إذا كنت من مغرمي الأفلام الأجنبية ذات الخيال العلمي science fiction فانك لا بد وان شاهدت احد أفلام Star Trek حيث كثيرا ما يتحدثون حول مصطلحات علمية مثل اتصال الزمان والمكان أو الثقوب السوداء أو التأخير الزمني والكثير من المصطلحات العلمية التي تعود في الأساس إلى النظرية النسبية لاينشتين أو لأحد تطبيقاتها.
إذا خطر على بالك عزيزي القارئ أن تفهم أساسيات النظرية النسبية بدون الدخول في التعقيدات الرياضية التي تأخذ جانبا كبيرا في شرح النظرية النسبية في المحاضرات الجامعية فان هذه المقالة من كيف تعمل الأشياء سوف تشرح لك النظرية النسبية بأسلوب مبسط وواضح بإذن الله.
أساسيات وخصائص الكون
في حياتنا نحن نستخدم كميات فيزيائية أساسية مثل الكتلة والمسافة والزمن لتحديد الكثير من المعلومات حول الأشياء كان نقول أن كتلة السيارة 1000 كيلوجرام أو نقيس المسافة بين القمر والأرض بأحدث الأجهزة والتي نعرف إنها تساوي 400,000 كيلومتر تقريبا وان نحسب الزمن المستغرق لرحلة بين دولتين على أنها ساعتين وأربعون دقيقة وعشرون ثانية. هذه الكميات أيضا نستخدمها في وصف الكون الذي نعيش فيه ولكن النظرية النسبية تخبرنا بان هذه الكميات الفيزيائية تتغير خصائصها وتصبح مختلفة وتتصرف بغرابة! ولكن قبل أن نوضح المقصود بذلك دعنا نوضح بعض المعلومات المتعلقة بهذه الكميات الفيزيائية.
المكان Space
المكان هو الذي نحدده بثلاثة متغيرات وهي البعد الأفقي والبعد الرأسي والارتفاع والتي نعرفها بالأبعاد المكانية والتي نحددها بالإحداثيات الثلاثة x,y,z فمثلا وأنت جالس في الغرفة وأردت أن تحدد مكان المصباح الكهربي المعلق في سقف الغرفة فانك سوف تفترض نقطة مركزية تسند لها قياساتك ولتكن احد أركان الغرفة فتحدد كم يبعد المصباح عن جانبي الحائط وكم يرتفع عن سطح الأرض هذه الأبعاد الثلاثة نستخدمها طوال الوقت في تحديد مواقعنا على الأرض وكذلك نستخدمها في تحديد مواقع الأقمار الصناعية والطائرات والأبنية على الأرض ودائما نختار نقطة إسناد محددة لنصف الأبعاد بالنسبة لها.
وبسبب هذه الأبعاد الثلاثة أصبح لدينا مصطلحات مثل يمين ويسار وفوق وتحت وأمام وخلف.
الزمان Time
يعتبر الزمان هو البعد الرابع للأبعاد المكانية التي تحدثنا عنها قبل قليل، ففي الحياة العادية نستخدم الزمن كأداة لقياس وتحديد زمن حدوث حدث معين في الفضاء. مثلا نقول إن الطائرة أقلعت من المطار في الساعة الثامنة صباحا أو أن نستخدم الزمن لتحديد موعد الاجتماع وهنا نستخدم الأبعاد الأربعة فنحدد مكان الاجتماع وزمنه ولا يمكن أن يتم الاجتماع إذا اعتمدنا فقط على تحديد المكان فقد لا يلتقي أي من المدعوين على الاجتماع مع بعضهم البعض وكذلك إذا تم تحديد موعد الاجتماع بدون تحديد المكان فقد يذهب كل مدعو في الزمن المحدد لمكان من لا يعرفه الآخرون لذلك الأبعاد المكانية والزمانية متلازمين ونستخدمهما باستمرار مع بعضهما البعض ولهذا سوف نطلق عليهما الزمكان spacetime. أي انه إذا حدث أي حدث في الكون فانه يحدث في مكان وزمان محدد. في النظرية النسبية الخاصة فان الزمكان يأخذ جانبا مهما في تحديد الأحداث وسوف نلاحظ إن الزمن سوف يختلف من شخص لآخر عندما يقومان بقياسات لجسم متحرك بالنسبة لهما، كما إن الزمكان سوف يلغي مفهوم الآنية أو اللحظية أي ان شيئيان حدثان في نفس اللحظة. والكثير من هذه الأمور الغريبة.
