الرئيسية > السؤال
السؤال
ماهي النظرية النسبية رجاءا من يعرفها ان يكتبها لي؟
علوم 26‏/10‏/2009 تم النشر بواسطة ابراهيم هلالي.
الإجابات
1 من 8
النظرية النسبية الخاصة ورقة أينشتاين العلمية الثالثة كانت عن "النظرية النسبية الخاصة". فتناولت الورقة الزمان، والمكان، والكتلة، والطاقة. وأسهمت نظرية أينشتاين بإزالة الغموض الذي نجم عن التجربة الشهيرة التي أجراها الأمريكيان الفيزيائي "ألبرت ميكلسون والكيميائي إدوارد مورلي" أواخر القرن التاسع عشر في عام 1887، فقد أثبت أينشتاين أن موجات الضوء تستطيع أن تنتشر في الخلاء دون الحاجة لوجود وسط أو مجال، على خلاف الموجات الأخرى المعروفة التي تحتاج إلى وسط تنتشر فيه كالهواء أو الماء؛ وأن سرعة الضوء هي سرعة ثابتة وليست نسبية مع حركة المراقب (الملاحظ). تجدر الإشارة إلى أن نظرية أينشتاين تلك تناقضت بشكل كلّي مع استنتاجات "إسحاق نيوتن". ذُهل العالم بنظرية أينشتاين النسبية الخاصة لأن الحقيقة المطلقة المتعلقة بالزمان والمكان والأبعاد أصبحت مرفوضة. جاءت تسمية النظرية بالخاصة للتفريق بينها وبين نظرية أينشتاين اللاحقة التي سُمِّيت بالنسبية العامة
26‏/10‏/2009 تم النشر بواسطة عبد المغني الإدريسي (عبد المغني الإدريسي).
2 من 8
نظرية النسبية Relativity لألبرت آينشتاين أو ما يدعى اختصارا النسبية ، مصطلح يشير لاثنتين من أهم النظريات الفيزيائية في العصر الحديث أسهم بهما بشكل خاص الفيزيائي ألبرت أينشتاين ، إضافة لهنري بوانكاريه الذي يعتبر أحد واضعي النسبية الخاصة .

مصطلح نسبية من وضع ماكس بلانك عام 1908 ليؤكد على كيفية استخدام النسبية الخاصة لمبدأ النسبية (في ذلك الحين لم يكن للنسبية العامة وجود بعد) .


النسبية نظرية فيزيائية للعالم الألماني أينشتاين، استولت على خيال الشخص العادي أكثر من أي نظرية فيزيائية أخرى في التاريخ. ومع ذلك فإن نظرية النسبية، على عكس الكثير من نظريات الفيزياء، لا يمكن أن يفهمها الشخص العادي بسهولة. فنحن لا نستطيع أن نفهم هذه النظرية تمامًا إلا بوساطة الصيغ الرياضية التي تعبّر عنها. وبغير الرياضيات لا تستطيع إلا التعبير عن بعض أفكارها الأساسية وكذلك اقتباس بعض مستنبطاتها دون إثبات.

وهذه النظرية خاصة بالكون، فهي تتناول معظم الأفكار الأساسية التي نستخدمها لوصف الأحداث الطبيعية. وهذه الأفكار تختص بالزمن والفضاء والكتلة والحركة والجاذبية الأرضية. وتعطي هذه النظرية معاني جديدة للأفكار القديمة التي تمثلها هذه الكلمات. وتتألف النظرية من جزئين رئيسيين: الأول نظرية النسبية الخاصة، أو المقيدة، التي نشرها أيْنشتاين عام 1905م. أما الثاني فهو نظرية النسبية العامة التي قدمها أيْنشتاين عام 1915م.


نظرية النسبية الخاصة

تسمى هذه النظرية بنظرية النسبية الخاصة لأنها تشير إلى نوع خاص من الحركة، وهي الحركة المنتظمة في خط مستقيم، أي بسرعة اتجاهية ثابتة. فإذا افترضنا أننا داخل قطار يسير بسرعة اتجاهية ثابتة، ففي هذا القطار يمكن أن تسقط كتابًا أو تقذف كرة أو تترك بندولاً يتذبذب بحرية. سيبدو الكتاب عند سقوطه كما لو كان يسقط رأسيًا إلى أسفل وستنتقل الكرة مباشرة من القاذف إلى المتلقي. كل هذه الأنشطة يمكن أن تتم بالطريقة نفسها وبالنتيجة نفسها بوساطة أناس يقفون ساكنين على الأرض خارج القطار. ومادام القطار يجري بسلاسة وبسرعة اتجاهية ثابتة فلن تتأثر أنشطتنا الميكانيكية بحركته.

ومن ناحية أخرى إذا توقف القطار أو تزايدت سرعته فجأة، فإن أفعالنا الميكانيكية يمكن أن تتغير . فالكتاب يمكن أن يسقط دون أن يتعمد أحد إسقاطه، وسوف تنتقل الكرة بصورة مخالفة لما سبق.

وإحدى طرق التعبير عن مبدأ هذه النظرية هو القول بأن قوانين الميكانيكا لملاحظ يركب قطارًا يسير بسرعة ثابتة هي نفسها لملاحظ موجود عند موقع ثابت على الأرض. أما علماء الفيزياء فيقولون إذا ماتحرك نظامان بسرعة ثابتة بالنسبة لبعضهما، فإن قوانين الميكانيكا لكل من النظامين تكون واحدة. وقد يطلق على هذا المبدأ مبدأ النسبية الكلاسيكي. وهذا المبدأ قديم قدم نظريات الميكانيكا والفيزياء.

فإذا افترضنا أن هناك قطارًا طويلاً يشبه قطار المثال السابق، ولكن بدلاً من سيره بسرعة منتظمة عادية، فإنه يسير بسرعة منتظمة مقدارها 32,000 كم/الثانية، وبدلاً من افتراض وجود شخصين يلعبان الكرة في القطار فإننا سنفترض وجود هوائي راديو على القطار يرسل موجات راديوية، أو وجود مصباح كهربائي يرسل إشارات ضوئية. وسنفترض كذلك أن هناك مشاهدين داخل القطار يقومون بقياس سرعة الموجات الراديوية والإشارات الضوئية. أما على الأرض فسيكون في مثالنا أيضًا هوائي راديو، ومصباح كهربائي وملاحظون يقيسون سرعة الإشارات. هل تكون سرعة الموجات الراديوية أو الإشارات الضوئية التي يقيسها راكبو القطار هي نفسها التي يقيسها الملاحظون الموجودون على الأرض؟ لو سألنا هذا السؤال لعلماء الفيزياء في القرن التاسع عشر الميلادي لقالوا لا. ولقالوا أيضًا أن مبدأ النسبية التقليدي ينطبق على الأفعال الميكانيكية وليس على الموجات الكهرومغنطيسية، أي ليست على الموجات الراديوية أو موجات الضوء.

