النظرية النسبية - بحث علمي

[etreby]

شكرا لك عزيزي رجب على متابعتك و على هذه الكلمات التشجيعية و التىأعتز بها. و الآن لنكمل معا مشوار النظرية النسبية.

معامل جاما (THE GAMMA FACTOR)

الحلقة السابعة.

اذا كنت قد فهمت ما سردناه فى الحلقات الماضية فربما يأتى فى ذهنك الآن السؤال التالى: لماذا لم ألاحظ تأثير انكماش الطول و تباطؤ الزمن فى الحياة اليومية العادية؟؟؟

على سبيل المثال اذا أنت تقود سيارتك من القاهرة الى الاسكندرية ثم تعود مرة أخرى الى القاهرة فيجب عليك أن تعيد ظبت ساعتك عندما تعون لبيتك. لأن بعد كل هذا المشوار فان ساعتك قد تباطأت بالمقارنة بالساعات الأخرى التى تركتها مستريحة في البيت. فاذا كانت ساعتك تقرأ الساعة الثالثة ظهرا p.m.3.00  عندما تعود للبيت فان الساعات الأخرى فى منزلك يجب أن تسجل وقت متقدم عن هذا و ليكن الثالثة و الربع على سبيل المثال.

الاجابة هى أن التأثير النسبى يعتمد على مدى السرعة التى كنت تقود سيارتك بها. للأسف هذه السرعة هى ضئيلة للغاية (نأسف لمن يمتلك سيارة رياضية مثل الفرارى FERRARI و يتفاخرون بالسرعة الرهيبة لسيارتهم) . ان تأثير ظاهرة انكماش الطول و تباطؤ الزمن يمكن ملاحظته فقط اذا كنت تسير بسرعة تقارب سرعة الضؤ. (186,300 ميل/الثانية أو  300,000,000 متر /الثانية.

رياضيا فان تأثيرات النسبية توصف بمعامل (FACTOR) يطلق عليه علماء الفيزياء اسم جاما (GAMMA OR THE GAMMA FACTOR) و هو حرف اغريقى. هذا المعامل (FACTOR) يعتمد على السرعة التى يتحرك بها الجسم .

على سبيل المثال اذا أخذنا مسطرة طولها متر واحد (الطول الصحيح كما شرحنا فى الحلقات السابقة أو  PROPER LENGTH) و هى تمر من أمامنا بسرعة كبيرة جدا فان طولها بالنسبة لنا (OUR INERTIAL FRAME) يساوي ناتج القسمة متر واحد على معامل جاما. 1/GAMMA

و اذا كانت هناك عقارب ساعة

تسير من نقطة A الى نقطة B و قد سجلت هذه الرحلة حسب توقيت الساعة نفسها زمنا قدره 3 ثوان فانه من وجهة نظرنا نحن (OUR FRAME OF REFERENCE) استغرقت هذه الرحلة زمنا قدره ناتج الضرب 3 ثوان فى جاما 3 * GAMMA .

لنرى مع بعض لماذا لا نلاحظ تأثيرات الظواهر النسبية. فلننظر لمعادلة جاما:

المفتاح المهم لفهم المعادلة هنا هو (v2/c2 ) فى مستوى الكسر.

V= سرعة الجسم الذى نتحدث عنه

C= سرعة الضؤ

حيث أن معظم السرعات لأي جسم عادي يكون أقل بكثير من سرعة الضؤ فان ناتج V/C يكون صغيرا و عندما نقوم بتربيع هذا الرقم (TO THE POWER OF TWO OR SQUARE e.g. 2^2) فانه يتضائل أكثر.

و لذلك فان معامل جاما بالنسبة فى معظم الحالات و الاجسام التى نراها فى أي يوم عادى يساوى 1.

لننظر سويا للجدول البيانى التالى و الذى يوضح قيمة معامل جاما عند سرعات مختلفة.

العامود الأخير يشير الى طول مسطرة متر واحد (الطول الحقيقى للمسطرة هو 1 متر ) عند سرعات مختلفة.

العامود الأخير يشير الى طول مسطرة متر واحد (الطول الحقيقى للمسطرة هو 1 متر ) عند سرعات مختلفة.

في الخانة الأولى c = سرعة الضؤ . بحيث أن 0.9c = تسعة أعشار سرعة الضؤ.

من خلال هذا الجدول يتضح لنا أنه فى الحياة العملية اليومية تكون تأثيرات الظواهر النسبية غير ملحوظة الا  فى القصص العلمية الخيالية (أو في علم الفيزياء النووى NUCLEAR PHYSICS) حيث تنطلق الالكترونات و البروتونات بسرعة تقارب سرعة الضؤ.

اذن فى النهاية فانك لن تلاحظ انكماش الطول أو تباطؤ الوقت اذا كنت تقود سيارتك من القاهرة الى الاسكندرية.

:angry2:  :angry2:  :D  :D  :D

يتبع

[freefreer]

الله ينور يا عم الأتربى .. صراحة .. فيه اسئلة .. بس حاسس انى لو سألتها .. و انت جاوبت .. مش حفهم ..  :D  :D  :D

بس .. مع هذا .. ؟ لماذا تختلف القوانين التى تنطبق على كرة البيسبول .. عن تلك المطبقة على الضوء  .. و لماذا لم بتم تطبيقها أيضا  على القطار ذاته

ملاحظ .. ان كل النظريات .. تتكلم عن الخطوط المستقيمة .. مع ان الكرة الأرضية كروية .. و تدور دائريا حول كرة أخرى .. و الجميع يدورون فى مسارات دائرية .. و سمعت ان الضوء يسافر فى الفضاء فى خطوط منحنية ..

و لا أعلم كيف يمكن ان نقرر ان ضوءا ما سافر فى الفضاء منحنيا ام مستقيما ..؟؟

الجميل فى النسبية .. انها وضحت لنا مراكزنا .. و عرفتنا تماما .. اننا مش فاهمين حاجة بنسبة 100% .. يعنى كل شيئ فاهمين منه شوية فقط

لأن حسب نظرية العزيز اينشتاين .. فيجب ان يكون هناك شخص خارج الحدث .. حتى يستطيع رصد الحدث ..  .. و حجمه .. و نحن كلنا داخل الحدث .. و نستخدم عقولنا لنتخيل كيف كان يمكننا ان نرصد لحدث لو كنا خارج الحدث ..

???  :notify:  :alien:  :notify:  :alien:  :notify:  :alien:  :notify:  :alien:  :nervous:  :)  :)  :D

[freefreer]

و لا أعلم كيف يمكن ان نقرر ان ضوءا ما سافر فى الفضاء منحنيا ام مستقيما ..؟؟

أنا أقصد حيث اننا انفسنا نسافر فى خطوط منحنية ؟؟

[freefreer]

المصيبة كمان اننا بنرصد الحدث بالرؤية .. يعنى بالضوء .. و عندما ترصد الضوء بسرعة الضوء .. فان التاخير هنا ممكن يفرق فى النتيجة .. و سلملى على اللى متأكد من حقيقة واحدة فى هذا الكون .. غير المولى عز و جل ..

[Byte]

ياســـــــــــــــــلام! :withstupid:

الواحد مخه صدي بشكل!

