تعريف النظريه النسبيه للعالم البرت اينيشتاين الجزء الاول

النظريه النسبيه

نحتاج قبل الدخول إلى مفاهيم النظرية النسبية تعريف مفهوم الابعاد المكانية والزمنية حيث أن كثيرا ما تعرف النظرية النسبية على انها نظرية البعد الرابع. فما هي هذا الأبعاد الاربعة وكيف نستخدمها ولماذا اينشتين العالم الأول الذي اكد على ضرورة استخدام البعد الرابع (الزمن) بالاضافة إلى الابعاد الثلاثة التي اعتمد عليها جميع العلماء من قبله...

تطور مفهوم الابعاد مع تطور الانسان واقصد هنا تطوره في الحياة ففي الزمن الأول كان الانسان يتعامل مع بعد واحد في حياته هذا جاء من احتياجه للبحث عن طعامه فكان يستخدم رمحه لاصطياد فريسته وبالتالي كان يقذف رمحه في اتجاه الفريسة حيث ينطلق الرمح في خط مستقيم وحركة الرمح هنا تكون في بعد واحد وسنرمز له بالرمز x. ومن ثم احتاج الانسان ليزرع الارض وبالتالي احتاج إلى التعامل مع مساحة من الأرض تحدد بالطول والعرض وهذا يعد استخدام بعدين هما x و y لأنه بدونهما لايستطيع تقدير مساحة الأرض المزروعة. وعندما احتاج الانسان للبناء أخذ يفكر ويحسب في البعد الثالث وهو الارتفاع. وهذه هي الابعاد الثلاثة x,y,z والتي كانت الاساس في حسابات الانسان الهندسية، وحتى مطلع القرن العشرين اعتبرها الانسان كافية لحل كل المسائل التي تقابله على سطح الكرة الأرضية. وحتى يومنا هذا نعتمد على الابعاد الثلاثة في تنقلاتنا وسفرنا وحساباتنا.

آينشتين هو العالم الوحيد الذي فكر في البعد الرابع (الزمن) وقال ان الكون الذي نعيشه ذو أربعة ابعاد وهي الطول والعرض والارتفاع والزمن. وادخل البعد الرابع في جميع حساباته. يستطيع الانسان تخيل البعد الواحد والبعدين ويمكن رسمهما ولكن البعد الثالث يحتاج منه إلى قدرات تخيلية إضافية ولكن من الصعب التفكير والتخيل بالابعاد الاربعة معا وخصوصا أن البعد الرابع وهو الزمن لايمكن رؤيته ولكننا نعيشه وندركه كمسلمة من مسلمات الوجود. فإذا اعتبرنا أن هندسة الكون تعتمد على اربعة ابعاد فإن حساباتها ستكون غاية في التعقيد ونتائجها غير متوقعة وهذا مافعله آينشتين في نظريته النسبية.

تمهيد

ان المقاييس من مساحات وحجوم وكتل وتحديد المكان والزمان والسرعة هي مقاييس معروفة في نظر الفيزياء الكلاسيكية (فيزياء جاليلو ونيوتن) فكلنا نقيس المسافات والزمن بنفس الطريقة والكيفية ولا يختلف في ذلك اثنان اذا كانت مقايسهما معايرة بدقة وهذا يعني أننا سلمنا بأن هذه المقاييس مطلقة ولكن هذا يخالف النظرية النسبية التي تقوم على أنه لا وجود لشيء مطلق في كل هذه الاشياء أنما هي نسبية، فالدقيقة (60 ثانية) التي نقيسها بساعاتنا يمكن ان يقيسها آخر على انها أقل من دقيقة أو أكثر، وكذلك المتر العياري طوله متر بالنسبة للشخص الذي يحمله ولكن بانسبة لآخر يتحرك بسرعة كبيرة بالنسبة لذلك الشخص يجد المتر 80 سنتمتر وكلما زادت سرعته كلما قل طول المتر ليصبح طول المتر صفر اذا تحرك الشخص بسرعة الضوء (سنجد انه من الاستحالة الوصول لسرعة الضوء) وهذا لا يعود لخطأ في القياسات بين الشخصين أو خلل في آلات الرصد التي يستخدمونها فكل منهما يكون صحيحا ولكن بالنسبة له. ولهذا سميت بالنظرية النسبية والكثير من الأمور المسلم بها في حياتنا والتي نعتبرها مطلقة تصبح نسبية في عالم النسبية.

