نسبيه

Relativity - Relativité

النسبية يطلق اسم النسبية relativity على مجموعة نظريات صاغها أينشتاين[ر] ما بين عامي 1905-1916. وهذه النظريات تقوم - فيما يتعلق بنظرية النسبية الخاصة (واختصاراً: النسبية الخاصة) - على تكافؤ جميع الجمل أو الأطر المرجعية (واختصاراً: المراجع) العطالية (أي التي تتحرك الواحدة منها بالنسبة إلى الأخرى حركة انسحابية منتظمة)، وذلك في وصفها قوانين الفيزياء. أما فيما يتعلق بنظرية النسبية العامة (واختصاراً: النسبية العامة) فتقوم تلك النظرية على تكافؤ جميع المراجع مهما تكن حالتها الحركية، وذلك في وصفها لقوانين الفيزياء. تسعى هذه النظريات إلى تحديد إطار عام تأخذ فيه جميع قوانين الفيزياء مكانها. فالنسبية الخاصة تنص على قوانين الميكانيك بصيغة أعمّ من تلك التي تنص عليها قوانين نيوتن، وهي تتفق مع قوانين ماكسويل الكهرطيسية، كما أنها أتاحت توقع مفعولات مختلفة جرى التحقق من صحتها تجريبياً بإحكام، وتم قبولها بالإجماع من قبل الفيزيائيين. ومن أهم هذه المفعولات تكافؤ الكتلة والطاقة. أما النسبية العامة فقد أتاحت أيضاً توقع مفعولات عدة جرى التحقق من صحتها تجريبياً؛ ولهذه المفعولات أهمية كبرى في علم الفلك إذ إنها تتيح توقع ظواهر وأجرام سماوية جديدة (موجات تثاقلية، ثقوب سوداء، …) يسعى علماء الفلك جاهدين إلى رصدها ومشاهدتها، وهي تمثل الإطار الأساسي لعلم الكون (كوسمولوجيا)[ر: الكون (علم )] الحديث. ومع ذلك ثمة نظريات أخرى للتثاقل gravitation مشتقة من النسبية العامة لم ترفضها المشاهدة ولا الأرصاد. النسبية الخاصة The Special Theory of Relativity المفاهيم الأساسية مع أن النسبية الخاصة قد طُوّرت في مطلع القرن العشرين إلا أن جذورها ترجع إلى ماض بعيد، ويمكن عدّها استمراراً لأفكار هي - منذ غاليليه[ر] ونيوتن[ر] - أساس الفيزياء. فثمة مفهوم أساسي قديم جداً، ألا وهو وجوب وجود جملة مرجعية لوصف حركة جسم ما. وهكذا، فإن قانون العطالة (القصور الذاتي) لنيوتن - الذي ينص على أن كل جسم غير خاضع لأيّ قوة يتحرك على خط مستقيم بسرعة ثابتة - ليس صحيحاً إلا في جملة مرجعية محددة تماماً يتعين فيها موضع الجسم وسرعته. لقد تصوّر نيوتن أن هناك جملة مرجعية «مطلقة» تصح فيها قوانين الميكانيك التي نصّ عليها (وقانون العطالة هو أحد هذه القوانين). وفي الحقيقة ثمة عدد لا متناه من الجمل المرجعية التي تصح فيها هذه القوانين، إنها «الجمل العطالية» أو «الجمل الغاليليّه» (نسبة إلى غاليليه)، وهي تتحرك حركة انسحابية منتظمة (أي حركة مستقيمة وبسرعة ثابتة) الواحدة بالنسبة إلى الأخرى. والجملة «المطلقة» لنيوتن ليست سوى إحدى هذه الجمل، وكل واحدة منها مكافئة للأخريات وذلك في وصفها قوانين الميكانيك النيوتوني: إنه مبدأ النسبية الغاليلية وهو ضمنياً موجود من قبل في الميكانيك التقليدي (الكلاسيكي)، كما أنه يظهر جلياً في العديد من كتب الفيزياء القديمة. لتكن z, y, x الإحداثيات القائمة لنقطة في جملة مرجعية S تُعرَّف فيها ثلاثة محاور متعامدة مثنى مثنى