وربما قال عالم فيزياء إن الموجات الراديوية وموجات الضوء تنتقل خلال الأثير بسرعة تبلغ 299,792كم/الثانية. والأثير هو مادة تخيل العلماء أنها تملأ كل الفضاء. ولقال علماء الفيزياء إن النجوم والشمس والكواكب وكذلك قطارنا التخيلي تتحرك خلال بحر الأثير بسرعات مختلفة. وهكذا تختلف سرعة الضوء التي يقيسها ملاحظ موجود على الشمس عن تلك التي يقيسها ملاحظ موجود على الأرض أو داخل قطار متحرك. وبالتالي فإن سرعة الضوء لملاحظ موجود على سطح الأرض سوف تتغير نتيجة لتغيير سرعة الأرض خلال العام بينما تكمل رحلتها حول الشمس.

تبنى علماء ذلك الزمان النظرية التي تنص على أن الأثير الذي تتحرك خلاله كل الأشياء في الكون حسب اعتقادهم هو إطار إسنادي غير متحرك. وبالتالي يتم الحكم على كل الحركات الأخرى بالنسبة لهذا الإطار الإسنادي. وقد كان التصور أن الأثير هو مائع أو صلب مرن، أو أنه يملأ كل الفراغ الموجود بين الذرات التي تكوِّن المواد. وأنه لا يقاوم مطلقًا حركة الأرض.

وكانت أشهر تجربة من التجارب العديدة التي ساعدت على هدم نظرية الأثير، تلك التي وضعها مايكلسون ومورلي في عام 1887م. فعند قياسهما لسرعة الضوء وجدا أنها لا تتأثر مطلقًا بحركة الأرض حول الشمس. وعلى هذا فإن للضوء سرعة ثابتة مهما كان الإطار الإسنادي. وقد بدت هذه النتيجة العملية لتجربة مايكلسون ومورلي غريبة بعض الشيء حيث إننا نتوقع أن السرعة المقيسة لشيء متحرك تعتمد على السرعة التي يتحرك بها الراصد.

وقد أكد أيْنشتايْن أن مبدأ النسبية ينطبق على كل الظواهر الميكانيكية أو الكهرومغنطيسية. وفي قول آخر لا يوجد هناك إطار إسنادي خاص أو غير متحرك للظواهر الكهرومغنطيسية.

توجد الأفكار الأساسية لنظرية النسبية الخاصة في الصياغة الرياضية لفرضين . الأول هو صلاحية مبدأ النسبية لجميع الظواهر. والفرض الثاني هو أن سرعة الموجات الكهرومغنطيسية أو الضوء في الفضاء الفارغ ثابتة ولا تعتمد على سرعة مصدرها أو سرعة الراصد.

وقد تم التوصل بوسائل رياضية إلى الاستنتاجات التالية من هذين الفرضين:

ـ بناءً على نظرية النسبية الخاصة لا يستطيع جسم مادي التحرك إلا بسرعة أقل من سرعة الضوء.

ـ إذا قارن شخص في قطار متحرك سرعة ساعة القطار بالساعات المتعددة الموجودة في المحطات التي مر بها فسوف يجد أن إيقاع ساعة القطار أسرع من إيقاع الساعات الموجودة على الأرض. ومن الناحية الأخرى تبدو ساعات المحطة لِنُظّارها أسرع إيقاعًا من ساعة القطار الذي يمر بها. هذا التأثير ضئيل ويمكن ملاحظته فقط إذا لم تكن سرعة القطار أقل كثيرًا من سرعة الضوء.

ـ إذا وقعت حادثتان في وقت واحد بالنسبة لراصد داخل القطار فإنهما لاتكونان آنيتين بالنسبة لراصد فوق الأرض.

ـ طول أي شيء مستقر داخل القطار يبدو لراصد على الأرض كما لو كان قد قَصُر في الاتجاه الذي يتحرك فيه القطار.

ـ ربما كان أهم هذه الاستنتاجات هو أن الكتلة قابلة للتغير: كتلة كل جسم تزداد بزيادة سرعته. فمن الناحية النظرية تصبح كتلة جسم متحرك لانهائية إذا ساوت سرعته سرعة الضوء. وقد تم التأكد من هذه الحقيقة من خلال التجارب. فقد وُجد أنه إذا ما وصلت سرعة جسيم إلى 86% من سرعة الضوء فإن كتلته تصبح ضعف كتلته عندما يكون في حالة السكون.

وتبين النظرية أيضًا أن العلاقة بين كتلة جسيم وطاقته هي ط = ك ث² [ الطاقة = الكتلة مضروبة في مربع سرعة الضوء] أي أن طاقة الجسيم تساوي كتلته مضروبة في مربع سرعة الضوء. ولهذه العلاقة أهمية عملية بالغة فيما يختص بتحرير الطاقة من نواة الذرة. فعندما تتحرر طاقة من نواة ذرة اليورانيوم مثلاً تتكون ذرات عناصر أخرى، وتكون الكتلة الكلية لهذه الذرات أقل من كتلة ذرة اليورانيوم. وهذا يعني أن جزءًا من نواة ذرة اليورانيوم قد تحوَّل إلى طاقة.

ويبين القانون ط = ك ث² أن مقدار الطاقة الموجودة في نواة ذرة يورانيوم واحدة = 220,000,000,000 (2,2 × 10¥¥) الكترونفولت إذا ما تم تحويل كل كتلتها إلى طاقة. ويؤدي انشطار نواة ذرة اليورانيوم إلى تحرير 0,1% فقط من الطاقة الكلية المختزنة في النواة. ولكن هذه الكمية تزيد على الطاقة التي تتحرر نتيجة لحرق كمية مماثلة من الوقود الكيميائي بمليون ضعف.

وقد ساهمت تجارب متباينة في إثبات صحة الكثير من الاستنتاجات المتعلقة بالنسبية. ففي عام 1938م، استخدم هـ.إ. آيفز ذرة هيدروجين كساعة متحركة. ووجد أن إيقاع تذبذب ذرة هيدروجين متحركة بسرعة عالية يقل عما لو كانت ساكنة. وينطبق هذا تمامًا مع ماتوقعه أيْنشتاين بالنسبة لساعة حائط متحركة. ويظهر هذا التباطؤ كتغير في تردد خط الطيف لها. ويلاحظ تغير الكتلة المتوقع حسب النظرية النسبية الخاصة في المُعَجِّلات. وهي آلات تستخدم في تعجيل الإلكترونات والجسيمات النووية الأخرى إلى السرعات العالية اللازمة لدراسة الخواص النووية.

