mostafa essa
Admin
عدد المساهمات : 158
تاريخ التسجيل : 26/10/2010
 | موضوع: نسبية اينشتاين  الأربعاء سبتمبر 28, 2011 6:37 am | |
| الفيزياء النسبية :
مقدمة :
ظلت الفيزياء التقليدية بفروعها الثلاث حتى نهاية القرن التاسع عشر قادرة
على تفسير كل الظواهر الفيزيائية ، و هذه الفروع هي :
1 – الميكانيكا : ممثلة بقوانين نيوتن وتهتم
بدراسة الأجسام المادية .
2 – الكهرومغناطيسية : ممثلة بقوانين ماكسويل
وتهتم بدراسة حركة الأمواج الكهرومغناطيسية
3 – الديناميكا الحرارية : ممثلة بقوانين
الديناميكا الحرارية الثلاث ، وتهتم بدراسة الحرارة وانتقالها بين الأجسام .
الظواهر التي أدت إلى نشأة الفيزياء الحديثة :
في بداية القرن العشرين ظهرت بعض الظواهر التي تتناقض مع أسس الفيزياء
التقليدية منها :
1 – أن قوانين الميكانيكا لا تعطي نتائج صحيحة عند تطبيقها على أجسام
متحركة بسرعة قريبة من سرعة الضوء .
وتم التغلب على هذه المشكلة بظهور نظرية الفيزياء النسبية لآينشتاين .
2 – قوانين الديناميكا لا تعطي نتائج صحيحة عند تطبيقها على جسيمات ذات كتل
ذرية صغيرة جدا مثل الذرة والإلكترونات والبروتونات .
و تم التغلب عليها بظهور علم نظرية ميكانيكا الكم لبلانك .
الراصد في الفيزياء القديمة والحديثة :
في الفيزياء القديمة : لم يُفرق بين الراصد الساكن والراصد المتحرك .
في الفيزياء الحديثة : تم التفريق بين الراصد الساكن والراصد المتحرك .
نتائج النظرية النسبية :
أولا : نسبية الطول :
في الفيزياء التقليدية : يعتبر الطول مطلق ولا يعتمد على حركة الراصد أو
سكونه .
في الفيزياء النسبية : يتقلص طول الأجسام المتحركة في اتجاه حركتها بالنسبة
لراصد ساكن .
ل : طول الجسم وهو متحرك ، ل0 : طول الجسم وهو ساكن ، ع : سرعة الجسم ، ع ض
: سرعة الضوء .
ثانيا : نسبية الزمن :
في الفيزياء التقليدية : يعتبر الزمن مطلق ولا يعتمد على حركة الراصد أو
سكونه .
في الفيزياء النسبية : الزمن الذي يسجله راصد ساكن لحادثة ما تكون أكبر من
الزمن الذي يسجله راصد متحرك بنفس سرعة الحادثة.
ز. : الزمن الذي يسجله الراصد الساكن ، ز : الزمن الذي يسجله الراصد
المتحرك بنفس سرعة الحادثة ،
ع : سرعة الجسم ، ع ض : سرعة الضوء .
ثالثا : نسبية الكتلة :
في الفيزياء التقليدية : لا علاقة لكتلة الجسم بسرعته .
في الفيزياء النسبية : الكتلة تزداد بزيادة سرعة الجسم وتكون قيمتها لا
نهائية عند سرعة الضوء .
ك : كتلة الجسم وهو متحرك ، ك0 : طول الجسم وهو ساكن ، ع : سرعة الجسم ، ع ض
: سرعة الضوء .
شرح أينشتاين لما يحدث للزمن والطول في نسبيته:
" أننا إذا تصورنا ساعة ملصقة بجسم متحرك بسرعة هائلة، فإن عقارب هذه
الساعة لابد أن تسير بسرعة مختلفة عن سرعة عقارب ساعة أخرى ملصقة بجسم ساكن
كالجدار مثلاً... وبالمثل فإن مسطرة متحركة لابد أن يتغير طولها تبعاً
لسرعتها المتحركة بها. وعلى وجه الدقة فإن الساعة الملصقة بجسم متحرك تتأخر
في الوقت كلما ازدادت سرعة الجسم حتى تتوقف عقاربها تماما عن الدوران إذا
بلغت سرعة الجسم سرعة الضوء والشخص المتحرك مع الساعة لا يدرك هذه التغيرات
وإنما يدركها الشخص الذي يلاحظها من مكان ساكن. وبالمثل تنكمش المسطرة في
اتجاه حركتها كلما زادت هذه الحركة حتى يتحول طولها إلى الصفر حينما تبلغ
سرعة الضوء بالنسبة للشخص الساكن".
