"عاشق الفيزياء"
07-08-2010, 09:15 AM
نظرية النسبية الخاصة...Special Theory Of Relativity
نظرية النسبية هي من أكثر النظريات التي احدثت الكثير من التغيرات حول فهمنا للظواهر الكونية من حولنا ...وهناك الكثير ممن ملئة الفضول لفهم هذه النظرية وما تحوية من مبادئ ....حاولت في هذا الموضوع ان اقدم شرح مبسط جدا لغير المتخصصين لمفاهيم النسبية الخاصة ....
أسأل الله تعالى ان يوفقني لإيصال العلم النافع اليكم وبالطريقة المناسبة ..
بسم الله نبدأ....:rolleyes: :rolleyes:
أولاً ما معنى نظرية النسبية الخاصة....؟؟؟
سنفسر كل كلمة منها على حده:
نظرية : أي أن المفهوم لها قد تم اختباره بعدد من التجارب المختلفة..فلم تعد فرضية غير موثقة بل نظرية مختبره...
نسبية: أي أنه لا يوجد إطار إسناد مطلق(( إطار اسناد : أي مجموعة من الاحداثيات (x,y,z ) او للتوضيح نقول إطار اسنادك انت أي المكان الذي تقف فيه انت والذي تحسب من خلاله كل الكميات الفيزيائية من سرعة وحجم ودرجة حرارة..الخ...إطار اسنادي انا أي المكان الذي اقف فيه انا فمثلا أنت الان في السيارة فنقول أن اطار اسنادك هو السيارة أي انك تسند كل القياسات للسيارة لأنها هي التي تؤثر على رؤيتك للأشياء أما انا فأقف على الرصيف فاطار اسنادي هو الرصيف فأسند كل قياساتي للرصيف لأنه هو الذي يؤثر على رؤيتي للأشياء وهكذا..)) أو مفضل وبالتالي فإن جميع القياسات نسبية...بمعنى أن كل القياسات غير ثابته تتغير بحسب إطار الاسناد أي بحسب الناظر إليها مثلاً...السيارة التي تسير بسرعة 60 كلم\ساعة
فان سرعتها بالنسبة لمن يقف على الرصيف هي 60 كلم\ساعة..وسرعتها بالنسبة لمن يسير بسرعة 80 كلم\\ساعة هي 20كلم\ساعة ...وسرعتها بالنسبة لمن يسير بسرعة 100كلم\ساعة هي 40 كلم\ساعة....وسرعتها بالنسبة لمن يسير بسرعة 60كلم\ساعة هي 0كلم \ساعة....وهكذا
لاحظوا تكرار كلمة بالنسبة بالنسبة بالنسبة .....فنقول ان سرعة السيارة نسبية وليست مطلقة أي ليست ثابتة يراها الجميع بنفس السرعة ..وكذلك الحجم والطول والكتلة ودرجة الحرارة وكل الكميات الفيزيائية هي نسبية وليست مطلقة تعتمد قيمها على الناظر اليها أي انه لا يوجد شيء ثابت في هذه الدنيا أي لا يوجد شيء مطلق بل كل شيء نسبي ...
ومن هنا أخذة النظرية مسماها نظرية النسبية ...تقريباً هذه هي الفكرة الرئيسة للنظرية ......
خاصة: أي ان قوانينها وحساباتها وفرضياتها لا تطبق في جميع اطر الاسناد أي لا تطبق في جميع الأماكن التي نكون فيها بل تطبق على اطر إسناد لها صفات خاصة وهي أنها أطر اسناد قصورية أي أن المكان الذي نحن فيه يجب ان يكون قصوري حتى اطبق عليه قوانين النسبية الخاصة...(( قصورية بمعنى: أطر الاسناد التي لا تتسارع أي القاصرة عن التسارع((قصورية من قاصرة)) أي إطار الاسناد ذا السرعة الثابتة....:)
اطر الاسناد الساكنة تعتبر قصورية .....أي أنا الواقف على الرصيف يكون اطار اسنادي الذي هو الرصيف اطار قصوري لا يتسارع أي لا تتغير سرعة((الرصيف لا يمشي اصلاً...ههههههههه)))..وأنت في السيارة لو ثبت سرعة السيارة على 70 كلم\ساعة ولم تغيرها بزيادة او نقصان نقول ان اطار اسنادك أي السيارة اطار قصوري أي ان سرعته ثابتة لكنك لو كنت تغير سرعة سيارتك فمرة 70 ومرة 50 ومرة 80((ما اظن في أحد يمشي بدي السرعات دي الايام...هههههههههه))) فنقول ان اطار اسنادك غير قصوري أي سرعته غير ثابتة فلا يمكننا عندها تطبيق قوانين النسبية الخاصة بل قوانين النسبية العامة ...والتي سنكتب موضوع خاص عنها إن شاء الله تعالى....
