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". جاءت تسمية النظرية بالخاصة للتفريق بينها وبين نظرية أينشتاين اللاحقة التي سُمِّيت بالنسبية العامة.

النظرية النسبيه العامه لاينشتاين ..

تنص هذه النظرية علي ان للعالم اربعة ابعاد وليس ثلاثة كما هو مفترض

و هذه الابعاد هي الطول و العرض و الارتفاع مضاف اليهم البعد الرابع و هو الزمن

اما الاثبات فافترض انه هناك اخوان تؤمان عمرهما عام واحد اذا اخذ احدهما ووضع في سفينة تسافر بسرعة الضوء فسيعود بعد عام واحد ليجد انه كبر سنة واحدة اي اصبح عمره سنتان في حين ان اخاه التؤا اصبح عمرة 99سنة تقريبا

تصورووا؟


و علي فكرة اينشتاين اكتشف النظرية ده في سنتين من غير ميدخل معمل

تقول هذه النظرية إنه عندما يتحرك جسم ما بسرعة واحدة متناغمة فإن القوانين الفيزيائية وسرعة الضوء ستظل على ما هي عليه دون تغيير، بصرف النظر عن سرعة الحركة أو اختلاف اتجاه سير هذا الجسم.
وهذا يعني، بتبسيط، أن الانسان عندما يلقي بقطعة نقود معدنية فإنها دائما تسقط على الأرض، بصرف النظر عن وضعية من ألقاها، سواء كان جالسا أو راكبا في قطار سريع.

إلا أن مشكلة النظرية النسبية تتمثل في أنها لم توضع على محك التجربة المباشرة، وهو ما يدفع العلماء في الوقت الحاضر لاثبات صحتها أو خطئها، في الفضاء الخارجي.

وتقول آخر النظريات العلمية المناقضة، والتي تحاول الدمج بين الجا**ية وفيزياء الجسيمات الفائقة الصغر، إن مبدأ النسبية ليس مطلق التطبيق في كل الاحوال.

نفي او اثبات

وعليه تشير تلك النظريات إلى احتمال وجود تغييرات في الفضاء الخارجي تطرأ على الوقت والفراغ او المساحة لا يمكن قياسها على كوكب الارض لعدة اعتبارات.

ولهذا يحاول الباحثون المضي قدما في تجربة وضع الساعات الدقيقة جدا في مركبة الفضاء الدولية، ومراقبتها ورصدها بدقة شديدة لاثبات او نفي النظرية.

ويقول العلماء إن اثبات نظرية آينشتاين يتمثل في البرهان على عدم وجود فرق في أداء الساعات التي ستظل تعمل بنفس الايقاع الزمني، بصرف النظر عن كونها مقلوبة أو موضوعة بأي طريقة من الطرق.

أما إثبات خطأ النظرية فسيعني أن العلماء سيلاحظون فروقا بسيطة جدا في الايقاعات الزمنية للساعات العالية الدقة التي ستنصب في المركبة الفضائية.

إلا أن الوصول إلى نتيجة قطعية حول النظرية يحتاج من العلماء عدة سنوات..

قد تفيدك هذه المواضيع:
http://success-a.blogspot.com/2011/05/blog-post_28.html
http://success-a.blogspot.com/2011/05/blog-post_31.html
http://success-a.blogspot.com/2011/06/blog-post.html‏

فهمها ليس بالأمر الصعب فهي من أبسط قوانين الفيزياء المستنبطة وخصوصا النسبية الخاصة، ولكن الصعوبة تكمن في عملية الاقتناع بها.

أن يقال لك أن معادلة رياضية بسيطة أدت إلى ضرورة اختلاف الزمن لكي تبقى صحيحة أمر سهل من الناحية الرياضية أما أن تتقبل الأمر فيزيائيا فهو أمر غاية في التعقيد والكثير منا يحاول إقناع نفسه بالأمر فقط.

