ترى الفيزياء الكلاسيكية أن أي مراقب ، بغض النظر عن الموقع ، سيحصل على نفس النتائج في قياساته للوقت والمدى. ينص مبدأ النسبية على أنه يمكن للمراقبين الحصول على نتائج مختلفة ، وتسمى هذه التشوهات "التأثيرات النسبية". عند الاقتراب من سرعة الضوء تتحرك فيزياء نيوتن جانبًا.
سرعة الضوء
أدرك العالم أ.ميشيلسون ، الذي قاس سرعة الضوء في عام 1881 ، أن هذه النتائج لن تعتمد على السرعة التي يتحرك بها مصدر الإشعاع. جنبا إلى جنب مع E. V. أجرى Morley Michelson في عام 1887 تجربة أخرى ، وبعد ذلك أصبح واضحًا للعالم كله: بغض النظر عن الاتجاه الذي يتم فيه القياس ، تكون سرعة الضوء في كل مكان ودائمًا هي نفسها. كانت نتائج هذه الدراسات مخالفة لأفكار الفيزياء في ذلك الوقت ، لأنه إذا تحرك الضوء في وسط معين (الأثير) ، وتحرك الكوكب في نفس الوسط ، فلا يمكن أن تكون القياسات في اتجاهات مختلفة هي نفسها.
في وقت لاحق ، أصبح عالم الرياضيات والفيزياء والفلك الفرنسي جول هنري بوانكاريه أحد مؤسسي نظرية النسبية. طور نظرية لورنتز ، والتي وفقا لها القائمةالأثير ثابت ، لذا فإن سرعة الضوء بالنسبة له لا تعتمد على سرعة المصدر. في الأطر المرجعية المتحركة ، يتم إجراء تحويلات لورنتز ، وليس تحويلات جاليليو (التحولات الجليل المقبولة حتى ذلك الحين في ميكانيكا نيوتن). من الآن فصاعدًا ، أصبحت التحولات الجليل حالة خاصة لتحولات لورنتز ، عند الانتقال إلى إطار مرجعي آخر بالقصور الذاتي بسرعة منخفضة (مقارنة بسرعة الضوء).
إلغاء الأثير
التأثير النسبي لانكماش الطول ، والذي يسمى أيضًا انكماش لورنتز ، هو أنه بالنسبة للمراقب ، فإن الأجسام المتحركة بالنسبة إليه سيكون لها طول أقصر.
قدم ألبرت أينشتاين مساهمة كبيرة في نظرية النسبية. لقد ألغى تمامًا مصطلح مثل "الأثير" ، والذي كان حتى ذلك الوقت حاضرًا في منطق وحسابات جميع الفيزيائيين ، ونقل جميع مفاهيم خواص المكان والزمان إلى علم الحركة.
بعد نشر عمل أينشتاين ، لم يتوقف بوانكاريه عن كتابة الأوراق العلمية حول هذا الموضوع فحسب ، بل لم يذكر أيضًا اسم زميله في أي من مؤلفاته ، باستثناء الحالة الوحيدة للإشارة إلى نظرية التأثير الكهروضوئي. واصل بوانكاريه مناقشة خصائص الأثير ، ونفى بشكل قاطع أي منشورات لآينشتاين ، على الرغم من أنه في نفس الوقت كان يعامل أعظم العلماء باحترام وحتى أنه قدم له شهادة رائعة عندما أرادت إدارة المدرسة العليا للفنون التطبيقية في زيورخ دعوة أينشتاين. لتصبح أستاذا في المؤسسة التعليمية
النسبية
حتى العديد من أولئك الذين يختلفون تمامًا مع الفيزياء والرياضيات ، على الأقل بشكل عام ، ما هي نظرية النسبية ، لأنها ربما تكون أشهر النظريات العلمية. تدمر افتراضاته الأفكار العادية حول الزمان والمكان ، وعلى الرغم من أن جميع أطفال المدارس يدرسون نظرية النسبية ، إلا أنه لا يكفي مجرد معرفة الصيغ لفهمها بالكامل.
تم اختبار تأثير تمدد الوقت في تجربة باستخدام طائرة أسرع من الصوت. بدأت الساعات الذرية الدقيقة الموجودة على متن السفينة تتأخر بجزء من الثانية بعد العودة. إذا كان هناك راصدان ، أحدهما واقف ، والثاني يتحرك بسرعة معينة بالنسبة إلى الأول ، فإن الوقت الذي يستغرقه المراقب الساكن سيكون أسرع ، وبالنسبة للجسم المتحرك ، ستستمر الدقيقة قليلاً طويل. ومع ذلك ، إذا قرر المراقب المتحرك العودة والتحقق من الوقت ، فسيتضح أن ساعته تظهر أقل قليلاً من الأولى. أي ، بعد أن قطع مسافة أكبر بكثير على مقياس الفضاء ، "عاش" وقتًا أقل أثناء الحركة.
التأثيرات النسبية في الحياة
يعتقد الكثير أن التأثيرات النسبية لا يمكن ملاحظتها إلا عند الوصول إلى سرعة الضوء أو الاقتراب منها ، وهذا صحيح ، ولكن يمكنك ملاحظتها ليس فقط من خلال تشتيت سفينتك الفضائية. على صفحات المجلة العلمية Physical Review Letters ، يمكنك أن تقرأ عن العمل النظري للسويديةالعلماء. لقد كتبوا أن التأثيرات النسبية موجودة حتى في بطارية السيارة البسيطة. هذه العملية ممكنة بسبب الحركة السريعة للإلكترونات لذرات الرصاص (بالمناسبة ، هم سبب معظم الجهد في الأطراف). وهذا يفسر أيضًا سبب عدم عمل البطاريات القائمة على القصدير ، على الرغم من أوجه التشابه بين الرصاص والقصدير.