آخر حاجة فاكرها لما مدرس الطبيعة في الثانوي كان عايز شوية التنابلة اللي واكلين فول وقاعدين قدامه دول يفتكروا وحدة قياس الحث ، فقاللنا افتكروها بان ام "هنري" حساسة! :)

انما برضه ، لما اظبط مخي عالسرعة القصوي قدرت اجمع معاكم ييجي 50% من الكلام، المهم هاعرف اعمل القنبلة الهيدروجينية امتي! :)

ده بس كان فاصل ترويحي علشان ما ننامش، انما فعلا الموضوع مفيد وشيق :cool:

[ragab2]

أتذكر

فى اعدادى كلية العلوم أنى حصلت على درجة جيد جدا فى الطبيعة أو الفيزيكس بالفهلوة لأن فى العملى أجريت التجربة واستفدت من معرفتى أن كثافة الماء 1 وكنت حافظ كثافة بعض العناصر الأخرى كتبتها كما هى وكأنى استنتجتها والى الآن لا أدرى السبب فى حصولى على هذا التقدير الغريب فى مادة كانت غير أساسية فى دراستنا

ربما عن طريق الخطأ

الله أعلم

[Faro]

أنا أقصد حيث اننا انفسنا نسافر فى خطوط منحنية ؟؟

إذا سافرت من الشرق إلى الغرب على نفس خط العرض فأنت مسافر على خط مستقيم .

إذا سافرت من مكان ما فى الشرق إلى أخر فى ش غ , ش ش غ  أو غ ش غ  فأنت  مسافر على خط منحني والمسافة تقل عن الخط المستقيم ومكان الوصول أدق من لو سافرت عن خط مستقيم .

الضوء يعاني بعض الإنكسارات مثل الموجات الكهرومغناطيسية والصوتية عند إختراق طبقات الجو المختلفة ولكن هل هناك تأثير سلبي على سرعة إنتشار هذه الموجات ؟؟

[etreby]

أستاذي العزيز فري فرير. القوانين التى انطبقت على الضؤ في القطار هى نفسها التى انطبقت على الكرة مع فارق بسيط جدا. الفارق هو أن القطار فى حالة الكرة كان يتحرك بسرعة ضئيلة جدا و هى 50 متر/ثانية. أما القطار فى حالة الضؤ فكان يتحرك بسرعة 100,000,000 متر/ثانية و هى بمقدار ثلث سرعة الضؤ و لذلك فان تأثير الظواهر النسبية تكون بصورة واضحة فى هذه الحالة. تذكر يا عزيزى فرى أننا قلنا فى الحلقة السابعة أن تأثير النسبية لا يلاحظ فى السرعات العادية مثل السيارة الرياضية أو حتى بسرعة المكوك الفضائي و لكن تكون ملحوظة اذا كان الجسم يتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضؤ.

أما بالنسبة لماذا لم يتم تطبيقها على القطار ذاته فأنا لا أعرف ماذا تقصد بهذا السؤال يا عزيزى فرى. أرجو التوضيح.

أما بالنسبة لموضوع أن الضؤ يسير في اتجاهات منحنية فهذا صحيح في حالة أن الضؤ قد تأثر بعوامل خارجية أدى الى انكساره . لكن اذا لم يكن هناك تأثير خارجى فان الضؤ ينبعث من المصدر فى أشعة مستقيمة تماما ليس بها أى انكسار. بل ان الضؤ يستخدم لقياس استقامة الأشياء من الابرة للصاروخ.

أرجو أن أكون أوضحت لك سؤالك يا استاذ فري. و اللا اشرح من تانى؟

:D  :D  :D  :inlove:  :inlove:  :inlove:

[freefreer]

:D لا يا عزيزى .. أنا عايزك تكمل .. :inlove:

[etreby]

حاضر يا استاذ فرى. سوف أكمل ان شاء الله. لسه أمامنا حلقات أخرى. على آخر اليوم سوف أقدم الحلقة الثامنة علشان دلوقتى عندى شوية شغل.

:D  :D  :D  :inlove:  :inlove:  :inlove:

[etreby]

الكتلة و الطاقة

MASS AND ENERGY

الحلقة الثامنة

هناك نتائج أخرى كثيرة للنظرية النسبية بخلاف ظواهر انكماش الطول و تباطؤ الزمن. و من أهم هذه النتائج تلك التى تتعلق بالطاقة.

تأتى الطاقة فى أشكال عديدة. الجسم المتحرك يكون له ما يسميه الفيزيائيون الطاقة الحركية أو KINETIC ENERGY و هذه تنتج من الحركة. (الكتلة أو MASS تشبه الوزن أو WEIGHT الى حد كبير و لكن ليست مثلها بالظبت)

أى جسم موضوع على طاولة مثلا يكون له طاقة جاذبية كامنة أو GRAVITATIONAL POTENTIAL ENERGY لأن هذا الجسم له الامكانية (ناتجة من الجاذبية) لاكتساب طاقة حركية اذا ما ازحنا الطاولة أو اذا سقط الجسم من فوق الطاولة. الحرارة هى شكل آخر من أشكال الطاقة و يرجع ذلك فى النهاية الى الطاقة الحركية للذرات و الجزئيات (ATOMS AND MOLECULES) التى تكون المادة. و هناك العديد من أشكال الطاقة الأخرى.

السبب باننا نسمى هذه الاشكال بالطاقة أو الفكرة التى تربط جميع أشكال الطاقة ببعض هو قانون  LAW OF CONSERVATION OF ENERGY. هذا القانون يقول أنه اذا جمعنا كم الطاقة فى الكون (يمكن أن نقيس الطاقة بشكل كمى و الوحدة لقياس الكم تكون بالجويل أو الوات فى الساعة JOULES OR WATTS PER HOUR) فان المجموع الكمى للطاقة لا يتغير. بمعنى آخر لا يمكن أن نخلق الطاقة أو نفقدها و لكن الطاقة تتحول من شكل الى آخر.

على سبيل المثال السيارة هى أداة لتحويل الطاقة الحرارية (داخل الاسطوانات فى المحرك) الى طاقة حركية (حركة السيارة). المصباح الضوئى يحول الطاقة الكهربائية الى طاقة ضوئية.

لقد اكتشف أينشتاين نوع آخر من أشكال الطاقة حسب النظرية النسبية أحيانا تسمى طاقة الاستراحة أو REST ENERGY. لقد قلت من قبل أن الجسم المتحرك له طاقة حركية ناتجة من حركتة. و لكن أينشتاين اكتشف أيضا أن هذا الجسم له طاقة استراحة حتى لو كان ثابت و لا يتحرك.

حجم طاقة الاستراحة فى الجسم يعتمد على كتلته و يوصف بهذه المعادلة:

E=Mc^2

M= الكتلة

C= سرعة الضؤ

و لأن سرعة الضؤ لها رقم كبير جدا فان طاقة الاستراحة للجسم تكون أكبر بكثير من أى شكل طاقة أخرى لنفس هذا الجسم. و لكن هذا لا يهم لأنه فى الحياة اليومية العادية طاقة الاستراحة للجسم تبقى كما هى و لا تتحول لشكل من أشكال الطاقة الأخرى التى يمكن أن نلاحظها مثل الحرارة أو الحركة.