Oz, Oy, Ox؛ ولتكن z', y', x' إحداثيات النقطة نفسها في جملة مرجعية S' محاورها O'z', O'y', O'x' موازية لمحاور الجملة S. فبفرض أن الوسيطين parameters t وt' اللذين يعينان الزمن في المرجعين متساويان (t=t')، وأن نقطتي الأصل (مبدأي الإحداثيات) في المرجعين O وO' منطبقتان عندما t = t´= 0، وبفرض أن كلاً من المرجعين يتحرك بالنسبة إلى الآخر بسرعة منتظمة v باتجاه المحور Ox(أو O´x'). فإذا كان أحد المرجعين عطالياً (أي تصح فيه قوانين الميكانيك)، وليكن S، فلكي يكون الآخر عطالياً أيضاً يجب أن يكون: t' = t وz' = z وy' = y وx' = x - vt إن هذه المعادلات الأربع تؤلّف ما يسمى تحويلات غاليليه. وقوانين نيوتن تصح في جميع المراجع العطالية المرتبط الواحد منها بالآخر بهذه التحويلات. إضافة إلى ذلك، يفترض أينشتاين أن مبدأ النسبية - الذي ذُكِرَ آنفاً - لا يُطبَّق على قوانين الميكانيك وحدها، وإنما أيضاً على قوانين الفيزياء جميعها عدا قوانين التثاقل gravitation التي تجد مكانها الطبيعي في نظرية النسبية العامة؛ وهكذا فإن المشاهدات والأرصاد انطلاقاً من أي من المراجع العطالية يجب أن تؤدي إلى القوانين الفيزيائية نفسها. لذا يفقد مفهومُ الفضاء المطلق لنيوتن معناه. ومقابل هذا التبسيط الهائل الذي أدخله مبدأ النسبية، يفقد المكان والزمان - كما سيرى لاحقاً - معنييهما الشائعين. ثبات سرعة الضوء تجربة مايكلسون - مورلي: إن ثبات (لا تغير) سرعة الضوء c في مختلف الجمل المرجعية - الذي كثيراً ما يعدّ إحدى مُسلمات (مصادرات) نظرية النسبية الخاصة - هو في الحقيقة إحدى نتائج هذه النظرية. ففي الواقع، إن معادلات ماكسويل الكهرطيسية - التي يتم الحصول عليها تجريبياً والتي تحوي جميع قوانين الكهرطيسية - تتضمن كمية c هي سرعة الموجات الكهرطيسية في الخلاء، في الجملة العطالية للمجرِّب؛ ولكن من الممكن تعيين هذه السرعة على نحو مستقل انطلاقاً من قياسات كهرطيسية بحتة. وتبعاً لمبدأ النسبية فإن هذه القياسات يجب أن تؤدي إلى نتيجة واحدة مهما تكن الجملة المرجعية، وهي أن سرعة الضوء ثابتة. وهذه النتيجة تتناقض مع بعض المفاهيم في علم الحركة التقليدي. وقد أكَّدت تجربة مايكلسون - مورلي الشهيرة - التي أجريت آخر مرّة عام 1887 قبل أن تُطرح نظرية النسبية الخاصة بما لا يدع أي شك - ثبات سرعة الضوء، كما أكدت ذلك تجارب أخرى عديدة. علم الحركة النسبوي إن ثبات سرعة الضوء التي فرضها مبدأ النسبية يتعارض - كما ذكر آنفًا - مع علم الحركة التقليدي (على الأقل فيما يتعلق بالسرعات الكبيرة)، ويوجب إدخال علم حركة جديد. ويتطلب ذلك - على نحو خاص - إدخال خواص جديدة للمكان والزمان، تصفها تحويلات لورنتز، التي يجب أن تحل محلّ تحويلات غاليليه، والتي تأخذ الشكل الآتي في الجملتين العطاليتين S وS' اللتين ذُكرتا آنفاً: ويلاحظ هنا أنه عندما تكون v صغيرة جداً مقارنة بسرعة الضوء (أي v اقرأ المزيد »

---

- التصنيف : الرياضيات و الفلك - النوع : علوم - المجلد : المجلد العشرون - رقم الصفحة ضمن المجلد : 628