ولكثير من التوضيح نفرض أن مسافراً يبلغ من العمر عشرين عاماً أستقل مركبة
فضائية تسير بسرعة 99% من سرعة الضوء بالنسبة لشخص على الأرض له نفس العمر،
سنجد أن ساعة الرجل الفضائي تتباطأ بالنسبة للرجل الأرضي والوقت الذي
يحسبه المسافر يكون أقل من الوقت الذي يحسبه الرجل على الأرض، وحقيقة فإن
الفعاليات الحيوية كضربات القلب والتنفس...الخ تكون ساعات بيولوجية
وبالتالي فإن هذه الفعاليات تسير ببطء لدى المسافر في المركبة الفضائية وهو
لن يلحظ أي تغير في سرعة دقات قلبه أو تنفسه ولكن الذي يلحظ ذلك هو الرجل
على الأرض حين مراقبته بتلسكوب مثلاً. وبعد مرور سبعين سنة حسب تقدير وقياس
الرجل على الأرض أي بعد ما أصبح عمره تسعون عاماً، يعود الرجل الفضائي
وعمره ثلاثون عاماً فقط! وهذا ما يعرف بالتأخر الزمني. وكذلك الحال في طول
المركبة الفضائية، سيقيسها الرجل على الأرض أقصر مما هي عليه أو كما يقيسها
المسافر الذي على متنها وهذا ما يعرف بانكماش أو تقلص الطول.
إن المقاييس من مساحات و حجوم وكتل وتحديد المكان والزمان والسرعة هي
مقاييس معروفة في نظر الفيزياء الكلاسيكية (فيزياء جاليليو ونيوتن) فكلنا
نقيس المسافات والزمن بنفس الطريقة والكيفية ولا يختلف في ذلك اثنان إذا
كانت مقاييسهما معايرة بدقة وهذا يعني أننا سلمنا بأن هذه المقاييس مطلقة
ولكن هذا يخالف النظرية النسبية التي تقوم على أنه لا وجود لشيء مطلق في كل
هذه الأشياء أنما هي نسبية، فالدقيقة (60 ثانية) التي نقيسها بساعاتنا
يمكن أن يقيسها آخر على أنها أقل من دقيقة أو أكثر، وكذلك المتر العياري
طوله متر بالنسبة للشخص الذي يحمله ولكن بالنسبة لآخر يتحرك بسرعة كبيرة
بالنسبة لذلك الشخص يجد المتر 80 سنتمتر وكلما زادت سرعته كلما قل طول
المتر ليصبح طول المتر صفر إذا تحرك الشخص بسرعة الضوء (سنجد انه من
الاستحالة الوصول لسرعة الضوء) وهذا لا يعود لخطأ في القياسات بين الشخصين
أو خلل في آلات الرصد التي يستخدمونها فكل منهما يكون صحيحا ولكن بالنسبة
له. ولهذا سميت بالنظرية النسبية والكثير من الأمور المسلم بها في حياتنا
والتي نعتبرها مطلقة تصبح نسبية في عالم النسبية.
بمفهوم اينشتين والتعامل مع الزمن على أنه بعد من الأبعاد يصبح كل شيء
نسبياً فمثلاً نعرف أن الكتلة هي كمية المادة الموجودة في حجم معين مثل
كتلة الماء في حجم سنتيمتر مكعب هي واحد جرام وكتلة الماء هذه ثابتة ولكن
وزنها هو الذي يتغير تغيرا طفيفا نتيجة لتأثير الجاذبية عليها فيقل الوزن
قليلا في المرتفعات ويزيد في المنخفضات نتيجة لتغير تأثير الجاذبية حسب
بعدنا او قربنا من مركز الأرض وهذا التغير يكون في حدود جرام واحد فقط،
ولكن آينشتين يبين أن الكتلة تتخلى عن تأثير الجاذبية وتتغير في حدود أكبر
بكثير قد تصل إلى الآلاف ولا علاقة لتغير الكتلة بالجاذبية. إن ثبوت
المقاييس والأبعاد عند آينشتين في الكون لا وجود له حسب نظريته النسبية.
المبادئ التي قامت عليها النظرية النسبية الخاصة وهي:
1. لا وجود للحركة المطلقة ولا مجموعة المحاور الثابتة التي ترجع إليها
جميع الحركات.
2. إن جميع القوانين الفيزيائية يجب أن تكون هي بعينها وشكلها في أي من
المناطق (الأنظمة) المتحركة مع بعضها البعض بسرعة ثابتة.
3. ينتشر الضوء في جميع الاتجاهات وبسرعة ثابتة لا تتغير مع حركة المصدر
الضوئي أو المشاهد ومقدارها ثابت سواء كانت المنطقة (النظام) ساكنة أو
متحركة، وهي سقف السرعات في الكون أي أنها أعلى سرعة معروفة ولا وجود لجسيم
يتحرك بسرعة الضوء. | |
|
