ما هي النظرية النسبية لأينشتاين

أينشتاين

الكثير من الناس سمع عن أينشتاين وعبقريته، فهو عالم فيزياء ألماني ولد سنة 1879. لُقِّبَ بأبي النسبيّة لوضعه النظريّة النسبيّة في الفيزياء، والتي كانت نقطة تحوّل كبير في تاريخ علم الفيزياء. حصل ألبرت أينشتاين على جائزة نوبل في الفيزياء سنة 1921، وكان قد انتقل من بلده ألمانيا إلى سويسرا ثم إلى الولايات المُتّحدة الأمريكيّة. ولد اينشتاين لعائلة يهوديّة في ميونخ، وكان يُعاني من ضعف في الاستيعاب، لكن أحد أعمامه دعم حبّه للعلم وجلب له كتب العلوم والرّياضيات، وساعده أكثر انتقاله لسويسرا، حيث كانت طريقة التّدريس تختلف عن ميونخ. بالإضافة للفيزياء أحب آينشتاين الموسيقى وخاصة موسيقى موزارت وباخ، وكان يعزف على آلة الكمان في الحفلات لأغراض خيرية.

النظرية النسبية

كَثُرَ الحديث عن النظريّة النسبيّة، وكيف أنّها غيّرت الكثير من المفاهيم المُتعلّقة بالفيزياء الكلاسيكيّة التي سادت منذ زمن نيوتن إلى أن ظهرت نظرية أينشتاين. النظريّة النسبية والتي تُدعى أيضاً النسبيّة هي نظرية للعالم الألماني ألبرت أينشتاين، وساهم فيها أيضاً العالِم الفرنسي هنري بوانكاريه، واضع النظريّة النسبيّة الخاصّة. وتُعتبر من أهم النظريّات الفيزيائيّة الحديثة، لما لها من دور في تغيير كثير من المفاهيم الفيزيائيّة. وقد نُشرت الأبحاث المُتعلّقة بهذه النظريّة سنة 1905 من قبل أينشتاين، وهي أبحاث تُسمّى النسبيّة الخاصّة، وكانت تتعلق بالإجابة على التساؤلات حول خواصّ الضّوء وتصرّفاته، ونتائج تجربة ميكلسون ومورلي على الضّوء، وقامت التّجربة بفحص انتشار الضّوء في الاتّجاهات المُختلفة، وكانت نتائجها تناقضاً مع قوانين السّرعة الكلاسيكية المعروفة.

تكمن أهمّية النظريّة النسبيّة، إلى جانب أنّها غيّرت المفاهيم الفيزيائيّة الأساسية، مُتعلّقة بالكتلة والطاقة والمكان والزّمان، وصنعت نقلة نوعيّة في فيزياء الفضاء والفيزياء النظريّة ، وعدّلت نظريات الفيزياء الميكانيكيّة لنيوتن التي كانت سائدة منذ 200 سنة، حيث نصّت النظريّة النسبيّة على أن حركة الأجسام تكون نسبيّة مع تغيُّر الوقت، وأن مفهوم الوقت لم يعد ثابتاً ومُحدّداً، وربطت النظريّة النسبيّة بين الزّمان والمكان بحيث تتعامل معهما كشيء واحد يُسمى الزّمكان بعد أن كان يتم التّعامل معهما كشيئين مُختلفَين، وربطت الوقت بسرعة الجسم وحركته، كما أصبحت هناك مفاهيم لتقلُّص وتمدّد الزّمن في الكون.