بمفهوم اينشتين والتعامل مع الزمن على أنه بعد من الأبعاد يصبح كل شيء نسبياً فمثلاً نعرف أن الكتلة هي كمية المادة الموجودة في حجم معين مثل كتلة الماء في حجم سنتيمتر مكعب هي واحد جرام وكتلة الماء هذه ثابتة ولكن وزنها هو الذي يتغير تغيرا طفيفا نتيجة لتأثير الجاذبية عليها فيقل الوزن قليلا في المرتفعات ويزيد في المنخفضات نتيجة لتغير تأثير الجاذبية حسب بعدنا او قربنا من مركز الارض وهذا التغير يكون في حدود جرام واحد فقط، ولكن آينشتين يبين أن الكتلة تتخلى عن تأثير الجاذبية وتتغير في حدود أكبر بكثير قد تصل إلى الالاف ولا علاقة لتغير الكتلة بالجاذبية. إن ثبوت المقاييس والابعاد عند آينشتين في الكون لا وجود له حسب نظريته النسبية.

لتفصيل الموضوع اكثر سوف نقوم بشرح اوسع لمفهوم المكان في النسبية ومن ثم شرح مفهوم الزمن في النسبية.

المكان في النسبية

اذا سألت نفسك عزيزي القارئ في هذه اللحظة هل أنت ثابت أم متحرك، فستنظر حولك بكل تأكيد وتقول أنا لست متحرك فأنا ثابت امام جهاز الكمبيوتر وعلى الارض وهذا صحيح فأنت ثابت بالنسبة للكمبيوتر والارض (أي الكرة الارضية) ولكن هذا ليس صحيح بالنسبة للكون فأنت والكمبيوتر والارض التي تقف عليها تتحركوا وهذه الحركة عبارة عن مجموعة من الحركات منها حركة الارض حول نفسها وحركة الارض حول الشمس وهناك حركة للشمس والارض داخل مجرة درب التبانة ومجرة درب التبانة تتحرك بالنسبة إلى الكون.. إذا عندما اعتقدت انك ثابت فهذا بالنسبة للاشياء حولك ولكن بالنسبة للكون فكل شيء متحرك. وخذ على سبيل المثال هذه الارقام ......

سرعة دوران الأرض حول نفسها ربع ميل في الثانية وسرعة دوران الارض حول الشمس 18 ميل في الثانية والشمس والكواكب تسير بالنسبة لجيرانها النجوم بسرعة 120 ميل في الثانية ومجرة درب التبانة منطلقة في الفضاء بسرعة تصل إلى 40000 ميل في الثانية. تخيل الان كم هي سرعتك وعدد الحركات التي تتحركها بالنسبة للكون. وقدر المسافة التي قطعتها منذ بدء قراءة هذه الحلقة حتى الان.

لا احد يستطيع ان يحدد هل مجرة درب التبانة هي التي تبتعد عن المجرات الاخرى بسرعة 40000 ميل في الثانية أم ان المجرات هي التي تبتعد عنا بهذه السرعة. فعلى سبيل المثال اذا ارد شخص ان يصف لنا سفره من مطار غزة إلى مطار دبي الدولي فإنه يقول غادرت الطائرة مطار غزة في الساعة الثالثة ظهرا واتجهت شرقا لتهبط في مطار دبي الدولي الساعة السادسة مساءً.. ولكن لشخص اخر في مكان ما في الكون يرى ان الطائرة ارتفعت عن سطح الارض في غزة واخذت تتباطأ حتى وصلت مطار دبي لتهبط فيه. أو ان الطائرة ومطار دبي تحركا في اتجاهات مختلفة ليلتقيا في نقطة الهبوط.. وهنا يكون من المستحيل في الكون الواسع تحديد من الذي تحرك الطائرة ام المطار.

