• اخر الاخبار

    السبت، 16 يوليو، 2016

    تبسيط النظرية النسبية الخاصة لألبرت أينشتاين Albert Einstein الجزء الأول

    بسم الله الرحمن الرحيم 

    الي متابعي وزوار مدونة الفيزياء.كوم الاعزاء

    من قسم سلسلة المقالات العلمية نقدم لكم مقالة بعنوان:

     تبسيط النظرية النسبية الخاصة لألبرت أينشتاين Albert Einstein الجزء الأول


    مبدأ النظرية النسبية و تصحيح قانون نيوتن الثاني للحركة  :

    ألبرت أينشتاين Albert Einstein اكتشف خطأ معادلات نيوتن و صححه , عام 1905 من خلال النظرية النسبية الخاصة .
            كلنا نعرف الصيغة الرياضية لقانون نيوتن الثاني , و هي :
                                            F = d(mv) / dt
    و افترض هذا القانون أن كتلة الجسم m   ثابتة , و لكننا نعرف الآن أن هذا ليس صحيحًا , حيث تتزايد كتلة الجسم بتزايد سرعته . بالتالي فإن تصحيح أينشتاين لهذه الصيغة الرياضية كان بتصحيح قيمة الكتلة m  كما يلي :
    m = m0 / √1-v2 / c2
    حيث الكتلة السكونية m0  و c هي سرعة الضوء التي تساوي 3 ×105km / sec  أي حوالي 186.000 mile.sec-1
            القمر الصناعي يدور حول الأرض بسرعة 5 ميل / ثانية بالتالي 
    v/c = 5/ 185000   
    و بوضع هذه القيمة في المعادلة السابقة سنجد أن تصحيح الكتلة m سيكون جزء من 2 إلى 3 بليون ! , و هي بالتالي قيمة مستحيلة .
            في الواقع فإن تصحيح الصيغة مبرهن بإسهاب من خلال رصد أنواع عديدة من الجسيمات , التي تتحرك بسرعات تقارب سرعة الضوء . و لكن عادة بسبب صغر هذا التأثير , فإنه يبدو إنجازًا رائعًا أن هذه الجسيمات قد اكتشفت نظريًا قبل اكتشافها عن طريق التجربة .
    و على نحو تجريبي , فعند سرعة كبيرة فإن التأثير سيكون كبيرًا , و لكن هذه الجسيمات لم تكتشف بتلك الطريقة العملية . أعدت الإسهامات في هذا الاكتشاف بواسطة عدة أشخاص , لكن النتائج النهائية كانت ما اكتشفه أينشتاين .
    هناك نظريتان لأينشتاين في النسبية : الخاصة سنة 1905 و النسبية العامة سنة 1915 و هي تتعامل مع توسع مبدأ النسبية الخاصة في حالة قانون الجاذبية . سنكتفي  - حاليًا – بالنسبية الخاصة .
    النسبية قبل أينشتاين :
    إن مبدأ النسبية قد قال به نيوتن , لأول مرة , في إحدى نتائج قوانين الحركة  : " إن تحرك الأجسام المحصورة في الفضاء لا تختلف فيما بينهم , سواءً كان الفضاء في حالة سكون أو متحركًا حركة منتظمة في خط مستقيم ". و هذا يعني , على سبيل المثال , إذا تحركت سفينة فضائية بسرعة منتظمة , فإن كل التجارب المنجزة في هذه السفينة ستظهر كما لو أن السفينة لا تتحرك , طبعًا بشرط أن لا ينظر الراكب خارج السفينة .- أي ستظل القوانين و نتائجها كما هي بالنسبة لراكب السفينة فقط -.هذا هو معنى مبدأ النسبية . و هو معنى بسيط بشكل كاف , و السؤال الوحيد هنا هو : هل ستظل القوانين الفيزيائية هي نفسها عند إنجاز كل التجارب في نظام متحرك كما هي في نظام ساكن ؟.
    دعنا أولاً نتحقق:هل ستبقى قوانين نيوتن كما هي في نظام الإحداثيات المتحرك بسرعة ثابتة ؟
            لنفترض شخصين : Moe يتحرك في اتجاه المحور  بسرعة منتظمة  ويقيس موقع النقطة P و أنه يعين الإحداثية لتلك النقطة بأنها x׳ . أما  Joe فهو في حالة سكون , ويقيس موقع النقطة P و أنه يعين الإحداثية لتلك النقطة بأنها x . كما نرى في شكل 1 .

