معلومات في النظرية النسبية بشرح مبسط
أخواني الأعزاء سوف احاول جاهدا أن اقدم بعض المعلومات والأفكار في النظرية النسبية بشكل مبسط و بأمثلة وسأحاول ان أبتعد عن التعقيدات و المعادلات , حيث ان هذه النظرية في الحقيقة بها الكثير من الأفكار التي قد لا نستطيع تقبلها بسهولة كاعتبار الزمن بعد رابع مثلا و كتمدد الزمن وانكماش الطول , فنحن لم نتشرب النسبية لانني اعتبرها صدمة لنا و للحدس الذي نحكم به على الأشياء من حولنا ..
لذا نبدأ بأذن الله بعرض بعض الأفكار في النظرية النسبية .. خطوة خطوة وأتمنى ان تكون هذه الأفكار تجد قبولا و فهما.. ولا تتعارض مع قناعاتكم .
النظرية النسبية الخاصة
سنناقش في هذه المحاظرة ظاهرة تسمى تمدد الزمن و ظاهرة انكماش الطول .
1. الحدس وعيوبه :
تبدوا الاشجار على جانبي الطريق السريع وكأنها تتحرك من وجة نظر سائق السيارة , ولكنها تبدوا بالنسبة لمن يقف على جانب الطريق يحاول أيقاف سيارة . و بالمثل فأن اللوحة الموجودة امام سائق السيارة تبدوا له ساكنه غير متحركة , لكنها مثل باقي السيارات تبدوا متحركة بالنسبة لمن يقف على جانب الطريق . ومثل هذه الخواص الأساسية والتلقائية للكفية التي عليها العالم لا نلاحظها الا بالكاد .
2. مبادى النسبية الخاصة :
تزعم النسبية الخاصة رغم ذلك أن الفروق في الملاحظات بين الأثنين ( السائق والواقف الى جانب الطريق) اكثر دقة وحدة .
وتقدم النظرية اعلان غريبا يتظمن ان الراصدين للحركة النسبية سوف يكون لهما تقويم مختلف , للمسافات و للزمان.
ويعني ذلك كما سنرى , انه لو كان هناك ساعتا يد متماثلتان تماما مع شخصين يتتحركان أحدهما بالنسبة للآخر فأن دقات ساعيهما ستختلف , و بالتالي فلن يتفقا على مقدار الزمن الذي يمضي بين حادثين معينين .
وهنا لي ملاحظه هامة ( ان عدم اتفاق الشخصين على مقدار الزمن الذي يمضي بين الحادثين ليس بسبب وجود عيب في احدى الساعتين ولا بسبب عدم الدقة في أخذ القياسات ) اي ان نفرض ان الساعتان متماثلتان تماما و دقيقتان جدا وتم اخذ القياسات بدون اي خطأ . اذا لماذا لا يكون هناك أتفاق على مقدار الزمن الذي يمضي؟
السبب هنا على حسب نظرية النسبية الخاصة أن عدم التوافق في مقدار الزمن الذي يمضي بين حادثين معينين هي خاصية حقيقة بالزمن نفسه .
وهنا الأشكالية التي لا يمكن ان نستوعبها فلوكانت عندي ساعة ولدى اخي ساعة من نفس النوع تماما وكنا نتحرك كل واحد منا بالنسبة للأخر وقسنا زمن بين حادثين معينين فسوف نحصل على نفس الزمن , وحتى لو لم نقم بتجربة فأننا نتوقع ذلك لأنه شي طبيعي وبديهي جدا .
و النظرية النسبية اتت بفكرة بسيطة ان الأشخاص الذين يتتحركون بعضهم بالنسبة لبعض لن يتفقوا على المشاهدات الخاصة بكل منهم حول المكان او الزمان .
لقد مر قرن تقريبا منذ ان أعلن انشتين اكتشافه , ومع ذلك فأن معضمنا يرى المكان و الزمان كأمر مطلق ( اي لا يتغير المكان و الزمان ) لم ترسخ النسبية الخاصة في نفوسنا فنحن لا نشعر بها , ومضامينها لا تمثل جزءا اساسيا في حدسنا . و السبب في ذلك بسيط جدا , تعتمد تأثيرات النسبية الخاصة في السرعة التي يتحرك بها الأنسان , و بالنسبة لسرعات السيارات والطائرات وحتى السفن المكان فأن هذه التأثيرات ضئيلة . وهناك بالفعل فروق بين أدراك الحسي للمكان و الزمان . عند الأفراد المسترقين على الأرض والمسافرين بالسيارات و الطائرات , ولكن هذه الفروق من الضآلة بحيث لا يمكن ملاحظتها ومع ذلك , لو سافر احدا في رحلة مستقلا مركبة فضائية مستقبلية سرعتها تمثل جزءا محسوسا من سرعة الضوء فأن تأثير النسبية سوف يبدو واضحا تماما .