المادة Matter
المادة هي أي شيء يشغل حيزا في الفراغ. فأي جسم تستطيع ان تراه أو تلمسه أو يتحرك بواسطة قوة هو مادة. وكما نعلم ان المادة مكونة من بلايين الجسيمات الدقيقة التي تعرف باسم الذرات. فالماء على سبيل المثال هو عبارة عن مركب من اتحاد ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين مع بعضهما البعض ليشكل جزئ الماء H2O.
ولتوضيح الأمر أكثر دعنا ندخل في تركيب الذرة نفسها حيث ان كل ذرة مكونة من ثلاثة جسيمات هي النيوترونات والبروتونات والالكترونات. النيوترونات والبروتونات موجودة مركز الذرة في حيز صغير جدا يسمى النواة nucleus والالكترونات تدور حول النواة في مدارات محددة. النيوترونات جسيمات ليس لها شحنة في حين ان شحنة البروتونات موجبة الشحنة والالكترونات ذات شحنة سالبة. تعتبر كتلة البروتونات والنيوترونات كبيرة بالنسبة لكتلة الإلكترون حيث ان كتلة البروتون تعادل كتلة 2000 إلكترون تقريبا. تعتمد خواص المواد على عدد الالكترونات والبروتونات والنيوترونات التي تشكلها.
الحركة Motion
أي شيء يغير مكانه في الفراغ نقول انه يتحرك، وتخيل الآن الأشياء التي تتحرك حولك وإذا نظرت للأمر بشكل أوسع ستدرك انك وأنت جالس تقرأ الآن أيضا تتحرك مع حركة الكرة الأرضية وسوف تكتشف أن كل شيء في هذا الكون في حركة مستمرة. وكما سنرى فيما بعد أن هناك الكثير من الأمور الشيقة التي تصاحب الحركة عند دراستها.
اقرأ المزيد: فليـبـيديا: النظرية النسبية - الجزء الأول
إذا خطر على بالك عزيزي القارئ أن تفهم أساسيات النظرية النسبية بدون الدخول في التعقيدات الرياضية التي تأخذ جانبا كبيرا في شرح النظرية النسبية في المحاضرات الجامعية فان هذه المقالة من كيف تعمل الأشياء سوف تشرح لك النظرية النسبية بأسلوب مبسط وواضح بإذن الله.
أساسيات وخصائص الكون
في حياتنا نحن نستخدم كميات فيزيائية أساسية مثل الكتلة والمسافة والزمن لتحديد الكثير من المعلومات حول الأشياء كان نقول أن كتلة السيارة 1000 كيلوجرام أو نقيس المسافة بين القمر والأرض بأحدث الأجهزة والتي نعرف إنها تساوي 400,000 كيلومتر تقريبا وان نحسب الزمن المستغرق لرحلة بين دولتين على أنها ساعتين وأربعون دقيقة وعشرون ثانية. هذه الكميات أيضا نستخدمها في وصف الكون الذي نعيش فيه ولكن النظرية النسبية تخبرنا بان هذه الكميات الفيزيائية تتغير خصائصها وتصبح مختلفة وتتصرف بغرابة! ولكن قبل أن نوضح المقصود بذلك دعنا نوضح بعض المعلومات المتعلقة بهذه الكميات الفيزيائية.
المكان Space
المكان هو الذي نحدده بثلاثة متغيرات وهي البعد الأفقي والبعد الرأسي والارتفاع والتي نعرفها بالأبعاد المكانية والتي نحددها بالإحداثيات الثلاثة x,y,z فمثلا وأنت جالس في الغرفة وأردت أن تحدد مكان المصباح الكهربي المعلق في سقف الغرفة فانك سوف تفترض نقطة مركزية تسند لها قياساتك ولتكن احد أركان الغرفة فتحدد كم يبعد المصباح عن جانبي الحائط وكم يرتفع عن سطح الأرض هذه الأبعاد الثلاثة نستخدمها طوال الوقت في تحديد مواقعنا على الأرض وكذلك نستخدمها في تحديد مواقع الأقمار الصناعية والطائرات والأبنية على الأرض ودائما نختار نقطة إسناد محددة لنصف الأبعاد بالنسبة لها.