    بعد زمن t و إذا كان النظامنان متزامنان يكون نظام Moe  قد قطع مسافة قدرها ut بالتالي 


    حيث يظهر الشكل نظامين إحداثيين أحدهما في حالة حركة منتظمة باتجاه المحور السيني بالنسبة للآخر و إذا عوضنا هذه القيم للإحداثيات في قوانين نيوتن نجد أن هذه القوانين لا تتأثر سواء كان الجسم ساكنًا أو متحركًا . و لذلك يكون من المستحيل أن نستنتج أن النظام ساكن أو متحرك بإجراء التجارب الميكانيكية .
            لقد استخدم مبدأ النسبية في الميكانيكا منذ وقت طويل , و طبقه العديد من العلماء , خاصة العالم هايجنز  Huygens ليحصل على قوانين التصادم المرن في كرات البلياردو . و في القرن الماضي زاد الاهتمام بها كنتيجة للأبحاث في ظواهر الكهربية و المغناطيسية و الضوء . و أجرى عدد من العلماء سلسلة طويلة من الدراسة المتعمقة لهذه الظواهر , و توحدت جهودهم بمعادلات ماكسويل Maxwell في الكهرومغناطيسية التي تعبر عن الكهربية و المغناطيسية و الضوء في صورة معادلات عامة واحدة .
            على أي حال , لقد بدا أن معادلات ماكسويل لا ينطبق عليها مبدأ النسبية , أي أننا إذا عوضنا في معادلات ماكسويل بالقيم التي حصلنا عليها في المعادلات السابقة أعلاه فإن صورتها لا تبقى كما هي , لذلك فإن سفينة الفضاء المتحركة ستختلف فيها الظواهر الكهربية و المغناطيسية و الضوئية عن سفينة الفضاء الساكنة , لذا فإنه يمكن استخدام هذه الظواهر المحسوسة المرئية لنقدر سرعة السفينة الفضائية , و على وجه الخصوص يمكن الحصول على السرعة المطلقة للسفينة الفضائية بإجراء الحسابات المناسبة الكهربية أو الضوئية .
            من نتائج معادلات ماكسويل :
    أنه إذا كان لدينا اضطراب في  المجال بحيث يتولد الضوء فإن هذه الموجات الكهرومغناطيسية ستنتشر في جميع الاتجاهات بالتساوي بنفس السرعة   التي تساوي 3 ×105 km / sec .
            نتيجة أخرى لمعادلات ماكسويل :
    إذا كان منبع الموجات متحركًا فإن الضوء المنبعث سينتشر في الفراغ بنفس السرعة c , و حيث إن سرعة انتشار الضوء لا تعتمد على حركة المنبع فهذا يعطينا هذه المسألة الممتعة :
    لنفرض أننا نركب سيارة تنطلق بسرعة u  و أن الضوء ينبعث من كشاف السيارة في مؤخرتها بسرعة c
    بمفاضلة المعادلات السابقة ينتج أن :
     d`x / dt = dx / dt   - u
    و هذا يعني أنه طبقًا لتحويلات جاليليو فإن السرعة الظاهرية للضوء , كما نقيسها من السيارة لن تكون c بل ستصبح c – u  , فمثلاً إذا كانت السيارة متحركة بسرعة  ضخمة 100000 ميل / ثانية و الضوء ينبعث من مؤخرة السيارة بسرعة 186000 ميل / ثانية , فإن سرعة مرور الضوء بالسيارة سيصبح 86000 ميل / ثانية .
    على أية حال يمكن بقياس سرعة مرور الضوء بالسيارة أن نحسب سرعة السيارة – على افتراض أن تحويلات جاليليو تنطبق على الضوء - .
            و قد أجريت العديد من التجارب مبنية على هذه الفكرة العامة لحساب سرعة الأرض و لكنها فشلت و لم نحصل منها على أي قيم مطلقًا . و سوف  نتعرض لهذه التجارب باختصار لنرى ما الإجراءات التي اتبعت , و ما الأخطاء التي ارتكبت إذ أنه لابد من خطأ ما في المعادلات الفيزيائية . ترى ما هو ذلك الخطأ ؟؟سنرى ذلك في الجزء الثاني.

    المصدر:مدونة تبسيط الفيزياء هنا

    • تعليقات بلوجر
    • تعليقات الفيس بوك

    0 التعليقات :

    إرسال تعليق

    Item Reviewed: تبسيط النظرية النسبية الخاصة لألبرت أينشتاين Albert Einstein الجزء الأول Rating: 5 Reviewed By: Musa Abdalmaged
    Scroll to Top