أمثلة على النسبية

• لنفترض أن هناك شخص يقوم بمشاهدة التلفاز، سوف يظنّ كل من نفسه والتّلفاز ثابتين، هذا صحيح بالنسبة للمكان الموجود به، لكن ليس صحيحاً بالنسبة للكون؛ فالشّخص والتّلفاز يتحرّكان بتأثير مجموعة من الحركات منها دوران الأرض حول الشمس ، ودوران الأرض حول نفسها، وحركة النّظام الشمسيّ في مجرّة درب التبّانة، وحركة المجرّة في الكون.
• بولادة توأمين في نفس الوقت أحدهما بقي على الأرض والآخر غادر كوكب الأرض بسرعة الضوء لمدّة سنة ثم عاد بنفس السّرعة مرة أخرى للأرض، سيجد أن توأمه وصل عمره إلى خمسين سنة وهو مازال بعمر سنتين. سبب ذلك هو تمدّد الزّمن لدى التّوأم المُسافر نتيجة تحركه بسرعة الضّوء.

نتائج النظرية النسبية

عمِلَت النظريّة النسبيّة على تفسير وفهم الكثير من الفرضيّات والظّواهر، حيث أستطاع العلماء من خلالها فهم طبيعة التّفاعلات التي تحدث بين الجُسَيمات، ممّا أسهم وبشكل كبير في تطوّر بعض العلوم ومنها العلوم النوويّة التي زاد الاهتمام بها بعد ظهور النظريّة النسبيّة، وفَسَّرَت الكثير من سلوك الجُزيئات في التّفاعلات النوويّة، وبيَّنَت خواصّها وصِفاتها، كما ساهمت في تفسير الكثير من الظّواهر الكونيّة والفضائيّة، مثل موجات الجاذبيّة، والثّقوب السّوداء في الفضاء.

النظريّة النسبيّة بشكل عام كانت تتضمّن أكثر من نظريّة فيزيائيّة أهمّها النظريّة النسبيّة الخاصّة والتي نُشِرَت عام 1905، وتمّ قبولها عام 1920، وتهتم بقِيَم الجُزيئات الصّغيرة وتفاعلاتها. وقد تمّ استخدامها من قِبَل الفيزيائيين في فيزياء الذرّة والفيزياء النوويّة وميكانيكا الكم. أمّا النظريّة العامّة النسبيّة، والتي نُشِرَت عام 1906، تهتمّ بالقِيَم الفلكيّة الكبيرة، وحركة الأجرام الكونيّة.

فرضيات نظرية النسبية

تتكوّن النظريّة النسبيّة الخاصّة من فرضيّات تعتمد عليها، وتُشكّل أساس النظريّة، وهذه الفرضيات هي:

• ثبات سرعة الضوء: أثبتت النظريّة النسبيّة أن الضّوء ذو سرعة ثابتة مهما كان مصدره ومكانه، وهو ليس بحاجة لوسطٍ ناقل للانتقال من مكان لآخر كما هو في موجات الصّوت.
• الزّمن هو البعد الرّابع: يُعتبر أينشتاين أول من وضع الوقت كبعد رابع بعد الطّول والعرض والارتفاع للمادّة، وأدخل البعد الرّابع في جميع حساباته.
• نفي وجود الأثير: الأثير هو الشيء الموجود في الكون ولا حدود له، وكان يعتقد كل العلماء بوجودها، ولكن أينشتاين نفى وجودها، وقال بأنّه لا يوجد إلا المكان النسبيّ والسرعة النسبيّة.

تضارب قوانين نيوتن مع النسبية

قضى أينشتاين معضم وقته بدراسة فيزياء نيوتن ، ووجد خطأ بتعريف الزّمان والمكان عند نيوتن، حيث كان حسب قوانين نيوتن من الممكن الوصول لسرعة الضوء، لكن عند أينشتاين فهذا مستحيل؛ للافتقار إلى طاقة لانهائيّة للوصول لهذه السّرعة، وهذه الطّاقة الكونية محدودة. اتّفق العالمان اسحاق نيوتن وكولوم على قوانين الحركة والشّحنات، حيث قال نيوتن بأنه لا يوجد جسم يتحرّك من تلقاء نفسه إلا إذا أثّر عليه قوة تُحرّكه، لكن هذه النظريّة التي وضعها نيوتن لا تنطبق على النّجوم، فهي توجد بفراغ وتتحرّك دون أن تؤثّر عليها قوىً.