وبسبب هذه الأبعاد الثلاثة أصبح لدينا مصطلحات مثل يمين ويسار وفوق وتحت وأمام وخلف.
الزمان Time
يعتبر الزمان هو البعد الرابع للأبعاد المكانية التي تحدثنا عنها قبل قليل، ففي الحياة العادية نستخدم الزمن كأداة لقياس وتحديد زمن حدوث حدث معين في الفضاء. مثلا نقول إن الطائرة أقلعت من المطار في الساعة الثامنة صباحا أو أن نستخدم الزمن لتحديد موعد الاجتماع وهنا نستخدم الأبعاد الأربعة فنحدد مكان الاجتماع وزمنه ولا يمكن أن يتم الاجتماع إذا اعتمدنا فقط على تحديد المكان فقد لا يلتقي أي من المدعوين على الاجتماع مع بعضهم البعض وكذلك إذا تم تحديد موعد الاجتماع بدون تحديد المكان فقد يذهب كل مدعو في الزمن المحدد لمكان من لا يعرفه الآخرون لذلك الأبعاد المكانية والزمانية متلازمين ونستخدمهما باستمرار مع بعضهما البعض ولهذا سوف نطلق عليهما الزمكان spacetime. أي انه إذا حدث أي حدث في الكون فانه يحدث في مكان وزمان محدد. في النظرية النسبية الخاصة فان الزمكان يأخذ جانبا مهما في تحديد الأحداث وسوف نلاحظ إن الزمن سوف يختلف من شخص لآخر عندما يقومان بقياسات لجسم متحرك بالنسبة لهما، كما إن الزمكان سوف يلغي مفهوم الآنية أو اللحظية أي ان شيئيان حدثان في نفس اللحظة. والكثير من هذه الأمور الغريبة.
المادة Matter
المادة هي أي شيء يشغل حيزا في الفراغ. فأي جسم تستطيع ان تراه أو تلمسه أو يتحرك بواسطة قوة هو مادة. وكما نعلم ان المادة مكونة من بلايين الجسيمات الدقيقة التي تعرف باسم الذرات. فالماء على سبيل المثال هو عبارة عن مركب من اتحاد ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين مع بعضهما البعض ليشكل جزئ الماء H2O.
ولتوضيح الأمر أكثر دعنا ندخل في تركيب الذرة نفسها حيث ان كل ذرة مكونة من ثلاثة جسيمات هي النيوترونات والبروتونات والالكترونات. النيوترونات والبروتونات موجودة مركز الذرة في حيز صغير جدا يسمى النواة nucleus والالكترونات تدور حول النواة في مدارات محددة. النيوترونات جسيمات ليس لها شحنة في حين ان شحنة البروتونات موجبة الشحنة والالكترونات ذات شحنة سالبة. تعتبر كتلة البروتونات والنيوترونات كبيرة بالنسبة لكتلة الإلكترون حيث ان كتلة البروتون تعادل كتلة 2000 إلكترون تقريبا. تعتمد خواص المواد على عدد الالكترونات والبروتونات والنيوترونات التي تشكلها.
الحركة Motion
أي شيء يغير مكانه في الفراغ نقول انه يتحرك، وتخيل الآن الأشياء التي تتحرك حولك وإذا نظرت للأمر بشكل أوسع ستدرك انك وأنت جالس تقرأ الآن أيضا تتحرك مع حركة الكرة الأرضية وسوف تكتشف أن كل شيء في هذا الكون في حركة مستمرة. وكما سنرى فيما بعد أن هناك الكثير من الأمور الشيقة التي تصاحب الحركة عند دراستها.
اقرأ المزيد: فليـبـيديا: النظرية النسبية - الجزء الأول