وقد وضع عالم الرياضيات هـ. منكوفسكي صيغة رياضية معينة للنظرية النسبية في عام 1907م. فالخط المستقيم له بعد واحد فقط. ونستطيع أن نوقع أي نقطة على شريحة من الورق بقياس بُعد هذه النقطة عن أي جانبين متعامدين من جوانب الشريحة. ولذلك نستطيع أن نقول إن أي نقطة من نقط الشريحة لها بعدان. أما كل النقط في الفضاء فلها ثلاثة أبعاد: ارتفاع، طول، وعرض. ولكن هناك حقيقةً واحدةً أخرى مهمة. ففي الفيزياء كما في التاريخ نتعامل مع أحداث. متى وأين بدأت الثورة الفرنسية على سبيل المثال؟. متى وأين يصبح للأرض أقل سرعة دوران حول الشمس؟. فينبغي أن يعبر عن الأحداث بأربعة أعداد وليس بثلاثة. ويؤدي هذا إلى فكرة البعد الرابع. ثلاثة من هذه الأبعاد تجيب عن السؤال أين؟ ويتولى البعد الرابع الإجابة عن السؤال متى؟ وتتطلب الإجابة عن السؤال "متى ؟ " استخدام فكرة الزمن كبعد رابع، ومن ثم، فينبغي أن يكوك التعبير عن الأشياء بأربعة أبعاد.

وتصبح الإجابة عن السؤال أين وقعت حادثة ما ومتى؟ أكثر صعوبة حسب نظرية النسبية الخاصة نظرًا لأن القضبان على سبيل المثال تتغير أطوالها، وكذلك الساعات يتغير إيقاعها تبعًا للسرعة التي تتحرك بها أثناء عملها. وعلى هذا لابد أن نجيب عن السؤالين أين ؟ ومتى ؟ بالنسبة لحادثة معينة بدلالة نظام متحرك محدد، أو بدلالة العلاقات بين نظامين متحركين. فعلى سبيل المثال لو عرفنا متى وأين وقعت حادثة لمراقب موجود على قطارنا المتحرك بسرعة، وإذا عرفنا سرعة القطار فإننا نستطيع معرفة متى وأين وقعت الحادثة نفسها بالنسبة لمراقب على سطح الأرض. ويرينا الشكل الرياضي لنظرية النسبية الخاصة كيف نجد هذه الأعداد الأربعة التي تفرق حادثة ما في نظام واحد عن حادثة مماثلة في نظام آخر. ويرينا أن السؤال متى؟ ليس له معنى مطلق لإن الإجابة عنه تعتمد على النظام الذي نختاره.


نظرية النسبية العامة العلاقات الرياضية التي تعبر عن هذه النظرية أكثر تعقيدًا من تلك التي تعبر عن النسبية الخاصة. وتغير نظرية النسبية العامة المفاهيم القديمة عن الجاذبية التي سيطرت على العلوم الفيزيائية منذ عصر إسحق نيوتن. وحسب ماقاله إسحق نيوتن فإن قوة جذب أي جسمين تعتمد على كتلة كل من الجسمين والمسافة بينهما. وتأثير جاذبية نجم يمكن أن نحس به في اللحظة نفسها خلال الفضاء كله رغم أن قيمة هذه الجاذبية تتناقص كلما زاد البعد عن النجم. أما بالنسبة للموجات الكهرومغنطيسية فإنها تنتشر في الفضاء بسرعة عظيمة ولكنها ثابتة القيمة إلى أبعد الحدود وهذه السرعة هي سرعة الضوء. وبسبب معرفتنا للإشعاع الكهرومغنطيسي فنحن نميل إلى رفض فكرة انتقال الأفكار والأحداث خلال الفضاء بسرعة غير محدودة. ونميل إلى الاعتقاد بأن هذه الاضطرابات والتأثيرات تنتقل بسرعة بالغة العظم إلا أن هذه السرعة محدودة القيمة.

وقد بين أيْنشتاين الأفكار الأساسية لنظرية النسبية العامة من خلال تجربة تخيلية. فإذا افترضنا مصعدًا ساكنًا في الفضاء وأطلقت كرة بداخله فإن هذه الكرة لن تسقط بل ستصبح عائمة في الفضاء. فإذا تسارع هذا المصعد إلى أعلى فإن مراقبًا داخل المصعد سيرى الكرة تهبط إلى أسفل كما لو كانت تحت تأثير الجاذبية.

وتبدو الكرة وكأنها تسقط إلى أسفل لأن أرضية المصعد تبدو للناظر من خارج المصعد كأنها تتسارع إلى أعلى نحو الكرة المعلقة في الفضاء. وهكذا تبدو كل التأثيرات المرتبطة بالجاذبية للمراقب الموجود داخل المصعد. وقد أطلق أيْنشتاين على هذه الظاهرة مبدأ التكافؤ. وينص هذا المبدأ على أنه لا يوجد فرق بين تأثُّر جسم بقوة جاذبية أو بوجوده داخل إطار إسنادي متسارع. فالنتيجة في كلتا الحالتين واحدة. وتوصل أيْنشتاين من خلال هذا المبدأ إلى أن المادة الموجودة في الفضاء تشوِّه أو تسبب انحناء الإطار الإسنادي في الفضاء. ونتيجة هذا الانحناء هي ما يسمى بالجاذبية. ولا تستطيع الهندسة الإقليدية (المستوية) وصف فضاء منحن. ولذلك، استخدم أيْنشتاين هندسة غير الهندسة الإقليدية تسمى هندسة ريمان.

وحسب نظرية نيوتن فإن سبب دوران كوكب ما حول الشمس هو قوة الجاذبية التي تؤثر فيها الشمس. أما حسب نظرية النسبية العامة فإن الكوكب يختار أقصر مسار ممكن خلال العالم رباعي الأبعاد ويتغير شكل هذا المسار في وجود الشمس. ويمكن مقارنة هذا الأمر بحقيقة اتخاذ أي سفينة أو طائرة تعبر المحيط مسارًا دائريًا بدلاً من الخط المستقيم للانتقال بين نقطتين من خلال أقصر مسافة وبالطريقة نفسها تنتقل الكواكب وأشعة الضوء في العالم رباعي الأبعاد متخذة المسار الأقصر.

وقد تم حتى الآن التوصل إلى ثلاثة اكتشافات حظيت منها نظرية أيْنشتاين العامة للنسبية بتأييد تجريبي لتنبؤات تختلف فيها مع نظريات نيوتن. ورغم أن هذه الاختلافات ليست كبيرة، لكنها مقيسة. ويؤدي تطبيق نظرية نيوتن إلى التوصل إلى أن مدار كوكب عطارد حول الشمس هو قطع ناقص بينما حسب النظرية العامة للنسبية فإن مدار هذا الكوكب حول الشمس هو أيضًا قطع ناقص. ولكن هذا القطع الناقص يدور ببطء شديد في اتجاه حركة هذا الكوكب. ويدور هذا القطع الناقص بمقدار 43 ثانية قوسية في كل قرن (الدورة الكاملة تحتوي على 360° أي 360 ×60× 60 ثانية قوسية). وهذا التأثير بالغ الصغر ولكن تمت ملاحظته. وعطارد هو أقرب الكواكب إلى الشمس وسيكون التأثير النسبي أقل كثيرًا بالنسبة للكواكب الأخرى.

