نظرية النسبية لآلبيرت إنشتاين

 

نظرية النسبية لآلبيرت إنشتاين

Albert_Einstein

مقدمة : مرحبا|إن مصطلح نسبي في اللغة العربية يعنى به الشيء المتغير ، أو الشيء الذي لا يشمل وصفا واحدا أو حالة واحدة ، ولا يقبل أن يخضع لأي نظام قار وثابت ، مثل ما يكون حديثنا موازيا لنظرية الأوتار الفائقة أو نظرية العوالم المتوازية ، ونظرية النسبية هذه تجسد صفة لعالم كبير من الإحتمالات في عالم متغير وغير قار ، نظرية حديثة أقام عليها العالم ألبيرت إنشتاين في بداية القرن العشرين بعض القوانين الفيزيائية الصارمة ، ليقيم بذالك حقبة جديدة ومفهوم جديد للفيزياء الحديثة ، ويفند بذالك أيضا أو يطور بعض المفاهيم القديمة التي واكبت الفهم الكلاسيكي ، لأن الفيزياء الكلاسيكية كانت رائدة ومسيطرة لحقبة تتخطى ال 200 سنة ، على يد بعض الرواد من الأدمغة المئوية التي أسس على يدها صرح العالم الحديث ، كالعالم إسحاق نيوتن مثلا أوغاليليو غالي أو ماكسويل ، حيث أن إنشتاين أدرك قبل إرساء قواعد النسبية أن المطلق غير موجود ، وأن القيم متغيرة ، وأن الزمان ريهين بالمكان ، وأن علاقة السرعة بالزمن علاقة عكسية كعلاقة السرعة بالكتلة ، لاكن ألبيرت إنشتاين لا يعتبر مكتشف هذه النظرية بل هو من طورها وأرسى قواعدها .

نظرية النسبية لألبيريت إنشتاين عبارة عن وجهان أو صفتان يشملان نوعا من القرابة في المضمون والعلاقات الفيزيائية ، لأن النسبية مقسمة إلى قسمان رئيسيان يشملان وجهان لعملة واحدة ، الأولى هي النسبية الخاصة والثانية هي النسبية العامة ، وكلاهما يعتمدان نفس الإصطلاح الذي جاء به العالم غاليليو غالي سنة 1636 ، فقد اكتشف هذا العالم سنة 1632 أن الإنسان لا يشعر بأي تغير نمطي في قيم السرعة إن كانت ثابتة ، واستنادا كذالك لوضعه المكاني ، وأي زيادة أو نقصان في معامل السرعة بالرغم من استقرارية المكان ، فإننا نشعر بهذا الإختلاف اللحظي ، فلو افترضنا أننا نسافر على متن طائرة تتحرك بسرعة 360 ميل في الساعة ، حيث تسير هذه الطائرة على خط مستقيمي بدون أي اعوجاج أو ميلان زاوي ، علما أن موقعنا بداخل الطائرة يتمركز في غرفة مغلقة ، فلن نشعر بأي اختلال حركي وهي تطير ، لأننا بالنسبة للطائرة عبارة عن أجسام ساكنة وغير متحركة ، وفي حال ما إذا رفعنا كرة بداخل هذه الغرفة فلن تتأثر بسرعة الطائرة ، وبذالك سترتفع وتنخفظ بشكل طبيعي وانسيابي ما دمنا خاضعين لقوانين الجاذبية ، وأما عند انعدام الجاذبية سيتغير الأمر لأنه تم فقد شرط من شروط التجربة على الأرض ، وهذه النظرية أقرب ما تكون قريبة نسبيا لدوران الأرض حول الشمس ودورانها حول نفسها ، فكون أن سرعة الأرض التي تقدر ب1670 كيلومتر في الساعة لا تتغير ، فنحن كبشر لا نشعر بدورانها ولا حركتها مطلقا ، مع العلم كذالك أن الأرض تدور حول الشمس بمعدل 107.000 كيلومتر في الساعة ، وأن الشمس تدور تزامنا مع دوران المجرة بسرعة 120 ميل في الساعة ، وأن المجموعة الشمسية كلها تدور حول الشمس بمعدل 12 ميل في الثانية ، وأن سرعة تباعد مجرة درب التبانة عن باقي المجرات تصل لما بين 600 و 40.000 ميل في الثانية .

فالكون عبارة عن ميكانيك من الحركة الشبه ثابتة ، والتي يتغير فيها البعد الرابع للزمن بتغير البعد المكاني ، وهذه الحقيقة العلمية هي التي أسقطت نظرية إسحاق نيوتن عن مفهوم الزمان والمكان ، والذي لطالما اعتبره ثابت ومطلق .

