مشاكلنا مع النسبية؟!!!

**الفيزقية** · 09-27-2008 09:36 AM

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته .
لعلكم لاحظتم الأخبار التى تنتشر عن التشكيك فى النسبية و دحض النسبية وما يشابه ، ولعلكم لاحظتم ايضا ً ان هذه الأخبار معتمدة على مسألة سرعة الضوء و مشكلة ثباتها ( ليست مشكلة بالمعنى المفهوم ولكنها مشكلة ناتجة عن الفهم الخاطئ لمبدأ النسبية ) . المهم ، فى هذا الموضوع سوف نحاول معا ً فهم مبدأ النسبية بشكل صحيح وتوضيح انه و إن صحت هذه الأخبار فإنها لا تتعارض مع مبدأ النسبية فى شئ ، وسنعتمد فى ذلك على الإقناع الرياضى و الفيزيائي المنطقى حتى نصل الى اعلى درجة من درجات الفهم .
وبسم الله الرحمن الرحيم نبدأ ................................... ....
*********************************** *************** *****************************
1 - سرعة الضوء تتباطئ كثيرا ً !!!
*****************************
عام 1864 اعطانا صاحبنا James Clerk Maxwell اربع معادلات غاية فى الدقة والروعة توضح النظرية الموحدة بين ظاهرتي الكهربية الساكنة والمغناطيسية ، واسمى صاحبنا هذه النظرية باسم " النظرية الكهرومغناطيسية " ، وكانت معادلاته الأربعة على الصورة :

حيث :

وهذه المعادلات يمكن تلخيص معانيها فى العبارات الأتية (لاحظ ان ترتيب معانى المعادلات يعتمد على ترتيب المعادلات اعلاه ) :
المعادلة الأولى : كيف ان الشحنات الكهربية تنتج مجالا ً كهربيا ً [ قانون جاوس ] ( وكما تعلم فإننا نستطيع حساب المجال الكهربى الناتج من توزيع معين للشحنة بإستخدام قانون جاوس ، وهكذا تخبرنا المعادلة كيف ان الشحنات الكهربية تنتج مجالا ً كهربيا ً )
المعادلة الثانية : معادلة جاوس فى المغناطيسية والتى تفيد إستحالة الحصول على مغناطيس احادى القطب .
المعادلة الثالثة : التغير فى المجال المغناطيسى ينتج مجالا ً كهربيا ً ( قانون فارادي للحث )
المعادلة الرابعة : التيار الكهربى ينتج مجالا ً مغناطيسيا ً ( قانون ماكسويل - امبير )
هذه المعادلات ادت الى تطور كبير فى الفيزياء حيث ادت الى اكتشاف الموجات الكهرومغناطيسية التى افادتنا فى الكثير والكثير ............
وايضا ً ادت الى نتيجة هامة جدا ً والتى هى محور هذا الجزء من الموضوع وهى ان الضوء عبارة عن موجات كهرومغناطيسية ، وهذا تم الوصول اليه عن طريق الحصول على معادلة موجية من معادلات ماكسويل فى الفراغ وحلها وإيجاد سرعة الموجة ، وكانت المفاجأة ان سرعة الموجة الكهرومغناطيسية فى الفراغ تساوى سرعة الضوء فى الفراغ ومن هنا عرفنا ان الضوء موجة كهرومغناطيسية .
والان دعنا نصل نحن الى هذه النتيجة ، فى البداية لنصف معادلات ماكسويل فى الفراغ يجب ان نعرف خصائص الفراغ فى هذه الحالة ، ومن مراجعة خصائص الفراغ سنجد ان 0 = ρ ( لانه لا توجد شحنات كهربية اصلا ً ) و J = 0 ( لأنه لا يوجد تيار كهربى ) ، وعلى ذلك تكون معادلات ماكسويل فى الفراغ على الصورة :

وللوصول الى معادلة موجة من معادلات ماكسويل فى الفراغ نجرى الآتى :

والمعادلة الأخيرة هى معادلة موجة كهرومغناطيسية فى ثلاث ابعاد ، وفى بعد واحد تأخذ المعادلة الصورة :

وحل هذه المعادلة يعطينا موجة توصف بالمعادلة :

وبقليل من التفاضل ثم التعويض فى المعادلة الموجية ، نجد ان :

اى ان سرعة اموجات الكهرومغناطيسية تساوى سرعة الضوء ، اذن الضوء موجة كهرومغناطيسية .
من هذا كله استطعنا اثبات ان سرعة الضوء فى الفراغ ( سرعة الموجة الكهرومغناطيسية فى الفراغ ) تتوقف على السماحية الكهربية و التفاذية المغناطيسية للفراغ ، وقياسا ً على ذلك نجد ان سرعة الضوء فى الوسط ( سرعة الموجات الكهرومغناطيسية فى الوسط ) تتوقف على السماحية الكهربية والنفاذية المغناطيسية للوسط ، وعلى ذلك تكون سرعة الضوء فى اى وسط بدلالة سماحيته الكهربية و نفاذيته المغناطيسية هى :

وبذلك نجد ان سرعة الضوء تتباطئ فى الأوساط ، وقد تتوقف فى الأوساط ذات السماحية الكهربية والنفاذية المغناطيسية العالية جدا ً .
وبذلك نصل الى ان : سرعة الضوء تتباطئ كثيرا ً ً !!!

