شرح نظرية النسبية للمبتدئين

اشتهر ألبرت أينشتاين بأشياء كثيرة ، لكن أعظم أفكاره هي نظرية النسبية بكل تأكيد، التي غيرت إلى الأبد فهمنا للفضاء والوقت ، والنسبية بعبارة بسيطة هي فكرة أن قوانين الفيزياء هي نفسها في كل مكان. نحن هنا في الأرض نتبع قوانين الضوء والجاذبية نفسها التي يتبعها شخص آخر من زاوية مختلفة في الكون. في ما يلي سنتعرف في هذا المقال في موقع مفاهيم على مفهوم النسبية العامة والخاصة بشكل بسيط؟.

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

جدول المحتويات

• كونية الفيزياء
• شرح نظرية النسبية للمبتدئين
• نظرية النسبية لأينشتاين بطريقة بسيطة
  • 1. النسبية الخاصة (1905)
  • 2. النسبية العامة (1915)
• تنبؤات نظرية النسية

كونية الفيزياء

• كونية الفيزياء تعني أن التاريخ هو مقاطعة، سيرى المشاهدون من أماكن مختلفة في الكون توقيت الأحداث وتباعدها بشكل مختلف، فكمثال ما نعتبره مليون سنة قد يكون مجرد رمشة عين لشخص يسافر بسرعة الضوء أو يسقط في ثقب أسود.
• وفي الأخير الكل مترابط في هذا الكون الفسيح، تربطنا قوانين معقدة.

شرح نظرية النسبية للمبتدئين

تنقسم نظرية أينشتاين إلى النسبية الخاصة والعامة ، تأتي النسبية الخاصة أولا ، وتستند إلى:

• سرعة الضوء الثابت للجميع ، قد يبدو الأمر بسيطا لكن له محاور بعيدة المدى.
• توصل أينشتاين إلى هذا الاستنتاج عام 1905م بعد أن أظهرت أدلة تجريبية أن سرعة الضوء لم تتغير مع دوران الأرض حول الشمس.
• تفاجئ الفيزيائيون من هذه النتائج، لأن سرعة معظم الأشياء تعتمد على الاتجاه الذي يتحرك نحوه المراقب، وقد كان رد أينشتاين أن جميع المراقبين سيقيسون سرعة الضوء والتي تقارب 186000 ميل في الثانية بغض النظر عن السرعة أو الاتجاه الذي يتجهون نحوه.
• هذا الاكتشاف الثوري الجديد جلب العديد من التساؤلات لعل أشهرها سؤال الممثل الكوميدي ستيفن رايت

" إذا كانت سفينة فضائية تسير بسرعة الضوء وقمت بتشغيل المصابيح الأمامية، ما الذي سيحصل؟"

• الجواب هو بالنسبة للركاب في داخل السفينة سيبدو الأمر عادي، لكن بالنسبة لشخص خارج السفينة لن يلاحظ المصابيح الأمامية لكون الضوء الخارج من السفينة يسير بنفس سرعة سفينة الفضاء.
• هذه التناقضات تنشأ لسبب محدد وهو أن القوانين والوقت مختلفة من مراقب لآخر، فمثلا توجد سفينة فضائية تسير بسرعة 99.9 في المائة من سرعة الضوء سيبدو طولها لمراقب خارج السفينة مترا واحدًا عكس الناس داخل السفينة.
• الوقت أيضا يمر ببطء داخل هذه السفينة مقارنة بخارجها، والكتلة تزداد داخل السفينة بحيث كلما نحرك الجسم بشكل أسرع زادت كتلته الأمر الذي سيزيد من كتلة السفينة إلى ما لانهاية وبالتالي استحالة سيرها بسرعة الضوء في الأساس.