وإذا أخذنا صورة لجزء من السماء أثناء كسوف الشمس وبالقرب من الشمس المنكسفة، ثم أخذنا صورة أخرى للجزء نفسه من السماء بعد ذلك بقليل فإن الصورتين لن تبينا الأوضاع نفسها لكل النجوم. ويفسر ذلك حسب النظرية العامة للنسبية بأن شعاع الضوء المنبعث من نجم ما والمار بالقرب من حافة الشمس ينحرف عن مساره الأصلي بسبب منحنيات الجاذبية الشمسية في الفضاء. وتأثير الجاذبية في الضوء هو سبب عدم رؤية الثقوب السوداء. فجاذبية الثقب الأسود تكون بالغة العظم بحيث تمنع الضوء من الهروب من أسرها.

ولقد عرف علماء الفيزياء من مئات السنين أن بعض العناصر عندما تسخن إلى درجة التوهج تعطي خطوط طيف منتظمة (خطوطًا ملونة) ويمكن فحص تلك الخطوط بوساطة المطياف. وحسب نظرية أينشتاين يزداد الطول الموجي لضوء منبعث من جسم ما بسبب الجاذبية. وينتج عن ذلك إزاحة لخطوط الطيف نحو النهاية الحمراء للطيف. وتسمى هذه الإزاحة بالإزاحة الحمراء التجاذبية. فإذا فحصنا خطوط الطيف لعنصر على أرضنا هذه وقارناها بخطوط الطيف التي يعطيها العنصر نفسه إذا ما وجد على الشمس أو على نجم من النجوم، فإن خطوط الطيف الأخيرة ستكون إزاحتها نحو الأحمر أكثر قليلاً من الأولى. وقد أكدت التجارب هذه الحقيقة. ففي عام 1960م اكتشف العالمان الأمريكيان ر. ف. باوند وجـ. أ. رِبْكا الإزاحة الحمراء الناتجة عن مجال الجاذبية الأرضية. وقاما بقياس تأثير الارتفاع عن سطح الأرض على تردد أشعة جاما. ويقوم كثير من العلماء بإجراء أبحاث عن النظرية النسبية العامة ودراسة إمكانية إدخال تحسينات على هذه النظرية. فعلى سبيل المثال تشير النظرية العامة إلى وجود موجات تجاذبية تحمل قوة الجاذبية كما تحمل الموجات الكهرومغنطيسية الضوء. ولم يمكن بعدُ من خلال التجارب التوصل إلى كشف مثل هذه الموجات التجاذبية. كذلك يحاول العلماء جمع قوى الجاذبية والقوى الكهرومغنطيسية في نظرية واحدة تسمى نظرية المجال الموحدة.


النسبية وأفكار أخرى تُكوّن أفكار النظرية النسبية إطار عمل يمكن أن يحتضن كل قوانين الطبيعة. ولقد غيرت النسبية كل المفاهيم الفلسفية والفيزيائية عن الفضاء والزمن. وقد أثرت في تصوراتنا وأحاسيسنا الحدسية عن العوالم البعيدة والنجوم وكذلك عن عالم الذرة الدقيق. ومازال بعض هذه الشكوك أو التساؤلات موجودًا. ومثال ذلك التساؤل: هل كوننا ككل يمثل سطحًا مستويًا أو سطحًا كرويًا. فما زال من غير الممكن الإجابة عن هذا السؤال لأن هناك الكثير من النظريات المختلفة والكثير من عدم الوضوح حول توزيع المادة في الكون.

وتحاول كل النظريات وصف الكون ككل وتعتمد في ذلك على المبادئ الرياضية للنسبية العامة. فحسب بعض النظريات فإن شعاعًا ضوئيًا منبعثًا من نقطة اختيارية في الفضاء يعود بعد زمن طويل جدًا إلى نقطة مغادرته، مثله في ذلك مثل مسافر في رحلة حول أرضنا. فإذا بدأت رحلة من منزلك خلال الفضاء في خط مستقيم فسوف تعود مستقبلاً إلى النقطة التي بدأت منها. وحسب نظريات أخرى فإن الضوء أو المسافر سوف يستمر في رحلة لا نهاية لها خلال الفضاء لو اتخذ مسارًا مستقيمًا.

ورغم كل ما حققته نظرية النسبية من نجاح فإنه من غير الصحيح القول بأن الفيزياء النيوتونية خاطئة. فالفيزياء النيوتونية تنطبق عندما تكون سرعة الأشياء محل الدراسة صغيرة بالنسبة لسرعة الضوء. ومثل هذه الأشياء نقابلها كل يوم في حياتنا الخاصة. وعلى هذا يمكن تطبيق الفيزياء التقليدية على مشاكلنا اليومية.

وقد وجد علماء الفلك أن نظرية نيوتن عن الجاذبية توافق حساباتهم. ولكن نظرية النسبية وضعت حدًا للمساحة التي يمكن فيها تطبيق الفيزياء النيوتنية بنجاح.
26‏/10‏/2009 تم النشر بواسطة محمد البوتلي.
3 من 8
1905 اكتشفها انشتاين وسميت بالنسبية الخاصة
26‏/10‏/2009 تم النشر بواسطة الكانوني.
4 من 8
أخي السائل ...

بعد أن تقرأ الشروح عن النظرية النسبية أنصحك بقراءة هذه المقالة التي تسهل فهم النظرية من منظور جديد...!:

علم "فــيزياء التـــغير"
http://knol.google.com/k/-/-/2wp40iccu3cbc/8#‏
26‏/10‏/2009 تم النشر بواسطة مهند عبد الله.
5 من 8
النظرية النسبية لأنشتين
27‏/10‏/2009 تم النشر بواسطة هانى سويلم.
6 من 8
مصطلح نسبية من وضع ماكس بلانك عام 1908 ليؤكد على كيفية استخدام النسبية الخاصة لمبدأ النسبية (في ذلك الحين لم يكن للنسبية العامة وجود بعد) .


النسبية نظرية فيزيائية للعالم الألماني أينشتاين، استولت على خيال الشخص العادي أكثر من أي نظرية فيزيائية أخرى في التاريخ. ومع ذلك فإن نظرية النسبية، على عكس الكثير من نظريات الفيزياء، لا يمكن أن يفهمها الشخص العادي بسهولة. فنحن لا نستطيع أن نفهم هذه النظرية تمامًا إلا بوساطة الصيغ الرياضية التي تعبّر عنها. وبغير الرياضيات لا تستطيع إلا التعبير عن بعض أفكارها الأساسية وكذلك اقتباس بعض مستنبطاتها دون إثبات.