كذلك يجب أن نؤكد ان الاتجاهات الاربعة شمال وجنوب وشرق وغرب والكلمات فوق وتحت ويمين وشمال هي اصطلاحات لا وجود لها في الكون فلا يوجد تحت أو فوق ولاشمال أو جنوب.

ان التعامل بهذه المفاهيم الجديدة والنظرة الشاملة للكون بلاشك امر محير ولاسيما اذا ادخلنا البعد الرابع في حساباتنا فكل شيء يصبح نسبي.

نبذة عن تاريخ العالم الكبير البرت اينشتاين واهم ابحاثه.

تعريف النظريه النسبيه للعالم البرت اينيشتاين الجزء الاول 610

تعريف النظريه النسبيه للعالم البرت اينيشتاين الجزء الاول 610

ولد في مدينة أُلْم في ألمانيا وكان والداه هِرمان و يولين أينشتاين يهوديين منحدرين من أسلاف فلاحين لا يبالغون في تدينهم كان والده يدير معملا كهر بائيا صغيراً بتمويل من احد أقارب يولين وكان إخفاقه قبل إن يكمل البرت السنة الأولى من عمره هو سبب رحيله إلى مونيخ حيث كوّن مع أخيه جاكوب شراكه بحيث أدار صناعة للكهروكيمياويات وبعد سنه ولدت مايا أخت البرت لم تكن هذه العائلة متمسكة دينيا فلم تكن تراعي شعائر اليهود
كان البرت مثل نيوتن طفلا غير سابق لأوانه فكان بطيئاً في تعلم الكلام ولم تجر الألمانية على لسانه بسهوله إلا حين أصبح في العاشرة وخشي والداه أن يكون بليدا أو متخلفا ولكن على الأرجح كان يميل إلى أحلام اليقظة التي كانت تختطفه من هذا العالم فلم يبد كبير الاهتمام بدروسه في المدرسة الكاثوليكية التي واظب عليها خمس سنوات لذلك لم يهتم به مدرسيه حتى انه قد تقدم احد مدرسيه بتقرير لوالده بأنه لا أهمية للمجال الذي يختاره لابنه لأنه لن يفلح في أي مجال أبدا وفي عام 1889 انتقل البرت إلى ثانوية لويتبولد وهي مدرسه ألمانية نموذجيه حيث كان يعنى المعلمون بالمحافظة على انضباط الطلاب مثلما يعتنون بتعليمهم دروسهم فغرس هذا الجو ألقسري القاسي في نفس البرت ميزة الارتياب بالسلطة وخاصة التعليمية وقد أكد البرت بعد ذلك أن معلمين هذه المدرسة غير صالحين لعملهم وهي كغيرها من المدارسة وهذا ما اثبت لألبرت أن على المرء أن يكون شكاكا دائما بالأعراف (العلمية فقط ) وهي الطريقة التي اتخذها البرت في نظرته للميكانيكا التقليدية حين كان يعتقد اغلب المدرسين أن الفيزياء انتهت ولم يتبقى منها سوى القليل . وقد حدث لألبرت حادث ترك اثر عميقاً في نفسه إذ عثر على كتاب وهو في الثانية عشر عن الرياضيات وتعلم منه الهندسة قبل أن تدرس له في المدرسة وترك اتساق النظريات أثرا لم ينمحي .
في عام 1894 بعد أن اخفق هرمان في عمله انتقل والداه وأخته إلى ميلانو في إيطاليا ولما لم يكن البرت قد استوفى شروط شهادته التي كانت ضرورية لقبوله في الجامعة فقد تخلف عن أسرته وبقي في رعاية بعض الأقارب ولما لم يكن سعيداً في مدرسته والمنزل بدأ يهمل في عمله إلى أن طلب منه أخيرا احد الأساتذة أن يترك الثانوية فقبل البرت نصيحته بكل سرور ورحل إلى ميلانو للانضمام إلى أسرته وقد بدأ يفكر