النظرية النسبية الخاصة

آينشتاين

العالم الفيزيائي الألماني ألبرت آينشتاين وُلد عام 1879م وتُوفي عام 1955م، وأُشتهر بأنه أبو النسبية؛ فهو الذي وضع قانون النسبية الخاصة وقانون النسبية العامة اللتين أحدثتا ثورة في عالم النظريات الفيزيائية الحديثة، كما حصل آينشتاين على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1921م، وقام بتدريس الفيزياء النسبية النظرية في زيورخ في سويسرا، وقد خالفت النظرية النسبية الخاصة قوانين العالم نيوتن عن الزمان والمكان ومشاكل الضوء خاصةً، وسيتم التعرف على هذه النظرية بالتفصيل في هذا المقال.^[١]

ما هي النسبية

اشتهر ألبرت أينشتاين بوضع قوانين ونظريات كثيرة لكن أعظم إنجاز قام به هو نظرية النسبية التي غيّرت إلى الأبد مفهوم الفضاء والوقت بالنسبة للعالم أجمع، وتُعرّف النسبية بأنها ظاهرة تقوم على مبدأ أن قوانين الفيزياء لا تتغير في كل مكان، بمعنى أن كل شيء على الأرض تنطبق عليه قوانين الضوء والجاذبية كما تنطبق نفس هذه القوانين على أي مكان في هذا الكون، وبمفهوم أعم سيرى الأشخاص المختلفون توقيت الأحداث وتزامنها بشكل مختلف، فبالنسبة للأشخاص على كوكب الأرض فإن زمن مليون سنة لديهم قد يكون مجرد رمشة عين لشخص يطير في مكوك فضائي عالي السرعة أو يسقط في الثقب الأسود، وهناك نظريتان للنسبية: النظرية النسبية العامة والنظرية النسبية الخاصة.^[٢]

النظرية النسبية الخاصة

وضع العالم آينشتاين النظرية النسبية الخاصة عام 1905م إلى جانب مكيانيكا الكم وتُعتبر النسبية هي جوهر الفيزياء الحديثة، وتستند النسبية الخاصة على أن سرعة الضوء الثابتة للجميع وما أثبت نظرية النسبية أن سرعة الضوء لم تتغير مع حركة الأرض حول الشمس، والمفاجئ في هذه النظرية أن سرعة معظم الأشياء كانت تعتمد على الاتجاه الذي يتحرك به الشخص ولكن في النظرية النسبية الخاصة تؤكد أنها ثابتة، وقال آينشتاين أن جميع الأشخاص سيقيسون سرعة الضوء لتكون 186000 ميل في الثانية بغض النظر عن السرعة والاتجاه الذي يتحركون فيه، وبدايةً من سلوك الضوء وجميع الإشعاعات الكهرومغناطيسية المختلفة.^[٣]

وتُعطي النظرية النسبية الخاصة نتائج تتناقض مع التجربة اليومية ولكن تُثبتها بالكامل مثل التجارب التي تختبر الجسيمات الصغيرة جدًا بسرعات عالية أو تلك التي تختبر التغييرات الصغيرة بين الساعات الزمنية التي تنتقل بسرعات مختلفة، وكشفت النظرية النسبية الخاصة أن سرعة الضوء هي الحد الذي يمكن الوصول إليه ولكن لا يمكن الوصول إليه بواسطة أي كائن مادي، وهو أصل المعادلة الأكثر شهرةً في الفيزياء والتي تنص على أن الطاقة التي يُنتجها أي جسم تساوي كتلة هذا الجسم مضروبًا في مُربع سرعة الضوء، وتوضح هذه المعادلة أن أصل الكتلة والطاقة هما نفس الجسم المادي والذي يمكن تغييرهما بالنسبة إلى بعضهما البعض بينما تكون سرعة الضوء ثابتة، ومثال على النسبية الخاصة سفر أحد التوأمين بسرعة الضوء بمكوك فضائي إلى الفضاء لمدة سنة، وبقاء الآخر على كوكب الأرض فإن الذي بقي على الأرض سيبدو أكبر عمرًا من الذي سافر إلى الفضاء وذلك بسبب مفهوم تمدد الزمن الذي وضّحته النسبية فيما بعد.^[٣]