وهذه النظرية خاصة بالكون، فهي تتناول معظم الأفكار الأساسية التي نستخدمها لوصف الأحداث الطبيعية. وهذه الأفكار تختص بالزمن والفضاء والكتلة والحركة والجاذبية الأرضية. وتعطي هذه النظرية معاني جديدة للأفكار القديمة التي تمثلها هذه الكلمات. وتتألف النظرية من جزئين رئيسيين: الأول نظرية النسبية الخاصة، أو المقيدة، التي نشرها أيْنشتاين عام 1905م. أما الثاني فهو نظرية النسبية العامة التي قدمها أيْنشتاين عام 1915م.


نظرية النسبية الخاصة

تسمى هذه النظرية بنظرية النسبية الخاصة لأنها تشير إلى نوع خاص من الحركة، وهي الحركة المنتظمة في خط مستقيم، أي بسرعة اتجاهية ثابتة. فإذا افترضنا أننا داخل قطار يسير بسرعة اتجاهية ثابتة، ففي هذا القطار يمكن أن تسقط كتابًا أو تقذف كرة أو تترك بندولاً يتذبذب بحرية. سيبدو الكتاب عند سقوطه كما لو كان يسقط رأسيًا إلى أسفل وستنتقل الكرة مباشرة من القاذف إلى المتلقي. كل هذه الأنشطة يمكن أن تتم بالطريقة نفسها وبالنتيجة نفسها بوساطة أناس يقفون ساكنين على الأرض خارج القطار. ومادام القطار يجري بسلاسة وبسرعة اتجاهية ثابتة فلن تتأثر أنشطتنا الميكانيكية بحركته.

ومن ناحية أخرى إذا توقف القطار أو تزايدت سرعته فجأة، فإن أفعالنا الميكانيكية يمكن أن تتغير . فالكتاب يمكن أن يسقط دون أن يتعمد أحد إسقاطه، وسوف تنتقل الكرة بصورة مخالفة لما سبق.

وإحدى طرق التعبير عن مبدأ هذه النظرية هو القول بأن قوانين الميكانيكا لملاحظ يركب قطارًا يسير بسرعة ثابتة هي نفسها لملاحظ موجود عند موقع ثابت على الأرض. أما علماء الفيزياء فيقولون إذا ماتحرك نظامان بسرعة ثابتة بالنسبة لبعضهما، فإن قوانين الميكانيكا لكل من النظامين تكون واحدة. وقد يطلق على هذا المبدأ مبدأ النسبية الكلاسيكي. وهذا المبدأ قديم قدم نظريات الميكانيكا والفيزياء.

فإذا افترضنا أن هناك قطارًا طويلاً يشبه قطار المثال السابق، ولكن بدلاً من سيره بسرعة منتظمة عادية، فإنه يسير بسرعة منتظمة مقدارها 32,000 كم/الثانية، وبدلاً من افتراض وجود شخصين يلعبان الكرة في القطار فإننا سنفترض وجود هوائي راديو على القطار يرسل موجات راديوية، أو وجود مصباح كهربائي يرسل إشارات ضوئية. وسنفترض كذلك أن هناك مشاهدين داخل القطار يقومون بقياس سرعة الموجات الراديوية والإشارات الضوئية. أما على الأرض فسيكون في مثالنا أيضًا هوائي راديو، ومصباح كهربائي وملاحظون يقيسون سرعة الإشارات. هل تكون سرعة الموجات الراديوية أو الإشارات الضوئية التي يقيسها راكبو القطار هي نفسها التي يقيسها الملاحظون الموجودون على الأرض؟ لو سألنا هذا السؤال لعلماء الفيزياء في القرن التاسع عشر الميلادي لقالوا لا. ولقالوا أيضًا أن مبدأ النسبية التقليدي ينطبق على الأفعال الميكانيكية وليس على الموجات الكهرومغنطيسية، أي ليست على الموجات الراديوية أو موجات الضوء.

وربما قال عالم فيزياء إن الموجات الراديوية وموجات الضوء تنتقل خلال الأثير بسرعة تبلغ 299,792كم/الثانية. والأثير هو مادة تخيل العلماء أنها تملأ كل الفضاء. ولقال علماء الفيزياء إن النجوم والشمس والكواكب وكذلك قطارنا التخيلي تتحرك خلال بحر الأثير بسرعات مختلفة. وهكذا تختلف سرعة الضوء التي يقيسها ملاحظ موجود على الشمس عن تلك التي يقيسها ملاحظ موجود على الأرض أو داخل قطار متحرك. وبالتالي فإن سرعة الضوء لملاحظ موجود على سطح الأرض سوف تتغير نتيجة لتغيير سرعة الأرض خلال العام بينما تكمل رحلتها حول الشمس.

تبنى علماء ذلك الزمان النظرية التي تنص على أن الأثير الذي تتحرك خلاله كل الأشياء في الكون حسب اعتقادهم هو إطار إسنادي غير متحرك. وبالتالي يتم الحكم على كل الحركات الأخرى بالنسبة لهذا الإطار الإسنادي. وقد كان التصور أن الأثير هو مائع أو صلب مرن، أو أنه يملأ كل الفراغ الموجود بين الذرات التي تكوِّن المواد. وأنه لا يقاوم مطلقًا حركة الأرض.

وكانت أشهر تجربة من التجارب العديدة التي ساعدت على هدم نظرية الأثير، تلك التي وضعها مايكلسون ومورلي في عام 1887م. فعند قياسهما لسرعة الضوء وجدا أنها لا تتأثر مطلقًا بحركة الأرض حول الشمس. وعلى هذا فإن للضوء سرعة ثابتة مهما كان الإطار الإسنادي. وقد بدت هذه النتيجة العملية لتجربة مايكلسون ومورلي غريبة بعض الشيء حيث إننا نتوقع أن السرعة المقيسة لشيء متحرك تعتمد على السرعة التي يتحرك بها الراصد.

وقد أكد أيْنشتايْن أن مبدأ النسبية ينطبق على كل الظواهر الميكانيكية أو الكهرومغنطيسية. وفي قول آخر لا يوجد هناك إطار إسنادي خاص أو غير متحرك للظواهر الكهرومغنطيسية.

توجد الأفكار الأساسية لنظرية النسبية الخاصة في الصياغة الرياضية لفرضين . الأول هو صلاحية مبدأ النسبية لجميع الظواهر. والفرض الثاني هو أن سرعة الموجات الكهرومغنطيسية أو الضوء في الفضاء الفارغ ثابتة ولا تعتمد على سرعة مصدرها أو سرعة الراصد.

وقد تم التوصل بوسائل رياضية إلى الاستنتاجات التالية من هذين الفرضين:

ـ بناءً على نظرية النسبية الخاصة لا يستطيع جسم مادي التحرك إلا بسرعة أقل من سرعة الضوء.

ـ إذا قارن شخص في قطار متحرك سرعة ساعة القطار بالساعات المتعددة الموجودة في المحطات التي مر بها فسوف يجد أن إيقاع ساعة القطار أسرع من إيقاع الساعات الموجودة على الأرض. ومن الناحية الأخرى تبدو ساعات المحطة لِنُظّارها أسرع إيقاعًا من ساعة القطار الذي يمر بها. هذا التأثير ضئيل ويمكن ملاحظته فقط إذا لم تكن سرعة القطار أقل كثيرًا من سرعة الضوء.