جديا بسبب وضع أسرته المالي القلق في نوع المهنة التي عليه أن يمارسها ولاسيما أن افتقاره للشهادة الذي حرمه من الانتساب إلى أي جامعه في ايطاليا ’ ولكن سرعان ما علم أن معهد البوليتكنيك (المتعدد التقانات) في زوريخ في سويسرا لا يتطلب شهادة ثانوية لانتساب إليه وأن ما على الطالب المرشح إلا أن يجتاز فحص القبول وهكذا سافر أينشتاين إلى سويسرا وتقدم للامتحان ولكنه لم ينجح وكان إخفاقه ناجما عن عدم تحضيره المناسب أكثر مما كان ناجما عن افتقاره للمعرفة في علوم الرياضيات الأساسية لذلك انتسب إلى المدرسة الثانوية في آرو وأجهد نفسه في دراسة الموضوعات الضعيفة لديه مثل علم الأحياء واللغات وقد وجد أينشتاين أن سنته في آرو كانت سارة بخلاف سنواته في ثانوية لويتبولد فمعظم المعلمين كانوا يظهرون اهتمام أكبر في تعليم الطلاب أن يفكروا وحدهم بدلاً من أن يرهبوهم . ومهما يكن فقد تقدم للامتحان القبول في عام 1896 ونجح فيه نجاحا حسنا هيأه لمتابعة أربع سنوات بعدها يصبح معلما وقد أتى قبوله في معهده البوليتكنيك السويسري في أواسط نفس العام بعد ستة اشهر من تخليه عن الجنسية الألمانية رسميا وظل بلا جنسيه لنه لم يطلب الجنسية السويسرية . ولم تكن سنوات المعهد الخارقة فقد استمر في مناقشات طويلة مع أصدقائه في مواضيع تتدرج من السياسة والدين إلى العلم والرياضيات وكان لا يهتم كثير بملبسه ويعزف على كمانه من حين إلى أخر في حفلات موسيقيه فرديه وكان يقوم بنزهات طويلة سيرا على الأقدام في الريف وتعلم قيادة المركب الشراعي وقد وجد بعد جو دراسته الأكاديمية الكئيب في ألمانيا حياة راقيه ولطيفه في المعهد غير أن موقفه الواهن وغير النشط تجاه قاعات الدرس لم يتغير فنادرا ما كان يحضر المحاضرات وكان يقرأ كتبه في غرفته ويستعير الملخصات من زملائه كي ينجح في امتحانه ومع ذلك وجد البرت أن الشروط الأكاديمية تتطلب منه لكي يحقق رغبته في أن يصبح فيزيائي أن يكون لديه أساس متين في علوم الرياضيات كما أقنعت مطالب المنهج البرت بميزة نظام التعليم الذاتي فاجبر نفسه على امتلاك ناصية المبادئ الأساسية وبعد نيله الشهادة عام 1900 اخفق في الحصول على مركز مساعد في المعهد لان عدم اهتمامه لم يشجع احد من الأساتذة على قبوله وقد تدبر عمل في زوريخ مع أ ز ولفر مدير مرصد السويسري الفدرالي حيث مكنه تعيينه من أن يفي بمتطلبات الحصول على الجنسية السويسرية . وفي كانون الأول /ديسمبر من عام 1900 ظهر أول بحث منشور لاينشتاين في مجلة فيزيائية وهو عمل استوحاه من أعمال الكيميائي أستفالد الطليعية في مبادئ التحليل الكهربي ومع إن هذه المقالة لم تُكسب البرت منصبا في البحث العلمي فإنه استكمل كسب عيشه بالتعليم والدروس الخاصة وفي أثناء هذا العمل غير المضمون أكمل أطروحة في النظرية الحركية للغازات وأرسلها إلى جامعه زوريخ كي يفي بشروط الدكتوراه وفي عام 1902 وجد البرت وظيفة مستقره