الفيزياء

مقدمة مبسطة لنظرية النسبية لأينشتاين

مقدمة مبسطة لنظرية النسبية لأينشتاين


لا تخافوا ، لأن نظرية النسبية تبدو معقدة. الأمر بسيط بشكل مدهش. في هذه المقالة القصيرة ، سنحاول شرح ما يقترحه أينشتاين لإعطائك بعض البصيرة. لذلك ، دون مزيد من اللغط ، هذا هو شرحنا المبسط لنظرية النسبية.

من الناحية التقنية

عندما نشير إلى "نظرية النسبية" فإن ما نعنيه في الواقع هو النسبية العامة. النسبية الخاصة هي "حالة خاصة" من النسبية العامة. يساعد الجمع بين هذين المبدأين في تفسير العديد من الموضوعات التي تتراوح بين حركة الكواكب وتأثير الجاذبية على الضوء ووجود الثقوب السوداء.

تنص النسبية الخاصة على أن قوانين الفيزياء ، وبالتالي الكون هو نفسه لجميع المراقبين "السريعين" على قدم المساواة. في فراغ الفضاء ، تكون سرعة الضوء ثابتة ومستقلة عن أي مراقب.

لكن ماذا عن التسارع والجاذبية؟ أمضى أينشتاين عقدًا من الزمن يفكر في هذا. في عام 1915 ، أنتج بانتصار نظريته العامة للنسبية. لقد قرر أن الأجسام الضخمة في الفضاء سوف تسبب تشوهًا أو تشويهًا للزمكان الذي "نشعر به" جميعًا كجاذبية.

التفكير خارج الصندوق

افترض أينشتاين ، بطريقته غير المعتادة في التفكير ، أن الملاحظات التجريبية كانت صحيحة. كان هذا عكسًا تمامًا لأفكار معاصريه. في أواخر القرن التاسع عشر ، كان الفيزيائيون يبحثون عن شيء يسمى "الأثير". يُعتقد أن الأثير هو الوسيط الذي ينتقل عبره الضوء. لقد أصبح ، في جوهره ، البحث عن الكأس المقدسة. أدرك أينشتاين أن هوس أقرانه بالمهمة كان يعيق التقدم. كان حله هو إزالته ببساطة من المعادلة. لقد افترض أن قوانين الفيزياء ستعمل بغض النظر عن كيفية تحرك الأشياء. استراتيجية لا تتعارض مع ما كشفت عنه البيانات التجريبية والرياضية.

في عام 1905 ، طور ألبرت أينشتاين نظريته الخاصة في النسبية. أبطل عمله الرائد قرونًا من التفكير العلمي المقبول ، فضلاً عن تغيير طريقة إدراكنا للعالم من حولنا.

كما يوحي اسمها ، فإن هذه النظرية قابلة للتطبيق فقط في حالات خاصة ، أي عندما يتحرك كلا الجسمين بسرعة ثابتة أو موحدة.

أوضح أينشتاين أن الحركة النسبية لكائنين يجب أن تكون إطارًا مرجعيًا وليس نظامًا مرجعيًا خارجيًا مقصورًا على "أثيري". على سبيل المثال ، لنفترض أنك كنت رائد فضاء في سفينة فضاء ، تراقب سفينة فضاء أخرى على مسافة. الشيء الوحيد المهم هو مدى سرعة تحركك أنت وهدفك المرصود فيما يتعلق ببعضكما البعض. هناك عقبة واحدة ، ومع ذلك ، لا تنطبق النسبية الخاصة إلا إذا كنت تسافر في خط مستقيم ولا تتسارع. في حالة حدوث تسارع ، يجب تطبيق النسبية العامة.

تستند النظرية على مبدأين أساسيين:

النسبية - قوانين الفيزياء لا تتغير. حتى بالنسبة للأشياء التي تتحرك في إطارات مرجعية ثابتة السرعة بالقصور الذاتي.

سرعة الضوء - هو نفسه بالنسبة لجميع المراقبين بغض النظر عن حركتهم النسبية لمصدر الضوء.

يخلق عمل أينشتاين رابطًا أساسيًا بين الزمان والمكان. نحن نتصور الكون بشكل حدسي على أنه ثلاثي الأبعاد (أعلى وأسفل ، يسار ويمين ، للأمام والخلف) ولكن أيضًا مع عنصر أو بُعد زمني. إن الجمع بين هذه العوامل يجعل البيئة رباعية الأبعاد التي نختبرها.

إذا كنت ستتحرك بسرعة كافية عبر الفضاء ، فإن أي ملاحظات قمت بها حول المكان والزمان ستختلف عن أي شخص آخر يتحرك بسرعة مختلفة عنك. مع زيادة الفرق بين السرعات ، تزداد الاختلافات الملحوظة.