ـ إذا وقعت حادثتان في وقت واحد بالنسبة لراصد داخل القطار فإنهما لاتكونان آنيتين بالنسبة لراصد فوق الأرض.

ـ طول أي شيء مستقر داخل القطار يبدو لراصد على الأرض كما لو كان قد قَصُر في الاتجاه الذي يتحرك فيه القطار.

ـ ربما كان أهم هذه الاستنتاجات هو أن الكتلة قابلة للتغير: كتلة كل جسم تزداد بزيادة سرعته. فمن الناحية النظرية تصبح كتلة جسم متحرك لانهائية إذا ساوت سرعته سرعة الضوء. وقد تم التأكد من هذه الحقيقة من خلال التجارب. فقد وُجد أنه إذا ما وصلت سرعة جسيم إلى 86% من سرعة الضوء فإن كتلته تصبح ضعف كتلته عندما يكون في حالة السكون.

وتبين النظرية أيضًا أن العلاقة بين كتلة جسيم وطاقته هي ط = ك ث² [ الطاقة = الكتلة مضروبة في مربع سرعة الضوء] أي أن طاقة الجسيم تساوي كتلته مضروبة في مربع سرعة الضوء. ولهذه العلاقة أهمية عملية بالغة فيما يختص بتحرير الطاقة من نواة الذرة. فعندما تتحرر طاقة من نواة ذرة اليورانيوم مثلاً تتكون ذرات عناصر أخرى، وتكون الكتلة الكلية لهذه الذرات أقل من كتلة ذرة اليورانيوم. وهذا يعني أن جزءًا من نواة ذرة اليورانيوم قد تحوَّل إلى طاقة.

ويبين القانون ط = ك ث² أن مقدار الطاقة الموجودة في نواة ذرة يورانيوم واحدة = 220,000,000,000 (2,2 × 10¥¥) الكترونفولت إذا ما تم تحويل كل كتلتها إلى طاقة. ويؤدي انشطار نواة ذرة اليورانيوم إلى تحرير 0,1% فقط من الطاقة الكلية المختزنة في النواة. ولكن هذه الكمية تزيد على الطاقة التي تتحرر نتيجة لحرق كمية مماثلة من الوقود الكيميائي بمليون ضعف.

وقد ساهمت تجارب متباينة في إثبات صحة الكثير من الاستنتاجات المتعلقة بالنسبية. ففي عام 1938م، استخدم هـ.إ. آيفز ذرة هيدروجين كساعة متحركة. ووجد أن إيقاع تذبذب ذرة هيدروجين متحركة بسرعة عالية يقل عما لو كانت ساكنة. وينطبق هذا تمامًا مع ماتوقعه أيْنشتاين بالنسبة لساعة حائط متحركة. ويظهر هذا التباطؤ كتغير في تردد خط الطيف لها. ويلاحظ تغير الكتلة المتوقع حسب النظرية النسبية الخاصة في المُعَجِّلات. وهي آلات تستخدم في تعجيل الإلكترونات والجسيمات النووية الأخرى إلى السرعات العالية اللازمة لدراسة الخواص النووية.

وقد وضع عالم الرياضيات هـ. منكوفسكي صيغة رياضية معينة للنظرية النسبية في عام 1907م. فالخط المستقيم له بعد واحد فقط. ونستطيع أن نوقع أي نقطة على شريحة من الورق بقياس بُعد هذه النقطة عن أي جانبين متعامدين من جوانب الشريحة. ولذلك نستطيع أن نقول إن أي نقطة من نقط الشريحة لها بعدان. أما كل النقط في الفضاء فلها ثلاثة أبعاد: ارتفاع، طول، وعرض. ولكن هناك حقيقةً واحدةً أخرى مهمة. ففي الفيزياء كما في التاريخ نتعامل مع أحداث. متى وأين بدأت الثورة الفرنسية على سبيل المثال؟. متى وأين يصبح للأرض أقل سرعة دوران حول الشمس؟. فينبغي أن يعبر عن الأحداث بأربعة أعداد وليس بثلاثة. ويؤدي هذا إلى فكرة البعد الرابع. ثلاثة من هذه الأبعاد تجيب عن السؤال أين؟ ويتولى البعد الرابع الإجابة عن السؤال متى؟ وتتطلب الإجابة عن السؤال "متى ؟ " استخدام فكرة الزمن كبعد رابع، ومن ثم، فينبغي أن يكوك التعبير عن الأشياء بأربعة أبعاد.

وتصبح الإجابة عن السؤال أين وقعت حادثة ما ومتى؟ أكثر صعوبة حسب نظرية النسبية الخاصة نظرًا لأن القضبان على سبيل المثال تتغير أطوالها، وكذلك الساعات يتغير إيقاعها تبعًا للسرعة التي تتحرك بها أثناء عملها. وعلى هذا لابد أن نجيب عن السؤالين أين ؟ ومتى ؟ بالنسبة لحادثة معينة بدلالة نظام متحرك محدد، أو بدلالة العلاقات بين نظامين متحركين. فعلى سبيل المثال لو عرفنا متى وأين وقعت حادثة لمراقب موجود على قطارنا المتحرك بسرعة، وإذا عرفنا سرعة القطار فإننا نستطيع معرفة متى وأين وقعت الحادثة نفسها بالنسبة لمراقب على سطح الأرض. ويرينا الشكل الرياضي لنظرية النسبية الخاصة كيف نجد هذه الأعداد الأربعة التي تفرق حادثة ما في نظام واحد عن حادثة مماثلة في نظام آخر. ويرينا أن السؤال متى؟ ليس له معنى مطلق لإن الإجابة عنه تعتمد على النظام الذي نختاره.


نظرية النسبية العامة العلاقات الرياضية التي تعبر عن هذه النظرية أكثر تعقيدًا من تلك التي تعبر عن النسبية الخاصة. وتغير نظرية النسبية العامة المفاهيم القديمة عن الجاذبية التي سيطرت على العلوم الفيزيائية منذ عصر إسحق نيوتن. وحسب ماقاله إسحق نيوتن فإن قوة جذب أي جسمين تعتمد على كتلة كل من الجسمين والمسافة بينهما. وتأثير جاذبية نجم يمكن أن نحس به في اللحظة نفسها خلال الفضاء كله رغم أن قيمة هذه الجاذبية تتناقص كلما زاد البعد عن النجم. أما بالنسبة للموجات الكهرومغنطيسية فإنها تنتشر في الفضاء بسرعة عظيمة ولكنها ثابتة القيمة إلى أبعد الحدود وهذه السرعة هي سرعة الضوء. وبسبب معرفتنا للإشعاع الكهرومغنطيسي فنحن نميل إلى رفض فكرة انتقال الأفكار والأحداث خلال الفضاء بسرعة غير محدودة. ونميل إلى الاعتقاد بأن هذه الاضطرابات والتأثيرات تنتقل بسرعة بالغة العظم إلا أن هذه السرعة محدودة القيمة.

