النظرية النسبية لأينشتاين سواء العامة أو الخاصة تعتبر من أهم النظريات على مدار مائة عام مضت في مجال الفيزياء الحديثة، فقد نشرها العالم الألماني “ألبرت أينشتاين” عام 1905، وعارضه الكثير من العلماء لأنها كانت تحتوي على فروض تخالف فروض “نظرية الجاذبية لنيوتن”، التي شرح فيها مفهوماً للجاذبية مع افتراض ثبات الزمان والمكان، فما هي النظرية النسبية العامة والخاصة وما هي نتائجها؟.
النظرية النسبية الخاصة لأينشتاين
إن توضيح مفهوم النظرية النسبية الخاصة لأينشتاين يعتمد على تحديد سرعة الضوء في الفراغ التي تكون بمعدل 300 ألف كم/ثانية، وهي أعلى سرعة يمكن أن يتم رصدها في الكون، وثبات هذه السرعة بغض النظر عن سرعة مصدرها. كما أنه لا يوجد سرعة بمقدار ثابت ولكن يختلف قيابس السرعات وفقاً للمكان الذي يتم رصد هذه السرعة من خلاله.
أمثلة توضح النظرية النسبية الخاصة
فعلى سبيل المثال أن هناك سيارة (س) تتحرك بسرعة 100 كم/ساعة ويتم رصد سرعتها من سيارة أخرى تتحرك في نفس الاتجاه بسرعة 50 كم/ساعة، فتقوم برصد سرعة السيارة (س) 50 كم/ساعة فقط، وعند رصد سرعة نفس السيارة من سيارة أخرى تتحرك بنفس السرعة تكون المحصلة صفر.
أما إذا تم قياس سرعة هذه السيارة (س) من شخص يقف بثبات على الرصيف فتكون سرعتها 100 كم/ساعة.
ولكن عند حساب السرعة من سيارة أخرى تتحرك بسرعة 100 كم/ساعة ولكن في الإتجاه المعاكس تصبح سرعة السيارة (س) 200 كم/ساعة.
ومثال آخر أنه على الرغم من شعورنا بالثبات في حالة النوم أو عدم الحركة، فإذا تم قياس سرعتنا من مكان خارج كوكب الأرض نجدها 1670 كم/ساعة وهي تساوي سرعة دوران الأرض حول نفسها، فقد تشعر أنت بالثبات في مكانك ولكنه يعتبر ثبات نسبي.
تطبيق هذه الفرضية على الضوء
عند تطبيق هذه الفروض على الضوء وجد أنه لا يتأثر بمكان القياس أو بسرعة مصدر الضوء التي يتحرك بها، حيث تتساوى سرعة الضوء المنبعث من مصدر ثابت ومصدر آخر يتحرك بسرعة ما.
فقد أجريت تجربة من قبل أحد العلماء على صاروخين متجهين نحو الفضاء يصدر منهما الضوء، أحدهما ثابت لا يتحرك والآخر يتحرك بسرعة ما، وجد أن سرعة الضوء المنبعث منهما متساوية 300 ألف كم/ ساعة وهي سرعة الضوء الأساسية بغض النظر عن سرعة الصاروخ المتحرك.
علاقة الزمن بالسرعة في النظرية النسبية لأينشتاين
هذا يعني أن الزمن يتباطأ كلما زادت سرعة الأجسام ويتوقف تماماً عندما تصل السرعة إلى سرعة الضوء التي تعتبر أعلى سرعة تم قياسها حتى الآن.
وأضافت النظرية النسبية لأينشتاين البعد الرابع في القياس للعالم ككل وهو الزمن، إضافة إلى الأبعاد الثلاثة المعروفة وهى الطول والعرض والارتفاع، فالكون يتكون من نسيج “الزمكان” الذي يحتوي على الأربع أبعاد.
كما أن الوقت يتغير نسبياً وفقا لسرعة الجسم المتحرك حيث تم تأكيد هذه النظرية بتجربة علمية أجريت عام 1971 عندما قام أحد العلماء بإستخدام ساعتين ذرتين متماثلتين، وتم وضع إحداهما في طائرة نفاسة والأخرى على الأرض، وعندما طارت الطائرة بسرعة معينة وبعد الهبوط تم مقارنة الساعتين ووجد اختلاف في حساب الوقت، وحدث تباطؤ الزمن في أجزاء من الثانية فقط نظراً لسرعة الطائرة.
وأكدت تجربة التوأم البالغان من العمر 25 عاماً على صحة النظرية عندما تم وضع أحدهما داخل صاروخ وتم إطلاقه بعيداً عن كوكب الأرض لمدة خمس سنوات ليعود يجد أخاه قد بلغ 50 عاماً.
نتائج قياس علاقة الزمن بالسرعة
أدت هذه التجارب إلى وصول اينشتاين لبعض النتائج التي ساعدت في بناء النظرية النسبية كالآتي:
- إن الزمن يتباطأ بزيادة سرعة الجسم المتحرك.
- توقف الزمن عند الوصول للسرعة القصوى وهي سرعة الضوء.
- افتراض إمكانية العودة للماضي باستخدام سرعة أعلى من سرعة الضوء.
