحرك بسرعة منتظمة ثابتة في خط مستقيم". هناك إسم لهذه الجملة. إنه إسمٌ يُعزى لجاليليو ونيوتن. إنه يسمى قانون العطالة أو القصور الذاتي. إنه ينص على أن الجسم له قصور ذاتي ، له رغبة وميل طبيعي للبقاء متحركاً.

هذا هو الوضع الطبيعي للحركة. هذا هو قانون القصور الذاتي. بكونه ثقيلاً ، ويمتلك كتلة ، أي جسماً متى بدأ في الحركة ، سيستمر في الحركة. سيحتج إلى دفعة أو سحبة ليبدأ الحركة. سيحتاج إلى دفعة أو سحبة ليتوقف عن الحركة. وأيضاً سيحتاج الجسم إلى دفعة أو سحبة ليغير إتجاه حركته.

ولذلك ، على رأي جاليليو ، الحركة الطبيعية هي الحركة المنتظمة الثابتة في خط مستقيم. إذا رأيت أي إنحراف أو تغيير عن هذا ، مثل أن يزيد الجسم سرعته أو يُبطئ من سرعته أو حتى يغير إتجاهه ، في كل تلك الحالات تستطيع أن تفترض أن هناك قوة ، سواءٌ كانت دفعاً أو سحباً ، أثرت على الجسم.

فــهــم حــقــيــقــة الــحــركــة خــارج نــطــاق الــحــس الــعــام الــدارج.


يتبع

فــهــم حــقــيــقــة الــحــركــة خــارج نــطــاق الــحــس الــعــام الــدارج.


لماذا نجد صعوبة في فهم هذه الفكرة ؟

ولماذا نعاني من صعوبة في قبولها في حياتنا اليومية ؟

السبب في ذلك هو أنه في عالمنا ، في جميع تجاربنا ، مثل ضرب كرة التنس بالمضرب ، فإنك ستشاهد الكرة تبطئ من سرعتها بدلاً من الإستمرار في الحركة بسرعة منتظمة ثابتة للأبد - لو كان ما قلناه صحيحاً - وفي النهاية ستتوقف الكرة.

مثالاً آخر ، إرفع قدمك عن دواسة البنزين في سيارتك ، فإنك ستشاهد السيارة تتباطأ بدلاً من الإستمرار في الحركة بسرعة منتظمة ثابتة للأبد - لو كان ما قلناه صحيحاً - وفي النهاية ستتوقف السيارة.

في الواقع هذا الكلام سيكون صحيحاً ماعدا أن هناك قوة دفع وسحب تعمل على كرة التنس وعلى السيارة. فهناك قوة دفع الهواء ضد السيارة. وهناك قوة الإحتكاك من الطريق تدفع ضد عجلات السيارة ، وفي حالة كرة التنس ، هناك أيضاً قوة دفع الهواء ضد الكرة ، وهناك قوة الإحتكاك من أرضية الملعب تدفع ضد الكرة.

نحن لا نرى هذه القوى. هي لا تُظهر نفسها بوضوح كما تَظهر أيدينا كقوة دفع أو سحب واضحة. إلا أن هذه القوى المَخْفِيَّة عنَّا موجودة ، وهي التي تسبب التغيير في الحركة.

لو كان بإمكاننا تجريد هذه القوى بعيداً ، وهذا ما إستطاع فعله جاليليو ، أو لو أمكننا الذهاب إلى الوضع الفيزيائي الشبيه ، مثل لو إستطعنا الذهاب إلى حلبة هوكي الجليد ونظرنا إلى قرص الهوكي. سنشاهد القرص يعبر حلقة الجليد بسرعة منتظمة ثابتة تقريباً ، الإحتكاك يكاد يكون معدوماً ، سنشاهد القرص يقطع مسافة أكبر بكثير من حجم الملعب نفسه قبل أن نلاحظ أي تباطؤ في سرعته. ولو نظرنا إلى اللاعبين أنفسهم ، سنجدهم يتحركون تقريباً بسرعة منتظمة ثابتة مالم يضطرون إلى الدفع بقوة بأطراف زلاَّجَاتهم لمحاولة إجبار أنفسهم للدوران أو الإلتفاف أو الوقوف. قوى الإحتكاك ومقاومة الهواء في هذه الحالة صغيرة جداً. قوى الدفع والسحب والوضع الطبيعي للحركة يكشف عن نفسه بوضوح في هذا المثال.

ربما أفضل مثال نستطيع إعطاءه لكم هو مركبات الفضاء "بايونير ١٠ و ١١" و"فويجر ١ و ٢" ، تلك المركبات الأن في طريقها إلى خارج المجموعة الشمسية. وتحلق في الفضاء منذ حوالي ٤٠ عاماً. وتسير في خطوط مستقيمة تقريباً وبسرعة منتظمة ثابتة. بالطبع هناك بعض قوى الدفع والسحب البسيطة من جاذبية الشمس والكواكب الأخرى ، ولكنهم أساساً يتحركون في خطوط مستقيمة وسرعات منتظمة ثابتة. لا يوجد على متنها أي محركات صاروخية ، ولا أي وقود ، وستستمر مركبات الفضاء هذه في الحركة في إتجاهاتهم إلى الأبد ، إلى أن تؤثر عليها قوةً ما ، سواءً كانت قوة دفع أو سحب ، مثل قوة سحب الجاذبية لنجم بعيد.

هذا هو التغير الأساسي الذي أحدثه جاليليو. لقد قام بوضع قانون القصور الذاتي. لقد قال أن الوضع الطبيعي للحركة هو الحركة في خط مستقيم وسرعة منتظمة ثابتة. قوى الدفع والسحب مطلوبة فقط لتغيير الحركة. ومن هذه الفكرة خرجت أول أفكار الفيزياء الكلاسيكية الجديدة ، والتي ستؤدي في النهاية إلى وصولنا للأسئلة التي ستوصلنا بدورها للنسبية.


إســحــاق نــيــوتــن.


يتبع

إســحــاق نــيــوتــن.


يتبع


ولد نيوتن في عام ١٦٤٢م ، وهي صدفةٌ السنة نفسها التي توفي فيها جاليليو. ولكنه قام بإستكمال ما بدأه جاليليو ووسع أفكار جاليليو أكثر. في الحقيقة تعتبر فيزياء نيوتن هي فعلاً فيزياء نيوتن وجاليلو من نواحي عديدة.

إن أكثر ما يُشتهر به نيوتن هو قوانينه للحركة وقانونه للجاذبية. ونحن نريد أن نستغرق بعض الوقت في النظر في هذه القوانين ، لأنه في النهاية ، سندرك كيف ستوصلنا هذه القوانين إلى نسبية أينشتاين.

قــوانــيــن نــيــوتــن الــثــلاثــة لـلـــحــركــة.

تعتبر قوانين نيوتن الثلاثة للحركة شيئاً أساسياً يتم تدريسه في مقررات الفيزياء في جميع المدارس الثانوية. هناك ثلاثة قوانين توصف كيف تتحرك الأجسام نتيجة تأثير القوى عليها ، سواءً دفع أو سحب.
إذاً ، ما هي قوانين نيوتن الثلاثة للحركة ؟

قانون نيوتن الأول للحركة هو شئٌ مررنا به من قبل بالفعل. قانون نيوتن الأول للحركة هو في الأساس قانون القصور الذاتي المنسوب إلى جاليليو. وينص هذا القانون ، بطريقة رسمية ، بأن أي جسم يتحرك بصورة منتظمة (يعني في خط مستقيم وسرعة ثابتة) ، مالم تؤثر عليه قوةٌ ما (يعني قوة دفع أو سحب).

إذاً ، ها هو نيوتن ببساطة يلخص ويعيد صياغة ما قاله جاليليو بأن كل الأجسام لها قصور ذاتي ، وأن هذا القصور الذاتي يجعلها تستمر في الحركة.

قانون نيوتن الثاني للحركة يصف بطريقة كمية (حسابية) كيف تؤثر القوى (الدفع أو السحب) في تغير الحركة.

يقوم قانون نيوتن الثاني للحركة بحساب ذلك عن طريق المعادلة المشهورة "القوة = الكتلة x التسارع" (بالإنجليزية F = m.a) ، حيث F هي القوة سواءٌ دفع أو سحب ، و m هي كتلة الجسم ، و a هي التسارع ، وهو معدل تغير سرعة الجسم مع الوقت ، مثال ذلك عندما تضغط بقوة على دواسة البنزين لسيارتك وبالتالي تغير من سرعتها ، أو أيضاً عندما تلف عجلة القيادة لسيارتك وبالتالي تغير إتجاه الحركة.

إذاً قانون نيوتن الثاني للحركة يقول لنا ، على سبيل المثال ، إذا كان الجسم ثقيلاً (ذَا كتلة كبيرة) مثل كرة البولينج ، فإنه سيحتاج إلى قوة كبيرة لتعطيه تسارعاً معيناً. أما إذا كان الجسم خفيفاً (ذَا كتلة صغيرة) مثل كرة التنس ، فإنه سيحتاج إلى قوة أصغر لتعطيه التسارع نفسه.

قانون نيوتن الثالث للحركة ، وهو أشهرها ، ويعلمه الكثير من الناس ، وينص على الأتي : لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الإتجاه. وهذا يعني أن القوى دائماً تأتي في شكل زوج (يعني إثنين إثنين). وبصيغةٍ أخرى ينص القانون على الآتي : لو دفعت شيئاً ، سيدفع الشئ عليَّ بقوة تساوي القوة التي دفعتُ بها الشئ. أو بتعبير فيزيائي رياضي يقول : لو أثر الجسم أ على الجسم ب بقوةٍ ما ، فإن الجسم ب سيؤثر على الجسم أ بنفس القوة.

قــانــون نــيــوتــن الــعــام للجــاذبــيــة الــكــونــيــة.


لقد قام نيوتن بخطوة عظيمة أخرى للأمام. لقد قام بدراسة أحد أهم القوى المعروفة في الكون. الجاذبية.

القصة الأسطورية تَحكي الآتي : كان نيوتن جالساً تحت شجرة تفاح ، فسقطت تفاحة على رأسه ، فإكتشف نيوتن الجاذبية !! كلام فارغ.



https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/12920370_498195207031909_8282137037308297542_n.jpg ?oh=83019df48c2c5b5e38eca7597bc2db35&oe=589B7F40

إن قصة نيوتن الحقيقية هي أكثر رقة ، ودقة ، وعقلانية ، وتعقيداً ، ووضوحاً في نتائجها وعواقبها.


يتبع

رائعة جدا أستاذنا الفاضل محمد محمود بدر

جزاك الله خيرا و بارك الله فيك

إن قصة نيوتن الحقيقية هي أكثر رقة ، ودقة ، وعقلانية ، وتعقيداً ، ووضوحاً في نتائجها وعواقبها.



القصة الحقيقية تَحكي الآتي : كان نيوتن جالساً تحت شجرة تفاح ، وكان القمر ظاهراً مرتفعاً في السماء في الوقت نفسه ، وقد سقطت تفاحة أمامه أو على رأسه ، وقد أدرك نيوتن أن حركة سقوط التفاحة وحركة دوران القمر حول الأرض هي نفس الحركة.

هذه هي جوهر عبقرية نيوتن. فقد قال : ماذا يفعل القمر ؟ إنه يتحرك حول الأرض. وماذا تفعل التفاحة ؟ إنها تسقط بإتجاه الأرض. ما هو العامل المشترك بين هاتين الحركتين ؟

نيوتن أدرك ما هو العامل المشترك بين هاتين الحركتين. لقد أدرك أنه في كلتا الحالتين ، الجسمان يتسارعان ، الجسمان ينحرفان عن الحركة في خط مستقيم وعن السرعة المنتظمة الثابتة في إتجاه الأرض وذلك بالنسبة للقمر والتفاحة على التوالي. إنه يبدو وكأنه في ، الحالتين ، هناك قوة سحب بإتجاه الأرض تؤثر في كلا الجسمين. في حالة التفاحة ، قوة السحب تسبب في تحرك التفاحة فيزيائياً وحقيقياً بإتجاه الأرض. في حالة القمر ، قوة السحب لا تجعل القمر يقترب من الأرض فيزيائياً وحقيقياً. ولكنها تسحب القمر وتجعله ينحرف عن البقاء في طريقه المستقيم الذي كان سيمشي فيه - كما ينص قانون نيوتن الأول - لو لم يكن هناك تأثير قوة سحب جاذبية الأرض عليه. هذه هي ، بمنتهى البساطة ، الفكرة الأساسية التي أدركها نيوتن.

الإجسام تتحرك في خط مستقيم وبسرعة منتظمة ثابتة مالم تؤثر عليها قوةٍ ما. في هذه الحالة القوة هي الجاذبية الأرضية ، وفي هذه الحالة الجاذبية الأرضية عندها القوة المناسبة لكي تُبقي القمر في حركة دائرية حول الأرض. إنه ينحرف عن السير في الخط المستقيم الذي كان يجب أن يمشي عليه.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/12592580_498195210365242_6139604242453309007_n.jpg ?oh=c2157faa91b366c1ad2d5a87a4a0ef01&oe=58A894E9

نيوتن لم يتعرف فقط على هذا من الناحية الكيفية ، لقد تعرف أيضاً على هذا من الناحية الكمية. فقد وضع قانوناً على أساس هذه المراقبات ، هذا القانون معروفاً بإسم : القانون العام للجاذبية الكونية.

وينص قانون نيوتن هذا على الأتي :

كل جسم في الكون يجذب كل جسم أخر بقوة سحب تعتمد على كتلة الجسمين معاً وكذلك على المسافة التي تفصلهما. كلما بعدت المسافة بين الجسمين أكثر ، ضعفت قوة السحب بينهما ، وتضعف القوة بسرعة كبيرة وتتبع قانون التربيع العكسي نفسه الذي يتبعه الضوء. وينص قانون التربيع العكسي على الأتي :

إن قوة الجاذبية تتناسب تناسباً عكسياً مع مربع المسافة ، أي تقل قوة الجاذبية مع إزدياد المسافة عن مصدر الجاذبية. فَلَو إبتعدت عن مصدر الجاذبية مسافة معينة فإن الجاذبية ستقل بمقدار معين. ولو ضاعفت هذه المسافة ، فإن الجاذبية ستقل بمقدار الربع (١/٤). ولو إبتعدت ثلاثة أضعاف المسافة ، فإن الجاذبية ستقل بمقدار التسع (١/٩). ولو إبتعدت أربعة أضعاف المسافة ، فأن الجاذبية ستقل بمقدار (١/١٦) ، وهكذا.

لاحظ أنه من الممكن عملياً قياس قوة الجاذبية الكونية بين جسمين كثيفين عاديي الحجم مثل كرتين من الرصاص المصمت ، سيكون مقدار القوة صغير جداً جداً ، وستكون صعبة القياس للغاية. إلا أنه قد تم قياس ذلك لأول مرة في القرن الثامن عشر على يد العالم هنري كافينديش.

تــوحــيــد الفــيــزيــاء.


يتبع

تــوحــيــد الفــيــزيــاء.





لقد فعل نيوتن أكثر من ذلك ، لقد أخذ خطوة فلسفية كبيرة للأمام ، لأنه بإدراكه أن حركة القمر وحركة التفاحة هما نفس الشئ ، ونفس الحركة ، بإدراكه ذلك ، قد وحد وللأبد الحركة السماوية والأرضية. فقد قال نيوتن : الحركة السماوية والحركة الأرضية تطيع وتتبع القوانين الفيزيائية نفسها. فيزياء كونية واحدة تُطبق في كل مكان في الكون. وبذلك أصبح نيوتن أول من وحد الأفكار في تاريخ العلوم ، فقد أخذ على ما يبدوا أنه منطقتان مختلفتان أو حقلان مختلفان من العلوم - ونعني في هذه الحالة علم الفلك والفيزياء الأرضية - ووحدهما مع بعضهما البعض. لقد أصبحا شيئاً واحداً. أصبحا شيئاً واحداً لأنهما يتبعان ويطيعان القوانين نفسها. لقد أصبح العِلمَان يُفهمان كجزء من نفس الشئ الْوَاحِد.

ماذا تفعل الزُهرة في حركتها حول الشمس يمكن فهمه وحسابه كَنَفْس الشئ وبنفس الطريقة التي نفهم بها ماذا تفعل التفاحة عندما سقطت على رأس نيوتن ، أو ماذا تفعل كرة التنس عندما تضربها بالمضرب في مباراة التنس في باطن السفينة. تَغَيُّر فلسفي كبير جداً. مجموعة قوانين كونية فيزيائية واحدة.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/12039746_498104393707657_358659129534687576_n.jpg? oh=a45642d2067c530307d1adefc72cdff8&oe=589C16A1

دعنا الآن نسأل السؤال التالي :

لمن تعمل قوانين الحركه هذه ؟

لمن تعتبر قوانين نيوتن صحيحة ؟

هل فقط لنيوتن ؟

هل فقط لنيوتن وجاليلو ؟

بالطبع لا. هذه القوانين صحيحة لكل شخص.

هل هذه القوانين صحيحة فقط على الأرض ؟ مرةً أخرى نقول بالطبع لا. قوانين الفيزياء التي تعمل هنا على الأرض تعمل في أي مكان أخر. وغايةً في الأهمية نضيف ، القوانين تعمل بغض النظر عن حالة الحركة التي أنت فيها. هذه هي النقطة المهمة.

مــبــدأ الــنــســبــيــة الــجــالــيــلــيــة.


يتبع

مــبــدأ الــنــســبــيــة الــجــالــيــلــيــة.





والآن ، وبعد أن فهمنا المعنى الحقيقي للجملة الأخيرة عن قوانين الفيزياء ، فقد حان الوقت أن نكون أكثر دقة وأكثر وضوحاً بخصوص هذه الجملة ، ونكون أكثر حرصاً في إنتقاء الكلمات عندما نقول هذه الجملة. الجملة التي نريد أن نقولها هي : إن قوانين الفيزياء واحدة لا تتغير لكل شخص ، عند هذه النقطة لا بد أن نُكيِّف هذه الجملة وننقيها أكثر ، إنه إنتقاء وتنقية هام جداً ، ويقول الآتي : إن قوانين الفيزياء واحدة لا تتغير لكل شخص في حركة منتظمة. كل شخص في حركة منتظمة. لو كنت متحركاً في خطٍ مستقيمٍ وبسرعة منتظمة ثابتة وقمت بعمل تجارب فيزيائية لتحدد ما هي القوانين التي تحكم الفيزياء ، فإنك ستحصل على القوانين نفسها.

سنتفق جميعاً على أن قوانين نيوتن للحركة صحيحة وتعمل ، وأن قانون الجاذبية الكونية صحيح ويعمل ، وأن هذه القوانين كلها لها بالضبط نفس الشكل والهيئة.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/12933126_498104417040988_634730222124698828_n.jpg? oh=8ee28ba7146eb173f78f2e04ed1380e4&oe=589EB60E


ولكن لو ذهبت إلى مدينة الملاهي وركبت لعبة ماري الدوارة ، أو لو كنت راكباً في سيارة أثناء دورانها حول ركن الطريق بسرعة كبيرة ، أو لو كنت راكباً في سيارة أثناء تسارعها ، أو لو كنت راكباً في طائرة نفَّاثة تنطلق على مدرج المطار ، أو لو كنت راكباً في طائرة نفَّاثة هبطت على المدرج وتتباطأ بسرعة للوقوف.

في كل تلك الحالات نقول بمنتهى البديهية والوضوح : أن قوانين نيوتن لا يمكن تطبيقها لأن هذه الحالات ليست أوضاعاً تكون أنت فيها في حركة منتظمة ثابتة.

سوف نركز الأن على كلمة الحركة ، وسوف نقوم بإستخدام كلمة الحركة بدلاً من كلمة الفيزياء في الوقت الراهن وفي المقال القادم ، وذلك لأنه في زمن نيوتن كانت الحركة هي الفرع الوحيد من الفيزياء المعروف والمفهوم حقيقةً بشكل كبير.

ففي زمن نيوتن ، كان العلماء يعرفون القليل عن علم البصريات والضوء ولكن ليس كثيراً ، والقليل عن علم الحرارة والديناميكا الحرارية ولكن ليس كثيراً.

إن قوانين الحركة هي نفسها لا تتغير لكل شخص في حركة منتظمة. وهذه الجملة لها إسم. إنها تسمى مبدأ النسبية الجاليلية.

وأحياناً أخرى تسمى مبدأ النسبية النيوتونية ، لإنها خرجت من أفكار جاليليلو ونيوتن.

هذه أول مرة نرى فيها كلمة النسبية في سياق فيزيائي حقيقي. لقد تحدثنا عن أن هذه المقالات ستكون للحديث أساساً عن نسبية أينشتاين ، ولكننا نشاهد الأن كلمة النسبية تُحصَد قبل ذلك !!

نسبية أينشتاين ، في الحقيقة ، ليست فكرة حديثة. في الواقع إنها فكرة قديمة جداً أعيد تدويرها وزُينت وحُسنت قليلاً. مبدأ النسبية الأصلي كان لجاليليو ونيوتن وينص على ماذكرناه سابقاً. ولكي نذكره مرة أخيرة بطريقة رسمية نقول : إن قوانين الحركة هي نفسها لا تتغير لكل شخص بشرط أن يكون في حركة منتظمة.
هناك طريقة أخرى لقول هذا المبدأ وهو أن تقول : فقط الحركة النسبية هي التي تهم.

لو كنت تقود السيارة على الطريق في سرعة منتظمة ثابتة في خط مستقيم وأنا أقف على جانب الطريق ، لو قلت لك : أنت تتحرك. أنت أيضاً لك كل الحق أن تقول لي : كلا أنا فقط جالسٌ هنا في السيارة وأنت الذي تتحرك في الإتجاه الآخر.