نظرية النسبية لأينشتاين بطريقة بسيطة

نظرية النسبية لأينشتاين تتكون من قسمين رئيسيين: النسبية الخاصة والنسبية العامة، سأشرح كل منهما بطريقة بسيطة:

1. النسبية الخاصة (1905)

النسبية الخاصة هي نظرية في الفيزياء تم تطويرها بواسطة ألبرت أينشتاين في عام 1905، تهدف إلى وصف سلوك الأجسام عندما تتحرك بسرعات قريبة من سرعة الضوء، وتوضح كيف يؤثر ذلك على مفهوم الزمن والمكان. إليك توضيح لمفاهيمها الأساسية:

المفاهيم الأساسية:

• سرعة الضوء ثابتة: في جميع الظروف، سرعة الضوء في الفراغ هي نفسها، حوالي 299,792 كيلومتر في الثانية، بغض النظر عن سرعة المراقب.
• النسبية الزمنية: الوقت يمكن أن يمر بشكل مختلف حسب سرعة الحركة. كلما اقتربت من سرعة الضوء، كلما تباطأ الوقت بالنسبة لك.

النتائج الرئيسية:

• تأثير الزمن: إذا كان شخص ما يسافر بسرعة قريبة من سرعة الضوء، فإنه سيشعر أن الوقت يمضي بشكل طبيعي، لكن بالنسبة لمراقب ثابت، سيبدو أن هذا الشخص يتقدم في الزمن ببطء.
• تأثير الطول: الأجسام التي تتحرك بسرعة كبيرة ستظهر أقصر في اتجاه الحركة بالنسبة لمراقب ثابت.

2. النسبية العامة (1915)

عمم أينشتاين النسبية من خلال إدخال التسارع واكتشف أنه يشوه شكل الزمان والمكان، الأمر الذي قاده نحو اكتشاف آخر وهو حقيقة الجاذبية، إذ اكتشف أينشتاين أن:

• المكان والزمان منحنيان بالقرب من جسم ضخم وهذا الانحناء هو ما نسميه قوة الجاذبية، من الصعب تصور هندسة نظرية للنسبية العامة.
• ولكن إذا افترضنا أن الزمان والمكان هو قطعة من القماش، فإن وضعنا جسما ضخما يمتد على النسيج فمحيط النسيج لن يبقى على شكل مستقيم بل سترسم منحنيات في اتجاه الجسم الكبير.

المفاهيم الأساسية:

• الجاذبية: بدلاً من اعتبار الجاذبية قوة، اعتبرها انحناء في الزمكان. الأجسام الضخمة مثل الكواكب والنجوم تنحني الزمكان من حولها، مما يجعل الأجسام الأخرى تتحرك في مسارات منحنية.

النتائج الرئيسية:

• المسار المنحني: إذا كنت تسقط نحو كوكب، فإنك تتبع "خطاً مستقيماً" في فضاء منحني بسبب وجود الجاذبية.
• تأثير الزمن: الوقت يمضي بشكل أبطأ في مجالات الجاذبية القوية مقارنةً بالمجالات الأضعف. على سبيل المثال، الساعة في مكان قريب من كتلة كبيرة مثل الأرض ستظهر أنها تسير ببطء مقارنة بساعة بعيدة عنها.

تنبؤات نظرية النسية

في الحياة اليومية لا تظهر التأثيرات الرائعة للنسبية مثل تمدد الوقت وتقلص الطول بحيث تمر بسرعة الضوء ، ولقد تنبأت نظرية النسبية بالعديد من الظواهر، تم تأكيد الكثير منها:

1. ثني الضوء حول الأجسام الضخمة.
2. تطور بطيء في مدار كوكب عطارد.
3. إطار سحب الزمكان حول الأجسام الدوارة.
4. ضعف ضوء الهروب من الجاذبية.
5. موجات الجاذبية.
6. الثقوب السوداء.
7. تزييف المكان والزمان حول الثقب الأسود أكثر كثافة من أي مكان آخر.

• منذ 100 عام، أصدر ألبرت أينشتاين بحثه "أساس النظرية العامة للنسبية" واحدة من النظريات العلمية الأكثر شهرة في القرن العشرين، قبل هذه النظرية لم نفهم حقا حقيقة الجاذبية.
• أخبرنا نيوتن عن "قوة" الجاذبية لكن نظريته لم تخبرنا كيف تؤثر الجاذبية على الأشياء، وفي عام 1905م قدم لنا ألبرت أينشتاين نظرية النسبية التي كانت الجواب على العديد من الأسئلة.