هناك كميات تعتبر صغيرة جدا نسبيا من طاقة الاستراحة تحول الى أشكال أخرى من الطاقة فى محطات الطاقة النووية, الاسلحة النووية, الشمس و فى عدة أماكن أخرى و لكن بصفة عامة طاقة الاستراحة تبقى كما هى لا تتحول.

مجموع الطاقة الحركية و طاقة الاستراحة للجسم توصف رياضيا بهذه المعادلة:

E= Mc^2 x Gamma

أرجو الملاحظة أنه كما قلنا فى الحلقة الماضية أن معامل جاما GAMMA FACTOR في السرعات العادية اليومية يساوى 1. و لذلك فان مجموع الطاقة الحركية و طاقة الاستراحة فى هذه المعادلة يكون متساويا تقريبا مع طاقة الاستراحة فى المعادلة الأولى. بمعنى آخر أنه فى الحياة اليومية العادية و السرعات العادية تكون طاقة الاستراحة أكبر بكثير من الطاقة الحركية للجسم. لكن عندما تقترب سرعة الجسم من سرعة الضؤ فان معامل جاما يكون أكبر من واحد بكثير و عندها تكون الطاقة الحركية للجسم أكبر من طاقة الاستراحة (طاقة الاستراحة تعتمد على الكتلة فقط و لا تعتمد على سرعة الجسم).

هذا المعنى من الضرورى أن نفهمه جيدا اذا كنا نريد أن نحدد السرعة القصوى التى يمكن أن يتحرك بها أى جسم.

يتبع.......

[itsme_1666]

الاخ etreby

الله ينور  عليك ..احييك على هذا المجهود الرائع ...لى سؤال من فضلك ..

طاقة الراحة  تكون اكبر ما يمكن عندما يكون الجسم ملقى على الارض وتكون طاقة الحركة وقتها تساوى صفر ..اما عندما يرتفع الجسم الى اقصى إرتفاع تكون طاقة الوضع صفر و طاقة الحركة اكبر ما يمكن ..صح؟؟

طيب هل يختلف ذلك إذا كان الجسم يرتفع و ينخفض من داخل مصعد كهربائى ؟؟؟

شكرا  مقدما

[ragab2]

بل ان الضؤ يستخدم لقياس استقامة الأشياء من الابرة للصاروخ

فعلا يتم تسوية سطح الأرض بضوء أو أشعة الليزر

[etreby]

طاقة الراحة  تكون اكبر ما يمكن عندما يكون الجسم ملقى على الارض وتكون طاقة الحركة وقتها تساوى صفر

صح

اما عندما يرتفع الجسم الى اقصى إرتفاع تكون طاقة الوضع صفر و طاقة الحركة اكبر ما يمكن ..صح؟؟

خطأ.

:nervous:  :nervous:  :nervous:

بالنسبة لطاقة الوضع أو GRAVITATIONAL POTENTIAL ENERGY لا تكون صفر لأن هذه الطاقة تكون أكبر كلما ارتفع الجسم فوق صطح له جاذبية مثل صطح الأرض. مثلا اذا وضعت كرة فوق طاولة على ارتفاع متر واحد من سطح الارض فان طاقة الوضع تساوى 10 جويل مثلا. أما  اذا وضعت الكرة على طاولة على ارتفاع 2 متر فان طاقة الوضع تكون أكبر من ذلك و هكذا. أما بالنسبة لطاقة الحركة فانها تعتمد على سرعة الجسم. فاذا ازدادت سرعة الجسم ازدادت الطاقة الحركية. اذا  كان الجسم ثابت فان الطاقة الحركية تساوى صفر.

ملحوظة: الطاقة الكامنة نتيجة الجاذبية أو طاقة الوضع كما ذكرتى GRAVITATIONAL POTENTIAL ENERGY هى شكل مختلف تماما عن طاقة الاستراحة أو REST ENERGY التى تحدثت عنها فى الحلقة الماضية فأرجو أن تكون هذه النقطة واضحة تماما.

طيب هل يختلف ذلك إذا كان الجسم يرتفع و ينخفض من داخل مصعد كهربائى ؟؟؟

فى هذه الحالة فان الجسم له طاقة حركية لأنه يتحرك لأعلى حتى و لو كان ثابتا داخل المصعد. فلقد اكتسب هذا الجسم طاقة حركية ناتجة عن تحرك المصعد به. و أيضا تزداد طاقة الوضع كلما ازداد المصعد ارتفاعا. تماما مثل ما اذا امسكت الجسم فى يدك و رفعتة لأعلى. فأنت عندما ترفع الجسم فانه يبدو ثابتا فى يدك و لكنه فى الحقيقة يتحرك لأنه اكتسب نفس الطاقة الحركية لليد.

أرجو أن أكون وفقت فى اجابة الأسئلة. و التوفيق من عند الله.

[mnman]

بصراحة الله ينور عليك... انا فاكر الكلام دة طشاش من الكلية بس بصراحة انت شرحتة بمنتها السهولة والسلاسة وبدون تعقيد...

وفي انتظار باقي الحلاقات...

:angry:  :angry:

[etreby]

الحد الأقصى للسرعة

الحلقة التاسعة

لعلكم لاحظتم على مضى الحلقات السابقة أننا كنا دائما نذكر حالاات اقتراب سرعة الجسم الى سرعة الضؤ. و كانت الاسباب فى ذللك أنه اذا اقتربت سرعة الجسم الى سرعة الضؤ فان التأثيرات النسبية تكون ملحوظة وأما اذا زادت سرعة الجسم عن سرعة الضؤ فهذا أمر مستحيل (اللا اذا كنا نتكلم عن مقدرة الله سبحانه و تعالى فهو على كل شئ قدير) من الناحية العملية. لماذا ؟ سأشرح لكم.

افترضوا أنه عندنا سفينة فضائية و نريد أن نسرع بها حتى تصل لسرعة الضؤ. و لقد رأينا فى الحلقات الماضية أن طاقة الجسم تتوافق مع معامل جاما (proportional to gamma factor) و هذا المعامل هو سائد فى معادلات النسبية. و لقد عرفنا و رأينا أيضا من خلال جدول معامل جاما عند السرعات المختلفة أنه عندما تصل السرعة الى سرعة الضؤ فان مقدار معامل جاما يكون لا نهائيا أو infinite. و لذلك اذا أردنا أن نتحرك بسرعة الضؤ يكون مقدار الطاقة اللازمة لدفع السفينة الفضائية لهذه السرعة لا نهائيا و هذا ليس فى امكانية البشر.

و على هذا الاساس فان أى جسم له كتلة ليس له الامكانية فى أن يتحرك بسرعة الضؤ و لكنه يستطيع أن يقترب منها فقط على قدر الامكان. (الجسم الذى ليس له كتلة لا يمكن له التحرك اللا بسرعة الضؤ لأسباب لن أناقشها فى هذا الموضوع لأنها فى غاية التعقيد. الجسم الوحيد الذى ليس له كتلة هى جزئيات الضؤ و تسمى بالفوتون).

هناك أسباب أخرى لعدم استطاعتنا أن نتحرك أسرع من الضؤ. و هذا السبب يتعلق بالاسباب أو "CASUALITIES" و هى العلاقة بين الأعراض أو الظواهر و مسبباتها RELATION BETWEEN CAUSE AND EFFECT.