وظيفة مدقق مبتدئ في مكتب براءات الاختراع السويسري حيث وجد في عزله جوا مثاليا للتأمل في المكان والزمان وطبيعة العالم الفيزيائي وهكذا كان ألبرت طيلة السنوات التالية يطوّر أفكاره في شقته الصغيرة في برْن ’ أفكار ثوريه عن المكان والزمان , ثم تمكن بزواجه من زميلة سابقه في الدراسة هي ميليفا ماريك أن يتجنب استهلاك وقته في شؤون الطبخ والتنظيف وكان من المشكوك فيه أن البرت اهتم يوما بكيّ سرواله فقد قضى معظم وقته حر يفكر في فيزياء نيوتن فطور بالتدريج هيكل النظرية بأن مفهوم المكان والزمان عند نيوتن مفهمو خطئ والملفت للنظر أن البرت لم يتدارس أفكاره مع أي فيزيائي أخر بل طورها لوحده وحين أرسل ثمرة بحوثه في مقالات إلى مجلة ( physik annalen der ) لم يكن قد حصل على الدكتوراه بعد لذلك خشي وهو لا يحمل أي صفه علميه بارزه أن لا ينظر بجديه لها ولكن طبيعة مقالاته الثورية انكشفت لحسن الحظ إذ رأى فين رئيس تحرير المجلة أنها كانت أعمال شاب في مقتبل العمر26 سنه يمتلك بصيرة رائعة في الفيزياء فالبحوث كانت قصيرة نسبيا ولكنها جميعا تحوي الأساسيات لتصبح نظريات جديدة ومع ذلك لم يقبل الجميع أفكار اينشتاين منذ البدء لأن عددا من العلماء المحافظين ظلوا يعارضونها كانت نتائجها ثوريه ساحقة إلى أن أتى الفيزيائيون التجريبيون واثبتوا صحت النظرية . وعلى الرغم من استقبال علماء أوروبا لاينشتاين إلا أن العلماء الذين حققوا نجاح على أفكار نيوتن عارضوا هذه الأفكار الثورية وكان اينشتاين يجل ماكس بلانك الذي كان معجب بأفكار اينشتاين وقد هدمت هذه الأفكار معظم الفيزياء النيوتينية فمثلًا كانت إن أي جسيم يستطيع أن يسير باي سرعة يريدها بشرط وجود القوه اللازمة لتلك السرعة لكن هذه الفكرة خطأ لأنه لاشي يسير بأسرع من الضوء واثبت اينشتاين بعكس نيوتن انه لكي نسرع جسم بسرعة الضوء نحتاج إلى ما لا نهاية من الطاقة وهذا مستحيل لان الطاقة الكونية محدودة . عُين البرت أينشتاين أستاذ في جامعة زوريخ عام 1909. لم يغير دخوله إلى المجتمع الأكاديمي شي من أسلوب حياته وانتقل إلى براغ عام 1910 وعندما وصل براغ بدأ يكون أفكاره التي أصبحت أساس النظرية النسبية العامة من انحناء الزمكان بالكتل والطاقة سرعان ما اكتشف أن واجباته الجامعية الرسمية ولاسيما العمل التجريبي الرتيب يستهلك وقته . وفي عام 1912 غادر الجامعة الألمانية وعاد إلى زوريخ ومكث سنه فيها وبعدها قبل منصب مدير القيصر ولْهلم في برلين . ولم يكن البرت يهتم بألمانيا أو شعبها لأنه تخلى عن الجنسية وهو مراهق غير إن بلانك ونرنست غيرا رأيه كي ينضم إليهم في برلين وأيضا عرض عليه منصب أستاذا شرف في جامعه برلين وهذا المنصب يحرره من المحاضرات وجلسات المعامل المملة انتقل إلى برلين بعائلته عام 1914 لم تستطع زوجة ميليفا العيش في برلين وهجرته وعادة إلى سويسرا مع ولديها كان البرت منشغل في تصحيح الأخطاء