ولكن ما تقوله النسبية الجاليلية هو ، في الحقيقة ، أنت لا تستطيع التفريق. نحن لا نستطيع القول بأن شخصاً يتحرك وأن الآخر لا يتحرك. تذكر أن كل شخص يتحرك في حركة منتظمة له الحق في إستخدام نفس قواني الفيزياء وسيحصل على نفس النتائج. الفيزياء متساوية لأي شخص في حركة منتظمة ، ولذلك لا يستطيع شخص مطلقاً القول : أنا أتحرك وأنت ثابت ، أو أنا ثابت وأنت تتحرك. هاتان الجملتان ليس لهما معنى.

ما نستطيع قوله هو : أنا أتحرك على الطريق بسرعة ٥٠ كيلومتراً في الساعة بالنسبة للأرض. أو نقول : أنت تتحرك ماراً بي بسرعة ٥٠ كيلومتراً في الساعة بالإتجاه الآخر. نحن نستطيع التحدث فقط عن الحركة النسبية. هذا هو السبب في أنه مبدأ النسبية. لأنه يقول ، فقط الحركة النسبية هي التي تهم. فقط الحركة النسبية هي فكرة لها معنى ، أما الحركة المطلقة فليس لها معنى.

كــلــمــة واحــدة أخــيــرة.


يتبع

كــلــمــة واحــدة أخــيــرة.




لو كنت تحلق في طائرة وقاموا بتقديم الطعام لك ، فإنك تستطيع أن تأكل الطعام في الطائرة لأنك لن تقلق بخصوص حقيقة أن الطعام يسير معك بسرعة ٩٠٠ كيلومتراً في الساعة. طالما أن الطائرة تسير بسرعة منتظمة ثابتة ، لا توجد مشكلة. سوف تضع الملعقة في الطعام كما تفعل في البيت ، وستأكل الطعام كما في البيت. والآن لو صادفت الطائرة جبهة هوائية ضخمة من المطبات الهوائية العنيفة ، وبدأ الطعام يتطاير في كل مكان. أصبح الوضع هنا مختلفاً ، فأنت الآن لست في حركة منتظمة ، وقوانين الحركة لا يمكن تطبيقها في هذه الحالة.

والآن لكي ننهي هذا المقال ، سنقولها للمرة الأخيرة : أنت تستطيع القول أنك تتحرك بالنسبة إلىَّ ، ولكنك لن تستطيع القول بأنك تتحرك. هذه جملة لا معنى لها.



https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/1934695_498104420374321_8352712113922728876_n.jpg? oh=43b6ca0614d5671e4813a2e91751d0de&oe=588F7E26

ولكي نضعها بشكل مختصر وواضح أكثر وبالألفاظ النهائية ، لأننا سوف نعود إلى هذه الجملة مرات ومرات في المقالات القليلة القادمة ، نقول : أنه ببساطة لا توجد تجربة فيزيائية تستطيع القيام بها تستخدم فيها قوانين الحركة سوف تجيبك على السؤال هل أنا أتحرك ؟

لو وضعناك في هذه الطائرة مرةً أخرى ، وسحبنا غطاء النوافذ للأسفل لإغلاقها بحيث أنك لا تستطيع رؤية الأرض وهي تتحرك تحتك. فإنه لا يوجد طريقة تستطيع القول بأن الطائرة تتحرك أم لا. لا يوجد تجربة تستطيع القيام بها بإستخدام كرات التنس ، أو كرات البلياردو ، أو قذف الأشياء حولك ، أو قياس القوى ، أو حساب قوى الدفع والسحب ، ستعطيك أي إدراك لأي فيزياء غير قوانين نيوتن للحركة. لا توجد تجربة فيزيائية تستطيع القيام بها تستخدم فيها قوانين الحركة سوف تجيبك على السؤال هل أنا أتحرك ؟

وهنا نكون قد وصلنا إلى فيزياء نيوتن الكلاسيكية مع قانون أو مبدأ النسبية.

سيتم التكملة في الجزء الثالث.

رائعة جدا أستاذنا الفاضل محمد محمود بدر

جزاك الله خيرا و بارك الله فيك





شكرا للمرور أستاذنا الكريم

الــكــهــربــاء والمــغــنــاطــيــســة.

لو كانت الحركة هي كل ما ندرسه في الفيزياء لكانت قصة تاريخ الفيزياء قبل النسبية في الأساس قد إنتهت. ولكن هناك فرع كامل من الفيزياء إسمه الكهرباء والمغناطيسية.

في الحقيقية ، الكهرباء والمغناطيسية كانت معروفة منذ زمن بعيد جداً.
اليونانيون القدماء كانوا على علم بالكهرباء الساكنة. والصينيون القدماء كانوا على علم بالمغناطيسية. وكانت البوصلة المغناطيسية تُستخدم منذ القرن الثاني عشر الميلادي.

مع ذلك ، بالنسبة للمعرفة الحقيقية المُفَصَّلة بعلم الكهرومغناطيسية ، فقد جاءت الكهرباء والمغناطيسية بعد علم الميكانيكا ، أي بعد دراسة علم الحركة. وسوف نحتاج إلى النظر في الكهرباء والمغناطيسية لأن النسبية ، في الحقيقة ، أكثر مما يتصور معظم الناس ، قد نمت مباشرةً من دراسة الكهرباء والمغناطيسية. كذلك الأسئلة التي سُئِلت بخصوص النسبية لها علاقة مباشرة بالأسئلة التي سألناها بالفعل عن النسبية أثناء دراستنا للحركة.

ولذلك نريد أن نقضي معظم الوقت في هذا المقال للنظر بإختصار في علم الكهرباء والمغناطيسية ، وفي النهاية ، سنصل إلى إستنتاج هام جداً من هذا العلم ، إستنتاجٌ سيتوجب عليك إدراك أنه حقيقي ، وسيتوجب عليك تقديره ، وسيتوجب عليك فهم أهميته ، إذا كنّا سنتقدم للأمام ونفهم من أين أتت النسبية.

الــكــهــربــاء

من خلال العديد من التجارب ، بدأ العلماء تدريجياً يدركون بأن هناك خاصية أساسية للمادة تسمى الشحنة الكهربائية. على سبيل المثال : فرك قطعة من الزجاج بواسطة فروة قطة أو بواسطة قماش من الصوف ، ستجد أن جزيئات صغيرة من التراب أو قطع صغيرة من الورق ستلتصق بالزجاج. أو أفرك بالونة على قميصك الصوف وسوف تلتصق البالونة على الحائط. هذه ظاهرة الكهرباء الساكنة.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13015672_504421683075928_9005221509887482207_n.jpg ?oh=f62b1a227c2102d32759068143336df0&oe=588CE195

وقد أدرك العلماء أنها خاصية أساسية للمادة ، وقد تَعَرَّفوا على نوعين من الشحنة الكهربائية ، وأطلقوا على هذين النوعين من الشحنات الكهربائية الشحنة الموجبة والشحنة السالبة. إذاً بعضها لها شحنة سالبة مثل الإلكترون ، وبعضها لها شحنة موجبة مثل البروتون.

كما قلنا من قبل ، الشحنة الكهربائية هي خاصية أساسية للمادة ، وأحد الخصائص المهمة للشحنة الكهربائية أن الشحنات المتشابهة تتنافر مع بعضها البعض. ولذلك من الصعب تقريب شحنتين متشابهتين من بعضهما. هناك قوة تنافر تنشأ بينهما. هي في الحقيقة أشبه بقوة الجاذبية التي وصفها نيوتن منذ قرونٍ مضت. وهي تضعف مع زيادة مربع المسافة بين الأجسام (قانون التربيع العكسي). لذا عندما تكون الشحنتان بعيدتين عن بعضهما البعض ، فإنها لا تشعر بقوة كبيرة بينهما ، وعندما تقتربان من بعضهما البعض ، تشعر بقوة كبيرة.
في المقابل ، تكون القوة تجاذبية إذا كانت الشحنات الكهربائية مختلفة. ولذلك الشحنة الموجبة والشحنة السالبة ستنجذبان إلى بعضهما البعض.

إذاً ، الشحنات المتشابهة تتنافر ، والشحنات المختلفة تتجاذب.

هذا شيئٌ لا نجده في الجاذبية ، ذلك لأنه يوجد نوع واحد من المادة ، نوع واحد من الكتلة ، وكل المادة تتجاذب مع بعضهما البعض.

المــغــنــاطــيــســة


يتبع

المــغــنــاطــيــســة



لقد عرف العلماء أيضاً معلومات عن المغناطيس والمغناطيسية.
المغناطيس العادي له نهايتان تسمى قطبين ، شمالي وجنوبي ، وجميع المغناطيسات لها خاصية أن القطب الشمالي والقطب الجنوبي ينجذبان لبعضهما البعض ، فإذا قرَّبنا القطب الشمالي لمغناطيس والقطب الجنوبي لمغناطيس آخر من بعضهما ، فسوف ينجذبان لبعضهما البعض وسيلتصقان بقوة ، وسيتطلب جهد لفصلهما عن بعض. أيضاً القوة بينهما ستضعف بسرعة إذا أبعدتهما شيئاً فشيئاً عن بعض.

إذا قمنا بعكس إتجاه المغناطيس الأول ، بحيث وضعنا القطبين الجنوبيين بالقرب من بعضهما البعض ، فسوف يحدث تنافر ، ومرةً أخرى نقول الأقطاب المتشابهة تتنافر والأقطاب المختلفة تتجاذب ، بالضبط كما يحدث في الشحنات الكهربائية.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/12993452_504421693075927_8061748605443739865_n.jpg ?oh=b6d19a6cb653e50ef784a726fc7ac5e2&oe=58A4F182

ولكن المغناطيسية ليست كالكهرباء. فالمغناطيس ليس مشحوناً كهربائياً. ونهاية المغناطيس ليست مشحونةً كهربائياً. يبدو لنا أننا نواجه ظاهرتين مختلفتين تماماً. فعندنا ظاهرة الكهرباء والتي تشمل هذه الخاصية الأساسية للمادة والتي نطلق عليها اسم الشحنة الكهربائية ، وعندنا ظاهرة المغناطيسية والتي تبدو لنا وكأنها تشمل أشياء مثل المغناطيس.

مــفــهــوم أو تــصــور فــكــرة الــحــقــل.


يتبع

مــفــهــوم أو تــصــور فــكــرة الــحــقــل.




قبل أن نبدأ في تقديم فكرة الكهرومغناطيسية ، دعنا نتحدث قليلاً عن فهم وتصور تفاعل القوى هذا بين الشحنات الكهربائية والأقطاب المغناطيسية.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13055325_504421703075926_8917943445581895381_n.jpg ?oh=7b5542b6edca8a12b8b69938a51cec69&oe=585FCB70
عندما قام علماء ذلك الزمن بمحاولة شرح هذا التفاعل بإستخدام قانون نيوتن الثالث للحركة ، قاموا بالوصف كالأتي : الشحنة الموجبة تؤثر بقوة على الشحنة السالبة ، والشحنة السالبة تؤثر بقوة على الشحنة الموجبة ، ويقول لنا قانون نيوتن الثالث للحركة ، مهما تكن القوة التي تؤثر بها الشحنة الموجبة على الشحنة السالبة ، فإن الشحنة السالبة ستؤثر على الشحنة الموجبة بقوة أيضاً ، وستنجذب الشحنتان إلى بعضهما البعض.

هناك مشكلة في هذا الوصف ، مشكلة فلسفية ، ومشكلة رياضية في محاولة شرح تفاعل القوى بهذه الطريقة.

هذا لأنه عندما نقول أن الشحنة الموجبة تؤثر بقوة على الشحنة السالبة ، فإننا نقول أنه ، بطريقةٍ ما ، إستطاعت هذه الشحنة الموجبة الوصول إلى الشحنة السالبة عبر الفضاء والإمساك بها والتأثير عليها.

كيف يحدث هذا ؟
نيوتن أطلق عليها "الفعل عن بعد". ولكن كيف يحدث الفعل عن بعد ؟
كيف يتسنى لجسمٍ هنا أن يؤثر بنفوذه على جسمٍ آخر هناك ؟
وهناك سؤالٌ مزعج ٌ بالذات بخصوص هذا الموضوع ، وهو :
ماذا لوإختفى جسم من هذه الأجسام فجأة ؟
هل سيعلم الجسم الآخر على الفور بإختفاءه ؟
هل سيتوقف على الفور عن الشعور بتأثير قوة الجذب في هذا الإتجاه ، أم لا ؟

والآن دعنا ننظر إلى الصورة الأكبر ولنتخيل أننا نتحدث عن الجاذبية. ماذا لو إختفت الأرض فجأة ، هل سيعلم القمر على الفور أن يتوقف عن الدوران في مداره حولها ، أم لا ؟

كيف وصلت تلك المعلومات إليه على الفور ؟

ولذلك ما حدث هو أن العلماء وجدوا طريقة لشرح ذلك بمفهوم أو تصور فكرة جديدة ، وهي مفهوم أو تصور تجريدي تماماً. إنها فكرة حقل القوى ، أو حقل مجال القوى.
وسوف نقدم تصور حقل القوى هذا أولاً بالنسبة للجاذبية ثم نعود ونشرحه بالنسبة للكهرباء والمغناطيسية.

إن تصور أو مفهوم فكرة حقل القوى هذه تقول الآتي : إن هناك طريقة أكثر تطوراً وعقلانيةً للنظر في مثل هذه المشاكل ، وهذه الطريقة المتطورة تقول : إن الأرض تصنع حولها في الفضاء المحيط بها شيئاً يسمى حقل القوى ، في هذه الحالة ، حقل جاذبية. في كل نقطة محيطة بالأرض في الفضاء القريب منها توجد هذه الكيانات المخفية ، هذه الكيانات لها خواص تجعل أي كتلة توضع فيها تشعر بقوى الجاذبية. وكلما زادت قوى هذا الحقل زادت القوى المؤثرة التي سيشعر بها الجسم. وكلما كبرت كتلة الجسم كبرت القوى التي سيشعر بها الجسم. ويكون إتجاه حقل القوى موجهاً بإتجاه مركز الأرض. إن حقل القوى مثل الأسهم ، ويمكنك تخيل كافة الكرة الأرضية محاطة بهذه الأسهم المخفية موجهةً رؤسها إلى مركز الأرض.

مــاذا ســنــجــنــي مــن هــذه الــصــورة ؟


يتبع

مــاذا ســنــجــنــي مــن هــذه الــصــورة ؟


أولاً من الأشياء التي سنجنيها مثلاً هو شرح للجاذبية الأرضية مستقلة عن أي جسم معين - مثل كرة التنس أو القمر أو الأقمار الصناعية - والتي قد نختار وضعه هناك في مجال الجاذبية الأرضية.
والشيء الثاني الذي سنجنيه هو طريق حول تلك المشكلة الفلسفية الرياضية التي ذكرناها من قبل.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13000178_504421719742591_2671699501586858497_n.jpg ?oh=abb0c78b419d70e63c52772360efce3e&oe=58609D08

إذاً مفهوم حقل القوى أو حقل مجال القوى يصف التفاعل بين جسمين - (تفاعل جذبي في هذه الحالة) - بطريقة مختلفة جداً. هذا التصور يقول ، إن جسماً ذا جاذبية كالأرض يصنع حقل جاذبية في خلال كل الفضاء المحيط به ، وإن الأجسام تتجاوب مع هذا الحقل ، ليس في مكان بعيد عنه ، بل في الفضاء المحيط والقريب منه.
وهو الشيء نفسه بالنسبة للكهرباء والمغناطيسية.

فإذا أخذنا جسماً له شحنة موجبة فإنه سيصنع حقلاً في جميع نقاط الفضاء المحيطة به ، في هذه الحالة حقل كهربائي لأن هذا الجسم مشحون كهربائياً. إنه حقل قوى كهربائي ، ولو وضعنا أي جسم مشحون آخر بالقرب منه ، فإنه سيشعر بهذه القوى والتي تعتمد على مكان موضعه في الحقل الكهربائي.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13062531_504421759742587_5287329703751640303_n.jpg ?oh=8ef17354d53d5488434612d7846f68aa&oe=58A65DA3

بنفس الطريقة ، إذا أردنا التحدث عن المغناطيسية ، نستطيع القول بأن المغناطيس يصنع حقل قوى مغناطيسي في كل نقاط الفضاء الموجودة حوله. ولو شاهدت تجربة وضع مغناطيس في كومة من برادة الحديد ، ستجدها تصطف وتُكَوِّن صورة مرئِيَّة لخطوط حقل القوى المغناطيسي المخفية والإتجاه الذي تشير إليه. ولو وضعنا مغناطيساً آخر بالقرب منه ، فسيشعر بحقل القوى هذا ، وسيتأثر بهذه القوى عليه.

إن تصور مفهوم حقل القوى هو فكرة تجريدية جداً ، ولكننا إستطعنا الذهاب من النقطة التي كنّا نصف فيها أن جسمين يتفاعلان مع بعضهما - جاذبياً ، أو كهربائياً ، أو مغناطيسياً - لأن كل جسم يدفع أو يسحب (يتنافر أو يتجاذب) مع الجسم الآخر أو القول بأن هذا الجسم قام بالوصول إلى الجسم الأخر عبر الفضاء وأمسك به وأثر عليه ، إلى النقطة التي نصف فيها أن كل جسم يصنع هذا الحقل الغامض في الفضاء الذي حوله ، والجسم الآخر يتجاوب ويشعر ويتفاعل مع هذا الحقل. فعلاً فكرة تجريدية جداً. إلا أن فيها حقيقة هائلة. ذلك لأنه بمجرد أن تعترف بوجود حقول القوى هذه ، وتدرس الكهرباء والمغناطيسية أكثر قليلاً ، فإنك ستجد هذه الحقول على سبيل المثال تحوي طاقة. ستجد هذه الحقول تبدو وكأنها تحوي مادتها الخاصة. نحن لا نرى هذه المادَّة ، ولا نستطيع لمسها ، ولكنها موجودة ، وهي في الحقيقة ، تعتبر وكأنها مخازن لطاقة هذه الحقول.


العــلاقــة بــيــن الــكــهــربــاء والمــغــنــاطــيــســة.


يتبع

العــلاقــة بــيــن الــكــهــربــاء والمــغــنــاطــيــســة.






لقد تبين أنه لو قمنا بتحريك شحنة كهربائية ، لو قمنا ببساطة بتحريك شحنة كهربائية في خط مستقيم إلى الأمام ، فإن هذا سيصنع مغناطيسية. وإذا تعمقنا أكثر في الأساس ، سنجد أن هناك علاقة مباشرة بين حقل المجال الكهربائي وحقل المجال المغناطيسي ، ويمكن وصف هذه العلاقة كالتالي :
لو كان عندنا مغناطيسية ، بمعنى أنه لو كان لدينا حقل مجال مغناطيسي ناشئ من مغناطيس مثلاً. إذا غيَّرنا حقل المجال المغناطيسي هذا بأي طريقة ، على سبيل المثال ، عن طريق تحريك المغناطيس بسرعة ، الحقيقة فإن ذلك سيصنع كهرباء ، بمعنى آخر سيصنع حقل مجال كهربائي.



https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13010648_504421753075921_8255692365529317971_n.jpg ?oh=5c5c3ce8501d4805f2a2030c5d70d87b&oe=5893CDA2


النقطة التي نريد توضيحها وفهما جيداً من كل هذا هي ، هناك علاقة حميمة بين الكهرباء والمغناطيسية. وهذه العلاقة هي تغير المغناطيسية يصنع كهرباء. لنكون أكثر دقة بالنسبة لما نقول ، حقل المجال المغناطيسي المتغير يصنع حقل مجال كهربائي.

جــيــمــس كــلــيــرك مــاكــســويــل.

يوجد شئٌ مفقودٌ هنا، هناك شئٌ حقيقيٌ مفقود !

لقد تحدثنا عن الكهرباء ، وتحدثنا عن المغناطيسية ، وتحدثنا عن العلاقة بين الإثنين والتي عرفنا منها أن المغناطيسية تُنتج الكهرباء ، أو لكي نكون أكثر دقة ، المجال المغناطيسي المتغير يصنع مجالاً كهربائياً. ولكن هناك شئٌ مفقود !

في عام ١٨٦٥م ، قام العالم الفيزيائي جيمس كليرك ماكسويل بالتفكير كثيراً في هذا الموضوع.

والآن تذكر أننا تحدثنا في المقال الأول كيف أن الفيزياء والعلوم هي نشاط إنساني وعمل خَلاَّق ، وأن هناك لمسة إنسانية خلفها ، وأن الفيزياء تتأثر بالخصائص الإنسانية ، وأنها ليست خليطاً لا لون له من الذهاب إلى المعمل وإختبار الفرضية ومثل هذا النوع من النشاط. في الواقع ، لقد كان ماكسويل في تلك اللحظة يُظهر الجانب الإنساني الآخر ، الجانب الخَلاَّق المتعلق بالجمال وتقدير الجمال. فقد قال ، هنالك شئٌ مفقود ، لا يوجد تناظر هنا كما كنت أتوقع أن أجده في العالم الطبيعي. نحن نعلم عن الكهرباء ، وعندنا القوانين التي تغطي ذلك. نحن نعلم عن المغناطيسية ، وعندنا القوانين التي تغطي ذلك. نحن نعلم أن التغير المغناطيسي يُنتج كهرباء. لماذا لا يكون التغير الكهربائي بنتج مغناطيسية ؟ وقال ماكسويل ، أعتقد أنه يجب ذلك.
لقد عاش جيمس كليرك ماكسويل من عام ١٨٣١م إلى عام ١٨٧٩م ، وقد كان عالماً إسكتلندياً ، وقد كان عالماً متديناً يؤمن بوجود إله خالق للكون ، فقد قال : لو كان الله قد خَلَقَ الكون ، لكان خَلَقَه بهذه الطريقة ، فإنه سيكون أكثر تناظراً ، أكثر جمالاً. لا يوجد أي شئ تكنولوجي هنا. هذا تقدير للجمال ببساطة وبصفاء. قال ماكسويل : أعتقد أنه يجب أن يكون الوضع كذلك.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/12994507_504421786409251_3944264318828344886_n.jpg ?oh=fca25b658655883c8882d57e4abc939d&oe=5862D918


إقترح ماكسويل وقال "أعتقد أن حقل المجال الكهربائي المتغير سينتج عنه حقل مجال مغناطيسي" ، ثم قام بوضع أربعة قوانين رياضية عن الكهرباء والمغناطيسية معتمداً على ما كان معروفاً من قبل ، وعلى هذه الفكرة الجديدة. وعلى شرفه ولتكريمه ، سميت هذه القوانين معادلات ماكسويل.

