في نوفمبر 1915، البرت اينشتاين لقد كان يستمتع بأحد أبرز معالم حياته المهنية كعالم وقدم أعماله اللامعة نظرية النسبية أمام الأكاديمية البروسية للعلوم، في برلين. وبعد أربع سنوات، في 29 مايو 1919، وصل العلم في القرن العشرين إلى ذروته بتأكيد هذه النظرية.
لكن، مقالاتك المبكرةحيث قام بدمج الأفكار النسبية الأولى في العالم العلمي، والتي يعود تاريخها إلى عام 1905، ونشرت عندما كان عمر الفيزيائي 26 عامًا. إذا كنت تحمل نسخة من تلك النصوص بين يديك الآن، فسوف تندهش سهولة القراءة. النص بسيط والمعادلات لا تتجاوز التعقيد الذي يمكن أن تسببه بعض مشاكل الجبر الرياضي.
لأن أينشتاين كان لديه طريقة تفكير مرئية للغاية، عرض المشكلات العقلية الصغيرة وحلها في ذهنه، مع أسلوب التعبير عن الأفكار بوضوح تام. مثال على هذه العملية التنموية هو مفارقته المزدوجة الشهيرة.
4 خلافات كبيرة حول العلوم
وبشكل عام، نشأ أينشتاين مبدأين: النسبية العامة تهتم بمجال الجاذبية والأنظمة المرجعية، أما النسبية الخاصة فتهتم بفيزياء الحركة كدالة للزمكان. وقد أدى عملهم بشكل جماعي إلى تغيير النظرة إلى الكون والعديد من الظواهر والمفاهيم مثل الزمان والمكان والجاذبية بشكل كامل.
لذلك، على الرغم من صعوبة فهمها ومواجهتها مخيفة بعض الشيء، إلا أنه يمكن تبسيطها إلى سلسلة من النقاط الرئيسية التي يمكن جمعها ويمكن لأي شخص يريد جمع نتائجها الوصول إليها. ولذلك نقدم لكم، خمس نقاط رئيسية وأخيرا لفهم النظرية النسبية.
سرعة الضوء معدومة تماما
إحدى النقاط الرئيسية للنظرية النسبية تنص على أن الضوء ينتشر دائما 300.000 كم / ثانية بغض النظر عن النظام المرجعي الذي نلاحظه. ماذا يعني حقا هذا؟ يشرح أينشتاين هذا الأمر بكل بساطة من خلال إحدى ألعابه الذهنية.
طريقة جديدة لتحديد كتلة النجم
وضع شخص في قطار يتحرك بسرعة 100 كيلومتر في الساعة. وبالتوازي مع ذلك، يسافر شخص آخر في قطار آخر في نفس الاتجاه، لكن هذا القطار يسير بسرعة 90 كيلومترًا في الساعة. ولذلك فإن مراقب القطار الثاني سيلاحظ أن القطار الأول يتحرك بسرعة 10 كيلومتر في الساعة فقط وليس بسرعة 100 كيلومتر في الساعة إذا توقف قطاره فجأة. أي السرعة التي يُرى بها القطار الأول يعتمد على النظام المرجعي الخاص بك توقفت أو تحركت. حسنًا، هذا ليس صحيحًا مع الضوء.
يقول أينشتاين أنه بغض النظر عن المكان الذي تنظر إليه، سواء كنت تتحرك أم لا، يمكنك أن ترى أن الضوء يتحرك دائمًا بنفس السرعة: 300 ألف كيلومتر في الثانية. إذا كنت تستخدمه للعبتك الخاصة، فيجب على الشخص الموجود في القطار الأول والثاني أن يرى الضوء يتحرك بنفس السرعة. هكذا تقول النظرية النسبية ضوء لا يتغيرأي أن الحجم ثابت دائمًا.
الوقت نسبي
الاستنتاج المهم الآخر لهذه النظرية هو أن الزمن، على عكس سرعة الضوء، انها ليست شاملة ويعتمد على حركة الجمهور. أي أن الحدثين اللذين يظهران في وقت واحد من وجهة نظر شخص ما قد لا يكونان متزامنين من وجهة نظر شخص آخر. والشيء الأكثر إثارة للاهتمام في كل هذا هو كلاهما سيكون صحيحا.
لفهم ذلك، يستعيد أينشتاين المثال العقلي للقطارات. تتضمن هذه الطريقة وقوف أول شخص بالقرب من السكة أثناء مرور القطار. ثم يضرب البرق السيارة الأولى والأخيرة تمامًا كما تقترب السيارة التي في المنتصف. وبما أنه على مسافة متوسطة من كلا الحدثين، فإن ضوءه يصل إلى العين في نفس الوقت، ويمكنه أن يتيقَّن دون خطأ أن الشعاعين قد أصابا. في نفس الوقت.
الآن، بالنسبة لشخص آخر يجلس في نفس السيارة المركزية، داخل القطار، فإن الأمور مختلفة تمامًا، ولكنها صحيحة بنفس القدر. ومن وجهة نظرهم، فإن الأشعة ستسافر نفس المسافة، ولكن بسبب الحركة النسبية للقطار، فإن الضوء الصادر من الشعاع عند الذيل سيصل إلى المراقب لاحقًا. لذلك سيقول أيضًا دون فشل أن البرق قد ضرب في أوقات مختلفة.