والأن بعد أن عرفنا المعنى اللغوي لجملة ((نظرية النسبية الخاصة))..علينا ان نتعرف على المبادئ الأساسية التي قامت عليها هذه النظرية مثلها مثل أي نظرية علمية قائمة على مجموعة مبادئ ومفاهيم أساسية:):)
فما هي مبادئ نظرية النسبية الخاصة:
1-مبدأ النسبية (The Principle Of Relativity):
من بين مفاهيم هذا المبدأ أن جميع الحركات في الكون هي نسبية ...ونحن لا ننسبها لإطار إسناد مميز فليس هناك إطار إسناد مثالي نعتمد عليه في قياساتنا أي لا يوجد محاور مميزة نعتمد عليها بل إن جميع الحركات نسبية ننسبها لإطار الإسناد الذي نختاره نحن(سيارة- طيارة- رصيف- الخ) ...وهذا بعد فشل العلماء في إثبات وجود ما أسموه بالأثير (Ether)كان العلماء على عصر نيوتن يؤمنون بوجود ما يعرف بالأثير وهو عبارة عن إطار إسناد مثالي نستطيع أن ننسب جميع الحركات في الكون له ..كانوا يظنونه ماده مجهولة موجودة في الفراغ ....ولكن في عام 1887 قام العالمان ( مكلسن – مورلي ) بعمل تجربة للتأكد من وجود الأثير المزعوم سمية التجربة تجربة مكلسن ومورلي(Michelson – Morley Experiment)
وقد استخدموا فيها اجهزة حساسة جداً وقاموا بإعادة التجربة عدة مرات للتأكد من صحة ما توصلوا إليه فقد توصلوا لنتيجة تقول (( التجربة لم تستطع إيجاد الأثير المزعوم ومن هنا نخلص لنتيجة وهي
أنه لا يوجد في كوننا إطار إسناد مميز او مفضل))...
و ينص هذا المبدأ على أن جميع قوانين الفيزياء تكون صيغتها الرياضية ثابتة في جميع أطر الإسناد القصورية..بمعنى.....على الرصيف في اطاري وفي سيارتك انت التي ثبتت سرعتها فان القانون الفيزيائي (المسافة = السرعة×الزمن) هو نفسه عندي وعندك...فليست المسافة عندي تساوي السرعة×الزمن وعندك تساوي مثلا السرعة×التسارع ...لا أبداً ... قانون (القوة=الكتلة ×التسارع) هو نفسه عندي وعندك أنت ايضاً مها اختلف اطر إسنادنا القصوري.....فمن على الرصيف ومن داخل البيت ومن في سيارة ثابتة السرعة أو طيارة ثايتة السرعة جميعنا نطبق القوانين الفيزيائية بنفس الصيغ الرياضية...
وهذا نص المبدأ الأول :
All Laws Of Physics Have The Same Mathematical Form In all Inertial Reference Frames.
2-مبدأ ثبوت سرعة الضوء(The Constancy Of The Speed Of Light):
سؤال يطرح نفسه:
كيف ستبدو حزمة من الضوء إذا ما نحن سافرنا على متنها ؟؟
بحسب الفيزياء الكلاسيكية فإن الحزمة ستكون ساكنة في نظر من يسافر وهو راكب عليها...
كلما فكر إينشتين في هذا السؤال كلما ازداد إقتناعه انه لا يمكن لأحدنا ان يسافر بسرعة الضوء أي على متن الحزمة الضوئية..
وأخيرأً توصل إلى استنتاج يقول: (( أنه مهما اقترب الشخص منا من سرعة الضوء فإنه سيظل يحسبها تساوي 3×10^8 م\ثانية أي أنه سيظل غير قادر على الوصول إليها ...
ينص المبدأ الثاني على أن سرعة الضوء في الفراغ لها نفس القيمة التي هي(C) في جميع أطر الإسناد القصورية..
وهذا هو نص المبدأ الثاني:
The Speed Of Light In A vacuum Has The Same Measured Value(C) In All Inertial Frames.
وطبعاً حصلت الكثير من التغيرات في المفاهيم العامة للفيزياء والكون بسبب المبدأين السابقين.....
هكذا نكون قد اعطينا ملخص حول نظرية النسبية الخاصة ومفاهيمها ..أرجو ان تكون واضحة ومفهومة أسأل الله أن ينفع بها ....