وتمثل هذه القوانين أو المعادلات التوليف الثاني للعلوم الذي ذكرناه في هذه المقالات. في هذا التوليف ، أصبحت الكهرباء والمغناطيسية مندمجة في مادةٍ واحدةٍ ، الكهرومغناطيسية. هذا هو التوحيد الكبير الثاني للفيزياء بعد التوحيد الأول الذي تم على يد إسحاق نيوتن.


الــمــوجــات الــكــهــرومــغــنــاطــيــســيــة.



يتبع

الــمــوجــات الــكــهــرومــغــنــاطــيــســيــة.


ذهب ماكسويل بعد ذلك بعيدا للأمام وقال : ما هي العواقب لهذه الحقيقة ؟ ثم جاء ماكسويل بفكرة متألقة وتنبؤ عبقري فقال : أنظر ، فلنفرض أن هناك حقلاً لمجالاً مغناطيسياً متغيراً ، فماذا سَيُنتِج ؟ سوف يُنتِج حقلاً لمجال كهربائي. وهذا المجال الكهربائي سيكون متغيراً أيضاً ، وبالتالي ماذا سَيُنتِج ؟ سوف يُنتِج حقل لمجال مغناطيسي متغير. وماذا سَيُنتِج هذا المجال المغناطيسي المتغير ؟ سوف يُنتِج مجالاً كهربائياً متغيراً ، وهكذا وهكذا.

ثم تصور ماكسويل ، أنه من الممكن أن يتكون بِنَاءً من مجالٍ متغيرٍ يصنع مجالاً متغيراً آخر ذهاباً وإياباً ، بادئاً بأي مجال منهما ، كهربائي أو مغناطيسي لا يهم.

كهربائي متغير ، مغناطيسي متغير ، كهربائي متغير ، مغناطيسي متغير ، كهربائي متغير ، مغناطيسي متغير. وينطلق هذا البِنَاء المستقل ويقفز بنفسه عبر الفضاء. ويكتسب وجوداً مستقلاً بذاته ، ويحمل معه طاقة كهرومغناطيسية ، وينتشر عبر الفضاء كموجة.
ماكسويل تنبأ بوجود الموجات الكهرومغناطيسية ، وقد قام بشئٍ آخر. فقد تنبأ وقام بحساب السرعة التي تتحرك بها هذه الموجات.
لقد إستخدم ماكسويل بعض الأرقام التي توصل إليها العلماء وقتها من التجارب المعملية والتي تَصِف كيف تحدث وتتصرف قوة المجالين الكهربائي والمغناطيسي ، ومدى شدة القوة بين الشحنات الكهربائية مع بعضهما ، وشدة القوة بين المغناطيسات المختلفة. الشئ المهم أن هذه الأرقام ليس لها علاقة بعلم البصريات (دراسة الضوء) مع أشياء أخرى. لقد قام ماكسويل بحساب سرعة موجاته المغناطيسية التي إكتشافها هذه معتمداً على تلك الأرقام فقط ولا شئٌ آخر. وقد حسب هذه السرعة. وتبين أنها السرعة المعروفة للضوء.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13043811_504421829742580_7162944620304309400_n.jpg ?oh=7f21d9cd1a4a77a34a526b369b47079d&oe=589AE951



والآن ، حتى هذه اللحظة ، لم يكن أحد يعلم ما هو الضوء. لقد خمَّن بعض العلماء منذ بداية القرن التاسع عشر على أنه موجات ، وقد إعتقد نيوتن أنه جزيئات. ولكن على زمن ماكسويل كان الجميع يعلم أن الضوء هو موجات ، ولكن لم يكن يعلم أحد أي نوع من الموجات هو.
وفجأة ، يضع ماكسويل نظريته عن الكهرباء والمغناطيسية ، ويتنبأ منها أنه يجب أن يكون هناك موجات من الكهرومغناطيسية ، وهذه الموجات يجب أن تنتشر وتتحرك عبر فراغ الفضاء ، وتحمل معها طاقة ، طاقة كهرومغناطيسية ، و يجب عليها التحرك بسرعة الضوء المعروفة. وفي الحال أصبح من الواضح أن الضوء هو عبارة عن موجات كهرومغناطيسية.

طـــيـــف الــمــوجــات الــكــهــرومــغــنــاطــيــســيــة.


يتبع

طـــيـــف الــمــوجــات الــكــهــرومــغــنــاطــيــســيــة.




بعد ذلك سأل ماكسويل أسئلة أخرى بخصوص الموجات الكهرومغناطيسية.

هل هناك أشكال أخرى غير الضوء ؟ والإجابة كانت نعم ، هناك أشكال أخرى. هناك أشكال أخرى مثل موجات الراديو ، وموجات الراديو القصيرة ، والموجات تحت الحمراء ، والموجات الفوق بنفسجية ، وموجات أشعة إكس ، وموجات أشعة جاما.

هذه كلها موجات كهرومغناطيسية ، هي في الأساس كلها متشابهه. كل ما هو مختلف فيهم هو طول الموجة لكل نوع ، أو بتعبيرٍ آخر ، كم سرعة ذبذباتها أو إهتزازاتها. من موجات الراديو الأبطأ ذبذبةً أو إهتزازاً ، إلى موجات أشعة جاما الأسرع ذبذبةً وإهتزازاً ، كلها تتحرك بنفس السرعة ، إنه فقط مسألة كم هي سرعة تذبذب المجالين الكهربائي والمغناطيسي الظاهرة أمامنا.
الموجات نفسها كلها تتحرك بنفس السرعة ، إنها سرعة الضوء المعروفة ، وهي حوالي ٣٠٠,٠٠٠ كيلومتراً في الثانية ، ومن الآن فصاعداً ، سوف نسميها ونعينها بالحرف الإنجليزي "c"
إذاً ، أثبت ماكسويل وجود الموجات الكهرومغناطيسية. وقام العلماء بعد ذلك بتجارب لإثبات فرضيته أو نفيها.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13007308_504421853075911_5361724930656547489_n.jpg ?oh=7e06705b9f81983fa0ee7c88c2aec62d&oe=5864C7DB


في عام ١٨٨٧م ، نجح العالم الألماني هينريك هيرتز في توليد موجات كهرومغناطيسية في جانبٍ من معمله ، وبواسطة جهاز آخر في الجانب الآخر من المعمل ، إستطاع إستقبال هذه الموجات ، وبصنعه هذه الموجات الكهرومغناطيسية في معمله ، أثبت هرتز أن ماكسويل كان صائباً.

في عام ١٩٠١م ، إستطاع المهندس الكهربائي جوليالمو ماركوني بعث موجات كهرومغناطيسية عبر المحيط الأطلسي للمرة الأولى.
وبذلك أصبح إكتشاف الموجات الكهرومغناطيسية شيئاً عملياً جداً.
واليوم ، الموجات الكهرومغناطيسية تُستخدم في الراديو ، والتلفزيون ، وأجهزة المايكرويف ، وأجهزة الأشعة تحت الحمراء ، والليزر ، وفأرة التحكم بالكومبيوتر ، والتليفونات الخلوية. كل هذه الأجهزة تُوَلِّد وتَستَخدِم الموجات الكهرومغناطيسية.

تُعتبر الموجات الكهرومغناطيسية كلية الوجود ، بمعنى أنها موجودة في كل مكان. والنقطة المهمة لنا هي أن هذه الموجات تنشأ بالضبط بنفس الطريقة. أنت بطريقةٍ ما تجعل مجالاً مغناطيسياً أو كهربائياً يتغير ، وحينما تفعل ذلك ، وبمجرد أن تبدأ هذه العملية ، ستُبَثُ هذه الموجات وتنتشر بعيداً عبر الفضاء ، وستفعل ذلك بسرعة فريدة واحدة. لا يهم أي نوع من الموجات هي ، سواءٌ كانت موجات راديو ، أو تلفزيون ، أو فوق بنفسجية ، أو تحت حمراء ، أو ضوء مرئي ، أو أشعة إكس ، أو أشعة جاما ، ستنطلق هذه الموجات بالسرعة التي أطلقنا عليها الحرف "c" ٣٠٠,٠٠٠ كيلومتراً في الثانية.

أيـــن نــحــن ذاهــبــون بــهــذا ؟

ما نريد منك أن تأخذه من هذا المقال هو الفكرة بأن الموجات الكهرومغناطيسية هي نتيجة أو عاقبة حتمية أساسية لفرع الفيزياء المسمى الكهرومغناطيسية. وأن الموجات الكهرومغناطيسية ، كما تُنُبِئَ بها ونتجت من هذا الفرع من الفيزياء ، تتحرك بسرعة معروفة ، إنها سرعة الضوء. إنه رقم محدد معروف ، إنه ثابت من ثوابت الطبيعة ، إنها السرعة c وقيمتها ٣٠٠,٠٠٠ كيلومتراً في الثانية.

سيتم التكملة في الجزء الرابع.

تـــاريـــخ مــخــتــصــر لــلــفــيــزيــاء.

قبل أن نبدأ الشرح ، دعونا نبدأ مع خلاصة مختصرة لما كنّا عليه قبل الأن. تاريخ مختصر للفيزياء حتى العام ١٩٠٠م. وذلك لأنه عند هذه النقطة ، نحن في المكان المناسب للقفز للنظرية النسبية.

منذ عام ١٦٠٠م إلى عام ١٧٥٠م ، شاهدنا قيام جاليليو ونيوتن وغيرهما بتطوير فهمنا لعلم الميكانيكا ، وهو علم دراسة الحركة. لقد طوَّروا فهماً ميكانيكياً للحقيقة الفيزيائية. لقد إستطاعوا وصف الطريقة التي يعمل بها العالم وشرحها باستخدام قوانين نيوتن للحركة ، وقانون نيوتن للجاذبية ، وقوانين لقوى مختلفة أخرى ، والتنبؤ بحركة الأجسام.

هنا نريد التأكيد على جانبين من رؤية جاليليو ونيوتن للحقيقة والتي تمنحها لنا الفيزياء الكلاسيكية.

الرؤية الأولى هي أن الكون حتمي ، وهذه الرؤية أدت إلى ولادة فكرة الكون الدقيق الذي يتحرك كالساعة.

الرؤية الثانية هي أن مبدأ النسبية متواجد ويُطبق في فيزياء جاليليو ونيوتن. بتعبير آخر ، قوانين الفيزياء الجاليلية أو الفيزياء النيوتونية تعمل لكل شخص في حركة منتظمة ، وهذا هو مبدأ النسبية الجاليلية.
إذاً ، مبدأ النسبية متواجد ويُطبق في هذا الفرع من الفيزياء.
ثم من حوالي العام ١٧٥٠م إلى حوالي عام ١٩٠٠م ، قام ماكسويل وآخرون باكتشاف وتطوير نظرية الكهرومغناطيسية والتي قمنا بتغطيتها بإختصار شديد في مقالنا السابق.

وهذه النظرية أدت إلى فهم جميع الظواهر الكهرومغناطيسية ، والكهرباء ، والمغناطيسية ، والتفاعلات بين الإثنين ، وخاصةً الضوء. وبدأ فهم الضوء على أنه موجة كهرومغناطيسية. وقامت معادلات ماكسويل للكهرومغناطيسية بعمل تنبؤات أكيدة بخصوص وجود تلك الموجات الكهرومغناطيسية ، وخصوصاً التنبؤ بأن تلك الموجات تسير بسرعة معروفة يمكن حسابها ، وهي سرعة الضوء ، البالغة ٣٠٠,٠٠٠ كيلومتر في الثانية.



https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13312727_520415474809882_6547043349857848562_n.jpg ?oh=be4585a8755c5c17930e349aa24a356d&oe=58A7A0F9

جيمس كليرك ماكسويل (١٨٣١م - ١٨٧٩م)


إذاً هذا هو ملخص تاريخي للفيزياء حتى الموقف الذي نقف فيه الأن.

الإطـــار المـــرجــعــي.


يتبع

الإطـــار المـــرجــعــي.



والأن نريد أن نطرح بعض الأسئلة عن هذين الفرعين المختلفين من الفيزياء اللذين ذُكرا في الملخص التاريخي المختصر للفيزياء ، الميكانيكا (أو دراسة الحركة) ، والكهرومغناطيسية (أو دراسة الكهرباء والمغناطيسية بما فيها الضوء).

ولكن قبل أن نبدأ ، نريد الآن تقديم مفهوم جديد. إنه مفهوم يسمى "الإطار المرجعي".
ماذا نعني بالإطار المرجعي ؟
في الحقيقة ، أنت قد تقول ، إنه شئ مثل وجهة نظرك. وفي الفيزياء نقول ، نعم بالفعل إنه شئٌ مثل وجهة نظرك. إنه في الأساس مثل حالة الحركة الخاصة بك ، أو الأشياء التي تشاركك في حالة الحركة الخاصة بك.

على سبيل المثال :

لو أنت هنا على الأرض ، وتقوم بعمل تجربة فيزيائية ، فإن الأرض هي الإطار المرجعي لك.

عندما تقول : أنا أشاهد سيارة تتحرك بسرعة ٥٠ كيلومتراً في الساعة ، فإن الأرض هي الإطار المرجعي لك ، والذي تعنيه هو أن السيارة تتحرك بسرعة ٥٠ كيلومتراً في الساعة بالنسبة للإرض ولكل الأشياء المُثَبَّتَة والعالقة بالأرض.

لو كنت في الطائرة وتتحرك بسرعة ٩٠٠ كيلومتراً في الساعة بالنسبة للأرض ، فإن الطائرة هي الإطار المرجعي لك. ولو قلت أنني سوف أمشي في ممر الطائرة إلى الأمام بسرعة ٢ كيلومتر في الساعة ، فإن ذلك بالنسبة للإطار المرجعي الخاص بك وهي الطائرة وليست الأرض.

لو كنت في سيارة تتحرك بسرعة كبيرة على الطريق السريع ، وأردت أن تقوم بعمل تجربة فيزيائية داخل السيارة ، فإن السيارة هي إطارك المرجعي.

إن إطارك المرجعي في الأساس هو كل شئ يشاركك حالة الحركة الخاصة بك.

إذاً هذه هي فكرة الإطار المرجعي ، وسوف نقوم بإستخدام هذا المفهوم بكثرة في هذا المقال والمقالات القادمة. إنه مفهوم حاسم في النسبية ، وذلك لأن مبدأ النسبية - سواءٌ كانت النسبية الجاليلية أو نسبية أينشتاين - هي في الأساس تتعلق وتدور حول مفهوم الأطر المرجعية.

والآن نستطيع العودة للأسئلة البسيطة التي أردنا أن نسألها في البداية.

دعونا نسأل السؤال التالي : في أي إطار مرجعي تكون قوانين الميكانيكا (أو قوانين الحركة) صالحة ؟

في أي إطار مرجعي تكون - هذه الفيزياء المذكورة في الجزء الأول من ملخص تاريخ الفيزياء - صالحة ؟

نحن بالفعل نعلم مسبقاً الإجابة على هذا السؤال. لقد أجبنا على هذا السؤال من قبل بواسطة مبدأ النسبية الجاليلية. هذا المبدأ يقول إن قوانين الميكانيكا (أو الحركة) هي نفسها لكل المراقبين في حركة منتظمة. وإذا أعدنا صياغة ذلك من ناحية الإطار المرجعي فإننا نقول إن قوانين الميكانيكا هي نفسها وتعمل بطريقة جيدة متساوية في جميع الأطر المرجعية ذات الحركة المنتظمة.

إذاً لو كنت هنا على الأرض ، أو لو كنت على متن الطائرة وتتحرك خلال الهواء الثابت بدون مطبات هوائية وبسرعة منتظمة فإن هذين إطاران مرجعيان صالحان للقيام بالميكانيكا.

لو كنت على الزُهرة تلعب التنس ، أو على هذا الكوكب البعيد في تلك المجرة البعيدة ، ما دامت الحركة منتظمة فإن هذين إطاران مرجعيان صالحان للقيام بالميكانيكا. إذاً في أي إطار مرجعي تعتبر قوانين الميكانيكا صالحة ؟ إنها صالحة في أي إطار مرجعي يتحرك بسرعة منتظمة ثابتة.

https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13339629_520415478143215_3169607153920997861_n.jpg ?oh=f2230f585462aefa824298bf37826ffb&oe=589514BA


ألبرت مايكلسون (١٨٥٢م - ١٩٣١م)


الــســرعـــة "c" بــالــنــســبــة لــمــاذا ؟

يتبع

الــســرعـــة "c" بــالــنــســبــة لــمــاذا ؟



والآن نحن نريد أن نطرح سؤالاً آخر مساوياً في البساطة ،
في أي إطار مرجعي تكون قوانين ماكسويل صالحة ؟
في أي إطار مرجعي تكون قوانين الكهرومغناطيسية صالحة ؟
في أي إطار مرجعي تكون - هذه الفيزياء المذكورة في الجزء الثاني من ملخص تاريخ الفيزياء - صالحة ؟

هل هي صالحة في أي إطار مرجعي يتحرك بسرعة منتظمة ثابتة مثل قوانين الميكانيكا أو قوانين الحركة ؟ هذا كان السؤال الحاسم في تطور تفكير أينشتاين والنسبية. ولكن في الحقيقة هذا ليس السؤال الذي سوف نطرحه. سوف نقوم بطرح سؤال مرادف أو موازٍ له ، ونحن نريد منك أن تفهم بمنتهى الوضوح لماذا هو سؤال مرادف وموازٍ.

سوف نقوم بدلاً من ذلك بسؤال السؤال التالي : في أي إطار مرجعي يتحرك الضوء بالسرعة "c" ؟ هذه السرعة الخاصة الثابتة البالغة ٣٠٠,٠٠٠ كيلومتراً في الثانية.

لماذا يعتبر هذا سؤالاً مرادفاً وموازياً ؟

هذا لأن أحد تنبؤات معادلات ماكسويل تنبأت بأنه يجب أن يكون هناك موجات كهرومغناطيسية والتي نعلم الآن أنها تشمل الضوء ، وأن هذه الموجات يجب أن تتحرك بسرعة الضوء المعروفة بالسرعة c. وفي الإطار المرجعي الذي تكون فيه معادلات ماكسويل صالحة ، فإن هذا التنبؤ سوف يُولد فوراً ويُثبت صحَّته. وفي المقابل ، في الإطار المرجعي الذي تكون فيه معادلات ماكسويل غير صالحة ، سيكون هناك سرعة مختلفة للضوء غير السرعة c.

ولذلك فإن السؤال : في أي إطار مرجعي يتحرك الضوء بالسرعة "c" ؟ هو مرادف وموازٍ منطقياً تماماً للسؤال : في أي إطار مرجعي تكون فيه معادلات ماكسويل صالحة ، أو في أي إطار مرجعي تكون فيه قوانين الكهرومغناطيسية صالحة ؟

في البداية ، إعتقد علماء القرن التاسع عشر خطأً بأن الضوء يسير بالسرعة c بالنسبة لمصدره ، ولذلك إذا كان هناك مصدر للضوء ، كمصباح كهربائي مثلاً ، وهو يشع الضوء في جميع الإتجاهات ، إذاً سوف يتحرك الضوء بسرعته c بالنسبة لمصدره ، وهو المصباح الكهربائي. ولو ركضت بالمصباح الكهربائي بإتجاهك ، فإن الضوء سيتحرك بإتجاهك أسرع من سرعته c ، ولكنه سيظل يتحرك بسرعته c بالنسبة لمصدره. هـــذا لـــيـــس صــحــيــحــاً.

هناك العديد والعديد من التجارب والمراقبة تمت بواسطة علماء القرن التاسع عشر والتي نتجت عنها نتائج صلبة مؤكدة بأن هذا غير صحيح.

إن أفضل وأسهل إثبات جاء من المراقبة الفلكية لأنظمة النجوم الثنائية. فلقد إكتشف علماء الفلك منذ القرن التاسع عشر بأن حوالي نصف عدد النجوم التي يمكن رؤيتها في مجرتنا هي من النجوم الثنائية ، وهي أنظمة تشمل نجمين يدوران حول بعضهما البعض في مدارات ضيقة نسبياً. والعديد من هذه الأنظمة النجمية الثنائية يكون موجهاً بإتجاه معين أمام خط الأفق الخاص بِنَا بحيث يبدو لنا النظام النجمي ظاهراً من جانبه أو حافته.

والأن تخيل نظاماً نجمياً ثنائياً مكوناً من النجم "أ" والنجم "ب" يدوران حول بعضهما ، وتخيل أيضاً أن وضعية النظام بالنسبة للأرض موجهة بحيث يُشاهد هذا النظام من حافته. لاحظ أنه سيكون هناك وقت عندما يكون النجم "أ" أتياً بإتجاهنا أثناء حركته في مداره ، وسيكون هناك وقت عندما يكون النجم "أ" يبتعد عنَّا أثناء حركته في مداره.

هذه النظم النجمية بعيدة جداً عنَّا ، تبلغ مئات إلى آلاف السنوات الضوئية. هذا يعني أن الضوء يستغرق مئات إلى آلاف السنوات ليصل إلينا. إذاً لو كانت سرعة الضوء تعتمد على سرعة المصدر ، فإن الضوء المنبعث من النجم "أ" أثناء قدومه بإتجاهنا في مداره ، على سبيل المثال ، سيصل إلينا أسرع بقليل من الضوء المنبعث من نفس النجم أثناء إبتعاده عنَّا في مداره ، والذي سيصل إلينا متأخراً بقليل. لو كانت هذه هي الحالة ، فإننا سوف نرى صوراً متعددة للنجم في نفس الوقت في اللحظة التي يصل إلينا الضوء القادم من النجم من المواقع المختلفة أثناء تحركه في مداره ، وهذا لأن الضوء سيستغرق مدداً زمنية مختلفة للتحرك عندما كان النجم في أماكن مختلفة في أزمنة مختلفة في مدارة مرةً متجهاً إلينا ومرةً مبتعداً عنَّا.