الرياضية في معادلاته إلا إن الحرب قد اندلعت فتغيرت الأوضاع وانخرط جميع زملائه في تعزيز الجهود الحكومية الحربية ولكن البرت أنيشتاين تجنب هذا العمل وكان ضد كل هذه الحرب وهذا الاجتياح الألماني ولكن لم يكترث احد له وفي نهاية الثلاثينات توصل إلى انه لا غنى عن الحرب التي تخلص العالم من أدولف هتلر . و في عام 1916 لخص اينشتاين نظريته العامة في بحث نشر في مجلة ( annalen derphysic) بين في أقل من 60 صفحه إن الفضاء ليس مجرد ستار تتجلى عليه الحوادث بل هو نفسه بنية أساسيه تتأثر بطاقة الأجسام التي يحويها وبكتلتها وقد علق ماكس برون على النظرية بقوله (تبدو لي النظرية إنها أعظم إنجاز حققه الفكر البشري عن الطبيعة وأنها أعظم تركيب مذهل يجمع بين النظرة الفلسفية الثاقبة والإلهام الفيزيائي والمهارة الرياضية ولكن ارتباطها بالتجربة كان هزيلا لدرجة أنها تعجبني ما يعجبني أي عمل فني عظيم أتمتع به و أتأمله بإعجاب ولكن عن بعد ) وكان المقال يتضمن هندسة جورج ريمان القائلة بالانحناء الموجب والتي طرحة جانبا مستويات اقليدس والمسطحات والخطوط المستقيمة فأصبح بلامكان إعطاء وصف رياضي لانحناء المكان بالطاقة والمادة ولانعطاف أشعة الضوء بالثقالة . هذه الأفكار كانت نتيجة تركيز شديد أهمل اينشتاين أثنائه كل شي حتى انه أهمل صحت وعانى عام 1917 من انهيار عصبي بعد إن كان نشر بحثين آخرين لهما نفـس الشأن عالج في أولهما إصدار الضوء المحفوز وكان أساس تقنيات الليزر وعالج في الثاني بنية الكون التي وضعت أساس موضوع علم الكونيات ( الكوسمولوجيه) الحديث وسرعان ما استعاد صحتة بمساعدة ابنة عمه ليزا التي تزوجها عام 1919 . وقد اشتهر البرت اينشتاين في الأوساط العلمية في هذا الوقت بأنه من أعظم الفيزيائيين وعندما سافرت البعثة البريطانية إلى جزيرة برنسيب عام 1919 بقيادة آرثر إدنغتون في خليج غينية حيث التقطت صور فوتوغرافية لكسوف الشمس أظهر تحليلها بعد ستة اشهر أن مسار الضوء الوارد من نجم بعيد قد انعطف فعلا عند مروره بالقرب من قرص الشمس بتأثير الحقل الثقالي للشمس. أدت هذه النظرية التي إعادة تنظيم المكان والزمان إلى سيل من المقالات عن هذه النظرية والكتب وكان مثيره للجميع لأنها تعارض الأفكار الأساسية وأيضا كان ظهور اينشتاين عادي مثير للإعجاب وانهالة عليه العروض كي يلقي محاضرات إلا انه تجاهل الكثير منها لأنها تأخذ وقت كبير على حساب عمله ومع لك فقد شارك في نشاط الحركة الصهيونية التي كانت تسعى لإقامة وطن يهودي في فلسطين كما وضع شهرته في خدمة جهودهم لجمع الأموال ألازمه ثم منح في عام 1922 جائزة نوبل في الفيزياء ولكن القرار لم يكن من اجل النسبية لان الفرد نوبل الذي أوصى بالجائزة اشترط في وصيته أن تعطى للاكتشافات التي تستفيد منها البشرية وكان من الصعب أن تتفق اللجنة على الطريقة التي تحسن بها النظرية النسبية من ظروف الإنسان

الف شكر ليك