تطبيق النظرية النسبية الخاصة في الحياة

تشرح النظرية النسبية الخاصة سلوك الأجسام في المكان والزمان، ويمكن أيضًا استخدامها للتنبؤ بكل شيء من حقيقة الثقوب السوداء في المجرة والانحناء بسبب الجاذبية وحركة كوكب عطارد في مداره، فلا يوجد إطار مرجعي أو مُطلق في كل مرة يقيس فيها الشخص سرعة جسم ما أو زخمه أو قياس الوقت فسوف يكون دائمًا مرتبطًا بشيء آخر وهذا ما يُسمى النسبية، كما أن سرعة الضوء ثابتة ولا شيء يمكن أن يكون أسرع من الضوء، ومن تطبيقات النظرية النسبية الخاصة في الحياة اليومية ما يأتي:^[٤]

• الكهرباء المغناطيسية: أن سريان تيار كهربائي في مجال مغناطيسي يخضع لقانون النسبية وهذا ما يجعل قانون فارادي صحيحًا.
• نظام تحديد المواقع العالمي GPS: يوجد تمدد زمني نسبي مقداره 4 ميكروثانية كل يوم، لذلك تأخذ الأقمار الصناعية ساعات دقيقة جدًا لإعطاء الوقت والزمن الصحيح بدون أي تأخير أو تأثير نسبي للجاذبية.
• الذهب ولونه الأصفر: عندما ينعكس الضوء عن الذهب ويُعاد امتصاصه فإن الأطوال الموجية تكون أطول وبالتالي سيظهر الذهب باللون الأصفر لأن اللون الأصفر له أطول طول موجي.
• عدم تآكل الذهب: وذلك بسبب وجود الإلكترونات في مكان أقرب إلى النواة، فلا تستطيع التفاعل مع أي شيء آخر.
• حالة الزئبق السائلة: وذلك بسبب ضعف الروابط بين الذرات والتي تكون أقرب إلى النواة.
• التلفاز القديم: والذي كان يقوم على مبدأ إطلاق الإلكترونات على سطح من الفسفور في مجال مغناطيسي كبير وكلها نسبية إلى بعضها البعض فتظهر الضورة على الشاشة.

نتائج النظرية النسبية الخاصة

كان آينشتاين قادرًا على إظهار أن الكتلة والطاقة مترابطتان وعلاقتهما النسبية، ولكن تم إثباتها عندما أُطلقت القنابل النووية طاقة الكتلة في هيروشيما وناغازاكي في الحرب العالمية الثانية، كما أثبت آينشتاين أنه لا يمكن لأي جسم مع كتلة أن يتسارع بسرعة الضوء وذلك لأن سرعة الضوء لها طاقة حركية هائلة لا يمكن الوصول إليها عن طريق التسارع، ونتج عن النظرية النسبية الخاصة عدة نتائج من خلال تطبيق تحويلات لورنتز بسرعات أقرب إلى سرعة الضوء ومنها ما يأتي:^[٥]

• تعريف مفهوم تمدد الوقت.
• إيجاد طول الانكماش.
• كيفية تحويل السرعة.
• إضافة السرعة النسبية.
• قياس تأثير دوبلر النسبي.
• مفهوم التزامن والتوقيت التزامني.
• كيفية قياس الزخم النسبي.
• مفهوم الطاقة الحركية النسبية.
• مفهوم الكتلة النسبية.
• إيجاد مجموع الطاقة النسبية.

المراجع

1. ↑ "Albert_Einstein", www.en.wikipedia.org, Retrieved 21-07-2019. Edited.
2. ↑ "what-is-relativity", www.livescience.com, Retrieved 23-07-2019. Edited.
3. ^ ^{أ ب} "special-relativity", www.britannica.com, Retrieved 23-07-2019. Edited.
4. ↑ "relativity-in-real-life", www.livescience.com, Retrieved 23-07-2019. Edited.
5. ↑ "einsteins-theory-of-relativity", www.thoughtco.com, Retrieved 23-07-2019. Edited.