 

نظرية النسبية الخاصة

وبالحديث عن الجزئ الأول من نظرية النسبية العامة ، فلا يسعنا إلا التعريف عن نظرية النسبية الخاصة ، وهو أول شق من النظرية التي كشف عنها إنشتاين سنة 1905 , إذ يتجلى مفهومها في سرعة الضوء ، فسرعة الضوء في الكون بحسب نظرية إنشتاين هي السرعة المطلقة أو السرعة القصوى في الكون ، وكونها كذالك فلا يمكن للجنس البشري تخطي حدود الطبيعة وبلوغ مرتبة السفر عبر الزمن اعتمادا على هذه السرعة ، وهذا الأمر خاطئ تماما بالنسبة لمكتشف نظرية الأوتار الفائقة ، والتي فندت البعد الرابع لإنشتاين وكشفت عن وجود 11 بعد ، وتقدر سرعة الضوء في الفراغ بما يقارب 299.792.458 متر في الثانية وهذه القيمة تعادل بشكل تقريبي 300.000 كيلومتر في الثانية ، وهي قيمة تعد ثابتة لا تتغير إلى حدود وقتنا هذا ، ولقياس سرعة الجسم المتحرك فإن نظرية النسبية الخاصة جزئها إنشتاين إلى فرضيتان

·      الفرضية الأولى تسمى بفرضية تباطئ الزمن وتقام على أساس حاصل ضرب فرق الزمن عند السكون في معامل لورينتز

·      وأما الفرضية الثانية فتسمى بفرضية تقلص الزمن وتساوي حاصل سرعة الضوء الساقط على جذر مربعي سرعة الضوء الساقط ناقص السرعة النسبية

سنة 1905 نشر ألبيرت إنشتاين نظريته حول النسبية الخاصة ، لتسقط بذالك تجارب الفيزيائيين ميكسولي ومورلي ، واللذان ناقضا نظرية النسبية الخاصة انطلاقا من التجارب التي قاما بها لفحص انتشارات الضوء في اتجاهات مختلفة ، ولفهم هذه التجربة سنعطي مثالا بسيطا عن ذالك ، فلو افترضنا أننا نمتطي طائرة حربية تسير ب 800 ميل في الساعة ، ثم قمنا بإطلاق صاروخ بسرعة 300 ميل في الساعة ، فإن حاصل سرعة الصاروخ تساوي سرعة الطائرة زائد سرعة الصاروخ ليصير المجموع بذالك 1100 ميل في الساعة ، أي أن سرعة الصاروخ ستصل لهذه القيمة ألا وهي 1100 ميل في الساعة ، لاكن إن قلبنا الفرضية هذه وافترضنا أننا نسير على متن مركبة مهملة الكتلة تصل سرعتها نسبيا لسرعة الضوء ، ثم قمنا بإطلاق شعاع من الضوء بسرعة 300.000 كيلومتر في الثانية ، فهل ستصير سرعة ذالك الشعاع تساوي حاصل جمع سرعة المركبة وسرعة الضوء ؟ مثل ما هو الشأن بالنسبة للطائرة الحربية والقذيفة ، هنا اختلف ألبيرت إنشتاين وقال بأن سرعة الضوء ثابتة لا تتغير ، وفي حال ما إذا تحققت هذه التجربة فإن سرعة الضوء المسلط من المركبة التي تصل سرعتها تقريبا لسرعة الضوء ستكون ثابتة ولن تصير مضاعفة أبدا ، مثل ما هو الشأن بالنسبة للتجربة السابقة .

هذه النظرية التي تم قبولها ضمن المجتمعات العلمية سنة 1920 ، والتي أصبحت وسيلة معتمدة في ميكانيك الكم وفي الفيزياء الذرية والنووية ، لأنها صممت في الأصل لدراسة أدق التفاصيل عن الأجزاء الكمية وتفاعلاتها .

نظرية النسبية العامة

بينما نظرية النسبية العامة أو بالأحرى المفهوم الجديد لمعنى الجاذبية ، وهي النظرية التي تعمل على خلق صلة الوصل بين قانون الجذب العام لنيوتن ونظرية النسبية الخاصة ، ولو أن التناقض ذريع بين إنشتاين ونيوتن إلا أن إنشتاين اعتبر أن قانون الجذب العام لنيوتن مستحب وصحيح ، كون أن الأجسام تتجاذب فيما بينها بنسب مختلفة بالرغم من عدم توصله لهذه القوة علميا أو نوعها وكيف تعمل ، وكلما كبرت الأجسام المادية وقصرت المسافة بينهما كان الجذب أقوى والعكس صحيح ، طبعا نظرية النسبية العامة كشفت عن البعد الرابع للزمان ، بالإضافة إلى أبعاد المكان الثلاثة من طول وعرض وارتفاع ، حيث أعطت هذه النظرية وصفا هندسيا موحدا للزمان والمكان أو الزمكان ، كون أن الزمان مساير للمكان في أي زمان ومكان .