وقد بين أيْنشتاين الأفكار الأساسية لنظرية النسبية العامة من خلال تجربة تخيلية. فإذا افترضنا مصعدًا ساكنًا في الفضاء وأطلقت كرة بداخله فإن هذه الكرة لن تسقط بل ستصبح عائمة في الفضاء. فإذا تسارع هذا المصعد إلى أعلى فإن مراقبًا داخل المصعد سيرى الكرة تهبط إلى أسفل كما لو كانت تحت تأثير الجاذبية.

وتبدو الكرة وكأنها تسقط إلى أسفل لأن أرضية المصعد تبدو للناظر من خارج المصعد كأنها تتسارع إلى أعلى نحو الكرة المعلقة في الفضاء. وهكذا تبدو كل التأثيرات المرتبطة بالجاذبية للمراقب الموجود داخل المصعد. وقد أطلق أيْنشتاين على هذه الظاهرة مبدأ التكافؤ. وينص هذا المبدأ على أنه لا يوجد فرق بين تأثُّر جسم بقوة جاذبية أو بوجوده داخل إطار إسنادي متسارع. فالنتيجة في كلتا الحالتين واحدة. وتوصل أيْنشتاين من خلال هذا المبدأ إلى أن المادة الموجودة في الفضاء تشوِّه أو تسبب انحناء الإطار الإسنادي في الفضاء. ونتيجة هذا الانحناء هي ما يسمى بالجاذبية. ولا تستطيع الهندسة الإقليدية (المستوية) وصف فضاء منحن. ولذلك، استخدم أيْنشتاين هندسة غير الهندسة الإقليدية تسمى هندسة ريمان.

وحسب نظرية نيوتن فإن سبب دوران كوكب ما حول الشمس هو قوة الجاذبية التي تؤثر فيها الشمس. أما حسب نظرية النسبية العامة فإن الكوكب يختار أقصر مسار ممكن خلال العالم رباعي الأبعاد ويتغير شكل هذا المسار في وجود الشمس. ويمكن مقارنة هذا الأمر بحقيقة اتخاذ أي سفينة أو طائرة تعبر المحيط مسارًا دائريًا بدلاً من الخط المستقيم للانتقال بين نقطتين من خلال أقصر مسافة وبالطريقة نفسها تنتقل الكواكب وأشعة الضوء في العالم رباعي الأبعاد متخذة المسار الأقصر.

وقد تم حتى الآن التوصل إلى ثلاثة اكتشافات حظيت منها نظرية أيْنشتاين العامة للنسبية بتأييد تجريبي لتنبؤات تختلف فيها مع نظريات نيوتن. ورغم أن هذه الاختلافات ليست كبيرة، لكنها مقيسة. ويؤدي تطبيق نظرية نيوتن إلى التوصل إلى أن مدار كوكب عطارد حول الشمس هو قطع ناقص بينما حسب النظرية العامة للنسبية فإن مدار هذا الكوكب حول الشمس هو أيضًا قطع ناقص. ولكن هذا القطع الناقص يدور ببطء شديد في اتجاه حركة هذا الكوكب. ويدور هذا القطع الناقص بمقدار 43 ثانية قوسية في كل قرن (الدورة الكاملة تحتوي على 360° أي 360 ×60× 60 ثانية قوسية). وهذا التأثير بالغ الصغر ولكن تمت ملاحظته. وعطارد هو أقرب الكواكب إلى الشمس وسيكون التأثير النسبي أقل كثيرًا بالنسبة للكواكب الأخرى.

وإذا أخذنا صورة لجزء من السماء أثناء كسوف الشمس وبالقرب من الشمس المنكسفة، ثم أخذنا صورة أخرى للجزء نفسه من السماء بعد ذلك بقليل فإن الصورتين لن تبينا الأوضاع نفسها لكل النجوم. ويفسر ذلك حسب النظرية العامة للنسبية بأن شعاع الضوء المنبعث من نجم ما والمار بالقرب من حافة الشمس ينحرف عن مساره الأصلي بسبب منحنيات الجاذبية الشمسية في الفضاء. وتأثير الجاذبية في الضوء هو سبب عدم رؤية الثقوب السوداء. فجاذبية الثقب الأسود تكون بالغة العظم بحيث تمنع الضوء من الهروب من أسرها.

ولقد عرف علماء الفيزياء من مئات السنين أن بعض العناصر عندما تسخن إلى درجة التوهج تعطي خطوط طيف منتظمة (خطوطًا ملونة) ويمكن فحص تلك الخطوط بوساطة المطياف. وحسب نظرية أينشتاين يزداد الطول الموجي لضوء منبعث من جسم ما بسبب الجاذبية. وينتج عن ذلك إزاحة لخطوط الطيف نحو النهاية الحمراء للطيف. وتسمى هذه الإزاحة بالإزاحة الحمراء التجاذبية. فإذا فحصنا خطوط الطيف لعنصر على أرضنا هذه وقارناها بخطوط الطيف التي يعطيها العنصر نفسه إذا ما وجد على الشمس أو على نجم من النجوم، فإن خطوط الطيف الأخيرة ستكون إزاحتها نحو الأحمر أكثر قليلاً من الأولى. وقد أكدت التجارب هذه الحقيقة. ففي عام 1960م اكتشف العالمان الأمريكيان ر. ف. باوند وجـ. أ. رِبْكا الإزاحة الحمراء الناتجة عن مجال الجاذبية الأرضية. وقاما بقياس تأثير الارتفاع عن سطح الأرض على تردد أشعة جاما. ويقوم كثير من العلماء بإجراء أبحاث عن النظرية النسبية العامة ودراسة إمكانية إدخال تحسينات على هذه النظرية. فعلى سبيل المثال تشير النظرية العامة إلى وجود موجات تجاذبية تحمل قوة الجاذبية كما تحمل الموجات الكهرومغنطيسية الضوء. ولم يمكن بعدُ من خلال التجارب التوصل إلى كشف مثل هذه الموجات التجاذبية. كذلك يحاول العلماء جمع قوى الجاذبية والقوى الكهرومغنطيسية في نظرية واحدة تسمى نظرية المجال الموحدة.


النسبية وأفكار أخرى تُكوّن أفكار النظرية النسبية إطار عمل يمكن أن يحتضن كل قوانين الطبيعة. ولقد غيرت النسبية كل المفاهيم الفلسفية والفيزيائية عن الفضاء والزمن. وقد أثرت في تصوراتنا وأحاسيسنا الحدسية عن العوالم البعيدة والنجوم وكذلك عن عالم الذرة الدقيق. ومازال بعض هذه الشكوك أو التساؤلات موجودًا. ومثال ذلك التساؤل: هل كوننا ككل يمثل سطحًا مستويًا أو سطحًا كرويًا. فما زال من غير الممكن الإجابة عن هذا السؤال لأن هناك الكثير من النظريات المختلفة والكثير من عدم الوضوح حول توزيع المادة في الكون.