انها كلها مرتبطة

الآن ، تخيل أنك في مركبة فضائية وفي يدك ليزر. ينطلق شعاع الليزر مباشرة إلى السقف ، ويصطدم بمرآة وينعكس مرة أخرى على الأرض في جهاز الكشف. تذكر الآن أن السفينة تتحرك ، لنقل حوالي نصف سرعة الضوء. تنص النسبية على أن هذه الحركة لا تحدث فرقًا بالنسبة لك ، ولا يمكنك "الشعور بها" (تمامًا كما هو الحال على الأرض حيث تدور حول محورها وتندفع عبر الفضاء حول الشمس).

ولكن هنا يأتي التغيير:

ومع ذلك ، قد يشهد مراقب خارجي شيئًا مختلفًا تمامًا. إذا تمكنوا من "رؤية" سفينتك ، فسوف يلاحظون أن شعاع الليزر ينتقل "لأعلى" بزاوية ، ويضرب المرآة ، ثم ينتقل إلى الأسفل مرة أخرى بزاوية أخرى ليصطدم بالكاشف. سيلاحظ المراقب أن مسار الضوء سيكون أطول وبزاوية أكثر وضوحًا مما قد تلاحظه في سفينتك. الأهم من ذلك ، أن الوقت الذي يستغرقه الليزر للوصول إلى الكاشف سيكون مختلفًا. إذا كانت سرعة الضوء ثابتة ، فكيف يمكنكما الوصول إلى نفس النتيجة التي تثبت هذه النظرية؟ من الواضح أن مرور الوقت يجب أن يكون مختلفًا بالنسبة لك وللمراقب الخارجي.

بحق الجحيم؟ تُعرف هذه الظاهرة بالتمدد الزمني. في المثال أعلاه ، يجب أن يكون الوقت "يتحرك" بشكل أسرع مقارنة بوقت المراقب الأبطأ. يتيح لنا هذا المثال البسيط تصور نظرية النسبية لأينشتاين ، حيث يرتبط المكان والزمان ارتباطًا وثيقًا.

كما يمكنك أن تتخيل مثل هذا التباين الشديد في مرور الوقت لن يُلاحظ بشكل ملحوظ إلا بسرعات كبيرة جدًا ، خاصةً قريبة من سرعة الضوء. أثبتت التجارب التي أجريت منذ اكتشاف أينشتاين صحة نظريته. يُنظر إلى الزمان والمكان بشكل مختلف بالنسبة للأشياء التي تتحرك بالقرب من سرعة الضوء.

الكتلة والطاقة وسرعة الضوء

بالتأكيد لم يكتف أينشتاين بما حققه من نجاح. في عام 1905 أيضًا ، طبق مبادئ النسبية لإنتاج المعادلة الشهيرة e = mc2. تعبر هذه المعادلة البسيطة غير المؤذية عن العلاقة الأساسية بين الكتلة (م) والطاقة (هـ). أنيق جدا.

وجدت هذه المعادلة الصغيرة أنه عندما نقترب من سرعة الضوء ، فإن الأجسام تكتسب بالونات. لذلك يمكنك السفر بسرعة كبيرة ولكن كتلتك تزداد بالنسبة إلى سرعتك. المشكله. في أقصى حالاتها ، إذا كنت تسافر بسرعة الضوء ، ستكون طاقتك وكتلتك غير متناهيتين. كما تعلمون ، كلما كان الجسم أثقل ، كلما كان أصعب ؛ وبالتالي المزيد من الطاقة اللازمة لتسريعها. لذلك من خلال هذا الرمز ، من المستحيل تجاوز سرعة الضوء.

إرث أينشتاين

حتى أينشتاين ، كان يُنظر إلى الكتلة والطاقة على أنهما شيئان منفصلان تمامًا. أثبت عمله أن مبادئ الحفاظ على الكتلة والطاقة هي جزء من حفظ أكبر وأكثر توحيدًا للطاقة الجماعية. وبالتالي ، يمكن تحويل المادة إلى طاقة والعكس صحيح بسبب الارتباط الأساسي بينهما. هذا ، بصراحة ، مذهل.

للتلخيص ، أولاً ، لا يوجد إطار مرجعي "مطلق" ، ومن هنا جاء استخدام مصطلح "النسبية". ثانيًا ، سرعة الضوء ثابتة لمن يقيسها ، سواء كانت متحركة أم لا - أعرف الجنون أليس كذلك؟ أخيرًا ، لا يمكن تجاوز سرعة الضوء ، فهي "حد السرعة" العالمي.

فهمتك؟ عظيم. لا؟ لا تقلق إذا لم تكن كذلك ، فهي بطبيعتها غير بديهية. غالبًا ما توجد أعظم الاكتشافات في العلوم في العوالم خارج "الفطرة السليمة".

عبر dummies.com


شاهد الفيديو: المذيعة البريطانية كلير فوريستير تضرب من جديد القرآن سبق آينشتين بآلاف السنين