هذه الفكرة غير بديهي للغايةوهو سبب متناقض على ما يبدو، لكنه ليس كذلك. مثال آخر مفيد للغاية على هذا التقدير المقارن مع مرور الوقت هو المفارقة المزدوجة، وهي معقدة بعض الشيء، ولكنها مثيرة للاهتمام.
الزمان والمكان ليسا مستقلين
ومن بين أفكار أخرى، تسلط النظرية النسبية الضوء على أهميتها إعادة تعريف مفاهيم المكان والزمانوهي ليست مصطلحات مستقلة، ولكن يتم دمجها في مصطلح واحد يعرف باسم واحد وقت فراغ. يبدو الأمر كما لو أن المفهومين رفيقان لا ينفصلان: ما يحدث لأحدهما يؤثر على الآخر.
أينشتاين في أحد دروسه
هذه العبارة، بالنسبة لأينشتاين، هي نتيجة واضحة لنسبية الزمن: إذا حدث حدث مثل البرق الذي يضرب قطارًا في وقت مختلف اعتمادًا على موقع كل شخص، فيجب أن يكون المفهومان متماثلين. هكذا، لا يمكن علاجها بشكل مستقل للاخر.
على حد تعبير الفيزيائي: “أنا مينكوفسكي ثانٍ، حيث أنه من الآن فصاعدًا، من المقدر للمكان والزمان أن يتلاشى في الظل بشكل منفصل، ولا يمكن أن يوجد سوى اتحاد الاثنين. جزء من الواقع“.
الكتلة تساوي الطاقة
هل تعرف المعادلة الشهيرة؟ E = مولودية2؟ حسنًا، ربما تكون هذه هي النتيجة الأكثر شهرة للنظرية النسبية. كما أنه من الناحية العلمية كان علامة فارقة، لأنه بهذه المعادلة البسيطة والأنيقة تمكن أينشتاين من الجمع بين نتيجتين مذهلتين.
أولا، يقول ترتبط الطاقة والكتلة وقد يصبحان متكافئين عمليا. وكمثال توضيحي، يطلب منك الفيزيائي أن تتخيل جسمًا يصدر نبضتين من الضوء في اتجاهين متعاكسين. وبما أن كل نبضة تحمل كمية معينة من الطاقة، فإن طاقة المادة نفسها، التي تطلقها لتلك النبضات، تتناقص. حسنًا، لقد حدد أينشتاين من خلال الصيغ الجبرية أنه لكي تكون المادة متماسكة، يجب أن تفقد كتلتها أيضًا. أي أن الطاقة والكتلة مرتبطتان ارتباطًا مباشرًا.
العديد من رسائل أينشتاين عن هتلر معروضة للبيع بالمزاد
ومن ناحية أخرى، وبشكل أكثر عمقا، تحمل هذه المعادلة المفتاح لتفسير نتيجة أخرى مهمة: لماذا لا يستطيع الجسم المتحرك أن يصل إلى سرعة الضوء؟. أيضًا، وفقًا للمعادلة، لكي يحدث هذا، يجب أن تكون كتلة المادة لا نهائية، مما يتطلب كمية لا حصر لها من الطاقة فوق ذلك، وهو أمر مستحيل. ولذلك، يُشترط أن الأجسام عديمة الكتلة أو الموجات ذات الكتلة صفر هي فقط التي يمكنها الوصول إلى سرعات مشابهة لسرعة الضوء.
الجاذبية هي مجرد تشويه
إذا كانت هذه النظرية بأكملها مبنية على أفكار بديهية وسريالية تقريبًا، فيبدو أن فكرة أينشتاين واستنتاجه عن الجاذبية مأخوذ من إحدى قصص كافكا. وهذا كل شيء، كما تقول الزمان والمكان ليس متساويالكنه تالف بسبب الكائنات الموجودة فيه.
رسم تخطيطي تمثيلي للجاذبية كمنحنى للزمكان
لذا، تخيل أنك تحمل قطعة قماش كبيرة في الهواء وتمدها أفقيًا. إذا رمينا عليها كرة صغيرة، فسوف تغرق قليلاً. الآن، إذا وضعنا كرة أكبر على مسافة أبعد قليلاً، فسوف تنثني القماش كثيرًا بحيث تتحرك الكرة الأصغر نحوها بسبب ميل الكرة الثانية في القماش. حسنًا، وفقًا لأينشتاين، هذا ما يحدث في الكون. نحن أو الأشياء التي نتعامل معها هي عبارة عن كرات صغيرة لا يمكنها ثني القماش، على سبيل المثال، الأرض هي تلك الكرة الكبيرة. يدمر النسيج بشكل كبير يجذبنا إليه.
وبذلك اختتم أينشتاين النظرية النسبية، مشيرًا إلى أن الجاذبية ليست قوة، بل هي نتيجة انحناء مستوى الزمكان وابتعاده عن الجدول. واحدة من أهم النتائج وهذا يعني أن الفيزياء طوال القرن العشرين، وربما العلم معها في القرن الحادي والعشرين.