في الحقيقة عندما ننظر إلى الأنظمة النجمية الثنائية ، فإنه من الواضح جداً جداً أن سرعة الضوء القادم من النجوم ليس له علاقة بسرعة المصدر. نحن نشاهد الضوء قادماً إلينا بسرعته c بغض النظر عن كون المصدر ثابتاً أم متحركاً.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13310470_520415501476546_5410138776436346521_n.jpg ?oh=f1cd91699bd50ebf5b245d6074d2ca52&oe=588EBD6C


إدوارد مورلي (١٨٣٨م - ١٩٢٣م)


عــقــلــيــة عــلــمــاء الــقــرن الــتــاســع عــشــر.



يتبع

عــقــلــيــة عــلــمــاء الــقــرن الــتــاســع عــشــر.



يتبع


أولاً لقد كان فيزيائيو القرن التاسع عشر في غاية السعادة والإثارة بنجاح الفيزياء النيوتونية في شرح كل شئ بطريقة ميكانيكية. ولذلك كانوا مايزالون يحاولون التفكير في الكهرومغناطيسية على أنها علم ميكانيكي ذو طبيعة ميكانيكية. لقد كانوا يحاولون التفكير في موجات الضوء على أنها شئٌ مثل موجات الصوت ، على أنه إضطراب ميكانيكي لوسطٍ ما.

ولذلك فقد أعطى فيزيائيو القرن التاسع عشر إجابة مختلفة للسؤال : في أي إطار مرجعي يتحرك الضوء بالسرعة c ؟

لقد نظروا إلى أنواع أخرى من الموجات والتي يعلمون عنها مسبقاً وسألوا نفس السؤال.

على سبيل المثال نظروا إلى الموجات الصوتية والتي تتحرك خلال الهواء بسرعة ١٢٣٥ كيلومتراً في الساعة تقريباً. تتحرك بالنسبة لماذا ؟ بالنسبة للهواء. وذلك لأن الموجات الصوتية هي إضطرابات للهواء.
نظروا إلى موجات المحيط والتي تتحرك خلال سطح الماء بسرعات مميزة. تتحرك بالنسبة لماذا ؟ بالنسبة للماء. وذلك لأن موجات المحيط هي إضطرابات للماء.

نظروا إلى موجات الزلازل والتي تتحرك خلال الأرض الصلبة بسرعة ١٠ كيلومترات في الثانية تقريباً. تتحرك بالنسبة لماذا ؟ بالنسبة للأرض الصلبة. وذلك لأن موجات الزلازل هي إضطرابات للأرض الصلبة.

إذاً لقد كان من الواضح جداً لديهم أن الموجات الصوتية هي إضطرابات للهواء ، وأن موجات المحيط هي إضطرابات للماء ، وأن موجات الزلازل هي إضطرابات للأرض الصلبة.

ماذا عن الضوء ؟ في الحقيقة لقد أتوا بفكرة وجود وسط إفتراضي ، وسط يكون مثل الهواء أو الماء ، الشئ الذي تتحرك خلاله موجات الضوء. الشئ الذي تعتبر هي (موجات الضوء) إضطرابات له. ولقد أطلقوا عليه إسم الأثير.

الأرض والأثـــيـــر : أزمــــة فـــي الـــفــيـــزيـــاء.

هذا الأثير يجب أن يكون له خواص غير إعتيادية.
أولاً يجب أن يتخلل وينتشر ويَنفَذ إلى كل أنحاء الفضاء ، وذلك لأن موجات الضوء تنتشر عبر كل الفضاء.
ثانياً يجب أن يكون رقيقاً جداً وقليل الكثافة ، وذلك لأن الأرض تسبح في الفضاء في مدارها حول الشمس ولا تشعر بأي سحب أو عائق من الأثير والذي كانت ستشعر به لو كان الأثير عالي الكثافة وغير رقيق. ولذلك يجب أن يكون رقيقاً وقليل الكثافة جداً.
ثالثاً يجب أن يكون شديد الصلابة ، وذلك لسبب أكثر مكراً ودهاء. فقد عرف علماء ذلك العصر أنه إذا أرسلت موجة خلال زنبرك بواسطة ليُّه سريعاً أو ذبذبته ، فستجد أن الموجة تسير بسرعة أكبر إذا تم تقليل إستطالة الزنبرك بحيث يصبح أضيق. بتعبير آخر يكون شديد الصلابة. إذاً الأثير يجب أن يكون غاية في شدة الصلابة لكي يستطيع نشر موجات من خلاله بسرعات كبيرة جداً جداً والتي تصل إلى ٣٠٠,٠٠٠ كيلومتر في الثانية.


هذه الخاصية الآخيرة في الواقع ليست متوافقة جداً مع كون الأثير رقيق جداً ويملأ كل أنحاء الفضاء !! ولذلك فقد كان الأثير مادة غريبة إقترحها علماء القرن التاسع عشر. ولكنها كانت أساسية لهؤلاء الفيزيائيين لإنهم كانوا مغمورين بل غارقين في هذه الرؤية الميكانيكية لفيزياء نيوتن.

والآن لو كنت تقول لنفسك : انتظر لحظة !
هذه مادة سخيفة تنافي العقل والمنطق السليم !!
لماذا فكر العلماء وأخترعوا شيئاً كهذا ؟
لماذا لم يقولوا فقط أن موجات الضوء تسير عبر الفضاء الفارغ ؟


يتبع

والآن لو كنت تقول لنفسك : انتظر لحظة !
هذه مادة سخيفة تنافي العقل والمنطق السليم !!
لماذا فكر العلماء وأخترعوا شيئاً كهذا ؟
لماذا لم يقولوا فقط أن موجات الضوء تسير عبر الفضاء الفارغ ؟




السبب في ذلك هو أنهم لو قالوا ذلك ، فمعنى هذا أنهم قد عادوا للسؤال ، بالنسبة لماذا يسير الضوء بالسرعة c ؟ لأن الفضاء الفارغ ليس بشئٌ ملموس مثل المادة التي تمثل شيئاً ملموساً. فإذا قلنا أن الضوء يسير بسرعة c بالنسب للأثير ، فهذا واضح ماذا نعني بذلك.

ولكن لو قلنا أن الضوء يسير بسرعة c بالنسبة للفضاء الفارغ ، فهذا ليس واضحاً ماذا نعني بذلك ، وسوف نطرح على أنفسنا سؤالاً فلسفياً خطيراً عن الأفكار الأساسية للفيزياء.

ولذلك أجاب علماء القرن التاسع عشر عن السؤال ، بالنسبة لماذا يسير الضوء بالسرعة c ؟ الإجابة ، يسير الضوء بالسرعة c بالنسبة لهذه المادة الإفتراضية ، الأثير.

والآن ، نحن في مشكلة كبيرة !! هناك مشكلة فلسفية ستظهر فوراً إذا قبلنا بفكرة الأثير هذه !! وسوف تظهر على شكل إنشطار أو تفرع ثنائي في الفيزياء والتي كنّا نقوم بشرحها ووصفها حتى الآن.
لقد تحدثنا عن دراسة علم الميكانيكا (دراسة علم الحركة). وكيف في دراسة الميكانيكا يتواجد مبدأ النسبية ويُطبَّق. وأن قوانين الميكانيكا أو قوانين الحركة هي نفسها لأي شخص في حركة منتظمة. وأنه لا يوجد إطار مرجعي واحد خاص فقط تكون فيه قوانين الميكانيكا صالحة. إذاً مبدأ النسبية متواجد ويُطبَّق.

ولكننا الآن إذا سألنا نفس السؤال للكهرومغناطيسية ، وقلنا في أي إطار مرجعي يتحرك الضوء بالسرعة c ؟ ولقد ناقشنا من قبل أن هذا السؤال هو مرادف وموازي للسؤال في أي إطار مرجعي تكون قوانين ماكسويل (أو قوانين الكهرومغناطيسية) صالحة ؟ فالإجابة هي : أنها صالحة في هذا الإطار المرجعي الخاص الوحيد ، وهو إطار مرجعي ثابت غير متحرك بالنسبة للأثير. ولذلك أصبح عندنا إنقسام في الفيزياء ، فرع من الفيزياء يطيع مبدأ النسبية ، والفرع الآخر لا يطيع مبدأ النسبية.
وهذا شيئٌ غير مرض فلسفياً ونفسياً ، ولكنه كان أساسياً لعلماء القرن التاسع عشر.

والآن ، تذكر معنا في المقال الأول عندما جعلناك تلعب التنس على متن سفينة كبيرة في البحر ، وفي قاعدة على سطح الزُهرة ، وفي كوكبٍ بعيد في مجرةٍ بعيدة ، وأنت لم تقابلك مشاكل في ذلك. قد يكون موضوع تسخين كوب الشاي داخل المايكرويف غامضاً أو مبهماً قليلاً بالنسبة إليك. ولكن السبب الذي جعلنا نطلب منك ذلك أن هذا يتضمن الكهرومغناطيسية. وإذا كنت عالماً تؤمن بوضع أو حالة هذين الفرعين من الفيزياء في نهاية القرن التاسع عشر ، كنت ستقول لنا : نعم أستطيع لعب التنس على متن سفينة كبيرة في البحر ، وفي قاعدة على سطح الزُهرة ، وفي كوكبٍ بعيد في مجرةٍ بعيدة ، لأن مبدأ النسبية صالح ويُطبَّق على قوانين الميكانيكا (أو قوانين الحركة). ولكنك كنت ستقول لنا : كلا إن فرن المايكرويف لن يعمل أبداً لأن مبدأ النسبية غير صالح ولا يُطبَّق على قوانين الكهرومغناطسية (أو معادلات ماكسويل).

هذا هو الوضع في نهاية القرن التاسع عشر ، عندنا هذا الإنقسام في الفيزياء. إعتقد الفيزيائيون أن قوانين الكهرومغناطيسية كانت صالحة وتُطبَّق في إطار مرجعي خاص واحد فقط ، وهو إطار مرجعي ثابت غير متحرك بالنسبة للأثير. إذاً الجملة : "أنا أتحرك" لها معنى في الكهرومغناطيسية. أنا أتحرك تعني أنا أتحرك بالنسبة للأثير ، في المقابل "أنا أتحرك" ليس لها معنى في الميكانيكا. هذا يعني أيضاً أنه ينبغي علينا أن نكون قادرين على القيام بتجربة فيزيائية تتضمن الكهرومغناطيسية تستطيع إخبارنا إذا كنّا نتحرك أم لا.

تــجــربــة مــايــكــلــســون ومـــورلـــي.


يتبع

تــجــربــة مــايــكــلــســون ومـــورلـــي.




نظراً لدوران الأرض حول الشمس في مدارها ، لابد أن تكون الأرض تتحرك بالنسبة للأثير ، وإذا كانت الأرض تتحرك بالنسبة للأثير ، إذاً لابد من وجود رياح من الأثير تهب عبر الأرض مثل الرياح التي تضرب يدك لو أخرجتها من شباك السيارة وهي متحركة ، حتى لو كان الهواء خارج السيارة ساكناً.

إنها الرياح المُثارة الظاهرة التي تسببت فيها حركتك بالسيارة خلال الهواء. وبالمثل ، فإن حركة الأرض خلال الأثير سوف تثير رياح الأثير والتي ستهب عبر الأرض.

إنه من المفروض ومن المتوقع أننا نستطيع تحديد سرعة وإتجاه هذه الرياح الأثيرية بواسطة تجربة ، لماذا ؟ لأنه عندنا فرع من فروع الفيزياء صالح فقط في إطار مرجعي خاص واحد فقط ، وهو إطار مرجعي ثابت غير متحرك بالنسبة للأثير ، وسيعطينا أجوبة مختلفة في إطار مرجعي مختلف آخر. وخاصة سيعطينا أجوبة مختلفة تعتمد على كيفية تحركنا بالنسبة للأثير. إنها من المفروض أن تكون تجربة غاية في الحساسية لأنها ستتضمن أسئلة متعلقة بسرعة الأرض بالنسبة لسرعة الضوء ، ونحن لا نستطيع الإجابة على هذا السؤال بواسطة الميكانيكا ، وذلك لأنه في الميكانيكا هناك مبدأ النسبية وأن جميع الأطر المرجعية التي تتحرك بإنتظام هي متكافئة. ولكننا نستطيع الإجابة على هذا السؤال بواسطة الكهرومغناطيسية ، وذلك لأننا عندنا هذا الإنقسام في الفيزياء بين الميكانيكا والكهرومغناطيسية ، وفي نهاية القرن التاسع عشر إعتقد العلماء أن مبادئ الكهرومغناطيسية صالحة فقط في إطار مرجعي خاص واحد ، وهو إطار الأثير المرجعي.

والآن تذكر أن تفكر مثل عقلية علماء القرن التاسع عشر.
إذا فرضنا وجود موجات صوتية تتحرك بسرعة معينة بالنسبة للهواء ، ولتبسيط الحسابات ، لتكن ١٠٠٠ كيلومتر في الساعة.
لوكان الهواء ثابتاً أو غير متحركاً بالنسبة للأرض ، فإن الموجات الصوتية ستتحرك بالنسبة للأرض وبالنسبة لك - إذا كنت واقفاً ثابتاً على الأرض - بسرعة ١٠٠٠ كيلومتر في الساعة.

لو كانت هناك رياحاً تتحرك بسرعة ٥٠ كيلومتراً في الساعة مثلاً في نفس الإتجاه الذي تتحرك فيه الموجات الصوتية. بعبارة أخرى ، بإتجاهك ، فإن الموجات الصوتية ستتحرك بالنسبة للأرض وبالنسبة لك - إذا كنت واقفاً ثابتاً على الأرض - بسرعة ١٠٥٠ كيلومتراً في الساعة.

لو كانت هناك رياحاً تتحرك بسرعة ٥٠ كيلومتراً في الساعة مثلاً في الإتجاه المعاكس للإتجاه الذي تتحرك فيه الموجات الصوتية. بعبارة أخرى ، بعيداً عنك ، فإن الموجات الصوتية ستتحرك بالنسبة للأرض وبالنسبة لك - إذا كنت واقفاً ثابتاً على الأرض - بسرعة ٩٥٠ كيلومتراً في الساعة.

بالمناسبة ، قد تتكهن عن ما قد يحدث لو أن سرعة الرياح كانت مساوية بالضبط لسرعة الصوت ، في هذه الحالة فإن تلك الموجات الصوتية لن تصل إليك أبداً لو كانت الرياح تهب بعيداً عنك. ولكنها ستصل إليك بسرعة ٢٠٠٠ كيلومتراً في الساعة في حالة أن الرياح تهب في إتجاهك.

ماذا عن الضوء ؟

والأن إذا فرضنا وجود موجات ضوئية تسير بسرعة ثابتة معينة بالنسبة للأثير وهي السرعة c وهي ٣٠٠,٠٠٠ كيلومتر في الثانية.
لو كان الأثير ثابتاً أو غير متحركاً بالنسبة للأرض ، فإن الموجات الضوئية ستتحرك بالنسبة للأرض وبالنسبة لك - إذا كنت واقفاً ثابتاً على الأرض - بسرعة ٣٠٠,٠٠٠ كيلومتر في الثانية.

لو كانت الأرض تتحرك عبر الأثير ، إذاً سيكون هناك رياح أثيرية تهب في الإتجاه المعاكس بسرعة ٣٠ كيلومتراً في الثانية ، وهي سرعة الأرض في مدارها حول الشمس ، إذاً في هذه الحالة فإن الموجات الضوئية ستتحرك بالنسبة للأرض وبالنسبة لك - في حالة إنبعاثها بإتجاه هبوب رياح الأثير - بسرعة ٣٠٠,٠٣٠ كيلومتراً في الثانية.
وأن الموجات الضوئية ستتحرك بالنسبة للأرض وبالنسبة لك - في حالة إنبعاثها عكس إتجاه هبوب رياح الأثير - بسرعة ٢٩٩,٩٧٠ كيلومتراً في الثانية.

التــجــربــة الــفــاشــلــة الأكــثــر شــهــرة فــي الــتــاريــخ.



https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13335856_520415538143209_6241794946041584445_n.jpg ?oh=2bec372dcf8103a83c0e126f6f9e7919&oe=588E26BD


صورة حقيقية لجهاز مايكلسون ومورلي.

على الأقل هذه كانت الفكرة الأساسية وقد حاولوا إثباتها عملياً. وأن تجربة مايكلسون ومورلي تم إنشاؤها لإثبات هذا فقط.

والآن سوف نقوم بشرح واحدة من أشهر وأهم التجارب في كل الفيزياء ، تجربة مايكلسون ومورلي.

في عام ١٨٨٧م ، قام العالمان ألبرت مايكلسون و إدوارد مورلي ببناء جهاز حساس بما يكفي للكشف والشعور بالفرق بين سرعة الضوء - لو كانت موجودة - لإثبات مرة واحدة أخيرة وإلى الأبد وجود الأثير ولإيجاد الإجابة على السؤال : بالنسبة لماذا يتحرك الضوء بالسرعة c ؟

يتألف الجهاز تخطيطياً من عدة أجزاء. هناك مصدر للضوء. وهناك مرآتان عموديتان على بعضهما البعض. وهناك جهاز يسمى قاسم الأشعة أو قاسم الضوء ، وهو عبارة عن قطعة من الزجاج مطلية بطبقة خفيفة من الفضة بحيث لا تجعلها مرآة جيدة ، فكر فيها وكأنها مرآة تجعل نصف الضوء الذي يصل إليها يمر وتجعل النصف الأخر ينعكس. وأخيراً يحتوي الجهاز على منظار كاشف للضوء.

عندما يكون مصدر الضوء مفتوحاً سيتم إرسال شعاع من الضوء إلى نصف المرآة الفضية (قاسم الأشعة). نصف الشُعَاع سيمر من خلالها وسيصل للمرآة الأولى ، والنصف الأخر سينعكس عنها ويصل للمرآة الأخرى.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13335815_520415558143207_8691442539817332371_n.jpg ?oh=004f6b136710d33ff9e3449614ff1466&oe=589B3125


رسم تخطيطي توضيحي لجهاز مايكلسون ومورلي.

إذاً ما حققناه هنا أننا أنشأنا في الأساس ذراعين عمودين على بعضهما في آخرهما مرآتان ، مع قاسم للأشعة في المنتصف ومصدر للضوء في أحد الجوانب ومنظار كاشف للضوء في الجانب الأخر.
الفكرة المهمة جداً هنا هي أن شعاع الضوء الأصلي ترك المصدر ، وتحرك الشُعَاع ووصل إلى نصف المرآة الفضية (أو قاسم الأشعة) ، وإنقسم الشُعَاع إلى قسمين ذهبا إلى إتجاهين متعامدين ، وكل شعاع وصل إلى المرآتين وإنعكس عنهما ، وعاد الشعاعان إلى نصف المرآة الفضية (أو قاسم الأشعة) ، وإندمج الشعاعان مع بعضهما ليصبحا نفس الشُعَاع ، ثم وصل الشُعَاع المجمع إلى المنظار الكاشف للضوء.


يتبع
.

والأن لو أن شعاعاً من الإثنين حدث وأن كان يسير بإتجاه رياح الأثير (أو بإتجاه معاكس لرياح الأثير) ، فإنه سيكون أسرع (أو أبطأ) من السرعة c.



https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13344588_520415574809872_6958484639930094171_n.jpg ?oh=792376dce8acb739464b542eb5a0cffb&oe=5861E15A


رسم تخطيطي توضيحي لجهاز مايكلسون ومورلي.


وسنستطيع كشف ذلك. لأننا إذا أخذنا مثالاً واحداً لحالة واحدة على سبيل المثال ، عندما يتم إعادة دمج الشعاعين مرةً أخرى في المنظار كاشف الضوء ، فإن الضوء الذي كان يتحرك مع إتجاه رياح الأثير سيكون أسرع من السرعة c ، وسيصل للمنظار كاشف الضوء أولاً ، وسوف يتداخل مع الشُعَاع الثاني - الذي كان لا يتحرك مع إتجاه رياح الأثير - وبالتالي يتحرك بسرعة أبطأ من السرعة c ، والذي سيصل للمنظار كاشف الضوء متأخراً.

والعكس صحيح أيضاً. إذاً في الحالتين ، سيحدث نمط للتداخل ، بنَّاءً أو هدَّامَاً ، ويعتمد على أي شعاع منهما سيدخل المنظار كاشف الضوء أولاً. هذا سيحدث لأن الشعاعين أصبحا خارج المسار بسبب الفرق في سرعة الضوء.

لقد تم القيام بتجربة مايكلسون ومورلي في خلال ربيع وصيف عام ١٨٨٧م بواسطة العالمان ألبرت مايكلسون و إدوارد مورلي ، وقد تم نشر النتائج في صيف نفس العام.

لقد قامت التجربة بمقارنة سرعة الضوء في إتجاهات عموديه متعددة ، فلقد قامت بمقارنة سرعة الضوء في إتجاه حركة الأرض ، وقامت بمقارنة سرعة الضوء في إتجاه عمودي على إتجاه حركة الأرض ، وقامت بمقارنة سرعة الضوء في إتجاه معاكس لإتجاه حركة الأرض.

كل هذه المحاولات تمت لسبب واحد فقط ، وهو محاولة الكشف عن فرق بسيط في قيمة سرعة الضوء في الإتجاهات المختلفة لإثبات وجود الأثير.