*********************************** *************** *****************************
2 - النسبية العامة وإنحناء الضوء .
******************************
ادخلت النسبية العامة مفهوم انحناء الضوء عند مجالات الجاذبية ، ومن المعروف انه لكى ينحنى الضوء يجب ان تقل سرعته فى الفراغ عن السرعة المعروفة ، ويمكن إثبات هذا رياضيا ً بالآتى :
( سوف نتعامل مع فضاء شوارتزلد لأنه اسهل الفضاءات المعروفة )
فى البداية دعنا نكتب الـ metric form لفضاء شوارتزلد :

ودعنا نفرض ان الحركة تكون قطرية ( فى اتجاه الإحداثى القطرى radial coordiante ) ، اى :

وبما اننا نتكلم عن شعاع ضوء ، فنه كما نعلم فإن شعاع الضوء يسلك ما يسمى بالـ null interval حيث ds = 0 ، إذن :

ومن هذه المعادلة نحصل على :

وهذا يدل على ان سرعة الضوء فعلا ً تنخفض عند إنحنائه فى مجالات الجاذبية !!!
*********************************** *************** *****************************
3 - ما موقف النسبية الخاصة من كل هذا ؟؟؟*********************************** ***
الآن هل يتعارض كل ما قلناه سابقا ً مع مبدأ النسبية الخاصة الخاص بثبات سرعة الضوء ؟؟؟؟؟؟؟
ربما يجاوب البعض مسرعين بنعــــــــــــــــــم .
ولكن إن تمعنوا قليلا ً فى مبدأ النسبية هذا لقالوا وهم مطمئنون لا .
دعنا فى البداية ننظر الى مبدأ النسبية و نتأمل فيه لبرهة ، يقول مبدأ النسبية :
(( سرعة الضوء فى الفراغ بالنسبة لجميع المراقبين ثابتة ( c ) في جميع الاتجاهات و لا تعتمد على سرعة الجسم المصدر للضوء ولا على سرعة المراقب ))
1 - لعلك تلاحظ كلمة " سرعة الضوء فى الفراغ " ولم يذكر شيئا ً عن سرعة الضوء فى الأوساط المختلفة وهذا يعنى ان هذا المبدأ لا ينادى بأن سرعة الضوء هى c فى جميع الأوساط . بهذا نكون قد انتهينا من نقطة .
2 - ان هذا المبدأ يتعلق بثبات سرعة الضوء مهما كانت سرعة المراقب او سرعة مصدر الضوء فهذا لا يؤثر على سرعة الضوء المقاسة بشئ ( لاحظ ان هذا المبدأ ساهم فى تفسير تجربة ميكلسون ومورلى ) .
3 - اعتقد والله اعلم ( الاتى لا اعلم إن كان ذكر فى النسبية ولم اعلم به او قاله احد العلماء ، وإنما هو فكرة جاءت فى ذهنى ) ان هذا المبدأ سيظل منحفظا ً فى الأوساط المختلفة فإنه مثلا ً لو استطعنا الحركة داخل الزجاج فإن سرعة الضوء فى الزجاج سيتحقق لها هذا المبدأ .
4 - هذا المبدأ لا يتعارض مع مسألة إنحناء الضوء فى حقول الجاذبية ، فالنسبية الخاصة تتعامل مع حالة خاصة تهمل فيها اثار الجاذبية ( عندما يكون إنحناء الزمكان مساويا ً للصفر ) لذا فإن قوانين الخاصة صالحة فى حالتها ، والعامة جاءت كتعميم للخاصة ، وإذا عوضت بمالانهاية مكان r فى معادلة سرعة الضوء فى حقل الجاذبية ستحصل على مبدأ النسبية الخاصة ( لاحظ ان المالانهاية فى النسبية العامة معناها مسافة بعيدة جدا ً جدا ً عن الجسم وليس المالانهاية بمعناها الرياضى المعروف )
وبهذا اثبتنا انه لا تناقض بين ماقلناه سابقا ً ومبدأ النسبية الخاصة .
*********************************** *************** *****************************
4 - أسرع من الضوء !!
********************
اثبتنا ان إنخفاض سرعة الضوء لا يتعارض مع مبدأ النسبية ، والان ماذا يحدث إن تكلمنا عن ما هو اسرع من الضوء ؟ هل هذا يعد خرقا ً للنسبية ؟؟
فى الحقيقة لا استطيع الإجابة عن هذا السؤال ، لأن مسألة اسرع من الضوء تقابلها صعوبات رياضية ومنطقية وفيزيائية كثيرة ونلخصها فى الآتى :
1 - إن الوصول الى سرعة الضوء نفسها يحتاج الى طاقة لا نهائية ( لأن الكتلة تساوى مالانهاية )
2 - الجسم الأسرع من الضوء يكون زمنه تخيليا ً ، وحتى الان لا نمتلك معنى فيزيائي مقبول للزمن التخيلى .
::

منقول.