معادن فاخرة
سرعة دوران الإلكترونات في الذرات منخفضة جدًا ، لذا فإن نظرية النسبية لا تعمل ببساطة ، ولكن هناك بعض الاستثناءات. إذا تحركت أكثر فأكثر على طول الجدول الدوري ، يصبح من الواضح أن هناك عددًا قليلاً من العناصر أثقل من الرصاص فيه. يتم موازنة كتلة كبيرة من النوى عن طريق زيادة سرعة الإلكترونات ، ويمكنها حتى الاقتراب من سرعة الضوء.
إذا نظرنا إلى هذا الجانب من جانب نظرية النسبية ، يتضح أن الإلكترونات في هذه الحالة يجب أن يكون لها كتلة ضخمة. هذه هي الطريقة الوحيدة للحفاظ على الزخم الزاوي ، لكن المدار سيتقلص على طول نصف القطر ، وهذا بالفعل يُلاحظ في ذرات المعادن الثقيلة ، لكن مدارات الإلكترونات "البطيئة" لا تتغير. لوحظ هذا التأثير النسبي في ذرات بعض المعادن في المدارات s ، والتي لها شكل منتظم متماثل كرويًا. من المعتقد أنه نتيجة لنظرية النسبية أن الزئبق لديه حالة سائلة للتجمع عند درجة حرارة الغرفة.
السفر عبر الفضاء
الأشياء في الفضاء هي من بعضها البعضعبر مسافات شاسعة ، وحتى عند التحرك بسرعة الضوء ، سيستغرق التغلب عليها وقتًا طويلاً. على سبيل المثال ، للوصول إلى Alpha Centauri ، أقرب نجم إلينا ، ستستغرق مركبة فضائية بسرعة الضوء أربع سنوات ، وستستغرق الوصول إلى مجرتنا المجاورة ، سحابة Magellanic الكبيرة ، 160.000 سنة.
لا يزال من الممكن الطيران إلى Alpha Centauri والعودة ، لأن الأمر سيستغرق ثماني سنوات فقط ، وبالنسبة لسكان السفينة الذين يشعرون بتأثير تمدد الوقت ، ستكون هذه الفترة أقل بكثير ، ولكن عند بالعودة من رحلة إلى مجرة مجاورة ، سيجد رواد الفضاء أنه في موطنهم الأصلي مرت ثلاثمائة وعشرون ألف سنة على هذا الكوكب ، وربما لم تعد الحضارة الإنسانية موجودة منذ فترة طويلة. وبالتالي ، فإن التأثيرات النسبية تسمح للناس بالسفر عبر الزمن. وتعتبر هذه من المشاكل الرئيسية لاستكشاف الفضاء ، فما الفائدة من احتلال الفضاء الخارجي إذا لم يكن هناك سبيل للعودة؟
أنشطة أخرى
بالإضافة إلى التمدد الزمني الشهير ، هناك أيضًا تأثير دوبلر النسبي ، والذي وفقًا له ، إذا بدأ مصدر الموجات في التحرك ، فإن الموجات التي تنتشر في اتجاه هذه الحركة سوف ينظر إليها المراقب على أنها "مضغوطة" وباتجاه إزالة الطول الموجي ستزداد.
هذه الظاهرة نموذجية لأي موجات ، لذلك يمكن ملاحظتها في مثال الصوت في الحياة اليومية. تدرك الأذن البشرية تقليل الموجة الصوتية على أنها زيادة في النغمة. لذا،عندما تسمع إشارة قطار أو سيارة من بعيد ، تكون أقل ، وإذا مر القطار من قبل المراقب ، أثناء إصدار صوت ، فسيكون ارتفاعه أعلى في لحظة الاقتراب ، ولكن بمجرد أن تتعادل الأشياء وسيبدأ القطار في التحرك بعيدًا ، وستنخفض النغمة بشكل حاد وستستمر كذلك في الملاحظات السفلية.
هذه التأثيرات النسبية ترجع إلى التناظرية الكلاسيكية للتغير في التردد عندما يتحرك المستقبِل والمصدر ، بالإضافة إلى تمدد الوقت النسبي.
حول المغناطيسية
من بين أمور أخرى ، يناقش علماء الفيزياء الحديثون بشكل متزايد المجال المغناطيسي كأثر نسبي. وفقًا لهذا التفسير ، فإن المجال المغناطيسي ليس كيانًا ماديًا ماديًا مستقلاً ، ولا حتى أحد مظاهر المجال الكهرومغناطيسي. المجال المغناطيسي من وجهة نظر نظرية النسبية هو مجرد عملية تحدث في الفضاء حول الشحنات النقطية بسبب نقل مجال كهربائي.
يعتقد مؤيدو هذه النظرية أنه إذا كانت C (سرعة الضوء في الفراغ) لانهائية ، فإن انتشار التفاعلات في السرعة سيكون أيضًا غير محدود ، ونتيجة لذلك ، لن تظهر أي مظاهر للمغناطيسية.