النتائج كانت مخيبة للآمال ، لأنهم لم يجدوا أي دليل على الإطلاق للفكرة المنحازة عن الحركة النسبية والتي كانوا يبحثون عنها والنزعة والرغبة الشديدة الكامنة بداخلهم لإكتشافها. بغض النظر عن أي طريق سلكه شعاع الضوء أثناء التجربة ، فإن الضوء على ما يبدوا كان يتحرك بنفس السرعة بالضبط. وقد تم نشر هذه النتائج في صيف عام ١٨٨٧م.

النتائج كلها كانت سلبية. لا يوجد قيم مختلفة لسرعة الضوء ، وهذا يعني أنه لا يوجد أثير.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13339590_520415624809867_5174760675038111317_n.jpg ?oh=b4d5b81846872f10b04f31cf6c6f01c1&oe=589C1C01


نمط خطوط تداخل الضوء كالذي نتج عن تجربة مايكلسون ومورلي بإستخدام الضوء الأبيض. وكما تم تكوينها هنا يلاحظ عدم وجود أي تغير في نمط التداخل من جرَّاء أي تداخل هدَّام أو بنَّاء.

بعد كل هذا التفكير والإستعداد والتجهيز ، أصبحت التجربة تُعرف بأنها أشهر التجارب فشلاً في التاريخ. فبدلاً من أن تثبت وجود الأثير وتقدم رؤية عن خصائصه ، فقد ذكر مقال مايكلسون ومورلي في المجلة الامريكية للعلوم (American Journal of Science) "بأن جميع القياسات كانت سلبية".

سيتطلب الأمر حوالي ٢٠ عاماً أخريات (بالإضافة للعمل الذي قام به ألبرت أينشتاين) لكي يهجر ويتخلص العلماء من العقبات المفاهيمية الخاصة بنموذج الأثير العقيم كلياً وتبني النموذج الحالي والذي يقول أن الضوء يملك خاصية ثنائية ، موجية وجزيئية ، ويتحرك بسرعة ثابتة عبر الفضاء الفارغ بالنسبة للا شئ !!

لقد نال مايكلسون جائزة نوبل في عام ١٩٠٧م ، ليصبح أول أمريكي ينال جائزة نوبل في الفيزياء. ولكن مورلي لم يحصل على الجائزة لأنه كانت لديه أفكار ثانية وشكوك حول التجربة ، وقد فكر في أنه يستطيع بناء جهازاً أفضل وأكثر حساسيةً من الأول يستطيع الكشف عن الفرق في سرعة الضوء وبالتالي إثبات وجود الأثير.

هذا يعطيك فكرة جيدة عن مدى تعمق جذور الفيزياء النيوتونية في قواعد الفيزياء والفكر العام في ذلك الوقت في بداية القرن العشرين !!
وإستمرت التجارب بلا هوادة ، في عام ١٩٢١م ، ١٩٢٣م ، ١٩٢٤م ، ١٩٢٥م ، ١٩٢٦م ، ١٩٢٧م ، ١٩٢٩م ، ١٩٣٠م !!

وفي كل تجربة منفردة من هذه التجارب كانت النتائج متساوية كما هي ، لا يوجد فرق في سرعة الضوء ، وبالتالي لا يوجد أثير.

وكان هذا بعد أن نشر ألبرت أينشتاين نظريته عن النسبية الخاصة سنة ١٩٠٥م.

سيتم التكملة في الجزء الخامس

بـــعـــد الــعــاصــفــة.

إنه الآن العام ١٩٠٥م ، والفيزيائيون محتارون جداً ، ولعقود طويلة ، من النتيجة الفارغة لتجربة مايكلسون ومورلي.
لماذا لم يكن هناك تغير في نمط خطوط تداخل الضوء ؟
لماذا لم يستطيعوا إكتشاف حركة الأرض بالنسبة للأثير ؟
الفيزيائيون مترددون بل ممانعون ونافرون وكارهون وغير مستعدين للتخلي عن فكرة الأثير هذه.
وذلك لأسباب ستكون واضحة جداً بعد قليل.
قد تعتقد بأنك تستطيع ترك الفكرة والتخلي عنها ، ولكن إنتظر قليلاً.

ألـــبـــرت أيــنــشــتــايــن.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13445233_527089180809178_932365278392883958_n.jpg? oh=327db30fd6038b5b8cda5e36c1dae9fd&oe=589085FF


ألبرت أينشتاين في عام ١٨٨٢م (في عمر ٣ سنوات).

دعونا نبدأ هنا بالقليل من اللمسات التاريخية عن أينشتاين والعام ١٩٠٥م ، وكيف كان يبدو.

إن الواحد يسمع الكثير عن أينشتاين. فالواحد يسمع ، على سبيل المثال ، أنه كان في واقع الأمر مملاً في طفولته. هذا غير صحيح.

ولكنه ، في المدرسة ، كان ثورياً. إنه ببساطة لم يستطع التأقلم مع النظام الصارم للمدارس الألمانية في ذلك العصر. لقد أراد إن يدرس ويعمل من تلقاء نفسه وبإرادته ، وقد قاده ذلك إلى العديد من المشاكل طوال فترة حياته المهنية الأكاديمية. إذاً أينشتاين كان ثورياً ولكنه لم يكن مملاً. ولقد لوحظ ذكاؤه مع أنه لم يعمل جيداً ويحصل على درجات عالية في جميع المواد الدراسية. على وجه الخصوص لم يعمل جيداً في بعض مواد الرياضيات. وقد حزن كثيراً أحد أساتذته ، ويدعى هيرمان مينكوفسكي ، من جراء ذلك. ومع ذلك ، أصبح مينكوفسكي بعد ذلك مترجماً وشارحاً أساسياً للنسبية ومصطلحاتها الرياضية.


هناك أيضاً إشاعة مشهورة بأن أينشتاين تحدث متأخراً في العمر. وهذا في الغالب صحيح جداً. لقد قال أينشتاين بنفسه إنه لم يتحدث إلا بعد أن تم ٣ سنوات. وربما تحدثه متأخراً له علاقة بنوعية العقل الذي يستطيع تصور الأفكار التجريدية بسهولة بالمقارنة بعقولنا.
لقد كان أينشتاين شخصاً مثيراً للإهتمام ، على الرغم من أنه نشر ورقته عن النسبية الخاصة سنة ١٩٠٥م وكتبها في غضون ستة أسابيع فقط ، بعد ما حصل على مفتاح الفكرة الرئيسية ، فقد كان يفكر في هذه المشكلة منذ أعوام وأعوام طويلة ، منذ عشر سنوات في الحقيقة ، عندما كان في السادسة عشرة من العمر.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13434735_527089187475844_6851853202807511594_n.jpg ?oh=3d4e17e7ec6afdc9d57be944cc3592d6&oe=58A68E86


ألبرت أينشتاين في عام ١٨٩٣م (في عمر ١٤ سنة).



يتبع

في هذا العمر المبكر سأل أينشتاين نفسه السؤال التالي : "كيف سيبدو شكل موجة الضوء إذا ركضت بجانبها بسرعة الضوء ؟" في الواقع هذا سؤال مثير للإهتمام فعلاً. وقد يكون بعضكم تسائل نفس السؤال. ولكن لماذا هذا سؤالٌ مثيرٌ للإهتمام ؟ إنه سؤال مثير للإهتمام بشكل خاص لأنه إذا كنت تؤمن بنظرية ماكسويل للكهرومغناطيسية فأنت تعلم أن هذه النظرية تتنبأ بوجود الموجات الكهرومغناطيسية والتي تشمل موجات الضوء ، وأن موجات الضوء تتحرك بالسرعة c. ولكن بما أنك تؤمن أيضاً بنموذج الأثير ، فإنك ببساطة ستقول : "أنا في هذه الحالة لست موجوداً في إطار الأثير المرجعي ، ولذلك أنا لا أتوقع أن تكون معادلات ماكسويل صحيحة. أنا لا أعتقد بأن قوانين الكهرومغناطيسية ستعمل في هذا الإطار المرجعي. إذاً لو ركضت بجانب موجة ضوئية بسرعة الضوء ، فسوف أشاهد هيكل أو بنية تشبه الموجة الضوئية - حقل مجال مغناطيسي وكهربائي متعامدان على بعضهما في تكوين معين لموجة الضوء - ولكنها لا تتحرك بالنسبة إليَّ.

لقد إحتار أينشتاين من هذا وقد كان قلقاً بشأن هذا السؤال ، "كيف سيكون شكل الضوء لو ركضت بجانبه بسرعة الضوء ؟"
شيئٌ آخر حير أينشتاين وأقلقه أتى من الحلاقة !!
تخيل أينشتاين نفسه جالساً هناك ينظر إلى مرآة صغيرة للحلاقة وتسائل ، "ماذا لو بدأت أركض ممسكاً بيدي مرآة صغيرة للحلاقة أمامي ؟


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13509079_527089204142509_4948444106697757412_n.jpg ?oh=055026c1b624b8e63a20001c54a1503c&oe=58AC2D5A


ألبرت أينشتاين في عام ١٨٩٥م (في عمر ١٦ سنة).

المشي العادي. مع الإستمرا في الحلاقة. لا توجد مشكلة.
البدء في الركض. مع الإستمرا في الحلاقة. لا توجد مشكلة.
الركض بسرعة كبيرة. مع الإستمرا في الحلاقة. لا توجد مشكلة.
ماذا لو ركضت بسرعة الضوء ؟ ماذا سيحدث ؟ إن الضوء المنبعث من وجهي لن يستطيع أن يلحق بالمرآة ، وذلك لأن المرآة تسير مبتعدة عني بسرعة الضوء. ولذلك عندما أصل إلى سرعة الضوء ، فإن الضوء المنبعث من وجهي - والذي كان من المفروض أن ينعكس من المرآة - لن يصل إلى المرآة أبداً. وستعتم المرآة فجأة ، ولن أستطيع أن أرى وجهي.

هذه هي بعض الأشياء التي تأملها أينشتاين بعمق شديد قبل عام ١٩٠٥م.

١٩٠٥م ، ســنــة المــعــجــزات لأيــنــشــتــايــن.




https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13445557_527089214142508_4956457685381924788_n.jpg ?oh=f6d805545ad664e34981b77a87a72574&oe=585FB4A5



عندما وصل لعام ١٩٠٥م ، كان أينشتاين ما يزال رجلاً شاباً ، وأصبح أباً شاباً أيضاً. لقد كان في السادسة والعشرين من العمر ، أي أربع سنوات بعد سن التخرج من الكلية. ولقد كان يعمل في وظيفة كاتب براءات الإختراع بمكتب براءات الإختراع السويسري. وفي الحقيقة لقد إستمتع أينشتاين بهذه الوظيفة جداً ، وذلك لأنه كان يعمل مع الأجهزة التكنولوجية والإختراعات ، وقد كان ذلك في غاية الإثارة بالنسبة إليه. بالإضافة إلى ذلك فقد كان عنده الكثير من الوقت الإضافي للعمل على أفكاره الخاصة في الفيزياء بما فيها النظرية النسبية.

ولكن لماذا أصبح كاتب براءات إختراع بدلاً من أن يكون أستاذاً جامعياً في الفيزياء ؟

السبب - صدق أو لا تصدق - هو أنه الوحيد من زملاءه من دفعته في كلية الدراسات العليا الذي لم يُوصى به لدرجة الأستاذية عند تخرجه !! لقد واجه صعوبات جمة ليجد لنفسه وظيفة أو منصباً أكاديمياً !!
ونقولها مرةً أخرى ، ليس لأنه كان قليل الذكاء ، بل لأنه كان يمشي على إيقاعه الخاص. لأنه كان ثورياً. لأنه كان يصعب العمل معه ضمن الإطار المؤسسي الجامعي. ببساطة هو لم يتم التوصية عليه من أي أحد ليصبح أستاذاً جامعياً. ولقد مرت فترة قبل أن يحقق درجة الأستاذية. وبمجرد أن إشتهرت نظريته عن النسبية وترسخت ، لم تصبح لديه أية مشاكل في ذلك.

إن العام ١٩٠٥ هو فعلاً عام المعجزات لأينشتاين ، فلقد كتب ونشر خمس أوراق علمية أو أبحاث علمية ، أربع أوراق أو أبحاث هامة جداً ، ثلاث منها كان لها تأثير هام وقوي في تطور الفيزياء في المستقبل. واحدة منهم ، وهي التي سوف نتحدث عنها في هذه المقالة ، هي الورقة التي قدم فيها للعالم نظرية النسبية الخاصة.

الورقة الهامة الثانية كانت عن موضوع الحركة البراونيه ، وهي تصرف الجزيئات الصغيرة جداً - (مثل فتات التراب الصغير أو البكتيريا الصغيرة أو حبيبات اللقاح) - والتي قد تشاهدها من خلال المجهر (الميكروسكوب) وهي تتحرك وتصطدم عشوائياً بسبب الحركة الإهتزازية للجزيئات المخفية التي تكون محلولاً سائلاً مثل الماء على سبيل المثال. وهذه هي الورقة التي أقنعت المتبقين القلائل المشككين في حقيقية وجود الذرات ، ذلك لأنه في عام ١٩٠٥م كان مايزال هناك بعض المشككين القلائل والذين كانوا لا يعتقدون بأن الذرات موجودة أي لا يؤمنون بحقيقة الذرات.

الورقة الهامة الثالثة كانت عن تفسيره لنتائج تجربة ما كانت تُعرف بظاهرة التأثير الكهروضوئي أو بالإنجليزية (The Photoelectric Effect). لقد أعطى تفسيراً يتماشى مع فكرة ميكانيكا الكم أو الفيزياء الكمية الجديدة ، والتي كانت ما تزال في مهدها في ذلك الوقت. ويعتبر أينشتاين ثاني شخص يقدم فكرة الكم للعالم بعد تقديم ماكس بلانك لها لأول مرة سنة ١٩٠٠م. ولكنه كان الأول الذي يطبقها على طبيعة الضوء.

وهذه الورقة الثالثة عن تفسيره لظاهرة التأثير الكهروضوئي ، هي التي أكسبته جائزة نوبل في الفيزياء سنة ١٩٢١م.

وفي آخر سنة ١٩٠٥م ، سنة المعجزات هذه ، نشر أينشتاين ورقته العلمية التي شرح وقدم فيها للعالم بذور الفكرة التي كانت وراء أشهر معادلة في الفيزياء "الطاقة = الكتلة x مربع سرعة الضوء" أو "E = mc2".

عــن الــديــنــامــيــكــا الــكــهــربــائــيــة للأجـــســـام الــمــتــحــركــة.


يتبع

عــن الــديــنــامــيــكــا الــكــهــربــائــيــة للأجـــســـام الــمــتــحــركــة.




إذاً ، ماذا قال أينشتاين عن موضوعاتنا عن مشكلة الأثير ؟ لقد نشر ورقة علمية ، ولم يكن يُطلق عليها عنوان النظرية النسبية الخاصة ، بل أطلق أينشتاين عليها عنوان "عن الديناميكا الكهربائية للأجسام المتحركة". ونحن نريد التأكيد على هذا العنوان ، وذلك لأننا ناقشنا وقلنا من قبل عندما قدمنا لكم موضوع الكهرومغناطسية في المقال الثالث ، إن الكهرومغناطيسية كانت حاسمة في فهم تطور النظرية النسبية.

هذا الآن واضحٌ جداً من قراءة هذا العنوان فقط "عن الديناميكا الكهربائية للأجسام المتحركة."

النسبية فعلاً هي ثمرة نمت من الكهرومغناطسية. وأنت الآن تعلم لماذا. هذا لأن الكهرومغناطيسية أثارت التساؤلات حول سرعة الضوء ، بالنسبة لماذا يسير الضوء بالسرعة "c" ؟
في أي إطار مرجعي تكون قوانين الكهرومغناطيسية صالحة وتعمل ؟
هذه الأسئلة تمت الإجابة عليها للميكانيكا ، لعلم دراسة الحركة.



https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13442260_527089237475839_3563222905255508605_n.jpg ?oh=f46f4745287326c670f0eb0341da8e62&oe=58975A8E


ألبرت أينشتاين في مكتبه في جامعة برلين عام ١٩٢٠م (في عمر ٤١ سنة).

والآن أصبحت هذه الأسئلة ترجونا وتتوسل إلينا للإجابة عليها بالنسبة للكهرومغناطيسية. وبدأنا نبحث عن هذه الإجابة. وتوصلنا إلى بعض المنطق الذي وجهنا وأخبرنا بأن الإجابة في الغالب يجب أن تكون : أن هناك حركة ما بالنسبة للأثير. ثم أجرينا تجربة مايكلسون ومورلي ووجدنا أنه لا توجد إجابة على السؤال.

أيــنــشــتــايــن يــأتــي للإنـــقـــاذ والــنــجــدة.

نحن مازلنا مع هذا السؤال ، في أي إطار مرجعي تكون قوانين الكهرومغناطيسية صالحة ؟ وورقة أينشتاين العلمية ، والتي هي ثمرة الكهرومغناطسية التي نمت منها ، والتي سُميت "عن الديناميكا الكهربائية للأجسام المتحركة" عندها الإجابة.

أينشتاين الذي فكر كيف يجب أن يكون عليه العالم وقال : "أعتقد أن العالم يجب أن يكون بسيطاً ، أعتقد أن العالم يجب أن يتصرف بهذه الطريقة" ، أينشتاين قد لا يكون فكر حتى في تجربة مايكلسون ومورلي. أينشتاين قد يكون فكر ، بدلاً من ذلك ، أن العالم يجب أن يكون بهذه الطريقة. عالمٌ أكثر بساطة من العالم الذي نراه. وهذه هي النظرية التي تصف ذلك.

إذاً ماذا فعل أينشتاين ؟ في الواقع ، في الأساس وبمنتهى البساطة ، أعلن أن الأثير هو من نسج الخيال ، غير حقيقي ، لا أثير بعد الآن. وأكَّد ، بدلاً من ذلك ، مبدأ النسبية ، نفس مبدأ النسبية التي تحدث عنها جاليليو مرةً أخرى ، للفيزياء كلها وليس فقط للميكانيكا. في هذا المعنى ، فإن النسبية تعتبر خطوة محافظة عميقة. ما كان يُعرف لمئات السنين ، مبدأ النسبية الجاليلية ، إن قوانين الميكانيكا لا تعتمد على حالة الحركة الخاصة بك ما دامت الحركة منتظمة ثابتة لا تتغير. أينشتاين ببساطة أعاد تأكيد أن النسبية حقيقية وصحيحة لكل الفيزياء (الميكانيكا ، الكهرومغناطيسية ، الديناميكا الحرارية ، وما إلى ذلك وهلم جرا ...). الأمر بهذه البساطة.

ولقد قدمنا لك هذه الفكرة في مقالنا الأول عن النسبية من خلال فرن المايكرويف ومبارة التنس. مباراة التنس تمثل الحركة أو الميكانيكا (تجربة فيزيائية في الميكانيكا) ، وفرن المايكرويف يمثل الكهرومغناطيسية (تجربة فيزيائية في الكهرومغناطيسية) ، وتسخين المياه نفسه يمثل الديناميكا الحرارية (تجربة فيزيائية في الديناميكا الحرارية).

دعنا نلقي نظرة على هذه الجملة او هذا التصريح مرةً أخرى. إنه تصريح هام جداً. إنها النسبية الخاصة. إنها ببساطة التصريح بأن قوانين الفيزياء هي نفسها لكل المراقبين الذين يتحركون في حركة منتظمة ، وهذا كل شئ.

هذه هي النظرية النسبية الخاصة. لأنه هذا هو كل شئ يمكن أن يقال عنها. قوانين الفيزياء ، كل قوانين الفيزياء لكل فروع الفيزياء ، هي نفسها لكل شخص في حركة منتظمة ثابتة. أي إطار مرجعي في حالة حركة منتظمة ثابتة هو مكان جيد على قدم المساواة للقيام بالفيزياء. نقطة. وهذا كل شئ.


الــمُــسَــلَّــمَــات الــخــاصــة بــالــنــســبــيــة.



يتبع

.

الــمُــسَــلَّــمَــات الــخــاصــة بــالــنــســبــيــة.







https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13412913_527089244142505_2400270945383942183_n.jpg ?oh=597891ea0a935c73b607a61a104abb6f&oe=5863C71C

الصورة الرسمية لأينشتاين في عام ١٩٢١م بعد فوزه بجائزة نوبل في الفيزياء.



نحن نريد أن نقول تعليقين على هذه الجملة أو هذا التصريح.
تعليقنا الأول :

قبل كل شئ ، أينشتاين لم يصيغ ويكتب هذا التصريح بهذه البساطة. كان لديه ما أسماه إثنين من المُسَلَّمَات.
إحدى المُسَلَّمَات كانت كالتالي : إن قوانين الفيزياء هي نفسها لجميع المراقبين.

المُسَلَّمَة الثانية كانت : إن سرعة الضوء مستقلة ولا تعتمد على سرعة مصدره. أينشتاين أكد هذا كمُسَلَّمَة ثانية. لماذا ؟ لأنه أراد أن يقول بأن كل الأطر المرجعية التي تكون في حركة منتظمة هي أماكن متساوية للقيام بالفيزياء ، وهذا يشمل التجارب في الكهرومغناطسية وقياسات سرعة الضوء. لا يوجد إطار مرجعي مفضل. لا توجد حالة حركة مفضلة. لا مكاناً مفضلاً ، ولا حالة حركة لها أفضلية ، طالما بقيت الحركة منتظمة.


مــا هــو الــخــاص حـــول الــنــســبــيــة الــخــاصــة ؟


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13428515_527089280809168_4143298537932870333_n.jpg ?oh=b50f378d4ec22398e02582c1414cc839&oe=58A945E7



ألبرت أينشتاين في عام ١٩٢١م بعد فوزه بجائزة نوبل في الفيزياء (في عمر ٤٢ سنة).


تعليقنا الثاني :

وهذا يصل بنا إلى النقطة الثانية التي نريد التعليق عليها بخصوص النسبية الخاصة. أنت عندما تسمع كلمة "خاصة" ، فقد تفكر أن هذه تعني شيئاً أنيقاً أو خارقاً. إن كلمة "خاصة" لا تعني هنا ، في هذا السياق ، تلك المعاني أبداً. "خاصة" تعني أن هذه نظرية متخصصة.