وتحاول كل النظريات وصف الكون ككل وتعتمد في ذلك على المبادئ الرياضية للنسبية العامة. فحسب بعض النظريات فإن شعاعًا ضوئيًا منبعثًا من نقطة اختيارية في الفضاء يعود بعد زمن طويل جدًا إلى نقطة مغادرته، مثله في ذلك مثل مسافر في رحلة حول أرضنا. فإذا بدأت رحلة من منزلك خلال الفضاء في خط مستقيم فسوف تعود مستقبلاً إلى النقطة التي بدأت منها. وحسب نظريات أخرى فإن الضوء أو المسافر سوف يستمر في رحلة لا نهاية لها خلال الفضاء لو اتخذ مسارًا مستقيمًا.

ورغم كل ما حققته نظرية النسبية من نجاح فإنه من غير الصحيح القول بأن الفيزياء النيوتونية خاطئة. فالفيزياء النيوتونية تنطبق عندما تكون سرعة الأشياء محل الدراسة صغيرة بالنسبة لسرعة الضوء. ومثل هذه الأشياء نقابلها كل يوم في حياتنا الخاصة. وعلى هذا يمكن تطبيق الفيزياء التقليدية على مشاكلنا اليومية.

وقد وجد علماء الفلك أن نظرية نيوتن عن الجاذبية توافق حساباتهم. ولكن نظرية النسبية وضعت حدًا للمساحة التي يمكن فيها تطبيق الفيزياء النيوتنية بنجاح
19‏/2‏/2010 تم النشر بواسطة بدون اسم.
7 من 8
هذا ما يسقط النسبية

A New Limit on Photon Mass
A new limit on photon mass, less than 10-51 grams or 7 x 10-19 electron volts, has been established by an experiment in which light is aimed at a sensitive torsion balance; if light had mass, the rotating balance would suffer an additional tiny torque. This represents a 20-fold improvement over previous limits on photon mass.
Photon mass is expected to be zero by most physicists, but this is an assumption which must be checked experimentally. A nonzero mass would make trouble for special relativity, Maxwell's equations, and for Coulomb's inverse-square law for electrical attraction.
The work was carried out by Jun Luo and his colleagues at Huazhong University of Science and Technology in Wuhan, China (junluo@mail.hust.edu.cn, 86-27-8755-6653). They have also carried out a measurement of the universal gravitational constant G (Luo et al., Physical Review D, 15 February 1999) and are currently measuring the force of gravity at the sub-millimeter range (a departure from Newton's inverse-square law might suggest the existence of extra spatial dimensions) and are studying the Casimir force, a quantum effect in which nearby parallel plates are drawn together. (Luo et al., Physical Review Letters, 28 February 2003)


Scientists break speed of light
June 4, 2000 NEC Research Institute in Princeton
 Jonathan Leake, Science Editor, Times Newspapers Ltd

SCIENTISTS claim they have broken the ultimate speed barrier:
the speed of light. In research carried out in the United States,
particle physicists have shown that light pulses can be accelerated
to up to 300 times their normal velocity of 186,000 miles per second.
The implications, like the speed, are mind-boggling. On one
interpretation it means that light will arrive at its destination almost
before it has started its journey. In effect, it is leaping forward in
time.
Exact details of the findings remain confidential because they
have been submitted to Nature, the international scientific journal,
for review prior to possible publication.
The work was carried out by Dr Lijun Wang, of the NEC research
institute in Princeton, who transmitted a pulse of light towards a
chamber filled with specially treated caesium gas.
Before the pulse had fully entered the chamber it had gone right
through it and travelled a further 60ft across the laboratory. In
effect it existed in two places at once, a phenomenon that Wang
explains by saying it travelled 300 times faster than light.
The research is already causing controversy among physicists.
What bothers them is that if light could travel forward in time it could
carry information. This would breach one of the basic principles in
physics - causality, which says that a cause must come before an
effect. It would also shatter Einstein's theory of relativity since it
depends in part on the speed of light being unbreachable.
This weekend Wang said he could not give details but confirmed:
"Our light pulses did indeed travel faster than the accepted speed
of light. I hope it will give us a much better understanding of the
nature of light and how it behaves."
Dr Raymond Chiao, professor of physics at the University of
California at Berkeley, who is familiar with Wang's work, said he
was impressedby the findings. "This is a fascinating experiment,"
he said.
In Italy, another group of physicists has also succeeded in
breaking the light speed barrier. In a newly published paper,
physicists at the Italian National Research Council described how
they propagated microwaves at 25% above normal light speed.
The group speculates that it could be possible to transmit
information faster than light.
Dr Guenter Nimtz, of Cologne University, an expert in the field,
agrees. He believes that information can be sent faster than light
and last week gave a paper describing how it could be done to a
conference in Edinburgh. He believes, however, that this will not
breach the principle of causality because the time taken to interpret
the signal would fritter away all the savings.
"The most likely application for this is not in time travel but in
speeding up the way signals move through computer circuits,"
he said.
Wang's experiment is the latest and possibly the most important
evidence that the physical world may not operate according to any
of the accepted conventions.
In the new world that modern science is beginning to perceive,
sub-atomic particles can apparently exist in two places at the
same time - making no distinction between space and time.
Separate experiments carried out by Chiao illustrate this. He
showed that in certain circumstances photons - the particles of
which light is made - could apparently jump between two points
separated by a barrier in what appears to be zero time. The
process, known as tunnelling, has been used to make some of
the most sensitive electron microscopes.
The implications of Wang's experiments will arouse fierce
debate. Many will question whether his work can be interpreted
as proving that light can exceed its normal speed - suggesting
that another mechanism may be at work.
Neil Turok, professor of mathematical physics at Cambridge
University, said he awaited the details with interest, but added:
"I doubt this will change our view of the fundamental laws of
physics."
Wang emphasises that his experiments are relevant only to
light and may not apply to other physical entities. But scientists
are beginning to accept that man may eventually exploit some of
these characteristics for inter-stellar space travel.
14‏/8‏/2010 تم النشر بواسطة بدون اسم.
8 من 8
اقرأها من كتب انشتاين
مع تحيات موسوس للشيطان
20‏/8‏/2013 تم النشر بواسطة بدون اسم.
قد يهمك أيضًا
ما مدى صحة النظرية النسبية ؟
ما هي نظرية النسبية ؟
ما هي النظرية النسبية؟ وهل هي صحيحة أم خاطئة أم يتفق عليها بعض العلماء؟
النظرية النسبية ما هي و ما مدى تطبيقها على ارض الواقع؟
ما هو البعد الرابع في النظرية النسبية ؟ وكيف يمكن قياسه علميا" ؟
تسجيل الدخول
عرض إجابات Google في:: Mobile | كلاسيكي
©2014 Google - سياسة الخصوصية - مساعدة