3. تجارب ذهنية
ماذا يحدث للزمن عند الحركة ؟؟
نتخيل ان احمد لديه سيارة جديدة و اصطحب اخيه زيد الى مضمار السيارات لأختبار سرعات غير مسموح بها . وبعد ان ادار المحرك تحركت السيارة وأخذ يقودها احمد على المضمار بسرعة250 كم / ساعة فيما كان زيد يسجل زمنه وهو يقف جانبا ولأن احمد كان يرغب في التأكد بشكل مستقل من الزمن الذي ستستغرقه , استخدم ساعة ايقاف معه داخل السيارة . وقبل نشر انشتين لم يكن احد يتسائل ما اذا كانت ساعتا أيقاف كلا من احمد وزيد ستقيس نفس الزمن ام لا ولكن طبقا للنسبية الخاصة بينما ستسجل ساعة زيد 30 ثانية . ستسجل ساعة أحمد ( الذي يقود السيارة ) 29.25999999999999 ثانية اي اقل بمقدار ضئيل جدا وبديهي ان هذا الفرق من الصغر بحيث لا يمكن ان يقاس الا بأجهزة تتعدى بمراحل في دقتها ساعات الأيقاف اليدوية , وانظمة التسجيل الوقت الأولمبية , بل وحتى تتعدى أكثر الساعات الذرية الهندسية دقة . وليس غريبا ان خبرتنا اليوم لا تكشف حقيقة ان مرور الزمن تعمتدعلى حالة الحركة .
ماذا سيحدث للطول عند الحركة ؟
سيحدث نفس عدم الأتفاق بالنسبة لقياس الأطوال . فعلى سبيل المثال وفي تجربة اخرى يستخدم فيها زيد حيلة ذكية لقياس طول سيارة أحمد الجديدة :
يبدا بتشغيل ساعة الأيقاف عندما تمر امام مقدمة سيارة احمد ثم يقف تشغيل الساعة عند لحظة مرور مؤخرة السيارة وحيث ان زيد يعلم ان سرعة سيارة احمد 250 كم / ساعة فهو بذلك يستطيع حساب طول السيارة , وذلك بضرب السرعة في الزمن المسجل بساعته ومرة اخرى , قبل انشتين لم يكن احد ليتسائل عما اذا كان طول السيارة المقيس بطريقة زيد غير المباشرة سينطبق تماما على طولها الذي قاسه أحمد بعناية عندما كانت السيارة واقفة على ارضية المعرض : وعلى العكس , تقول النسبية الخاصة بأنه اذا كان احمد و زيد يجريان قياساتهما بدقة , ووجدا احمد ان سيارته طولها 16 قدما بالظبط , فأن زيد سيجد ان طولها 15.47999999999999 قدما _ أي بفارق ضئيل جدا . وكما سبق بالنسبة لقياس الزمن فأن الفرق ضئيل جدا لدرجة ان اجهزة القياس العادية ليست على درجة من الدقة تسمح لها بأكتشاف هذا الفرق
ومع ان هذا الفرق بغاية الضآلة الا ان شرخا في المفهوم الشائع على ثبات وعالمية المكان و الزمان .
وكلما زادت السرعة النسبية للأفراد كما في حالة أحمد وزيد , فأن الشرخ سيزداد وضوحا و للوصول الى فروق ملحوظة لا بد ان تصبح السرعة المعنية جزءا لا بأس به من السرعة المحتملة القصوى _ اي سرعة الضوء _اثبتت نظريا قياسات ماكسويل انها حوالي مئة الف كيلو متر / ثانية وهذه السرعة من الكبر بحيث تلف كوكب الأرض أكثر من سبع مرات في الثانية الواحدة . واذا كان احمد , على المثال يقود سيارته بسرعة 87 % من سرعة الضوء بدلا 250 كيلو متر / ثانية فأن الرياضيات النسبية الخاصة تتنبأ بأن طول السيارة الذي يقيسه زيد سيكون 8 أقدام فقط , وهو فرق كبير عما يقيسه أحمد ( وعن المواصفات المذكورة في كتيب السيارة ) وبالمثل فأن الزمن الذي يستغرقه أحمد ليقطع المضمار و المقاس بواسطة زيد سيكون تقريبا ضعف الذي سيسجله أحمد لنفس المضمار .
للتذكير : زيد الواقف سوف يكون الزمن في ساعته اكبر من الزمن في ساعة أحمد المتحرك .
زيد الواقف سوف يقيس طول السيارة اقل من الطول الأصلي .
وحيث ان مثل هذه السرعات الهائلة تقع بعيدا خارج أي شي يمكن التوصل اليه حاليا , فان ظاهرة ( تمدد الزمن ) وتقلص لورنتز كما يطلق على هاتين الظاهرتين ضئيلة جدا في حياتنا اليومية.
فأن خواص المكان والزمان بهذا الشكل ( اي عند السرعات الكبيرة ) ستصبح حدسية تماما لاننا سنشعرها بصورة دائمة بحيث لا يتطلب الأمر مناقشات اكثر . أي سنحسها بديهية كما نحس ان الاشجار تتحرك عندما نكون في سيارة تتحرك . وكما نحس ان المرآة الأمامية لا تتحرك .
وبذلك نختم هذه المحاظرة لنقول أن ظاهرة تمدد الزمن و تقلص الطول هما ظاهرتان طبيعيتان ولكن حدوثهما لا يمكن ان نلاحظه عند السرعات الصغيرة . ولكن عند السرعات الكبيرة التي تقترب من سرعة الضوء فأن هاتان الظاهرتان سوف تكونان بشكل واضح جدا .
هذه المحاظرة الأولى اتمنى ان تكون بسيطة , ومفهومة وفي أنتظار الردود و الملاحظات و الأضافات و النقاشات. وقد اقترحت على الأخ ابو زيد ان نجمع معلومات ومحاظرات في النسبية لتتكامل مع الدورة فنحصل على مرجع ممتاز في النسبية وبأساليب متنوعة وتحت اشرافه.
تحياتي / أحمد الجابري .