- تفكير علماء الفلك في امكانية السفر عبر الأزمنة، والسفر للمستقبل.
- إن المستقبل والحاضر والماضي ما هما إلا نتاج سرعة الحركة والتحكم بها وأن كل منهما يحدث في نفس الوقت.
الأقمار الصناعية
يفسر ذلك لنا طبيعة عمل الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض بسرعات فائقة، وقدرتها على جمع المعلومات من الأرض وبثها مرة أخرى في أجزاء محسوبة من الثانية.
واستطاع العالم الاستفادة من صناعة هذه الأقمار في شتى المجالات، مثل تمكننا من التنبؤ بحالات الطقس ومعرفة أخبار العالم بكل سهولة، وذلك بفضل ظهور النظرية النسبية لأينشتاين.
قد يُعجبك:- الزلازل: من باطن الأرض إلى أجهزة الرصد
نظرية نيوتن وعلاقتها بالنسبية العامة
فسر نيوتن نظريته اعتماداً على عدة تفسيرات وهي:
- أعتبر نيوتن في نظريته أن الزمان والمكان عوامل ثابتة، وثبتت صحتها على الأجسام التي تتحرك بسرعة معينة في خط مستقيم وتقاس سرعتها من مكان واحد.
- كما افترض نيوتن أن قوة الجاذبية عبارة عن قوة غامضة تقوم بجذب الأجسام لبعضها، وأن كلما زادت كتلة الجسم زادت قوة جذبه للأشياء المحيطة.
- لم يستطع نيوتن تحديد ما هو سبب قوة الجاذبية والذي استنتجه آينشتاين في نظرية النسبية العامة.
النظرية النسبية العامة لأينشتاين
افترضت النظرية النسبية لأينشتاين أن الجاذبية تنتج عن انحناء نسيج الزمكان بسبب كتلة الأجسام الضخمة التي تجبر الأشياء أو الأجسام المحيطة على اتخاذ مسارات معينة بسرعات متساوية تحوها.
هذا ما يفسر دوران الكواكب حول الشمس في مسارات معينة وأن الشمس تسبب إنحناء الحركة.
كما استنتج أينشتاين فرضية إنحناء الضوء وفقاً لانحناء الأجسام في البعد الزمكاني بسبب كتلة الشمس، أي أنه كلما زادت كتلة الكوكب كلما مر الوقت فيه بصورة أبطأ.
وبما أن سرعة الضوء ثابتة ويقوم الضوء بالانحناء وفقاً لانحناء كتلة الأجسام، فأن زيادة كتلة الجسم تتناسب بصورة عكسية مع سرعة الوقت.
وفقاً لذلك فقد أكد أينشتاين أن مرور يوم واحد على كوكب ذو كتلة أكبر من كتلة كوكب الأرض يعادل مرور أيام وسنوات على كوكب الأرض والعكس صحيح، وهذا ما فسر وجود قوة الجاذبية.
نتائج النظرية النسبية العامة
ترتب على فرضيات النظرية النسبية لأينشتاين بعض النتائج التي ساعدت في العديد من اختراعات العلوم الحديثة واكتشاف بعض التفسيرات العلمية، وتتمثل هذه النتائج في:
- تفسير أشياء متعددة عجزت نظرية نيوتن على توضيحها في نظرية الجاذبية تتعلق بسرعة حركة الجسم وكتلته واتجاه الحركة.
- توضيح بعض الدراسات التي أجريت حول ظاهرة الثقوب السوداء، عندما رصد العلماء نقاط في الفضاء لا يستطيع الضوء أن يمر من خلالها.
- وجود كتلة عالية للأجسام يعمل على زيادة المنحنى الزمكاني، فعندما يصل الضوء إلى الثقوب السوداء يدخل في مسار لا نهاية له ولا يستطيع المرور.
- تطور بعض العلوم النووية من قبل علماء الفيزياء الحديثة.
- فهم العديد من الظواهر الكونية التي لم يكن لها تفسير من قبل.
ومازالت الدراسات قائمة حول طبيعة هذه الثقوب وحركة الضوء عندها.
في النهاية إن النظرية النسبية لأينشتاين، والتي أصبحت أهم ما يعتمد عليه في القوانين الفيزيائية الحديثة، أتت عن طريق شخص عادي، فلم يكن آينشتاين عالم فيزياء بل بالعكس وصفه البعض بالاختلال العقلي نظراً لإتساع خياله وإطلاق العنان لأفكاره التي لم تخطر على فكر بشري آخر.
قد يُعجبك أيضًا:-
- البراكين وكوكب الأرض.. مفهومها ومسبباتها
- ماهو الاحتباس الحراري وأكثر الدول المتسببة فيه في العالم ؟
- 13 حقيقة ومعلومة رائعة عن الفضاء.. تعرف عليها
آخر التعليقات
نزهة حسن علي شرف | قصة داوود عليه السلام مع نبأ الخصم
كرتون | أفضل 10 مسلسلات أنمي في التاريخ حسب آخر استفتاءٍ لنا
مصطفي | ليوناردو دافنشي: أب الفن و الهندسة المعمارية