لكي تبدأ بفهمها عليك مايلي:
* الإلمام بقوانين الحركة ومفهوم السرعات النسبية في الميكانيكا الكلاسيكية وكيفية إضافتها وطرحها رياضيا.
*  تفهم بداية المشكلة التي أدت لظهور النسبية وذلك بقراءة تفاصيل معادلات ماكسويل للكهرومغناطيسية (ليس ضروريا التعمق فيها ولكن المهم أن تعرف ما اكتشفه ماكسويل من خاصية لسرعة الضوء). بعد ذلك إقرأ عن تجربة ماكسويل ومورلي الشهيرة التي أراد بها التحقق من صحة استنتاج ماكسويل وفرضية نسبية الضوء لوسط آخر يدعى الأثير (أو حتى بدون وسط). تمثل هاتان المشكلتان السبب الرئيس الذي أدى لظهور النسبية كحل وفاق بينهما.
* بعد فهمك لما سبق يمكنك دراسة كيفية إثبات النسبية الخاصة رياضيا بحيث تحقق صحة المشكلتين السابقتين.
* بعد فهمك لمسألة النسبية الخاصة، ينبغي أن تعتاد على التصورات الجديدة المبنية عليها وليس التصورات التي كان يفترضها عقلك قبلها. معنى ذلك أنك وإن لم تستطع الاقتناع بفكرة اختلاف الزمان واختلاف المكان بالنسبة للمراقبين من مراجع عطالية مختلفة يجب عليك المحاولة بالاقتناع كي تستطيع الاستمرار والانتقال إلى دراسة النسبية العامة.
* إن كانت لديك الرغبة في الاستمرار يمكنك حينئذ الانتقال للنسبية العامة ومعرفة كيفية تأثر جميع القوانين الكلاسيكية تقريبا بما فيها الكتل وليس الزمان والمكان فحسب.

ما هو الجزء الذي لم تستطع فهمه في النسبية الخاصة؟

في النسبية الخاصة هناك مسلمة ينبغي الاستسلام لها وهي:
* سرعة الضوء لا تتغير سواء تحرك المصدر أم لا. هذه المسلمة جاءت كما قلت لك من معادلات ماكسويل بحيث حققت استقلاليتها عن المصدر المتحرك. ستقول لي حينئذ فلماذا لم يراها المراقب في المرجع العطالي تنزاح بينما هو متحرك كما هو في تجربة القطار؟ إن كان هذا السؤال قد تبادر لذهنك فأنت حقا فهمت الجزء المتعلق بمسألة ماكسويل.
هنا يحدث السحر إن أمكننا قول ذلك! في الوقت الذي وجدنا أن الضوء ينبغي أن يكون مستقلا عن المصدر وفقا لمعادلات ماكسويل والذي يترتب عليه أن يكون استثنائيا عن باقي السرعات بحيث يظهر له انزياح أثناء تحرك المصدر بالنسبة التي تحركت بها سرعة المصدر فإن تجربة مايكلسون أكدت أن هذا لا يحدث إطلاقاً!!
هذه المشكلة خلقت تناقضا فيزيائياً وكادت أن تكون أبدية. أعتقد أن علماء كانوا ليفعلوا مافعل آينشتين لكنهم كانوا مترددين، تملكت آينشتين الشجاعة ليعيد النظر في متغيرات المسألة:
السرعة =  المسافة\الزمن
إذن فهي ثلاثة متغيرات فقط ولابد أن يكون الخلل في سوء فهمنا للتعامل مع أحد هذه المتغيرات أو إثنان منها أو حتى ثلاثتها. آينشتين اعتمد في مبدأه على بقاء قوانين الرياضيات صحيحة وهذا بديهي وإلا فهناك كواليس حقاً (حسب معتقداتنا).

عندما ابتكرت تجربة القطار لمحاكاة كل من مسألة ماكسويل ومسألة مايكلسون خلص آينشتين إلى افتراض قد يقال أنه غبي وهو أن يتوقف عن استخدام مبدأ قياس الزمن كمرجع موحد بين المراقبين داخل وخارج القطار. بدلا عن ذلك افترض سرعة الضوء كمرجع ثابت للمراقبين داخل وخارج القطار بحيث يمكنه استنتاج الزمن بدلالتها وبدلالة المسافات المقطوعة, هنا كانت النتيجة المذهلة حيث خلص إلى أن الزمن لم يكن موحدا بين المراقبين كما كان يعتقد وهو السبب الذي جعلنا في حيرة من الأمر, منذ ذلك الحين وهو يقنع نفسه بزيف الزمان والمكان وبدأ يعيد النظر في جميع القوانين الفيزيائية بناء على مراجعه الجديدة.

كما ترى فهو لم يخلق قوانين جديدة حقا وإنما أعاد صياغة القوانين الأساسية ليتستنتج علاقات أخرى وظواهر لم تكن لتفسر بغير النسبية.