إنها تُطبق على حالات خاصة محدودة. إنها تُطبق في حالة الحركة المنتظمة الثابتة فقط. في سياق النظرية النسبية الخاصة ، فإن الحركة غير المنتظمة غير الثابتة لا تحسب. قوانين الفيزياء ليست هي نفسها ، على الأقل في نموذج النسبية الخاصة ، في أي أُطر مرجعية تتحرك بحركة غير منتظمة ، كالتي تتسارع ، والتي تتباطأ ، والتي تغير من سرعتها ، والتي تدور ، مثل الطائرات التي تطير خلال المطبات الهوائية ، والسفن التي تبحر في البحار العاصفة.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13445722_527089290809167_7182207621201742225_n.jpg ?oh=88893f0699fac2221ca5c5d660c489e9&oe=58A54501


مؤتمر سولفاي العلمي عام ١٩٢٧م في بروكسل ، بلجيكا ، إجتماع لأفضل العلماء في العالم ، أينشتاين موجود في منتصف الصورة.
هناك نظرية عامة للنسبية والتي تعمم تصريح النسبية الخاصة هذا لكل الحركات سواء كانت منتظمة أو غير منتظمة. والتي تلغي بند "في حركة منتظمة". ولكنها نظرية أكثر صعوبة.


عــبــقــريــة أيــنــشــتــايــن.



يتبع

عــبــقــريــة أيــنــشــتــايــن.






والآن ، نحن أكَّدنا من قبل أن نسبية أينشتاين هي تصريح محافظ جداً لأنها أكَّدت لكل الفيزياء ، وخصوصا للكهرومغناطيسية ، ما كان بالفعل صحيحاً ومعروفاً لفيزياء الحركة ولقوانين نيوتن وللفيزياء الكلاسيكية التي كانت معروفة قبل الكهرومغناطسية.

أينشتاين أعاد تأكيد النسبية وقال "ما كان يعرفه جاليليو بالفعل هو الآن صحيح لكل الفيزياء." ولكن النسبية هي ليست فقط محافظة ، إنها جذرية أيضاً. وهي جذرية لأنها تفعل أشياء غريبة جداً لمفاهيمنا عن الفضاء والزمن.

دعونا نصل إلى تلك الأشياء الآن.

لماذا ، بعد كل شئ ، إحتجنا إلى عبقرية أينشتاين من أجل التوصل للنسبية الخاصة ؟ ها هي النظرية ، مجرد تصريح بسيط ، إن قوانين الفيزياء هي نفسها لكل المراقبين الذين يتحركون في حركة منتظمة. لماذا كان الوصول لهذا في غاية الصعوبة ؟ في الحقيقة ، لقد عانى أينشتاين وإرتبك وتحير بخصوصها لمدة ١٠ سنوات. وصدق أو لا تصدق ، قبل إتمام كتابة الورقة العلمية التي تتحدث عن النسبية الخاصة بستة أسابيع تقريباً ، قال أينشتاين : "أنا حصلت فجأة على الإجابة ، المفتاح للمشكلة هو الزمن". إستطاع أينشتاين أن يتخلى عن مفهوم المنطق الحسي الدارج للزمن وتقبل بدلاً من ذلك شيئاً غريباً جداً ومختلفاً تماماً عن الطريقة التي يتصرف بها الزمن. ومن ثم ، وبعد ذلك ، إستطاع بسهولة أن يكتب النظرية النسبية الخاصة. وذهب كل شيء الى الأمام من هناك.


لــمــاذا تــطــلــب الأمـــر إلــى مــثــل أيــنــشــتــايــن لــفــعــل ذلــك ؟

لكي نرى لماذا تطلب الأمر إلى مثل أينشتاين لفعل ذلك ، دعونا نأخذ القليل من المنطق من هذه الجملة أو هذا التصريح. وسنبدأ بما فعله أينشتاين كالتالي :
الخطوة الأولى :

تمام ، هذه هي النظرية النسبية الخاصة ، تصريح أينشتاين لعام ١٩٠٥م : إن قوانين الفيزياء هي نفسها لكل المراقبين الذين يتحركون في حركة منتظمة ثابتة.

الخطوة الثانية :

هذا يشمل الكهرومغناطيسية. لأول مرة في التاريخ ، يُدخل أينشتاين الكهرومغناطيسية تحت مبدأ النسبية نفسه الذي يحكم الميكانيكا بالفعل.

هذا هو السبب الذي جعلنا نكتب مقالاً كاملاً عن الكهرومغناطيسية وتحدثنا عن معادلات ماكسويل لأننا أردنا لك أن ترى أنها أدت حتماً إلى التنبؤ بالموجات الكهرومغناطسية ، وأن هذه الموجات الكهرومغناطسية تتحرك بسرعة ثابتة (أسميناها "c") قابلة للقياس وتبلغ ٣٠٠,٠٠٠ كيلومتر في الثانية ، وهذا مشمول في التنبؤ.

الخطوة الثالثة :

في أي إطار مرجعي تكون فيه قوانين الكهرومغناطسية صالحة ؟

هذا هو السؤال الذي كنّا نسأله خلال مقالين كاملين. والآن عندنا إجابة أينشتاين.
وهي إجابة بسيطة جداً.

تعتبر قوانين الكهرومغناطيسية صالحة لكل مراقب في حالة سرعة منتظمة ، أو في أي إطار مرجعي في حالة سرعة منتظمة.
مرةً أخرى ، ما يعنيه هذا هو أن كل تنبؤات النظرية الكهرمغناطيسية صالحة في أي إطار مرجعي يتحرك بسرعة منتظمة ثابتة ، بما فيها التنبؤ بأن الموجات الكهرومغناطيسية تتحرك بسرعة الضوء c.
وأيضاً ، ما يعنيه هذا هو الإجابة على سؤالنا الثاني المرادف والموازي : بالنسبة لماذا يتحرك الضوء بالسرعة c ؟ إجابة أينشتاين لهذا السؤال هي : "أنه يجب أن يتحرك بسرعة الضوء c بالنسبة لأي إطار مرجعي يتحرك بسرعة منتظمة ثابتة.

إســتــنــتــاج أيــنــشــتــايــن.

إلى الآن الأمور جيدة. هذا هو نتيجة مباشرة لإيماننا بحقيقة أن قوانين الفيزياء هي نفسها لكل الأطر المرجعية التي تتحرك بسرعة منتظمة ثابتة. كل قوانين الفيزياء ، كل قوانين الفيزياء ، بما فيها ، كما أضاف أينشتاين ، قوانين الكهرومغناطيسية ، مع تنبؤاتها بأن هناك موجات كهرومغناطيسية والتي تشمل موجات الضوء والتي تتحرك بسرعة الضوء c. هذه التنبؤات يجب أن تكون صحيحة في جميع الأطر المرجعية التي تتحرك بسرعة منتظمة ثابته. ولذلك فإن أي شخص يتحرك بسرعة منتظمة ثابتة سوف يقيس سرعة نفس الضوء ، وسوف يحصل على الإجابة c.

والآن هنا ، ستصبح المسألة صعبة الفهم عليك - حتى لو تحرك الأشخاص بالنسبة لبعضهم البعض. ونحن نعتقد بأن هذا كان صعباً على أينشتاين نفسه أيضاً. ونحن نعتقد أن هذا صعبٌ على أي واحد منّا ، داخلياً ، أن يقبل هذا. ولكن هذا يجب أن يكون حقيقياً طالما قبلنا مبدأ النسبية ، إذاً لا بد أن يكون هذا حقيقياً أن كل المراقبين ، ما داموا يتحركون في سرعة منتظمة ثابتة ، سيقيسون نفس القيمة لسرعة الضوء حتى لو كانوا يتحركون بالنسبة لبعضهم البعض.




https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13442260_527089317475831_8569418723016547170_n.jpg ?oh=9619c53e1f7af43097cc86214094eaea&oe=589F3B2A



صورة إلتُقطت لألبرت أينشتاين في عام ١٩٣٥م في جامعة برينستون بالولايات المتحدة الأمريكية (في عمر ٥٢).


تــجــربــة أيــنــشــتــايــن الــفــكــريــة.



يتبع

تــجــربــة أيــنــشــتــايــن الــفــكــريــة.




والآن نريد أن نعطي مثالاً من خلال ، ما أسماه أينشتاين ، التجربة الفكرية

في هذه التجربة الفكرية سوف نقوم بمحاولة قياس سرعة الضوء في أُطر مرجعية مختلفة. وسوف نقوم بقياس هذه السرعة بأخذ بعض أجهزة القياس البسيطة جداً. سوف نأخذ مسطرة بطول متر واحد ، مسطرة طولها بالضبط متر واحد. وسوف نأخذ ساعة مثالية دقيقة للغاية والتي تستطيع قياس فترات زمنية متناهية في الصغر بدقة عالية. وما سوف نفعله هو أننا سنلاحظ عندما يصل الضوء إلى الطرف الأمامي من المسطرة وعندما يصل الضوء بعدها إلى الطرف الخلفي من المسطرة. وسوف نقوم بقياس الفترة الزمنية اللازمة لذلك بواسطة ساعة القياس. ثم سنأخذ المعادلة الرياضية ، السرعة تساوي المسافة مقسومة على الزمن. ونظراً لأننا نعرف المسافة (وهي واحد متر) ، ونستطيع قياس الفترة الزمنية بواسطة الساعة ، إذاً من هذا ، وبإستخدام المعادلة ، نستطيع حساب سرعة الضوء.
الإطار المرجعي للأرض.

الآن تخيل نفسك واقفاً على الأرض وأن هناك إشارة ضوئية تشع الضوء أمامك. أنت ستأخذ مسطرة المتر. وتحملها للأعلى أمامك. وسوف تلاحظ عندما يمر الضوء عند الطرف الأمامي من المسطرة. وسوف تلاحظ عندما يمر الضوء عند الطرف الخلفي من المسطرة. وسوف تقيس الفترة الزمنية لهذا المرور. وسوف تقوم بحساب السرعة التي تساوي المسافة مقسومة على الزمن. وسوف تحصل على الإجابة لقيمة سرعة الضوء. وهذه الإجابة هي ٣٠٠,٠٠٠ كيلومتر في الثانية.

الإطار المرجعي للسيارة.

والآن صديقك سيمر بجانبك راكباً سيارة تسير بسرعة ٧٠ كيلومتراً في الساعة. وهو مجهز بنفس مسطرة المتر بالضبط ونفس ساعة القياس بالضبط. هو سيأخذ مسطرة المتر. ويحملها للأعلى أمامه. وسوف يلاحظ عندما يمر الضوء عند الطرف الأمامي من المسطرة. وسوف يلاحظ عندما يمر الضوء عند الطرف الخلفي من المسطرة. وسوف يقيس الفترة الزمنية لهذا المرور. وسوف يقوم بحساب السرعة التي تساوي المسافة مقسومة على الزمن. وسوف يحصل على الإجابة لقيمة سرعة الضوء. هو يسير الآن بالنسبة لك بسرعة ٧٠ كيلومتراً في الساعة. وعلى حسب ما ينص عليه مبدأ النسبية ، هو سوف يقيس بالضبط سرعة الضوء نفسها التي قستها أنت. وهذه الإجابة هي ٣٠٠,٠٠٠ كيلومتر في الثانية. وليست ٣٠٠,٠٠٠ كيلومتر في الثانية زائداً ٧٠ كيلومتراً في الساعة.

وسوف نحصل بالضبط على نفس القيمة لسرعة الضوء. بالضبط. مع أنه يسير بالنسبة إليك بسرعة ٧٠ كيلومتراً في الساعة. كيف يمكن لهذا أن يكون ؟

الإطار المرجعي للطائرة.

الأسوأ ، هناك صديق آخر في طائرة نفاثة ، وهو مجهز بمسطرة المتر نفسها بالضبط وساعة القياس نفسها بالضبط. هو الآن يسير بسرعة ٩٠٠ كيلومتر في الساعة بالنسبة لك. هو يسير بسرعة منتظمة. وبالتالي فإن قوانين الفيزياء صالحة لكل منكما بالتساوي. وبالتالي هو سوف يقيس نفس السرعة للضوء كالتي قستها أنت على الأرض. بالضبط ٣٠٠,٠٠٠ كيلومتر في الثانية. الإجابة نفسها. الضوء نفسه ، أيضاً.

الإطار المرجعي لمركبة الفضاء السريعة جداً.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13495109_527089334142496_3634470466469200210_n.jpg ?oh=3d48329cbbae108b1a9f983b16308c20&oe=5892C424



ألبرت أينشتاين في عام ١٩٤٧م (في عمر ٦٨ سنة).

لنجعل الأمور أكثر سوءً ، هناك صديق آخر في مركبة فضاء سريعة جداً ، وهو الآن يسير بسرعة تساوي نصف سرعة الضوء بالنسبة لك. وهو مجهز بمسطرة المتر نفسها بالضبط ونفس ساعة القياس نفسها بالضبط. هل سوف يقيس قيمة لسرعة الضوء تساوي واحد ونصف القيمة التي قستها أنت على الأرض ؟ كلام فارغ ، بالطبع لا. هو يسير بسرعة منتظمة. وبالتالي فإن قوانين الفيزياء صالحة لكل منكما بالتساوي. وبالتالي هو سوف يقيس سرعة الضوء نفسها كالتي قستها أنت على الأرض. بالضبط ٣٠٠,٠٠٠ كيلومتر في الثانية. الإجابة نفسها.

الإطار المرجعي لمركبة الفضاء الفائقة السرعة.

لنجعل الأمور في مُنتهى السوء ، هناك صديق آخر في مركبة فضاء فائقة السرعة ، وهو الآن يسير بسرعة تساوي سرعة الضوء بالنسبة لك !! وهو مجهز بمسطرة المتر نفسها بالضبط ونفس ساعة القياس بالضبط. هل سوف يقيس قيمة لسرعة الضوء تساوي ضعف القيمة التي قستها أنت على الأرض ؟ كلام فارغ ، بالطبع لا. هو يسير بسرعة منتظمة. وبالتالي فإن قوانين الفيزياء صالحة لكل منكما بالتساوي. وبالتالي هو سوف يقيس نفس السرعة للضوء كالتي قستها أنت على الأرض. بالضبط ٣٠٠,٠٠٠ كيلومتر في الثانية. نفس الإجابة.

جميع المراقبين سوف يحصلون على النتيجة نفسها بالضبط ، القيمة نفسها بالضبط ، لسرعة الضوء.




لــحــظــة أيــنــشــتــايــن الأكـــثـــر روعـــة.



يتبع

لــحــظــة أيــنــشــتــايــن الأكـــثـــر روعـــة.






https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13509108_527089440809152_9181114415491153663_n.jpg ?oh=e40a56e561c2f0faefb24d525ac26a44&oe=589B58EE


أحدى صور أينشتاين الأخيرة قبل وفاته في عام ١٩٥٥م (في عمر ٧٦ سنة).

إحتار أينشتاين وتعجب ثم كتب :
"كيف يكون هذا ممكناً ؟ لا بد أن يكون شيئٌ عجيبٌ مضحكٌ قد حدث للساعات والمساطر داخل السيارة ، والطائرة ، ومركبة الفضاء !!"
ثم أدرك أينشتاين :
"ولكن أنت لا يحق لك ولا يكون مبرراً لك أن تقول آه هناك شئٌ غريبٌ مضحكٌ قد حدث لجميع أجهزة القياس داخل السيارة ، والطائرة ، ومركبة الفضاء بسبب أنها تتحرك. كلا لا يوجد شئ مميز خاص بالنسبة للإطار المرجعي لك أو للسيارة أو للطائرة أو لسفينة الفضاء."
ثم ، وهو في قمة دهشته ، أدرك أينشتاين أنه لا بد من أن هناك شئ عجيبٌ غريبٌ مضحكٌ قد حدث ، ليس للساعات والمساطر ، بل للفضاء والزمن نفسهما !!

وهذا هو ما سوف نكتشفه في مقالاتنا القليلة القادمة.


https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13445798_527089460809150_7103797805032595897_n.jpg ?oh=3f0f672f527e6ceb36b99805c962e98e&oe=589B13C0


خبر وفاة أينشتاين في عام ١٩٥٥م ( عن عمر ٧٦ سنة) تتصدر عناوين الأخبار في الجرائد في جميع أنحاء العالم.



https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/13260094_527089490809147_8881547122431644770_n.jpg ?oh=6829fad086b06afa386ba62e60f134ce&oe=58A2ACC2



مكتب ألبرت أينشتاين في جامعة برينستون بعد وفاته في عام ١٩٥٥م عن عمر ٧٦ سنة.


سوف يتم التكملة في الجزء السادس.

مــلــخــص مــخــتــصــر جـــداً.

ما نعرفه حتى هذه اللحظة هو الأتي :

إن قوانين كل الفيزياء هي نفسها لكل المراقبين في كل الأطر المرجعية المتحركة في حركة منتظمة.

هذا هو بيان أو مقولة النسبية الخاصة والتي كنّا نكررها مرات ومرات ومرات. ولكن حقيقة ماذا تعني هذه الجملة من الناحية الفيزيائية والرياضية ؟

إن معنى أن قوانين الحركة ، والميكانيكا ، والكهرومغناطيسية ، أو كل الفيزياء على وجه العموم هي نفسها لا تتغير لكل شخص يتحرك في حركة منتظمة ، إن معنى هذه الجملة ، هو أنك ستحصل على النتائج نفسها بإستخدام القوانين نفسها بدون تغير في صيغة القوانين الرياضية ، فأنت لن تضطر إلى إستخدام قانون أخر بحيث تستخدم عمليات رياضية حسابية مختلفة لكي تحسب نفس القيم الفيزيائية.

إذاً كل المتغيرات ، إن وجدت ، والتي قد تحدث بسبب الحركة المنتظمة ، لا تؤثر في القانون الفيزيائي.

سنعطي مثالين بسيطين ليقربا الفكرة المراد شرحها.

على سبيل المثال ، الجاذبية على المشتري أكبر من الجاذبية على الأرض وبالتالي سيكون وزنك على المشتري أكبر من وزنك على الأرض مع أن كتلتك لم تتغير فهي واحدة في الحالتين. الكتلة ، والتي تُعَرَّف في الفيزياء على أنها مقدار ما يحتويه الجسم من مادة ، لم تتغير ، وبالتالي كتلتك هي كتلتك على الأرض أو على المشتري. الطريقة التي تحسب بها وزنك على الأرض هي الطريقة نفسها التي تحسب بها وزنك على المشتري ، وهي بضرب الكتلة في تسارع الجاذبية الأرضية على الأرض ، وبضرب الكتلة في تسارع الجاذبية المشترية على المشتري. وهذا هو القانون الفيزيائي الذي لم يتغير. مع أن وزنك تغير.

مثال أخر.

غليان الماء عند سطح البحر وغليان الماء فوق قمة جبل إفرست.
القانون الفيزيائي هنا هو قانون الغازات العام وقانون التبادل الحراري وهما لم يتغيرا. عملية الغليان واحدة وميكانيكية التبخر واحدة وتسببها الحرارة التي تسخن جزيئات الماء والتي تبدأ بالإبتعاد عن بعضها وتتطاير مقاومة الضغط الجوي عليها. وبالتالي كلما يزداد الضغط الجوي عند مستويات سطح البحر مثلاً ، سيحتاج الماء إلى حرارة أكثر ليتغلب على الضغط العالي لكي يغلي عند ١٠٠ درجة مئوية. وعلى سطح قمة إفرست ، سيحتاج الماء إلى حرارة أقل لكي يتغلب على الضغط الأقل فيغلي عند ٧١ درجة مئوية.

أما الميكانيكية الخاصة بالغليان أو بالتبادل الحراري لم تتغير لأن القانون الفيزيائي لم يتغير وهو قانون الغازات العام وقانون التبادل الحراري.

إذاً الظروف الفيزيائية مهما تغيرت لا تؤثر على صيغة القانون الفيزيائي.

القيم الرقمية للضغط ودرجة الحرارة والحجم ستتغير مع الإرتفاع ، ولكن هذه القيم الرقمية ستوضع في صيغة القانون نفسها ، وسيتم الحساب بالعمليات الرياضية نفسها (بالضرب والقسمة والجمع والطرح) كما ينص القانون بصيغته الرياضية. فأنت لن تضطر إلى إستخدام قانون أخر بحيث تستخدم عمليات رياضية مختلفة لكي تحسب نفس القيم.

هذا بالضبط ما فهمه أينشتاين بوضوح ، وقد حاول تطبيق ما فهمه على الكهرومغناطيسية وتنبؤاتها بوجود الموجات الكهرومغناطيسية ، وتنبؤاتها بأن هذه الموجات تسير بسرعة الضوء ، السرعة التي أسميناها "c".

المشكلة الوحيدة التي واجهها هي كيفية إستخدام نفس القانون الفيزيائي في جميع الأطر المرجعية ذات الحركة المنتظمة والحصول على القيمة نفسها لسرعة الضوء !!

والحل الوحيد لحل هذه المشكلة هي فهم أن هناك شيئاً قد حدث للزمن نفسه. الزمن ليس كمية مطلقة. يجب أن يقل الزمن - (يتباطأ) - مع زيادة السرعة ، من أجل الحصول على نفس قيمة سرعة الضوء في كل مرة يتم قياسها ، حتى لو كان المراقبون يتحركون بنصف سرعة الضوء بالنسبة لبعضهم البعض.

هذا بالضبط يعادل أن تقول ، في مثالنا الأول السابق ، إننا سوف نحصل على نفس قيمة وزنك على الأرض وعلى المشتري ، والذي يجب أن يعني أن شيئاً يجب أن يحدث لكتلة جسدك. في هذه الحالة ، إن كتلتك يجب أن تقل بالضبط بالقيمة التي ستجعل وزنك على المشتري يساوي وزنك على الأرض على الرغم من جاذبية المشتري القوية جداً.