افترضوا أننى أخذت بكرة و قذفتها. و هذه الكرة انطلقت الى شباك من زجاج و كسرته. اذن يمكن أن نقول أن سبب كسر زجاج الشباك هو نتيجة قذفى للكرة. فاذا كنا نستطيع أن نتحرك أسرع من الضؤ لأصبح لدينا بعض الاطارات أو SOME FRAMES OF REFERENCE كما شرحنا من قبل ينكسر فيها الزجاج قبل أن أقذف الكرة (لا داعى لأن ندخل فى تفاصيل شرح لهذه الحالة و كيف تمت و أرجو أن تأخذوا كلامى عن محمل ثقة). و هذا يؤدى بنا الى مغالطات و تناقدات منطقية لا يمكن للعقل البشرى أن يفقهها (خاصة اذا اعترض أحدا طريق الكرة و منعها من كسر الزجاج بعد أن انكسر الزجاج أصلا!!!!!).

و لذلك فنحن نشطب من حساباتنا امكانية التحرك أسرع من الضؤ. ليس فقط التحرك و لكن أيضا أى نوع من أنواع الاتصالات لا يمكن أن تكون أسرع من الضؤ. بالنسبة لنا كبشر فان سرعة الضؤ هى حدود السرعة و لا يمكن لنا أن نتعدى هذا الحد.

حسنا اذا كنت ممن يحبون الخيال العلمى مثلى فهذه الحلقة لا تأتى بأخبار جيدة. فعلى أية حال أصبح من شبه المؤكد أنه لا يوجد أى مخلوقات ذكية مثلنا فى حدود نظامنا الشمسى OUR SOLAR SYSTEM و المسافة بين النجوم تعتبر شاسعة. حتى أقرب نجم لنا هو على مسافة أربع سنوات اذا كنت تتحرك بسرعة الضؤ.

و لذلك اذا كنت ستسافر بسرعة أقل من سرعة الضؤ يكون أمر صعب أن تتجول فى المجرات الأخرى و تقابل حضارات مختلفة فى أماكن بعيدة نظرا للمسافات الشاسعة فى هذا الكون.

أليس هذا أمر محزن؟

لكن الأمر ليس مفقود منه الأمل نهائيا نظرا لظواهر النسبية مثل انكماش الطول و تباطؤ الزمن. افترض أنك ركبت سفينة فضاء و تتجه الى نجم على مسافة 10 سنوات ضوئية و أنت تتحرك بسرعة تقرب من سرعة الضؤ. من وجهة نظر الارض EARTH'S FRA,ME OF REFERENCE فان هذه الرحلة يجب أن تأخذ 10 سنوات للوصول الى النجم. أما من وجهة نظر ركاب السفينة PASSENGER FRAME OF REFERENCE فكأنهم ثابتون بدون حركة و الفضاء هو الذى يتحرك بسرعة تقرب من سرعة الضؤ. و على هذا الأساس فان طول المسافة فى اتجاه السير تنكمش حسب الظاهرة النسبية و لذلك فان الرحلة تستغرق وقتا أقل من عشر سنوات. يمكن أيضا أن نثبت هذا عندما نأخذ فى اعتبارنا ظاهرة تباطؤ الزمن اضافة لما سبق حيث أن كلا ظواهر النسبية تقللان من زمن الرحلة من وجهة نظر الركاب.

كى نوضح هذا المعنى الجدول الآتى يشير الى بعض أوقات السفر الى أماكن مختلفة و عند سرعات مختلفة. كما قلنا من قبل فانه اذا اردنا أن نلاحظ ظواهر النسبية فيجب أن تقترب سرعتنا الى سرعة الضؤ قدر الامكان. هنا فى هذا الجدول نعتبر أنه فى امكاننا أن يكون لنا قدر من التسارع أو ACCELERATION يساوى 1g و هو مقدار التسارع الناتج عن الجاذبية (9.98 meters/second^2 ) و هذا التسارع يستمر نصف الرحلة بالايجاب ثم عند الوصول للاماكن المختلفة نستدير للرجوع الى الارض و يكون التسارع -1g أو بالسالب أو بمعنى آخر تتباطأ السفينة فى طريق العودة حتى تصل الى الأرض.

العامود الثانى يشير الى المسافة الى المجرة أو النجم الذى نريد أن نتجه اليه بمقدار السنة الضؤئية (السنة الضؤئية هى المسافة التى يقطعها الضؤ فى زمن قدره سنة واحدة و يساوى تقريبا 6 تريليون ميل)

هذا الجدول يبين لنا النتائج عند 3 accelerations. تسارع أقل و تسارع يساوى و تسارع أكبر من 1g. العامود الرابع يشير الى السرعة القصوى عند منتصف الطريق قبل أن تستدير السفينة و تعود الى الأرض.

العامود قبل الأخير و الأخير يشيران الى الزمن الذى تستغرقه الرحلة من وجهة نظر الأرض و من من وجهة نظر ركاب السفينة. REFERENCE FRAME OF THE EARTH AND REFERENCE FRAME OF THE PASSENGERS.

الفرق بينهما مهم للغاية. يعنى مثلا اذا كنت على متن السفينة متجها الى Betelgeuse بتسارع يساوى 1g سيمر زمنا قدره 6.8 سنوات قبل أن تصل بالنسبة لك و لكن بالنسبة للأرض فلقد مر زمنا قدره أكثر من 500 سنة. و عندما تصل هناك فأى رسالة ترسلها للأرض سوف تستغرق 500 سنة للوصول للأرض و 500 سنة أخرى كى يردوا عليك من الأرض. و لذلك حتى لو افترضنا أن الانسان استطاع أن ينتشر عبر المجرات فى الكون فان هذه التجمعات البشرية سوف تكون منعزلة تماما عن بعضها البعض و البشر على الأرض لن يكونوا على اتصال بهؤلاء على نجم Betelgeuse بصفة مستمرة .

حسنا نحن نعرف أن هناك تعقيدات تكنولوجية رهيبة كى نستطيع أن نخترع مثل تلك السفينة التى يمكن أن تسير قرب سرعة الضؤ و لكن اذا استمرت البشرية وقت كافى لاختراع هذه السفينة فان ما شرحناه فى هذه الحلقة هى بالفعل حسابات السفر فى الفضاء العميق أو DEEP SPACE TRAVEL حسب النظرية النسبية الخاصة للعالم أينشتاين.

ربما لاحظت أنه فى مسلسلات الخيال العلمى مثل STAR TREK OR STAR WARS أنهم يستطيعوا أن يتحركوا أسرع من الضؤ باستخدام مصطلحات مثل warm hole أو hyper space. و لكن الحقيقة العلمية تقول الآتى: اذا أخذنا فى الاعتبار كل ما لدينا من علم و تكنولوجيا حتى وقتنا هذا فانه من المستحيل السفر بسرعة أكبر من سرعة الضؤ.

و لكن ممكن دائما أن يكون عندنا أمل أن نكتشف فرعا آخر من فروع الفيزياء حتى يمكننا تخطى حاجز سرعة الضؤ.

النهاية.

و بذلك انتهت حلقات النظرية الخاصة و سأحاول أن أشرح النسبية العامة قريبا ان شاء الله. و حتى ذلك الوقت أكون سعيدا بأى تعليق من الأعضاء الكرام و ربما أيضا انشر حلقات عن التجارب التى اثبتت النظرية النسبية.

تحيياتى لكم جميعا.