فيما يلي سأضع لك روابط فلاشية تساعدك على تفهم النسبية الخاصة ومحاكاة تجربة مايكلسون:

http://galileoandeinstein.physics.virginia.edu/more_stuff/flashlets/mmexpt6.swf
هذا الفلاش يحاكي الجهاز الذي ابتكره مايكلسون أساسا لقياس التداخل الموجي بدقة واستفاد من دقته في البحث في مسألة ماكسويل وفرضية الأثير. إن كنت مهتما بالمعادلات الرياضية يمكنك الرجوع لأي كتب في مجال الفيزياء توضح عملية القياسات.
المهم هنا أن تقوم بتغيير سرعة الأثير المفترض AETHER SPEED إلى القيمة العظمى مثلا ثم تشغيل PLAY. الأسهم المتحركة تحاول محاكاة حركة الضوء على افتراض تأثره بالأثير. بالطبع لم يحدث هذا عمليا مع مايكلسون الأمر الذي لم يستطع تفسير معادلة ماكسويل.

الفلاش التالي يوضح لك مسألة الساعتين الضوئيتين وكيف أن الضوء في المصدر المتحرك يبدو أبطأ للمراقب الثابت (نحن)
http://galileoandeinstein.physics.virginia.edu/more_stuff/flashlets/lightclock.swf
لتنفيذ التجربة قم بزيادة سرعة المصدر SPEED V ثم ضغط الزر تشغيل PLAY (المثلث).

قبل ان تفهم عليك الاطلاع على الحقائق التالية


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)‏

قبل ان تفهم عليك الاطلاع على الحقائق التالية


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.‏

مجموعة حوارية جديدة لعلماء المستقبل
هذه مجموعة حوارية جديدة, سوف تكون للمبدعين ولعلماء المستقبل وكل من يحب العلم والبحث العلمي, يمكن لأي كان تطوير المجموعة وذلك بالمشاركة فيها

http://groups.google.com/group/science-first‏

FORBIDDEN LOGIC IN EINSTEINIANA

The essential difference between the twin at rest and the travelling
twin is that the latter experiences accelaration during the journey.
So in his infamous 1918 paper Einstein had no choice but to claim that
the greater youthfulness of the travelling twin is due to
acceleration. However:
http://homepage.ntlworld.com/academ/whatswrongwithrelativity.html

G. BURNISTON BROWN: "There is, in principle, no need for acceleration.
Twin A can get his velocity V before synchronizing his clock with that
of twin B as he passes. He need not turn round: he could be passed by
C who has a velocity V in the opposite direction, and who adjusts his
clock to that of A as he passes. When C later passes B they can
compare clock readings. As far as the theoretical experiment is
concerned, C's clock can be considered to be A's clock returning
without acceleration since, by hypothesis, all the clocks have the
same rate when at rest together and change with motion in the same way
independently of direction. [fn. I am indebted to Lord Halsbury for
pointing this out to me.]"
That is, even without acceleration, the travelling twin ages slower
than the twin at rest. However, without acceleration, Einstein's 1905
light postulate entails RECIPROCAL time dilation and the twin at rest
must age slower than the travelling twin.
Clearly we have REDUCTIO AD ABSURDUM showing that Einstein's 1905
light postulate is false.
Pentcho Valev wrote:
PREMISE: By increasing the perimeter of a rotating disc while keeping
the linear speed of the periphery constant, one converts clocks fixed
on the periphery into VIRTUALLY INERTIAL clocks (the "gravitational
field" they experience is reduced to zero).
CONCLUSION: In accordance with Einstein's 1905 light postulate, a
clock at rest situated outside the disc, close to the periphery, will
be seen running SLOWER than the virtually inertial clocks passing it.
Another prediction based on Einstein's 1905 light postulate is that
the clock at rest will be seen running FASTER than the virtually
inertial clocks passing it
( http://www2.bartleby.com/173/23.html ).

Clearly we have REDUCTIO AD ABSURDUM showing that Einstein's 1905
light postulate is false.
There is a consequence of Einstein's 1905 light postulate which, if
suitably applied, converts the famous clock (twin) paradox into an
obvious absurdity. Here is the consequence:
If a single inertial clock covers the distance between two other
inertial clocks (immobile relative to one another), then the single
clock runs slower than the two other clocks.
In the clock paradox scenario the travelling clock commutes between
the clock at rest and the final destination where another clock at
rest can be placed. So, according to Einstein's 1905 light postulate,
the travelling clock runs slower than the clock at rest.
However, in essentially the same scenario, the clock at rest commutes
between two travelling clocks - e.g. placed at the front end and the
back end of a very long rocket. Therefore, according to Einstein's
1905 light postulate, the clock at rest runs slower than the
travelling clock.
Clearly we have REDUCTIO AD ABSURDUM showing that Einstein's 1905
light postulate is false.‏