نظرية النسبية هي من أكثر النظريات التي احدثت الكثير من التغيرات حول فهمنا للظواهر الكونية من حولنا ...وهناك الكثير ممن ملئة الفضول لفهم هذه النظرية وما تحوية من مبادئ ....حاولت في هذا الموضوع ان اقدم شرح مبسط جدا لغير المتخصصين لمفاهيم النسبية الخاصة ....
أسأل الله تعالى ان يوفقني لإيصال العلم النافع اليكم وبالطريقة المناسبة ..
بسم الله نبدأ....:rolleyes: :rolleyes:
أولاً ما معنى نظرية النسبية الخاصة....؟؟؟
سنفسر كل كلمة منها على حده:
نظرية : أي أن المفهوم لها قد تم اختباره بعدد من التجارب المختلفة..فلم تعد فرضية غير موثقة بل نظرية مختبره...
نسبية: أي أنه لا يوجد إطار إسناد مطلق(( إطار اسناد : أي مجموعة من الاحداثيات (x,y,z ) او للتوضيح نقول إطار اسنادك انت أي المكان الذي تقف فيه انت والذي تحسب من خلاله كل الكميات الفيزيائية من سرعة وحجم ودرجة حرارة..الخ...إطار اسنادي انا أي المكان الذي اقف فيه انا فمثلا أنت الان في السيارة فنقول أن اطار اسنادك هو السيارة أي انك تسند كل القياسات للسيارة لأنها هي التي تؤثر على رؤيتك للأشياء أما انا فأقف على الرصيف فاطار اسنادي هو الرصيف فأسند كل قياساتي للرصيف لأنه هو الذي يؤثر على رؤيتي للأشياء وهكذا..)) أو مفضل وبالتالي فإن جميع القياسات نسبية...بمعنى أن كل القياسات غير ثابته تتغير بحسب إطار الاسناد أي بحسب الناظر إليها مثلاً...السيارة التي تسير بسرعة 60 كلم\ساعة
فان سرعتها بالنسبة لمن يقف على الرصيف هي 60 كلم\ساعة..وسرعتها بالنسبة لمن يسير بسرعة 80 كلم\\ساعة هي 20كلم\ساعة ...وسرعتها بالنسبة لمن يسير بسرعة 100كلم\ساعة هي 40 كلم\ساعة....وسرعتها بالنسبة لمن يسير بسرعة 60كلم\ساعة هي 0كلم \ساعة....وهكذا
لاحظوا تكرار كلمة بالنسبة بالنسبة بالنسبة .....فنقول ان سرعة السيارة نسبية وليست مطلقة أي ليست ثابتة يراها الجميع بنفس السرعة ..وكذلك الحجم والطول والكتلة ودرجة الحرارة وكل الكميات الفيزيائية هي نسبية وليست مطلقة تعتمد قيمها على الناظر اليها أي انه لا يوجد شيء ثابت في هذه الدنيا أي لا يوجد شيء مطلق بل كل شيء نسبي ...
ومن هنا أخذة النظرية مسماها نظرية النسبية ...تقريباً هذه هي الفكرة الرئيسة للنظرية ......
خاصة: أي ان قوانينها وحساباتها وفرضياتها لا تطبق في جميع اطر الاسناد أي لا تطبق في جميع الأماكن التي نكون فيها بل تطبق على اطر إسناد لها صفات خاصة وهي أنها أطر اسناد قصورية أي أن المكان الذي نحن فيه يجب ان يكون قصوري حتى اطبق عليه قوانين النسبية الخاصة...(( قصورية بمعنى: أطر الاسناد التي لا تتسارع أي القاصرة عن التسارع((قصورية من قاصرة)) أي إطار الاسناد ذا السرعة الثابتة....:)
اطر الاسناد الساكنة تعتبر قصورية .....أي أنا الواقف على الرصيف يكون اطار اسنادي الذي هو الرصيف اطار قصوري لا يتسارع أي لا تتغير سرعة((الرصيف لا يمشي اصلاً...ههههههههه)))..وأنت في السيارة لو ثبت سرعة السيارة على 70 كلم\ساعة ولم تغيرها بزيادة او نقصان نقول ان اطار اسنادك أي السيارة اطار قصوري أي ان سرعته ثابتة لكنك لو كنت تغير سرعة سيارتك فمرة 70 ومرة 50 ومرة 80((ما اظن في أحد يمشي بدي السرعات دي الايام...هههههههههه))) فنقول ان اطار اسنادك غير قصوري أي سرعته غير ثابتة فلا يمكننا عندها تطبيق قوانين النسبية الخاصة بل قوانين النسبية العامة ...والتي سنكتب موضوع خاص عنها إن شاء الله تعالى....