:inlove: :inlove: :inlove:

[itsme_1666]

الاخ الاتربى شكرا جزيلا على التوضيح و المعلومات القيمة ولكن لى سؤال اخر من فضلك ...ما الفرق بين طاقة الوضع و طاقة الاستراحة انا اعتقدت انهما واحد و هما potential energy

شكرا مقدما

[etreby]

الأخت إتس مى. هناك إختلاف كلى بين الطاقة الكامنة نتيجة للجاذبية أو Gravitational Potential Energy و طاقة الإستراحة حسب نظرية أينشتاين. اللينك الآتى سوف يبين لك معادلات و شرح الطاقة الكامنة نتيجة الجاذبية.

http://theory.uwinnipeg.ca/mod_tech/node32.html

http://theory.uwinnipeg.ca/physics/work/node4.html

أما بالنسبة لطاقة الاستراحة فقد شرحتها فى الحلقة قبل الماضبة. أرجو أن أكون أوضحت لك سؤالك

[etreby]

البرت اينشتين والنظرية النسبية

الحلقة العاشرة

من هو البرت اينشتين ولماذا ذاع صيته في ارجاء الارض؟ أذا لم تعرف الاجابة تابع ما ينشر على هذا الموقع بعنوان البرت اينشتين والنظرية النسبية.....

البرت اينشتين عالم فيزيائي قضى حياته في محاولة لفهم قوانين الكون. كان اينشتين يسأل الكثير من الأسئلة المتعلقة بالكون ويقوم بعمل التجارب داخل عقله. فقد عاش اينشتين عبقريا باجماع كافة علماء عصره وبلغ اسمى درجات المجد العلمية بخلاف العديد من العلماء الذين ماتوا دون ان يحظوا بمتعة النجاح والتألق فمثلاً العالم ماندل الذي وضع قوانين الوراثة لم يعرف احد أنه هو الذي وضع هذه القوانين إلا بعد وفاته بخمسين عام، كذلك العالم والطبيب العربي ابن النفيس الذي اكتشف الدورة الدموية في جسم الانسان لايزال مجهولا حتى الآن وغيره من الأمثلة.. كانت عبقرية اينشتين من نوع مختلف فلم يكن احد يفهم شيء عن نظريته النسبية أو تطبيقاتها ولكن الجميع اقر بمنطقها. فقد جاءت النظرية النسبية الخاصة لتحير العلماء وتغير مفاهيم الفيزياء المعروفة. ويروي أن آينشتين كان يقف في أحد شوارع هوليود مع شارلي تشابلن فتجمع حولهما المارة، فقال آينشتين لتشابلن ((لقد تجمع الناس لينظروا إلى عبقري يفهمونه تمام الفهم وهو أنت، وعبقري لا يفهمون من أمره شيئاً وهو أنا)).. العديد من العلماء بلغوا مراتب علمية عالية نتيجة لمجهودهم الفكري أو الفني فمثلاً اديسون وبيكاسو وأبن سينا والمتنبي اجمع الناس على تفوقهم وعبقريتهم لأنهم لمسوا ورأوا قيمة ما يقدمون من اكتشافات واختراعات. وهذا لم يحدث مع آينشتين حيث كانت عبقريته من نوع مختلف فما هو الذي قدمه آينشتين؟ وعن ماذا كانت عبقريته؟ وما قيمة ما قدمه؟ وعن أي شيء تتحدث. كل ما هو معروف أنه وضع النظرية النسبية. فإذا ماحاول المرء قراءة النظرية النسبية إلا وجد نفسه غارقاً في بحر من الألغاز لدرجة انه شاع القول بأن هناك عشرة في العالم يفهمون النظرية النسبية وهنا يجب أن اؤوكد أن هذا غير صحيح وسوف نقوم من خلال هذه المقالة تقديم شرح مبسط للنظرية النسبية الخاصة ونتائجها لتكون في مستوى القارئ العادي..

--------------------------------------------------------------------------------

حياة آينشتين

ولد آلبرت أينشتين في 14 مارس 1879 في ألمانيا في مدينة صغيرة تسمى أولم وبعد عام انتقلت اسرته إلى ميونخ. كان والده هرمان صاحب مصنع كهروكيميائي. وكانت والدته بولين كوخ من عشاق الموسيقى وكان له اخت تصغره بعام. تأخر آينشتين عن النطق وكان يحب الصمت والتفكير والتأمل ولم يهوى اللعب كأقرانه. لم يكن يعجبه نظام المدرسة وطريقة التعليم فيها التي تحصر الطالب في نطاق ضيق ولا تدع له مجالاً للأبداع واظهار امكانياته.

اهدى له والده بوصلة صغيرة في عيد ميلاده العاشر وكان لها الاثر البالغ في نفسه وبابرتها المغناطيسية التي تشير دائما إلى الشمال والجنوب واستخلص هذا الطفل بعد تأمل عميق أن الفضاء ليس خالياً ولا بد وأن فيه ما يحرك الاجسام ويجعلها تدور في نسق معين. تعلق آينشتين في شبابه بعلم الطبيعة والرياضيات وبرع فيهما في البيت وليس في المدرسة ووجد متعة في علم الهندسة وحل مسائلها. تعلم الموسيقى وهو في السادسة من عمره وكان يعزف على الة الكمان. كانت اكبر مشكلة له اضطراره لدراسة اللغات والعلوم الانسانية التي لا تطلق للفكر العنان وانما حفظها للحصول على الشهادة وكان كثيرا ما يحرج اساتذة الرياضيات لتفوقه عليهم وطرده احد الاساتذة من المدرسة قائلاً له ((أن وجودك في المدرسة يهدم احترام التلاميذ لي)) سافر بعدها ليلتحق بوالديه في ميلانو بعد ان تركوه لمشاكل مادية في ميونخ والتحق هناك في معهد بولوتيكنيك ولكنه رسب في جميع امتحانات الالتحاق فيما عدا الرياضيات فارشده مدير المعهد ليدرس دبلوم في احدى مدن سويسرا ليتمكن بعد عام من الالتحاق في البوليتكنيك.

في عام 1901 بلغ اينشتين من العمر 21 عاماً وبعد عناء طويل للحصول على عمل يعيش منه حصل على وظيفة في مكتب تسجيل براءات الاختراع في برن. قرأ الكثير عن اعمال العلماء والفلاسفة ولم تعجبه كتاباتهم حيث وصفها بالسطحية والبعد عن العمق الفكري الذي يبحث عنه.

في العام 1905 وضع آينشتين خلال عمله في مكتب تسجيل الأختراعات العديد من النظريات التي جعلت من العام 1905 عاماً ثورياً في تاريخ العالم. واسترعت نتائج نظرياته اهتمام علماء الفيزياء في كافة جامعات سويسرا مما طالبوا بتغير وظيفته من كاتب إلى استاذ في الجامعة وفي عام 1909 عين رئيسا للفيزياء النظرية في جامعة زوريخ ثم انتقل إلى جامعة براغ الألمانية في 1910 ليشغل نفس المنصب ولكنه اضطر لمغادرتها في العام 1912 بسبب رفض زوجته مغادرة زوريخ.....

من أعمال أينشتين نذكر.....

