ما هي نظرية النسبية لاينشتين؟

ما هي نظرية النسبية لاينشتين؟

اشتهر البرت اينشتين Albert Einstein لعدة اشياء، لكن من بين افكاره الاكثر شهرة كانت نظرية النسبية. لقد غيرت مفهومنا حول المكان والزمان. وتعتبر نظرية النسبية من أشهر نظريات الفيزياء الحديثة، تم تطويرها من قبل ألبرت أينشتاين في بدايات القرن العشرين. توجد نظريتان للنسبية، الأولى هي النسبية الخاصة special relativity والثانية هي النسبية العامة general relativity.

النسبية الخاصة Special relativity

جاءت النسبية الخاصة في البداية وهي تعتمد على ان سرعة الضوء ثابتة لكل شخص. قد يبدو هذا الامر بسيطا بصورة واضحة لكن له تطبيقات ونتائج اكثر مما نتصور.

حاء اينشتين بهذا الاستنتاج في العام 1905 بعد دليل عملي اثبت ان سرعة الضوء لا تتغير مع دوران الارض حول الشمس (هل تذكر هذه التجربة!، بالفعل انها تجربة ميلكسون ومورلي للتحقق من وجود الاثير).

كانت النتيجة مدهشة للفيزيائيين لان سرعة كل شيء يعتمد على اتجاه الحركة بالنسبة للمراقب. اذا كنت تقود سيارة في اتجاه معاكس لقطار سريع فان القطار القادم سوف يبدو كانه متحرك بسرعة اكبر بكثير من سرعته اذا كنت تلحق به.

قال اينشتين ان كل المراقبين سوف يقيسوا سرعة الضوء مساوية لـ 300,000 كيلومتر في الثانية بغض النظر عن سرعتهم واتجاههم بالنسبة للضوء.

وهذا جعل الممثل الكوميدي ستيفن رايت Stephen Wright يتساءل اذا كنا في مركبة فضاء تسير بسرعة الضوء واشعل الاضاءة الامامية فهل يحدث اي شيء؟

الاجابة هي ان الاضواء سوف تعمل بشكل عادي بالنسبة للاشخاص داخل المركبة الفضائية، اما بالنسبة لشخص يقف خارج المركبة ويراقبها فلن يرى انارة المصابيح.

نتج هاذين المشهدين المتناقضين لان المساطر والساعات وهي ادوات قياس المكان والزمان ليست نفسها بالنسبة للمراقبين المختلفين. اذا كانت سرعة الضوء ثابتة كما قال اينشتين فان الزمان والمكان لا يمكن ان يكونا مطلقين ويعتمدان على الشخص الذي يجري القياسات.

على سبيل المثال اذا كان طول مركبة الفضاء 100 متر وتتحرك بسرعة 99.99٪ من سرعة الضوء فانها طولها سوف يكون 1 متر فقط بالنسبة لمراقب ثابت لكن ستبقى بطول 100 متر لاشخاص في داخل المركبة الفضائية.

 ربما الامر الاكثر غرابة هو مرور الوقت يكون ابطأ بالنسبة للمراقب المتحرك بسرعة. اذا سافر احد توأمين إلى نجم على مسافة بعيدة وعاد فانه يكون اصغر عمرا من الاخ الذي بقى على الارض.

الكتلة ايضا تعتمد على السرعة. كلما كانت الجسم المترحك اسرع تكون كتلته اكبر. في الحقيقة لا يمكن لا جسم ان يتحرك بسرعة الضوء لان كتلته تكون لا نهائية.

العلاقة بين الكتلة والسرعة هي علاقة مشهورة لاينشتين وهي E = mc2 حيث ان E هي الطاقة وm هي الكتلة وc هي سرعة الضوء.

النسبية العامة General relativity

بعد النسبية الخاصة والتي فيها غير اينشتين مفاهيم الزمان والمكان ذهب إلى ابعد من هذا وعمم نظريه النسبية لتشتمل على التسارع الذي وجد انه يشوه شكل الزمان والمكان.

لنستمر مع المثال السابق ونتخيل ان المركبة الفضائية بدأت في التسارع إلى الاعلى، سيشعر ركاب المركبة الفضائية بانهم يلتصقون بالارض كما لو كانوا على الارض. ادعى اينشتين ان القوة التي نطلق عليها اسم الجاذبية gravity لا يمكن تمييزها عن تسارع المركبة الفضائية.

استغرق اينشتين في العمل على وضع المعادلات الرياضية التي تصف نظرية النسبية العامة ما يقارب ١٠ سنوات واكتشف ان الزمان والمكان يتحدبان بجوار الكتلة الكبيرة وهذا التحدب ما يجعلنا نشعر بقوى الجاذبية force of gravity.

من الصعب ان نتخيل هندسة النسبية العامة لكن يمكننا ان نتخيل ان الزمان والمكان عبارة عن نسيج ممتد في الفضاء ويتحدب هذا النسيج بسبب الكتلة الكبيرة في الفضاء واي جسم يتحرك بجوار تلك الكتل الكبيرة فانه يتحرك في مسار منحني وليس في خط مستقيم.

غيرت نظرية النسبية  الكثير من المفاهيم بما يتعلق بالمصطلحات الاساسية في الفيزياء: المكان والزمان والكتلة والطاقة. حيث احدثت نقلة نوعية في الفيزياء النظرية وعلم الفلك في القرن العشرين. عند نشرها لأول مرة، عدلت الأسس النظرية لميكانيكا نيوتن التي كانت قائمة منذ 200 عام.