والأن بعد أن عرفنا المعنى اللغوي لجملة ((نظرية النسبية الخاصة))..علينا ان نتعرف على المبادئ الأساسية التي قامت عليها هذه النظرية مثلها مثل أي نظرية علمية قائمة على مجموعة مبادئ ومفاهيم أساسية:):)
فما هي مبادئ نظرية النسبية الخاصة:
1-مبدأ النسبية (The Principle Of Relativity):
من بين مفاهيم هذا المبدأ أن جميع الحركات في الكون هي نسبية ...ونحن لا ننسبها لإطار إسناد مميز فليس هناك إطار إسناد مثالي نعتمد عليه في قياساتنا أي لا يوجد محاور مميزة نعتمد عليها بل إن جميع الحركات نسبية ننسبها لإطار الإسناد الذي نختاره نحن(سيارة- طيارة- رصيف- الخ) ...وهذا بعد فشل العلماء في إثبات وجود ما أسموه بالأثير (Ether)كان العلماء على عصر نيوتن يؤمنون بوجود ما يعرف بالأثير وهو عبارة عن إطار إسناد مثالي نستطيع أن ننسب جميع الحركات في الكون له ..كانوا يظنونه ماده مجهولة موجودة في الفراغ ....ولكن في عام 1887 قام العالمان ( مكلسن – مورلي ) بعمل تجربة للتأكد من وجود الأثير المزعوم سمية التجربة تجربة مكلسن ومورلي(Michelson – Morley Experiment)
وقد استخدموا فيها اجهزة حساسة جداً وقاموا بإعادة التجربة عدة مرات للتأكد من صحة ما توصلوا إليه فقد توصلوا لنتيجة تقول (( التجربة لم تستطع إيجاد الأثير المزعوم ومن هنا نخلص لنتيجة وهي
أنه لا يوجد في كوننا إطار إسناد مميز او مفضل))...
و ينص هذا المبدأ على أن جميع قوانين الفيزياء تكون صيغتها الرياضية ثابتة في جميع أطر الإسناد القصورية..بمعنى.....على الرصيف في اطاري وفي سيارتك انت التي ثبتت سرعتها فان القانون الفيزيائي (المسافة = السرعة×الزمن) هو نفسه عندي وعندك...فليست المسافة عندي تساوي السرعة×الزمن وعندك تساوي مثلا السرعة×التسارع ...لا أبداً ... قانون (القوة=الكتلة ×التسارع) هو نفسه عندي وعندك أنت ايضاً مها اختلف اطر إسنادنا القصوري.....فمن على الرصيف ومن داخل البيت ومن في سيارة ثابتة السرعة أو طيارة ثايتة السرعة جميعنا نطبق القوانين الفيزيائية بنفس الصيغ الرياضية...
وهذا نص المبدأ الأول :
All Laws Of Physics Have The Same Mathematical Form In all Inertial Reference Frames.
2-مبدأ ثبوت سرعة الضوء(The Constancy Of The Speed Of Light):
سؤال يطرح نفسه:
كيف ستبدو حزمة من الضوء إذا ما نحن سافرنا على متنها ؟؟
بحسب الفيزياء الكلاسيكية فإن الحزمة ستكون ساكنة في نظر من يسافر وهو راكب عليها...
كلما فكر إينشتين في هذا السؤال كلما ازداد إقتناعه انه لا يمكن لأحدنا ان يسافر بسرعة الضوء أي على متن الحزمة الضوئية..
وأخيرأً توصل إلى استنتاج يقول: (( أنه مهما اقترب الشخص منا من سرعة الضوء فإنه سيظل يحسبها تساوي 3×10^8 م\ثانية أي أنه سيظل غير قادر على الوصول إليها ...
ينص المبدأ الثاني على أن سرعة الضوء في الفراغ لها نفس القيمة التي هي(C) في جميع أطر الإسناد القصورية..
وهذا هو نص المبدأ الثاني:
The Speed Of Light In A vacuum Has The Same Measured Value(C) In All Inertial Frames.
وطبعاً حصلت الكثير من التغيرات في المفاهيم العامة للفيزياء والكون بسبب المبدأين السابقين.....
هكذا نكون قد اعطينا ملخص حول نظرية النسبية الخاصة ومفاهيمها ..أرجو ان تكون واضحة ومفهومة أسأل الله أن ينفع بها ....