عندما قام آينشتاين بوضع النظرية النسبية في بدايات القرن العشرين, قام بقلب العلوم الفيزيائية رأساً على عقب وأعطى علماء الفيزياء فهماً جديداً للزمان والمكان.
كانت قوانين نيوتن تنص على أن المكان والزمان ثابتين, لكن في التصورات الجديدة التي قدمتها النظرية النسبية الخاصة والعامة, كان المكان والزمان قابلين للتغيير.
نشر البرت آينشتاين الجزء الأول من نظريته النسبية (النسبية الخاصة) في عام 1905, ونشر بعدها نظرية (النسبية العامة) في عام 1916.
المحتويات:
1. ما هي النظرية النسبية الخاصة؟
2. ما هي النظرية النسبية العامة؟
1. ما هي النظرية النسبية الخاصة؟
تستند النظرية النسبية الخاصة على مفهومين أساسيين:
المفهوم الأول: ما دام الجسم يتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة بدون تسارع, تكون قوانين الفيزياء هي نفسها لجميع الحالات. فعلى سبيل المثال, عندما تنظر من نافذة السيارة أثناء حركتها بسرعة ثابتة إلى سيارة مجاورة تبدو كأنها تتحرك. من الذي يتحرك؟ أنت أم هو؟ أدرك آينشتاين أن الحركة إذا كانت موحدة تماماً, فمن المستحيل تحديد السيارة التي تتحرك, وجعل هذا المبدأ من مبادئ الفيزياء المركزية.
المفهوم الثاني: ينتقل الضوء بسرعة ثابتة تبلغ 300 ألف كم/ثانية. بغض النظر عن مدى سرعة حركة الشخص المراقب أو سرعة تحرك الجسم الباعث للضوء. فسرعة الضوء تبقى ثابتة حتى لو كان الجسم الذي يبعثه متحركاً.
بالإعتماد على هذين المفهومين, بين آينشتاين أن المكان والزمان متشابكان بطرق لم يدركها العلماء من قبل. كما بين آينشتاين أن نتائج النسبية الخاصة غالباً من تكون غير متوقعة.
على سبيل المثال, إذا كنت تركب صاروخاً فضائياً يسير بسرعة عالية, ومررت بجانب صديقك الذي يركب صاروخاً مماثلاً, لكنه يسير بسرعة أبطأ, ماذا ستلاحظ؟
- إذا تمكنت من رؤية ساعة صديقك, ستجد أن عقاربها تتحرك بشكل أبطأ من ساعتك, ويسمى هذا الأمر بتمدد الوقت.
- سيظهر صاروخ صديقك أقصر من صاروخك, مع أنه مماثل له بالطول.
- إذا زاد تسارع صاروخك, ستزداد كتلتك وكتلة الصاروخ.
وكلما أصبح صاروخك أسرع, كلما أصبحت أوزان الأشياء أكبر وزادت مقاومة صاروخك لجهودك في جعله يتحرك بسرعة أعلى. بناء على ذلك, بيّن آينشتاين أنه لا يوجد هنالك شيء له كتلة يمكن أن يصل إلى سرعة الضوء.
ومن النتائج الأخرى للنظرية النسبية الخاصة هي أن المادة والطاقة قابلين للتحول والتبادل, وذلك من خلال المعادلة الشهيرة (E = mc²), حيث أن:
- E : مقدار الطاقة.
- m : كتلة المادة.
- c² : مربع سرعة الضوء.
ونظراً إلى أن سرعة الضوء كبيرة جداً, فحتى كمية صغيرة من الكتلة تعادل ويمكن تحويلها إلى كمية كبيرة جداً من الطاقة. لذا تعتبر القنابل الهيدروجينية والذرية قوية للغاية, حيث يتم فيها تحويل الكتلة إلى طاقة.
إقرأ أيضاً… ما هي حالات المادة الخمسة؟ وما هي حالة تكاثف بوز-آينشتاين؟
2. ما هي النظرية النسبية العامة؟
عند النظر ألى النظرية النسبية العامة بتعمق, فهي في الأصل نظرية الجاذبية. لكن الفرق هنا هو أنه بدلاً من وجود نوع من القوة (الجاذبية) التي تجذب الأشياء إلى بعضها البعض, فإن الجاذبية هي عبارة عن إنحناء أو تشوه في الفضاء.
وكلما زاد حجم الجسم, كلما زاد تشويش الفضاء المحيط به. لنأخذ الشمس كمثال, فهي ضخمة بما فيه الكفاية لتتمكن من تشويه الفضاء من حولها. كنتيجة لذلك, تتحرك الأرض والكواكب في مسارات منحية أو مدارات حولها.
كما يؤثر هذا الإلتواء على قياسات الوقت, فإذا صعد صديقك إلى قمة جبل على سبيل المثال, ستجد أن عقارب ساعته تدور بشكل أسرع مقارنة بساعتك, ومقارنة مع صديق آخر في واد سحيق, ستكون سرعة عقارب ساعته أبطأ, وذلك بسبب الإختلاف في قوة الجاذبية.