هذا أيضاً بالضبط يعادل أن تقول ، في مثالنا الثاني السابق ، أننا سوف نحصل على نفس قيمة درجة حرارة غليان الماء عند سطح البحر وعلى قمة جبل إفرست ، والذي يجب أن يعني أن شيئاً يجب أن يحدث للضغط الجوي على قمة جبل إفرست. في هذه الحالة ، الضغط الجوي يجب أن يزداد بالضبط بالقيمة المساوية للضغط الجوي عند سطح البحر من أجل منع الماء من الغليان عند درجة الحرارة المنخفضة (٧١ درجة مئوية) وجعلها تغلي بالضبط عند درجة حرارة مستويات سطح البحر (١٠٠ درجة مئوية).


والآن فليبدأ المرح !!


يتبع

والآن فليبدأ المرح !!





مـــن أيـــن أتـــى حِـــسـُّــنــَـا الـــدارج الــعــام الــمــألــوف ؟

نحن نعلم الآن حقيقة أن تكون حركتك بالنسبة لي أو بالنسبة لأي مراقب أخر في حالة حركة منتظمة لا تمثل أي فارق على الإطلاق. لماذا ؟ لأننا إتفقنا على أن قوانين الفيزياء هي نفسها لا تتغير في جميع الأطر المرجعية المتحركة بسرعة منتظمة. وأن أحد التبعيات لقوانين الفيزياء هذه تحتم وجود موجات كهرومغناطيسية ووجود هذه الموجات يحتم تحركها بسرعة الضوء "c". وما الضوء إلا موجة كهرومغناطيسية ، وبالتالي ، كلنا يجب أن نحصل على نفس قيمة سرعة الضوء.

ولكن كيف يعقل هذا ؟ كيف يعقل أنك حتى لو تحركت بالنسبة لي بنصف سرعة الضوء ، وقمنا سوياً بقياس سرعة شعاع الضوء الأتي إلينا من مصدر ما ، سوف نحصل سوياً على نفس الإجابة بنفس القيمة لسرعة الضوء على الرغم من كونك تمر بجانبي بسرعة كبيرة جداً مثل هذه ؟
هذا ينافي كل شئ نعرفه من حسنا الدارج العام المألوف لدينا. كيف يعقل هذا ؟

في الحقيقة ، الأمر يبدو سخيفاً جداً ومنافياً للعقل ، لسبب واحد فقط ، لأنه ينافي حسنا الدارج العام !!

لقد قضينا وأمضينا أوقاتنا كلها في الأساس ونحن نزحف حولنا بسرعات نسبية بطيئة جداً. إن أسرع سرعة إختبرتها أنت ونحن ومعظم الناس هي ٩٠٠ كيلومتراً في الساعة في طائرة الركاب النَفَّاثَة. من الممكن أن يكون القليل منكم جداً تعدى سرعة الصوت ووصل إلى ٢١٨٠ كيلومتراً في الساعة في طائرة الركاب الفرنسية - البريطانية المسماة الكونكورد ، أو وصل إلى سرعة ٣٠٠٠ كيلومتراً في الساعة في طائرة حربية مقاتلة مثل طائرات إف ١٥ المعدلة أو ميج ٣١. إن أسرع وأكبر سرعة إختبرها الإنسان بالنسبة للأرض هي ٣٩,٦٠٠ كيلومتر في الساعة في مركبة الفضاء أبوللو ١٠ خلال عودتها إلى الأرض في مايو عام ١٩٦٩م.

إذاً نحن فعلاً تقريباً لا توجد لدينا أي خبرة على الإطلاق بالتحرك بسرعات عالية جداً بالنسبة لأي شئ قد يبدو مهماً في حياتنا اليومية. نحن نملك خبرة أقليمية محدودة ضيقة الأفق جداً في مجال النشاطات المُحتملة المنتشرة في هذا الكون ، بما فيها الحركة بسرعات عالية جداً بالنسبة للأشياء المهمة لك ولحياتك اليومية.

والآن وقبل أن نسترسل ، يجب وضع ملاحظة بين قوسين. أنت في الحقيقة تتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء بالنسبة لأشياء كثيرة. ولكنها مجرد أشياء ليست بالضرورة مهمة ولا تلعب دوراً في حياتك.
على سبيل المثال ، هناك بعض المجرات البعيدة جداً والتي تبتعد عنَّا بسرعة كبيرة جداً تصل أحياناً إلى٨٠٪‏ من سرعة الضوء بسبب تمدد الكون وتوسعه. بالنسبة لهذه المجرات ، أنت أيضاً تتحرك مبتعداً عنها بسرعة ٨٠٪‏ من سرعة الضوء. هذه المجرات لا تلعب دوراً كبيراً في حياتك. أنت بالكاد تعلم بوجودهم. ولكن إذا كنت فلكياً متخصصاً من الذين يدرسون هذه المجرات بالتفصيل ، سيتوجب عليك الأخذ في الإعتبار النظرية النسبية الخاصة وستكون النسبية أكثر بداهة بالنسبة إليك.

هناك مثال آخر ، أنت تتحرك تقريباً بسرعة الضوء بالنسبة للأشعة الكونية والتي تأتي بإتجاه الأرض بسرعات تصل إلى ٩٩,٩٩٩٪‏ من سرعة الضوء قادمة من أنحاء الكون. بالنسبة لهذه الأشعة الكونية أنت تتحرك باتجاهها بسرعة ٩٩,٩٩٩٪‏ من سرعة الضوء هذه الأشعة الكونية لا تلعب دوراً كبيراً في حياتك. أنت بالكاد تعلم بوجودهم. ولكن إذا كنت فيزيائياً متخصصاً من الذين يدرسون هذه الأشعة بالتفصيل ، سيتوجب عليك الأخذ في الإعتبار النظرية النسبية الخاصة وستكون النسبية أكثر بداهة بالنسبة إليك.

هناك مثال أخير ، عندما تكون جالساً وتشاهد التلفزيون ، فإن الإلكترونات التي ترسم الصورة على شاشة التلفزيون ، تأتي إليك من خلف أنبوب التلفزيون باتجاهك بسرعة ٣٠٪‏ من سرعة الضوء. بالنسبة لهذه الإلكترونات أنت تتحرك باتجاهها بسرعة ٣٠٪‏ من سرعة الضوء. هذه ليست سرعة كبيرة جداً بالنسبة للضوء ، ولكنها سرعة كبيرة جداً ومؤثرة بالنسبة إلينا. إنها لا تؤثر عليك أو تخطر على بالك لأنك لا تفكر في هذه الإلكترونات أثناء مشاهدتك للتلفزيون ، أو لا تعلم حتى بوجودها. ولكن بالنسبة للمهندس الذي صمم التلفزيون وصمم أنبوب صورة التلفزيون ، بالتأكيد سيتوجب عليه الأخذ في الإعتبار النظرية النسبية الخاصة وإلا ستكون صورة التلفزيون غير واضحة ومهتزة.

بالنسبة لهذا المهندس ستكون النسبية أكثر بداهة بالنسبة إليه.
إذاً هناك أشخاص في هذا العالم بالنسبة إليهم تعتبر الحركة بسرعة تقارب سرعة الضوء هامة جداً. فكما قلنا من قبل ، عالم الفلك أو الفيزياء الفلكية الذي يدرس هذه المجرات البعيدة جداً عنَّا بالتأكيد سيتوجب عليه الأخذ في الإعتبار النظرية النسبية الخاصة ، وستكون النسبية أكثر بداهة بالنسبة إليه. المهندس الذي صمم التلفزيون وصمم أنبوب صورة التلفزيون بالتأكيد سيتوجب عليه الأخذ في الإعتبار النظرية النسبية الخاصة ، وستكون النسبية أكثر بداهة بالنسبة إليه. عالم الفيزياء المتخصص في دراسة الأشعة الكونية بالتأكيد سيتوجب عليه الأخذ في الإعتبار النظرية النسبية الخاصة ، وستكون النسبية أكثر بداهة بالنسبة إليه.

والآن يجب أن نسأل السؤال ، من أين أتى حِسُّنَا الدارج العام المألوف لدينا ؟
ومن أين أتى حِسُّنَا بالفضاء ؟
ومن أين أتى حِسُّنَا بالزمن ؟

فكر الآن كيف تطورت لدينا مفاهيم الفضاء والزمن. في البداية عندما كنت طفلاً صغيراً تحبو على الأرض في أنحاء الغرفة ، لقد بدأت تتعلم وتطور حس ماذا يعني الفضاء الذي حولك ، ماذا يعني أن تصل من مكان إلى مكان آخر.

بعد ذلك عندما كنت طفلاً كبيراً وكنت تجلس في السيارة في رحلة طويلة مع عائلتك ، ومرت ساعات وبدأت تسأل والدك : هل وصلنا بعد ؟ بابا متى نصل ؟ كم من الوقت متبقي ؟ لقد بدأت تتعلم وتطور حس ماذا يعني الزمن. وهذا الحس الخاص بالفضاء والزمن الذي بدأت تحس به وتطوره كان أتياً من هذه الخبرة الإقليمية المحدودة جداً ضيقة الأفق جداً الأتية من الزحف ببطء شديد جداً على هذه الأرض ، كما ذكرنا من قبل. ونحن نذكر كلمة الزحف هنا لكي نعني أننا نتحرك ببطء شديد جداً بالنسبة لسرعة الضوء. حتى ٢٠٠٠ و ٣٠٠٠ و ٣٩,٦٠٠ كيلومتر في الساعة ، يعتبر أبطأ بكثير ، بكثير ، بكثير من سرعة الضوء.

نحن نزحف هنا على الأرض ، وهذه هي خبرتنا المحدودة.
نحن نؤكد لك أننا لو نشأنا ، ونحن في إستطاعتنا أن نتحرك بسرعة ٩٠٪‏ من سرعة الضوء ، فإن النسبية كانت ستكون بديهية بالنسبة لنا. ولما كنّا نحتاج إلى قراءة كل هذه المقالات التي كتبناها عن النسبية الخاصة. ولن يكون هناك أي إحتياج لأي شخص للذهاب للجامعة لتعلم النظرية النسبية أبداً. وكانت ستصبح شيئاً حدسياً بالنسبة لنا. وكانت ستصبح هي الحس الدارج العام المألوف لدينا. لو كنّا مخلوقات فضائية تعيش في الفضاء وتتحرك بين النجوم بسرعة تقارب سرعة الضوء طوال الوقت في كل لحظة ، إذاً مرةً أخرى ، كانت النسبية ستصبح شيئاً حدسياً بالنسبة لنا. وكانت ستصبح هي الحس الدارج العام المألوف لدينا. السبب الوحيد في أن النسبية لا تعتبر هي الحس الدارج العام لنا ولا تعتبر بديهية لنا هو أنها ليست في تجاربنا وخبراتنا اليومية.

ولكي نستطيع تقدير النسبية حق تقديرها ، ولكي نستطيع تقدير مدى غناء الكون الذي يكون فيه مبدأ النسبية يعمل وفعال ، سيكون علينا الطلب منك أن توقف العمل بالحس الدارج العام. أنه شئ يصعب جداً فعله. ولذلك فإننا لن نطلب منك التخلي عن هذا الحس الدارج العام كليةً ، على الرغم من أننا سنطلب منك توسيعه وزيادة مداركه وتقبل المزيد من الإحتمالات.

هـــل حِـــسـُّــنــَـا الـــدارج الــعــام المــألـــوف خــطــأ ؟
كـــلا لـــيـــس خــطــأً ، ولــكــن ....


يتبع

هـــل حِـــسـُّــنــَـا الـــدارج الــعــام المــألـــوف خــطــأ ؟
كـــلا لـــيـــس خــطــأً ، ولــكــن ....





والآن دعنا نقول بمنتهى الوضوح ، الحس الدارج العام ليس خطأ. لو كان خطأ ، لما تعلمنا كيف نقذف كرة التنس ضد الجاذبية الأرضية ، أو كيف نقود السيارة ، أو فعل العديد من مئات التجارب الفيزيائية الأخرى والتي نقوم بها هنا على الأرض طوال الوقت ونقوم بها بمنتهى النجاح. إن الحس الدارج العام ليس خطأ ، إنه محدود.

فيزياء نيوتن ، إذا أردت ، هي فيزياء الحس الدارج العام. لقد بُنيت في الأصل من البداية على حسنا الدارج العام لمفاهيم الفضاء والزمن. ولكن هذه المفاهيم ثبت بأنها محدودة. لقد أخبرتنا النسبية بذلك ، ومثالنا من المقال السابق عن صديقك الذي يمر بجانبك راكباً مركبة فضاء تسير بسرعة نصف سرعة الضوء ومع ذلك كلاكما قاس السرعة نفسها لذلك الضوء ، هذا المثال يقول لنا أن حسنا الدارج العام لمفاهيم الفضاء والزمن ببساطة يجب أن يكون خطأ. فقط الجزء المتعلق بالفضاء والزمن يجب أن يكون خطأ.

ولكن عندما تكون السرعة النسبية التي نتعامل بها في حياتنا اليومية صغيرة بالنسبة لسرعة الضوء "c" ، عندها تكون مفاهيمنا التي تعتمد على حسنا الدارج العام جيدة بما يكفي. لن تكون رائعة متكاملة ، ولكنها ستكون جيدة بما يكفي. عند هذه السرعات البطيئة ، كل التأثيرات النسبية ستكون صغيرة جداً لدرجة أنها في الأساس يمكن تجاهلها تماماً في حياتنا اليومية. حتى لو كنت تتحرك بطائرة نفاثة بسرعة ٩٠٠ كيلومتر في الساعة ، أو بطائرة فوق صوتية بسرعة ٢٠٠٠ أو ٣٠٠٠ كيلومتر في الساعة ، أو حتى لو كنت في سفينة فضاء تسير بسرعة ٤٠,٠٠٠ كيلومتر في الساعة ، هذه التأثيرات النسبية ستكون صغيرة جداً جداً جداً. ومع ذلك يمكن قياسها ، وهناك بعض الحالات التي تكون فيها التأثيرات النسبية - (حتى عند نوع السرعات البطيئة التي نستخدمها في رحلات الفضاء أو حتى رحلات الطائرات التجارية في حياتنا اليومية) - قابلة للقياس. أحد أهم هذه الحالات هي أقمار تحديد المواقع أو (الجي بي إس) GPS ، والتي سوف نتحدث عنها لاحقاً في مقالاتنا القادمة.

ولكن لمعظم الوقت ولكل الناس تقريباً هذ التأثيرات النسبية يمكن إهمالها وتجاهلها تماماً.

إذاً لا شئ خطأ في حسنا الدارج العام. إنه فقط محدود للغاية وخاصةً عندما نطبقه على مفاهيم الفضاء والزمن. في الحقيقة ، من الناحية الرياضية ، لو أخذت معادلات النسبية وقمت بتخفيض قيم السرعات لسرعات أقل بكثير من سرعة الضوء "c" ، فإن معادلات النسبية الرياضية ستتحول إلى معادلات الفيزياء الكلاسيكية العادية الرياضية والتي كنّا نعرفها ونستخدمها قبل النسبية.

إذاً الحس الدارج العام ليس خطأ. إنه محدود فقط. والذي سوف نفعله هنا هو أننا سنطلب منك أن توسع مداركك وتوسع حسك الدارج العام. كذلك سنطلب منك أن تراقب لغتك ، وذلك لأنه من السهل جداً ان تقول جملة تنافي وتعارض روح مبدأ النسبية. وما يعنيه هذا أنك عندما تصف ما يحدث للفضاء وما يحدث للزمن كن حذراً جداً وتجنب الجمل التي قد توحي أن هناك إطاراً مرجعياً مفضلاً أو حالة حركة مفضلة. لماذا ؟ لأنه لا يوجد إطار مرجعي مفضل ولا يوجد حالة حركة مفضلة في النسبية.

الخطأ في مثل هذه الجمل أنها توحي بالإحساس بأن أحدهم يتحرك والأخر لا يتحرك. وكما ذكرنا في مقالنا السابق في شرحنا لتجربة أينشتاين الفكرية ، أن أحدهم ، في الغالب الشخص الواقف على الأرض سيكون له الحق في التأكيد على أنه في حالة ثبات ، وأن هناك أشياء غريبة ومضحكة تحدث للساعات ولعصي الأمتار وللفضاء وللزمن للأشخاص الذين يتحركون. هذا كلام فارغ غير صحيح.

ولذلك لا تعتقد بأن أشياء غريبة ومضحكة تحدث للساعات ولعصي الأمتار أو للفضاء والزمن لأن الأشياء تتحرك. إن الجملة "لأن الأشياء تتحرك" هي جملة خاطئة. إنه من المسموح لك أن تقول ، أنا أتحرك بالنسبة إليك. أو أن تلك الساعة تتحرك بالنسبة لهذه الساعة التي أنظر إليها. ولكن من غير المسموح أن تقول أن تلك الساعة تتحرك وأن هذه الساعة لا تتحرك ، ولذلك تحدث أشياء غريبة ومضحكة لتلك الساعة. هذا ينافي مباشرةً روح مبدأ النسبية والتي تنص على أن كل الأطر المرجعية المتحركة بسرعة منتظمة هي أماكن متساوية للقيام بالفيزياء.

وهذا يعني أن أي ساعة تتحرك بسرعة منتظمة تقيس الوقت بدقة كأي ساعة أخرى تتحرك بسرعة منتظمة. إنها بالضبط بالدقة نفسها. إن الساعات لا تصبح غير دقيقة "لأنها تتحرك". من المرجح أن ما يحدث ، وفي الحقيقة ، هو ما يحدث ، أن الساعات المختلفة المتحركة بالنسبة لبعضها البعض تقيس أزمنة مختلفة. ولكن لا توجد ساعة منهم تستطيع القول ، أنا التي تقيس الوقت الصحيح وإن جميعكم تقيسون الوقت الخطأ لأنكم "تتحركون". وذلك لأنه لا يوجد أحد له الحق في القول ، أنا أتحرك.

لذلك هي نظرية نسبية. إنها تقول إن الحركات النسبية فقط هي التي تهم. لقد سبق وقلنا ذلك مع مبدأ النسبية الجاليلية. الحركة النسبية فقط هي التي تهم. الجمل التي تتحدث عن السرعة المطلقة لا معنى لها على الإطلاق. لقد أصبح هذا في علم الميكانيكا منذ زمن. وأصبح ذلك في كل الفيزياء أيضاً مع النسبية الخاصة لألبرت أينشتاين. إذاً كل شخص في حركة منتظمة هو في حركة جيدة للقيام بالفيزياء.
بالمناسبة ، تجنب هذه الكلمة ، قد ترغب في قول " ولكن أليست هي في الحقيقة في حالة ثبات ؟". تجنب قول كلمة - "في الحقيقة"

- في النسبية الخاصة. إنها كلمة خطيرة جداً. وذلك لأن كلمة في الحقيقة تُلَمِح إلى أن هناك حالة خاصة ، أو إطار مرجعي خاص يكون فيه الأشياء على حقيقتها ، تكون فيه الأشياء صحيحة ، مثل الوقت في الحقيقة ذلك الوقت ، أو أن الأطوال في الحقيقة هذه الأطوال ، أو أن هذه الحادثة حدثت في الحقيقة قبل أو بعد هذه الحادثة. إن إستخدامك لكلمة في الحقيقة يؤكد على وجود خصوصية في إطار مرجعي معين على الأطر المرجعية الأخرى. ولذلك دعنا نتجنب ذلك.
الـــحـــدث.

سوف نتحدث بكثرة في المقالات القليلة القادمة على فكرة "الأحداث". نحن نريد الآن توضيح ما هو "الحدث" وذلك لتصبح الفكرة غاية في الوضوح لأن تلك الفكرة ستكون أساسية في فهمنا للنسبية الخاصة.

الحدث هو شيئ يُحَدد بواسطة معرفة مكانه وزمانه ، على سبيل المثال تاريخ ميلادك هو حدث ، فقد حدث في مكان محدد وزمان محدد. ذكرك للمكان فقط ، كقولك القاهرة أو نيويورك ، على سبيل المثال ، ليس كافياً لتحديد ميلادك. كذلك أن تعطي تاريخاً ، ١٩٦٥م أو ١٩٨٠م ليس كافياً لتحديد ميلادك. ولكن قولك القاهرة عام ١٩٦٥م ، أو نيويورك عام ١٩٨٠م ، هذا يحدد الحدث. إذاً الحدث هو مكان وزمان. إن الأحداث هي الأشياء الأساسية في النسبية. ولذلك سنتكلم كثيراً عن الأحداث في النسبية.


الــحــس الدارج غـــيـــر الـــعـــام وغـــيــر المــألـــوف لدينا : تــمـــدد الـــزمـــن.


يتبع

الــحــس الدارج غـــيـــر الـــعـــام وغـــيــر المــألـــوف لدينا : تــمـــدد الـــزمـــن.


يتبع


والآن دعنا نتقدم خطوة جريئة للأمام لنرى ماذا يحدث حقيقةً للفضاء والزمن في النسبية الخاصة. وسوف نبدأ بالزمن.

والأن لإنهاء هذا الجزء من المقال ، نريد أن نقول شيئاً واحداً ، مرةً أخرى ، لكل واحدٍ منكم جالس هناك يقرأ هذه الكلمات ويقول في نفسه "يا إلهي ، هذه اللحظة التي كنت أنتظرها ، هذا ليس شيئاً سيمكنني فهمه."

نقول لك : أنه شيء سيمكنك فهمه. إن هدفنا الإحترافي كله هو أن نجعل العلوم والفيزياء وخاصة الفلك شيئاً مفهوماً للشخص العادي. ستحتاج لأن تكون ذكياً. ستحتاج أن تكون متفتح العقل. ولكنك لن تحتاج لأن يكون عندك أية معلومات عن العلوم أو الرياضيات لكي تفهم ما سنقوم بوصفه لك. وبالتالي إذا كنت شخصاً عادياً ، غير عالمٍ ، متشوقاً للعلوم ، أبق معنا وسوف تفهم هذه النظرية.