كيف ذالك ؟ أولا اعتبر إنشتاين أن الأجسام المادية كالكواكب تحدث انحناء في الزمكان ، إذ يرتبط هذا الإنحناء أو التحدب بمقدار الطاقة والزخم المطبق عليه ، وله ارتباط أيضا بأي نوع من الإشعاع وأي نوع من المادة ، والزمكان أو هذا الإنحناء عبارة عن فلويد دقيق وغير مرئي مثل بساط من الأجسام والمركبات المجهرية ، أو بعبارة أخرى نسيج من الزمكان يشمل الأبعاد الأربعة ، فمثلا الأرض تحدث انحناء في الزمكان ما يجعل القمر يدور حول هذا الإنحناء كلعبة جدار الموت المعروفة عند المغاربة والمصريين ، وسرعة القمر الثابتة هي ما يجعله لا ينجذب للأرض ولا يخرج عن مدارها .

وأما فيما يخص نوع الرابطة التي تجمع بين النسبية الخاصة والعامة فهي عبارة عن كل ما يتعلق بالفلك وفيزياء الفلك وإمكانية السفر عبر الزمن ، فلو افترضنا أننا سافرنا من الأرض إلى كوكب يبعد عنا بعشرة ملايين سنة ضوئية ، فإن الزمن يتغير بين الأرض وبين ذالك الكوكب ، وسنة واحدة على ذالك الكوكب قد تعادل عشر سنوات على الأرض ، هذا من جهة ، من جهة أخرى يقول إنشتاين أننا لو وصلنا لإمكانية السفر بين الكواكب بسرعة الضوء ، فإن الزمن يتقلص أو بالأحرى يتوقف ، ولكي نبسط الأمر جيدا سنعطيكم مثالا بسيطا أقرب لفهم النظرية ، فلو افترضنا أننا سنسافر لمسافة 500 كيلومتر سيرا على الأقدام فقد يكلفنا الأمر مسير ثلاثة أيام ، لاكن لو سافرنا على متن سيارة تسير بسرعة 100 كيلومتر في الساعة فلن تكلفنا الرحلة سوى 5 ساعات فقط ، وهذا دليل ملموس على أن السرعة تقلص عامل الزمن ، لأن المسافة تساوي حاصل ضرب السرعة في معامل الزمن .

وبالرجوع إلى السفر عبر الزمن فهناك نظرية جاء بها إنشتاين تقول بأننا لو استطعنا دمج القوى الكونية الأربعة الموجودة ، فهناك احتمال كبير للسفر عبر بوابة الزمن ، وهذه القوى هي الطاقة النووية القوية والطاقة النووية الضعيفة والقوة الكهرومغناطيسية وقوة الجاذبية ، وفي اعتقادي المتواضع أن القوى الكونية غير معدودة لحد الآن وغير محسوبة ، لماذا ؟ لأنه إذا توافرت لدينا فرصة دمج هذه القوى الأربع فالحاصل سيكون عبارة عن قوة جديدة خامسة ، ولو استطنا دمج ثلاث قوى فقط فإن الحاصل سيكون ستة وهكذا ، أي أن احتماليات دمج القوى واردة ، وكل دمج سيعطي نمط جديد من الطاقة ، نفس الشي وارد بالنسبة للسرعة المطلقة في الكون ، فهي ليست الوحيدة الموجودة بل هناك سرعات تتخطى قيمة سرعة الضوء ، وهذا ما جائت به نظرية الأوتار الفائقة ، وإمكانية السفر عبر الزمن أحدثت ثورة جديدة وصارت محط أبحاث علماء عصرنا هذا ، لأن هناك أدلة تثبت التغيرات الجذرية بين الحاضر والمستقبل من خلال نظرية النسبية ، فالضوء الصادر من أشعة الشمس يقطع مسافة 150.000.000 مليون كيلومتر ليصل إلى كوكبنا هذا ، وهي مسافة تعادل 8,33 دقيقة ضوئية ، أي أن الضوء الصادر من الشمس لا يصلنا إلا بعد خروجه ب 8,33 دقيقة ، وهذا الزمن بالنسبة لكوكب الشمس يعتبر ماضي وحاضر بالنسبة لكوكب الأرض والعكس صحيح .