في عام 1905 نشر اينشتين اربعة ابحاث علمية الأولى في تفسير الظاهرة الكهروضوئية والبحث الثاني للحركة الابروانية للجزيئلت والثالثة لطبيعة المكان والزمان والرابعة لديناميكا حركة الأجسام الفردية. كان البحثين الأخيرين الاساس للنظرية النسبية الخاصة والتي نتج عنها معادلة الطاقة E=mc2 وبتحويل كتلة متناهية في الصغر امكن الحصول على طاقة هائلة (الطاقة النووية)..

في العام 1921 حصل أينشتين على جائزة نوبل لأكشتافه قانون الظاهرة الكهروضوئية التي حيرت هذه الظاهرة علماء عصره.

وضع اينشتين الاسس العلمية للعديد من المجالات الحديثة في الفيزياء هي:

النظرية النسيبة الخاصة

النظرية النسبية العامة

ميكانيكا الكم

نظرية المجال الموحد

وحتى يومنا هذا يقف العلماء عاجزين عن تخيل كيف توصل اينشتين لهذا النظريات ولا سيما وأن التجارب التي تجرى حتى الأن تؤكد صحة نظريات اينشتين وينشر ما يقارب 1000 بحث سنوياً حول النظرية النسبية..

قبل الحديث عن النظرية النسبية الخاصة وتطبيقاتها سوف نلقي بعض الضوء على حياة اينشتين...

قال عنه زميله في برلين العالم الفيزيائي لندتبورغ ((كان يوجد في برلين نوعان من الفيزيائيين: النوع الأول آينشتين، والنوع الآخر سائر الفيزيائيين)).

مع اندلاع الحرب العالمية ظل آينشتين يتابع اعماله العلمية في برلين وركز نشاطه على التوسع في نظرية الجاذبية التي نشرها في العام 1916 وهو في الثامنة والثلاثين من عمره. حاول الكثير من الاحزاب السياسية زجه في نشاطاتهم ولكنه كان دائما يقول انني لم اخلق للسياسة وفضل الانعزال والوحدة قائلاً ((ان الفرد المنعزل هو وحده الذي يستطيع أن يفكر وبالتالي أن يخلق قيما جديدة تتكامل بها الجماعة)) هذا ادى إلى دفع معارضيه للنيل منه. احيكت له المؤامرات والدسائس مما زاع صيته في مختلف انحاء العالم ووجهت له الدعوات من العديد من الجامعات للتعرف عليه وسافر إلى ليدن بهولندا وعين استاذاً في جامعتها. وأسف الكثيرون في ألمانيا رحيله لأن شهرته العظيمة في الخارج من شأنها ان تعيد إلى المانيا هيبتها التي فقدتها في الحرب. وتلقى كتب ودعوات من وزير التربية ليعود إلى بلده فعاد وحصل على الجنسية الألمانية لانه في ذلك الوقت كان لايزال محتفظاً بجنسيته السويسرية.

كثرت الدعوات التي تلقاها اينشتين بسبب شهرة نظريته النسبية وكان يقابل في كل مرة يلقي فيها محاضرة باحتفال هائل يحضره عامة الناس ليتعرفوا على هذا الرجل بالرغم من عدم المامهم بفحوى النظرية النسبية ولكن اهتمام الناس به لم يسبق لعالم ان حظي به من قبل فكان يستقبل استقبال المعجبين لفنان مشهور. لقد كان تقرير صادر عن البعثة الفلكية الانجليزية عام 1919 الذي تؤيد فيه صحة نبوءة آينشتين عن انحراف الضوء عند مروره بالجو الجاذبي من اهم دواعي شهرته العالمية. ولكن لكونه الماني الجنسية كان صيته في انجلترا قليل وبدعوة من اللورد هالدين توجه آينشتين إلى انجلترا وقدمه هالدين قائلا ((إن ما صنعه نيوتن بالنسبة إلى القرن الثامن عشر يصنعه آينشتين بالنسبة إلى القرن العشرين)).

يروى أنه تم الاعلان عن جائزة قدرها خمسة آلاف دولار لكاتب احسن ملخص للنظرية النسبية في حدود ثلاثة آلاف كلمة فتقدم ثلاثمائة شخص وحصل على الجائزة رجل من محبي الفيزياء ايرلاندي الجنسية عمره 61 عاماً في 1921.

ظل آينشتين يسافر بين بلدان العالم من فرنسا إلى اسبانيا إلى فلسطين وإلى الصين واليابان وحصل على جائزة نوبل في 1923 وسلمه اياها ملك السويد وبعدها استقر في برلين وكان الزوار من مختلف انحاء العالم يأتون له ويستمتعون بحديثه ولقاءه حتى عام 1929 والتي فيها بلغ من العمر الخمسين عاماً قرر الاختفاء عن الانظار ولم يكن احد يعلم اين يقيم.

كان آينشتين محبا للسلم ويكره الحرب وفي نداء تلفزيوني إلى تورمان رئيس الولايات المتحدة الاسبق قال ((لقد كان من المفروض أول الامر أن يكون سباق التسلح من قبيل التدابير الدفاعية. ولكنه اصبح اليوم ذا طابع جنوني. لأنه لو سارت الامور على هذا المنوال فسيأتي يوم يزول فيه كل أثر للحياة على وجه البسيطة)).

في 18 ابريل من العام 1955 وفي مدينة برنستون مات ذلك العبقري وأخذ الناس يتحدثون عن آينشتين من جديد وتنافست الجامعات للاستئثار بدماغ ذلك الرجل عساها تقف من فحصه على اسرار عبقريته.. كان آينشتين يعيش بخياله في عالم اخر له فيه الشطحات والسبحات وكانت الموسيقى سبيله الوحيد للتنفيس عن ثورته العارمة وكان الكون بالنسبة له مسرحا ينتزع منه الحكمة فغاص في ابعاده السحيقة وبهذا نكون قد لخصنا قصة حياة اسطورة القرن العشرين لندخل في تفاصيل النظرية النسبية الخاصة ونتائجها.....

[etreby]

بعض الأمثلة و التجارب للنظرية النسبية

الحلقة الحادية عشر

وصف حدث في النسبية

قبل البدء في مناقشة النتائج المترتبة عن النظرية النسبية الخاصة، يجب ان نوضح بعض المفاهيم الاساسية لكيفية قيام شخص (سنطلق عليه مراقب) برصد حدث ما في الفراغ.

المراقب هو شخص يمتلك آلات علمية دقيقة ليقوم برصد الحدث. وتحديد ابعاده المكانية Dx وابعاده الزمنية Dt .

الحدث هو أي شيء تحت الدراسة من قبل المراقب وللحدث بداية ونهاية. مثل سقوط كرة الى الارض، فبداية الحدث هو بدأ سقوط الكرة ونهاية الحدث هو وصول الكرة إلى الأرض.

محاور الاسناد وهي الاحداثيات المعروفة (x,y,z) التي تحدد موقع الحدث بالنسبة للمراقب، ولكل مراقب محاور اسناد خاصة به.

فمثلا وانت جالس في الغرفة الآن فإنك تستخدم احد اركان الغرفة لتجعلها محاور اسناد لك تستخدمها في وصف الاحداث وتحديد موقعها. اما اذا كنت في سيارة تسير بسرعة v فإن محاور اسنادك تكون ثابتة بالنسبة لحدث ما في السيارة لأن بداية الحدث ونهايته لم تغير من الأبعاد المكانية، أما بالنسبة لشخص خارج السيارة فإن الحدث داخل السيارة يعتبر متحرك بالنسبة له لأن بداية الحدث ونهايته كانتا في مكانين مختلفين بالنسبة لذلك المراقب.