تـــجـــربــة ســـاعــة الــضــوء الــفــكــريــة.

ما سوف نقوم به الآن هو إعطاؤك مثالاً على مايبدو أنه مصطنع إلى حدٍ ما ، سيشرح لك ماذا يحدث بالضبط للزمن بسبب كون مبدأ النسبية صحيحاً وحقيقياً.

سوف نقوم بتخيل جهازاً يسمى الساعة الضوئية أو ساعة الضوء. الساعة الضوئية عبارة عن صندوق مستطيل رأسي. في النهاية السفلية للصندوق يوجد مصدر للضوء. وفي النهاية العلوية للصندوق توجد مرآة. نحن سوف نقوم بتخيل نبضة ضوئية من الضوء مثل الفلاش تترك مصدر الضوء في الأسفل. وتتحرك باتجاه الأعلى للمرآة. وتنعكس من المرآة. وتعود مرة أخرى إلى الأسفل. وسوف نهتم نحن بالفترة الزمنية بين حدثين إثنين. وهذان الحدثان هما مغادرة النبضة الضوئية من مصدر الضوء في أسفل الصندوق ، وعودة النبضة الضوئية مرة ثانية إلى مصدر الضوء بعد إنعكاسها بواسطة المرآة.

والآن لكي نكون واضحين جداً ، هذا الجهاز هو ساعة ، وتلك هي الدقات الأساسية للساعة.

الدقة الأولى ولتكن "تيك" عندما يتحرك الضوء إلى الأعلى ، والدقة الثانية ولتكن "توك" عندما يعود الضوء للأسفل. الساعة الضوئية تقوم بهذا بشكل دوري مستمر "تيك - توك ، تيك - توك ، تيك - توك....." ، ولكننا سوف نركز فقط على دورة واحدة فقط للساعة ، فقط "تيك - توك" واحدة للساعة الضوئية. نبضة ضوئية واحدة صادرة تنعكس من المرآة وتعود إلى مصدر الضوء مرة أخرى.

هذان هما الحدثان.

مرة أخرى ، الحدثان هما : النبضة الضوئية تترك مصدر الضوء ، النبضة الضوئية تعود إلى مصدر الضوء. ونحن نريد معرفة ما هي الفترة الزمنية بين هذين الحدثين الإثنين. وعملية قياس الفترة الزمنية ستتم من إطارين مرجعيين مختلفين.

والآن تخيل الصورة الأتية ، الإطار المرجعي الأول في حالة ثبات بالنسبة للساعة الضوئية. معنى ذلك أننا في إطار مرجعي تكون فيه الساعة الضوئية في حالة ثبات بالنسبة إلينا.
إذاً في هذا الإطار المرجعي ، إليكم ما سوف يحدث.

أولاً ، الضوء سوف يترك المصدر. سوف يتحرك للأعلى وسيصطدم بالمرآة.

ثانياً ، الضوء سوف ينعكس بواسطة المرآة ويعود مرة أخرى للمصدر.

هذا هو كل ما سوف يحدث. وسوف يقطع الضوء مسافة كلية تساوي ضعف طول الصندوق. وهذا هو كل ما نحتاج معرفته الآن.

سنقول مرة أخرى ، ما هو طول طريق الضوء الذي سوف يقطعه ؟ الضوء سيترك المصدر ، سيتحرك باتجاه الأعلى للمرآة ، سينعكس عن المرآة ، سيعود مرة أخرى للمصدر ، ونحن نعلم طول هذه المسافة. الضوء قطع ضعف طول الصندوق. لا توجد مشكلة.

والآن لو كنت في حالة ثبات بالنسبة للساعة الضوئية ومر بجانبك صديق لك راكباً قطاراً سريعاً باتجاه يسارك ، إذاً بالنسبة لصديقك الساعة الضوئية ستكون في الحقيقة تتحرك باتجاه اليمين. إذاً هل الساعة الضوئية ثابتة أم لا ؟ هي ثابتة في إطار مرجعي وغير ثابتة في الإطار المرجعي الأخر. وهذا هو النحو الذي هي عليه الحالة. وهذا الوضع مقبول ولا بأس به.

والآن دعنا ننظر إلى الإطار المرجعي الثاني ونرى ماذا سيحدث. سوف ننظر إلى الوضع نفسه. الساعة الضوئية ، إنبعاث الضوء (هذا هو الحدث الأول) ، إنعكاس الضوء عن المرآة وعودته مرة ثانية للمصدر (هذا هو الحدث الثاني). سوف ننظر إلى تسلسل الأحداث هذا ، سوف ننظر الآن إلى هذين الحدثين من إطار مرجعي تكون فيه الساعة الضوئية متحركة.

إذاً ها نحن الآن ببساطة في إطار مرجعي مختلف ، في حالة حركة مختلفة صحيحة متساوية لإجراء تجارب الفيزياء. إنه إطار مرجعي والذي صادف أنه يتحرك لليسار بالنسبة للإطار المرجعي الأول الذي ناقشناه (الإطار الذي كانت فيه الساعة ثابتة). وبالتالي في هذا الإطار المرجعي الجديد ستكون الساعة الضوئية تتحرك باتجاه اليمين.
إذاً ماذا سيحدث ؟

النبضة الضوئية ستترك مصدر الضوء وستتحرك مباشرةً باتجاه الأعلى للمرآة. ولكن في هذا الإطار المرجعي المتحرك - بالنسبة لصديقك داخل القطار (من وجهة نظر صديقك) - مباشرةً باتجاه المرآة يعني التحرك بشكل قطري بزاوية ناحية اليمين. وفي الوقت الذي تصطدم النبضة الضوئية فيه بالمرآة ، ستكون المرآة في موقع مختلف. بالطبع النبضة الضوئية ستصطدم بمنتصف المرآة. الأشياء الفيزيائية نفسها يحب أن تحدث. في الإطار المرجعي الأول الذي تكون فيه الساعة ثابتة بالنسبة إليك (من وجهة نظرك) ، النبضة الضوئية تركت المصدر وإصطدمت بمنتصف المرآة وعادت مرة ثانية للمصدر. هذا أيضاً يجب أن يحدث في الإطار المرجعي الأخر الذي تتحرك فيه الساعة الضوئية بالنسبة لصديقك (من وجهة نظر صديقك). لا يوجد خلاف على ما يحدث ، لا يوجد خلاف على هذه المسألة. إنها مسألة شرح أو وصف للفترة الزمنية المنقضية بين ما يحدث. وهكذا.

إذاً ها نحن الآن وصلنا إلى منتصف هذه العملية. النبضة الضوئية إصطدمت بالمرآة العلوية. هي الآن في عملية الإنعكاس عنها. إنها تعود مرة أخرى بشكل قطري بزاوية باتجاه اليمين. وفي الوقت الذي تعود فيه للمصدر سيكون المصدر في موقع مختلف. هذان هما وصفان مختلفان لنفس تسلسل الأحداث بالضبط من وجهتي نظر مختلفتان. إطاران مرجعيان مختلفان.

هنا هي النقطة الحاسمة. في الإطار المرجعي الثاني ، (الإطار المرجعي الذي تكون فيه الساعة الضوئية تتحرك بالنسبة لصديقك) ، ومن وجهة نظر صديقك ، الطريق الذي يقطعه الضوء أطول. لماذا أطول ؟ إنه أطول لأن الضوء يتحرك بشكل قطري بزاوية لكي يصل للمرآة ، ثم ينعكس ، ثم يعود أيضاً للمصدر بشكل قطري بزاوية. إنه طريق أطول. لاحظ أنه مازال هناك الصعود والهبوط بطول صندوق الساعة الضوئية ، ولكن بالإضافة إلى ذلك هناك مكون أو عنصر أو محصلة من حركته في الإتجاه الذي يسير فيه صندوق الساعة الضوئية. ولا داعي للقول بان كل هذا من وجهة نظر صديقك.

في الفيزياء الكلاسيكية ، في فيزياء الموضة القديمة قبل فيزياء النسبية ، كنّا سنقول ، آها هذا لا بأس به وذلك لأن الضوء في هذه الحالة يتحرك بسرعة أكبر قليلاً في الإطار المرجعي المتحرك وذلك لأن السرعة الناتجة من حركة صندوق الساعة الضوئية ستضاف إليه.
ولكن الآن نحن نؤمن بمبدأ النسبية. مبدأ النسبية الذي يقول بأن قوانين الفيزياء هي نفسها لكل المراقبين في الحركة الثابتة المنتظمة ، كل قوانين الفيزياء ، بما فيها قوانين الكهرومغناطسية ، بما فيها تنبؤاتها بأن هناك موجات كهرومغناطيسية ، بما فيها تنبؤاتها بأن هناك موجات ضوئية ، بما فيها التنبؤ بأن هذه الموجات الكهرومغناطيسية بما فيها موجات الضوء تتحرك بسرعة الضوء "c".

إذاً ماذا يجب أن يكون عليه الحال ؟

يتبع

إذاً ماذا يجب أن يكون عليه الحال ؟

يتبع


ما يجب أن يكون عليه الحال هو أن سرعة الضوء يجب أن تكون هي نفسها في كلا الإطارين المرجعيين. ومع ذلك ، في أحد الإطارين المرجعيين ، يتحرك الضوء مسافة أطول من المسافة التي يقطعها في الإطار المرجعي الأخر. هنا الوقت الذي تأتي فيه النسبية. تأتي النسبية هنا لتأكد لنا بأن الضوء يتحرك بالسرعة نفسها في كلا هذين الإطارين المرجعيين. هذا هو ما سوف يجلب لنا كل المتاعب مع الزمن. هذا هو ما جلب لنا المتاعب أيضاً في تجربة قياس سرعة شعاع الضوء من إشارة المرور في المقال الخامس السابق ، وهو التأكيد على أن جميع المراقبين يجب أن يحصلوا على نفس السرعة للضوء.

والآن نعود لتجربة الساعة الضوئية ، المراقبان في كلا الإطارين المرجعيين سوف يقيسان نفس سرعة الضوء. ولكن في الإطار المرجعي الأول ، الإطار المرجعي الذي هو في حالة ثبات بالنسبة للساعة الضوئية ، فإن طول المسار الضوئي أقصر (ببساطة باتجاه الأعلى وباتجاه الأسفل بشكل رأسي عمودي). ونستطيع أن نجزم في الإطار المرجعي الأول بأن المسار أقصر ، ولكننا وبمبدأ النسبية عندنا سرعة الضوء نفسها ، وبالتالي ، سيأخذ الضوء وقتاً أقصر وبالتالي الفترة الزمنية بين الحدثين ستكون أقصر.

في الإطار المرجعي الثاني ، الإطار المرجعي الذي هو في حالة حركة بالنسبة للساعة الضوئية ، فإن طول المسار الضوئي أطول (أيضاً سيكون باتجاه الأعلى وباتجاه الأسفل ولكن بزاوية بشكل قطري). ونستطيع أن نجزم في الإطار المرجعي الثاني بأن المسار أطول ، ولكننا وبمبدأ النسبية عندنا نفس سرعة الضوء ، وبالتالي ، سيأخذ الضوء وقتاً أطول وبالتالي الفترة الزمنية بين الحدثين ستكون أطول.
وهذا ببساطة ما يجب أن يكون عليه الحال. لو أنت قبلت مبدأ النسبية - مبدأ النسبية البسيط الذي يقول أن قوانين الفيزياء بما فيها الكهرومغناطيسية وتنبؤاتها عن الضوء هي نفسها في جميع الأطر المرجعية التي تتحرك بحركة منتظمة ثابتة - إذاً هذا الإستنتاج وهذه النتيجة يجب أن تأتي : الفترة الزمنية بين هذين الحدثين مختلفة في كلا الإطارين المرجعيين.

إتـــســـاع الـــزمـــن أو تـــمـــدد الـــزمـــن.

ما نفعله الآن هنا هو إكتشاف شيئاً ، ليس عن الساعة الضوئية ، وليس حتى عن الضوء ، ولكن شيئاً عن الزمن. الظاهرة التي إكتشفناها هنا تسمى إتساع الزمن أو تمدد الزمن. الزمن يختلف في الأطر المرجعية المختلفة. الساعات لا تقيس الزمن نفسه عندما تتحرك بالنسبة لبعضها البعض. الساعات مازالت ساعات دقيقة للغاية وجيدة جداً. لا يوجد عيب أو شيئ خطأ في الساعات الضوئية عندما تتحرك. هي الساعة نفسها. إنها فقط يُنظر إليها من إطار مرجعي مختلف. إنها لا تقيس زمناً خاطئاً "لأنها تتحرك". إنها تقيس زمناً جيداً جداً ودقيقاً للغاية في كلا الإطارين المرجعيين. إنها فقط تقيس أزمنة مختلفة.

ظاهرة تمدد الزمن ليست عن الضوء ، وليست عن الساعات الضوئية ، إنها عن الزمن نفسه. قياس الزمن ببساطة مختلف بالنسبة للمراقبين المختلفين في الحركة النسبية. الفترة الزمنية بين حدثين ليست كمية مطلقة. إنها شيئٌ يعتمد على وجهة نظرك. نحن مضطرون للتخلي عن فكرة الزمن المطلق ، وقريباً جداً ، فكرة الفضاء المطلق ، لو قبلنا مبدأ النسبية البسيط الذي يقول إن قوانين الفيزياء هي نفسها لكل المراقبين في الحركة المنتظمة الثابتة.

مـــلاحـــظـــة هــــامـــة.

عندما تقرأ كتباً عن النسبية فإنك ستقرأ غالباً عن شرح ظاهرة تمدد الزمن بأن "الساعات المتحركة تتحرك أو تعمل ببطء". هناك شئٌ خطأ في هذه الجملة. إنها ببساطة ليست جملة نسباوية صحيحة إن صح التعبير. خذ وقتاً وفكر في هذه الجملة : الساعات المتحركة تتحرك أو تعمل ببطء. لماذا هذه الجملة ليست جملة نسباوية صحيحة ؟ في الحقيقة ، إنها توحي بأن هناك شيئاً خاصاً في الحركة ، شيئاً خاص في السرعة ، بأن هناك شخصاً لا يتحرك ، بالنسبة له ، ستكون الساعات صحيحة ولن تتحرك أو تعمل ببطء ، وأن هناك شخصٌ أخر ، بالنسبة له ، ولأنه يتحرك ، ستكون الساعات غير صحيحة وتتحرك أو تعمل ببطء. كلام فارغ. لا يستطيع أحد القول ، أنا أتحرك وأنت لا تتحرك ، أو أنت تتحرك وأنا لا أتحرك. هذا هو بيت القصيد من النسبية. إذاً جملة "الساعات المتحركة تتحرك أو تعمل ببطء" هي جملة سخيفة لا معنى لها ، ومع ذلك فإنها تستخدم بكثرة في كتب الفيزياء وكتب النسبية المكتوبة لغير العلماء لوصف ظاهرة تمدد الزمن هذه.
هناك مشكلة أخيرة بالنسبة لفكرة "الساعات المتحركة تتحرك أو تعمل ببطء" أنه قد تجعلك تعتقد بأنك داخل سفينة فضاء تتحرك مسرعةً بجانب الأرض بسرعة عالية جداً وبداخلها ساعة. وأن الساعة تتحرك وتعمل ببطء. ولذلك قد تتخيل بأنه ، وفي إطارك المرجعي ، كل شئ سيبدو لك يتحرك ببطء. ستشاهد عقارب ساعتك تتحرك ببطء ، وأنت تتحرك ببطء أيضاً كما لو كنت تتحرك بالحركة البطيئة كما في الأفلام ، وضربات قلبك ستتباطأ ، وتقدمك في العمر سيتباطأ. كلام فارغ. كل شئ يجب أن يكون عادياً جداً في هذا الإطار المرجعي كما في أي إطار مرجعي آخر. إذا لم يكن كل شئ عادياً في هذا الإطار المرجعي ، فإن الفيزياء ستكون مختلفة في هذا الإطار المرجعي أيضاً. وإن بيت القصيد من النسبية هو أن القوانين التي تحكم الحقيقة الفيزيائية في الكون لا تعتمد على حالة الحركة بالنسبة إليك. بل هي نفسها لكل المراقبين في الحركة المنتظمة الثابتة.

لذلك كل شئ في سياق سفينة الفضاء تلك ، في إطارك المرجعي ، كل شئ ، عقارب ساعتك ، حركتك داخل سفينة الفضاء ، ضربات قلبك ، تقدمك في العمر ، كل هذا سيكون بشكل عادي تماماً. الزمن بالنسبة إليك سيكون ربما مختلفاً عن الزمن هنا في الأرض - وسوف نتطرق لهذا بالتفصيل في المقال القادم - ولكن كل شئ سيكون عادياً تماماً.

كـــلـــمـــة أخـــيـــرة عـــن تـــمـــدد الـــزمـــن.


يتبع

كـــلـــمـــة أخـــيـــرة عـــن تـــمـــدد الـــزمـــن.


يتبع


لهؤلاء القرّاء الأعزاء الذين يهتمون بالشرح العلمي الأعمق لما قمنا بتبسيطه أعلاه ، هذا هو الشرح العلمي غير المبسط. لاحظ أن ما سوف تقرؤه في الأسفل هو بالضبط نفس ما قمنا بتبسيطه أعلاه.
إذاً ، في الحقيقة ، ماذا يقول لنا تمدد الزمن فعلاً ؟

دعنا نشرح ماذا يقول.

إنه لا يقول إن الساعات المتحركة تتحرك أو تعمل ببطء. بدلاً من ذلك إنه يقول شيئاً أكثر تعقيداً بقليل. إنه يقول شيئاً كهذا :
"الزمن بين حدثين إثنين يكون أقل عندما تقيسه بواسطة ساعة واحدة مفردة والتي تكون حاضرة عند كلا الحدثين ، بدلاً من الحالة التي عندما يُقاس بواسطة ساعتين مختلفتين موضوعتين عند الحدثين كليهما".

على سبيل المثال ، لو كان عندنا ساعتان (ب١) و (ب٢) موضوعتان في مكانين مختلفين. وكان عندنا ساعة (أ) تتحرك بالنسبة لكلا الساعتين (ب١) و (ب٢). لاحظ أن الساعة (أ) هي ساعة ، حالتها الحركية ، تُعرف بأنها ستكون حاضرة عند موقع الساعة (ب١) وبعد قليل ستكون حاضرة عند موقع الساعة (ب٢). والآن ، الحدثان اللذان نحن مهتمون بهما هما ظهور الساعة (أ) مع الساعة (ب١) ، وبعد ذلك ظهور الساعة (أ) مع الساعة (ب٢). بتعبير آخر ، الحدث الأول سيكون عندما تمر الساعة (أ) بالساعة (ب١) ، والحدث الثاني سيكون عندما تمر الساعة (أ) بالساعة (ب٢). إذاً هذا يعني أن الساعة (أ) ستكون حاضرة عند حدث تطابق موقع الساعة (أ) مع الساعة (ب١). وأن الساعة (أ) ستكون حاضرة عند حدث تطابق موقع الساعة (أ) مع الساعة (ب٢). ولن تكون الساعة (ب١) أو الساعة (ب٢) حاضرتين عند كلا هذين الحدثين.

إذاً ماذا تقول لنا ظاهرة تمدد الزمن ؟

هذه الظاهرة تقول لنا إن الزمن المنقضي بين هذين الحدثين الإثنين والمسجل بواسطة الساعة (أ) التي هي حاضرة عند الحدثين الإثنين سيكون أقصر من الزمن المنقضي المسجل بواسطة الساعتين الأخريين (ب١ و ب٢) واللتين ليستا حاضرتين عند كلا هذين الحدثين. وهذا هو الشئ الأهم الحاسم. إنه يتطلب ساعتين في أحد الإطارين المرجعيين ، وساعة واحدة في الإطار المرجعي الأخر للقيام بهذا القياس لتحديد الفترة الزمنية بين هذين الحدثين الإثنين.

ويتركنا هذا مع إستنتاج ونتيجة واحدة مفادها أن الزمن ببساطة ليس كمية مطلقة.

الفترة الزمنية بين حدثين إثنين هي شئ نسبي.

إنها تعتمد على إطارك المرجعي.



https://scontent-cai1-1.xx.fbcdn.net/v/t1.0-9/14708099_573287349522694_8721389012763817755_n.jpg ?oh=3780fd4708b552f28b2e1548fdf102b3&oe=589EA7EB




الصورة التي على اليسار هي صورة مبسطة جداً للساعة الضوئية في إطار مرجعي ثابت بالنسبة لنا.

في الإطار المرجعي الأول ، الإطار المرجعي الذي هو في حالة ثبات بالنسبة للساعة الضوئية ، فإن طول المسار الضوئي أقصر (ببساطة باتجاه الأعلى وباتجاه الأسفل بشكل رأسي عمودي). ونستطيع أن نجزم في الإطار المرجعي الأول بأن المسار أقصر ، ولكننا وبمبدأ النسبية عندنا سرعة الضوء نفسها ، وبالتالي ، سيأخذ الضوء وقتاً أقصر وبالتالي الفترة الزمنية بين الحدثين ستكون أقصر.

الصورة التي على اليمين هي صورة مبسطة جداً للساعة الضوئية في إطار مرجعي متحرك لليمين بالنسبة لنا.

في الإطار المرجعي الثاني ، الإطار المرجعي الذي هو في حالة حركة بالنسبة للساعة الضوئية ، فإن طول المسار الضوئي أطول (أيضاً سيكون باتجاه الأعلى وباتجاه الأسفل ولكن بزاوية بشكل قطري). ونستطيع أن نجزم في الإطار المرجعي الثاني بأن المسار أطول ، ولكننا وبمبدأ النسبية عندنا نفس سرعة الضوء ، وبالتالي ، سيأخذ الضوء وقتاً أطول وبالتالي الفترة الزمنية بين الحدثين ستكون أطول.




سيتم التكملة في الجزء السابع.