مثال

لنخذ على سبيل المثال حدث يتمثل في انفجار قنبلة على مكان ما على سطح الأرض هذا الحدث له ابعاد مكانية وابعاد زمنية تحدد بواسطة المراقب الذي يقوم برصد ذلك الحدث.

لنفرض أن هنالك مراقبين كان احدهما ثابت والاخر متحرك بسرعة v بالنسبة للحدث. كلا المراقبين يمتلك آلات دقيقة لا تخطئ لرصد الحدث وذلك لتحديد الابعاد المكانية والزمنية للحدث.

المراقب الثابت قام برصد الابعاد المكانية والزمنية للحدث لتحديد بداية الحدث (انفجار القنبلة) وتحديد نهاية الحدث (نهاية الانفجار). وبما أن هذا المراقب كان ثابتاً بالنسبة للحدث فإنه يقيس التغير في الابعاد المكانية على انها صفر لأنه لم يتحرك خلال الحدث اما بالنسبة للابعاد الزمنية فإنه يقيسها على أنها Dt وهي الفترة الزمنية التي استغرقها الحدث.

أما بالنسبة للمرااقب المتحرك فكانت احداثياته (ابعاده) المكانية بالنسبة للحدث متغيرة بمقدار Dx' وكذلك يقيس الابعاد الزمنية على انها Dt'.

في المثال السابق قام مراقبين برصد الحدث (انفجار القنبلة) وكانت النتيجة أن كل منهما حدد الفترة الزمنية للحدث. فكانت للمراقب الثابت Dt وللمراقب المتحرك Dt' وفي حياتنا العادية تكون الفترة الزمنية المقاسة للحدث متساوية لكافة المراقبين، ولا يكون هناك فرق بين قياسات زمن الحدث عند المراقب الثابت أو عند المراقب المتحرك.

ولكن هذا لا يتفق مع آينشتين ولا نظريته النسبية حيث أنه يثبت أن الزمنيين المقاسين بواسطة المراقب الثابت والمتحرك يختلف وأن المراقب المتحرك يقيس زمن الحدث أكبر من المراقب الثابت، ولذلك يعتبر المراقب الثابت ان ساعات المراقب المتحرك تؤخر ولهذا اطلق عليها آينشتين التأخير الزمني Time dilation.

نسبية الزمن (التأخير الزمني)

لتوضيح المقصود بالتأخير الزمني نستخدم التجربة التي استخدمها آينشتين لتوضيح الفكرة حيث أعتبر وجود نبضة ضوئية تنطلق من ارضية قطار يتحرك بسرعة v إلى لتسقط على مرآة مثبتة في سقف القطار على ارتفاع d وتنعكس لتعود على أرضية القطار.

بداية الحدث هو انطلاق النبضة الضوئية من أرضية القطار.

نهاية الحدث هو عودة النبضة الضوئية إلى ارضية القطار بعد انعكاسها على سطح المرآة.

افترض وجود مراقبين أحدهما داخل القطار O' وهو الثابت بالنسبة للحدث والآخر خارج القطار O وهو المتحرك بالنسبة للحدث.

قياسات المراقب الثابت O'

المراقب O' سوف يقيس الزمن اللازم للحدث على أنه المسافة المقطوعة مقسوما على سرعة الضوء. لاحظ هنا ان المراقب O' ثابت بالنسبة للحدث وذلك الاحداثيات المكانية له لم تتغير بين بداية الحدث ونهايته كما هو موضح في الشكل المقابل.

المسافة المقطوعة هي ضعف ارتفاع السقف 2d وتكون الفترة الزمنية للحدث بالنسبة للمراقب O' على النحو التالي:

قياسات المراقب المتحرك O

المراقب O يجري قياساته ولكن هو متحرك بالنسبة للحدث (أو أن الحدث متحرك بالنسبة له) حيث أن بداية الحدث ونهايته تحدثان في مكانين مختلفين بالنسبة للمراقب O كما في الشكل. فخلال الفترة الزمنية التي استغرقها الحدث يكون القطار قد تحرك إلى اليمين مسافة vDt. حيث Dt زمن الحدث الذي يقيسه المراقب O. يوضح الشكل المقابل مسار النبضة الضوئية بالنسبة للمراقب O. وهنا يكون مسار النبضة الضوئية أضول من مسارها بالنسبة للمراقب O'

من الفرضية الثانية للنظرية النسبية تكون سرعة النبضة الضوئية ثابتة بالنسبة للمراقبين وتساوي سرعة الضوء c. وحيث أن المسار الذي يسلكه الضوء بالنسبة للمراقب O أطول من المسار للمراقب O' فإن الزمن الذي يقيسة O يكون أكبر من الزمن الذي يقيسه O'.

العلاقة الرياضية بين قياسات المراقب O' والمراقب O

لنعتبر أن الخط الأصفر يحدد مسار الضوء كما يرصده المراقب O' والخط الاسود المتقطع هو المسار الذي يرصده المراقب O. من المثلث الأيسر يمكن تطبيق نظرية فيثاغورس على النحو التالي:

حيث d هو ارتفاع سقف القطار. وبحل المعادلة لايجاد الفترة الزمنية Dt

ومن المعادلة (1)

نحصل على العلاقة الرياضية بين القياسات الزمنية لكل مراقب.

ملاحظات

(1) حيث أن السرعة التي يسير بها القطار لا يمكن ان تصل إلى سرعة الضوء لذا يكون المقدار g اكبر من الواحد.

g > 1

ولهذا تكون القياسات الزمنية لمراقب O أكبر من O'.

Dt > Dt'

(2) في حالة السرعات العادية مثل سرعة سيارة او سرعة طائرة أو سرعة صاروخ فإن هذه السرعة تعتبر صغيرة جداً بالمقارنة بسرعة الضوء أي v<<c وهذا يجعل المقام في المعادلة (3) يساوي 1 وتكون هنا القياسات لكلا المراقبين متساوية، بمعنى آخر أن التأخير الزمني لا يمكن قياسه إلا في حالة السرعات التي تقارن بسرعة الضوء.

(3) نستنتج أن في حالة السرعات الكبيرة تكون ساعات المراقب المتحرك بالنسبة للحدث تقيس زمن اطول من ساعات المراقب الثابت بالنسبة للحدث.

(4) سوف نعتبر الزمن الحقيقي proper time لحدث ما هو الزمن الذي يقيسه المراقب الثابت بالنسبة للحدث.

--------------------------------------------------------------------------------

التأخير الزمني في ساعة المراقب المتحرك بالنسبة للحدث لها تأثير على العديد من الظواهر الطبيعية مثل زمن التفاعلات الكيميائية والبيولوجية، فعلى سبيل المثال نبضات قلب الانسان في مركبة فضائية تسير بسرعة كبيرة قد تصل إلى 60% من سرعة الضوء يقيس نبضات قلبه طبيعية، بينما لمراقب على الارض يقيس نبضات قلب الشخص في المركبة الفضائية أقل من معدلها الطبيعي وذلك نتيجة للتأخير الزمني وكلما زادت سرعة المركبة الفضائية كلما قل معدل نبضات قلب الرجل في المركبة الفضائية بالنسبة المراقب الأرضي.

ظاهرة علمية لم تفسر إلا من خلال التأخير الزمني

التأخير الزمني ظاهرة حقيقية وتم اختبار صحتها من خلال العديد من التجارب العملية. ونستشهد هنا بالتجربة التي جرت على جسيمات أولية تدعى ميونز muons (الجسيمات الأولية مثل الألكترون والبروتون والنيوترون والكوارك وجسيمات بيتا).

الميون هو جسيم غير مستقر (يتحول إلى الكترون بعد فترة زمنية محددة) من الجسيات الأولية يحمل شحنة تساوي شحنة الألكترون وكتلته تعادل 207 كتلة الألكترون. تنتج هذه الميونات في طبقات الغلاف الجوي العليا نتيجة لامتصاص الغلاف الجوي الأشعة الكونية. هذه الميونات لها عمر يساوي 2.2 ميكروثانية كما قيست في المختبر، أي أن المراقب (العالم في المختبر) الذي حدد زمن بقاء هذه الجسيمات كان ثابت بالنسبة لتلك الجسيمات.

فإذا علمنا أن هذه الجسيمات تسير بسرعة قريبة من سرعة الضوء ومن عمر بقائها يمكن حساب المسافة التي يمكن ان تقطعها في الغلاف الجوي باتجاه الكرة الارضية. وهذه المسافة تقدر بـ 600 متر وهذه المسافة قصير جدا بالنسبة لسمك الغلاف الجوي ولا يمكن بالتالي من أن تصل هذه الجسيمات إلى سطح الأرض.

http://mypage.ayna.com/etreby/MUON.bmp

المراصد الأرضية رصدت وجود هذه الميونات على سطح الأرض.. السؤال الآن كيف وصلت هذه الميونات إلى سطح الأرض وهذا يعني أنها قطعت مسافة 4800 متر مما يتعارض مع كون عمرها 2.2 ميكروثانية.

ظاهرة التأخير الزمني لديها الحل في تفسير وصول هذه الجسيمات لسطح الأرض حيث أن الجسيمات تسير بسرعة قريبة من سرعة الضوء أي 0.99c فإن زمن بقائها يكون أطول بالنسبة للمراقب على الأرض وبالتعويض في معادلة التأخير الزمني (معادلة 3) يكون عمر الميونات بالنسبة للمراقب على الأرض 16 ميكروثانية. وهذا يفسر وصول تلك الميونات إلى سطح الأرض.

تجارب أخرى جرت على الميونات في العام 1976 في مختبرات CERN بجنيفا وذلك بتعجيل ميونات منتجة في المختبر إلى سرعات تصل إلى 99% من سرعة الضوء وتم قياس عمر بقاء هذه الميونات قبل أن تتحول إلى الكترونات وكانت نتائج القياسات منطبقة تماماً مع معادلة التأخير الزمني.

نسبية اللحظة

لاحظنا في الموضوع السابق أن الزمن نسبي ويعتمد على محاور اسناد المراقب بالنسبة للحدث كما وان المراقب المتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء بالنسبة للحدث يجد أن الزمن المقاس يتباطئ عنه بالنسبة للمراقب الثابت بالنسبة للحدث. وهذا يعود إلى الفرضية الثانية للنظرية النسبية في ثبات سرعة الضوء في كافة الأتجاهات. في الموضوع الحالي سوف نتعرض إلى موضوع جديد وهو نسبية اللحظة أو الآنية.. فكثيرأ ما نقول أن حدثين ما قد حدثا في نفس اللحظة وهذا لا يختلف عليه اثنان كان يرصدا هذين الحدثين. ولكن آينشتين من خلال نظريته النسبية يبين لنا أن ذلك نسبياً أيضأ فحدثين آنيين بالنسبة لمراقب (الفارق الزمني بينهما صفر) قد يكون غير ذلك بالنسبة لمراقب متحرك. ولتوضيح ذلك نأخذ المثال التالي:

مثال

لنفترض قطار طويل جدا يبلغ طوله (5400000 كيلومتر) يسير في خط مستقيم بسرعة منتظمة تبلغ (240000 كيلومتر في الثانية). ولنفترض ان مصباحاً ضوئيا اوقد في منتصف القطار في اللحظة الزمنية التي تقابل فيها المراقب O' داخل القطار والمراقب O على الرصيف. ولنفترض أنه يوجد باب الكتروني في مقدمة القطار وباب آخر في مؤخرة القطار يفتحا تقائيا عند وصول النبضة الضوئية. ما الذي سيراه كلا من المراقب O' داخل القطار والمراقب O خارج القطار.

بما أن الضوء ينتشر في الفراغ بسرعة ثابتة وهي 300000 كيلومتر في الثانية لكل المراقبين مهما بلغت سرعتهم بالنسبة لبعضهم البعض أو بالنسبة للضوء.

بداية الحدث انطلاق الضوء من المصباح المثبت في وسط القطار.

نهاية الحدث وصول الضوء إلى باب القطار الأمامي والخلفي.

وصف ما يراه المراقب الثابت O'

حيث أن المراقب O' هو المراقب الثابت بالنسبة للحدث لأن مكانه لم يتغير بين بداية الحدث ونهايه، لذا فإنه سيرى أن الباب عند مقدمة العربة سيفتح في نفس الوقت الذي يفتح فيه الباب عند مؤخرة العربة أي ان البابين يفتحا في نفس اللحظة بالنسبة للمراقب O'. ويقيس الفترة الزمنية لوصول النبضة الضوئية للباب الأمامي بقسمة نصف طول القطار على سرعة الضوء فتكون النتيجة تسعة ثواني وكذلك الحالة للزمن المقاس للنبضة الضوئية لتصل إلى الباب الخلفي. وبهذا يرى المراقب O' أن البابين يفتحا معا بعد 9 ثواني.

قياسات المراقب المتحرك O

المراقب O يرى الحدث بطريقة مختلفة فالضوء ينتشر بالنسبة له بسرعة ثابتة (300000 كيلومتر في الثانية) ولكن الباب الخلفي يقترب من الضوء في حين الباب الأمامي يبتعد عنه بسرعة القطار (240000 كيلومتر في الثانية). ولهذا يرى المراقب O أن الباب الخلفي يفتح أولاً ثم بعد فترة زمنية يفتح الباب الأمامي دلالة على أن الضوء وصله. وبالتالي لا يكون حكمه على الحدث أنه في نفس اللحظة.

المراقب O يقيس الزمن اللازم لوصول النبضة الضوئية للباب الخلفي =

ويقيس الزمن اللازم لوصول النبضة الضوئية للباب الأمامي =

إذا فسيبدو للمراقب O على الرصيف أن بابي القطار لم يفتحا في نفس اللحظة. ففي البداية سيفتح الباب الخلفي للقطار بعد زمن 5 ثواني من انطلاق النبضة الضوئية بينما الباب الأمامي فلن يفتح إلا بعد مضي (5-45 =40) 40 ثانية.

وبهذا فإن الحدثين المماثلين، أي فتح بابي القطار الامامي والخلفي لمراقب يكونا في آن واحد. أما لمراقب آخر فإنهما يبدوان منفصلين بفترة زمنية[/img