النظريه النسبيه




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

تطور مفهوم الابعاد مع تطور الانسان واقصد هنا تطوره في الحياة ففي الزمن الاول 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 الى التعامل مع مساحة من الارض تحدد بالطول والعرض وهذا يعد استخدام بعدين هما x و y لانه بدونهما لايستطيع تقدير مساحة الارض المزروعة وعندما احتاج الانسان للبناء اخذ 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 الارضية وحتى يومنا هذا نعتمد على الابعاد الثلاثة في تنقلاتنا وسفرنا وحساباتنا

اينشتين هو العالم الوحيد الذي فكر في البعد الرابع الزمن وقال ان الكون الذي نعيشه ذو اربعة 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 الى قدرات تخيلية اضافية ولكن من الصعب التفكير والتخيل بالابعاد الاربعة معا وخصوصا ان البعد الرابع وهو الزمن لايمكن رويته ولكننا نعيشه وندركه كمسلمة من مسلمات الوجود فاذا اعتبرنا ان هندسة الكون تعتمد على اربعة ابعاد فان حساباتها ستكون غاية في التعقيد ونتائجها غير متوقعة وهذا مافعله اينشتين 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 اننا سلمنا بان هذه المقاييس مطلقة ولكن هذا يخالف النظرية النسبية التي تقوم على انه لا وجود لشيء مطلق في كل هذه الاشياء انما هي نسبية فالدقيقة 60 ثانية التي نقيسها بساعاتنا يمكن ان يقيسها اخر على انها اقل من دقيقة او اكثر وكذلك المتر العياري طوله متر بالنسبة للشخص الذي يحمله ولكن بانسبة لاخر 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 لخطا في القياسات بين الشخصين او خلل في الات الرصد التي يستخدمونها فكل منهما يكون صحيحا ولكن بالنسبة له ولهذا سميت بالنظرية النسبية والكثير من الامور المسلم بها في حياتنا والتي نعتبرها مطلقة تصبح نسبية في عالم النسبية.

بمفهوم اينشتين والتعامل مع الزمن على انه بعد من الابعاد يصبح كل شيء نسبيا فمثلا نعرف ان 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 لتاثير الجاذبية عليها فيقل الوزن قليلا في المرتفعات ويزيد في المنخفضات نتيجة لتغير تاثير الجاذبية حسب بعدنا او قربنا من مركز الارض وهذا التغير يكون في حدود جرام واحد فقط ولكن اينشتين يبين ان الكتلة تتخلى عن تاثير الجاذبية وتتغير في حدود اكبر بكثير قد تصل الى الالاف ولا علاقة لتغير الكتلة بالجاذبية ان ثبوت المقاييس والابعاد عند اينشتين 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 سالت نفسك عزيزي القارئ في هذه اللحظة هل انت ثابت ام متحرك فستنظر حولك بكل تاكيد وتقول انا لست متحرك فانا ثابت امام جهاز الكمبيوتر وعلى الارض وهذا صحيح فانت ثابت بالنسبة للكمبيوتر والارض اي الكرة الارضية ولكن هذا ليس صحيح بالنسبة للكون فانت 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 الى الكون. اذا عندما اعتقدت انك ثابت فهذا بالنسبة للاشياء حولك ولكن بالنسبة للكون فكل شيء متحرك وخذ على سبيل المثال هذه الارقام .....

سرعة دوران الارض 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 الى 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 ام ان المجرات هي التي تبتعد عنا بهذه السرعة فعلى سبيل المثال اذا ارد شخص ان يصف لنا سفره من مطار غزة الى مطار دبي الدولي فانه يقول غادرت الطائرة مطار غزة في الساعة الثالثة ظهرا واتجهت شرقا لتهبط في مطار دبي الدولي الساعة السادسة مساء. ولكن لشخص اخر في مكان ما في الكون يرى ان الطائرة ارتفعت عن سطح الارض في غزة واخذت تتباطا حتى وصلت مطار دبي لتهبط فيه او 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 ان نوكد ان الاتجاهات الاربعة شمال وجنوب وشرق وغرب والكلمات فوق وتحت ويمين وشمال هي اصطلاحات لا وجود لها في الكون فلا يوجد تحت او فوق ولاشمال او 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.



ولد في مدينة الم في المانيا وكان والداه هرمان و يولين اينشتاين يهوديين منحدرين من اسلاف فلاحين لا يبالغون في تدينهم كان والده يدير معملا كهر بائيا صغيرا بتمويل من احد اقارب يولين وكان اخفاقه قبل ان يكمل البرت السنة الاولى من عمره هو سبب رحيله الى مونيخ حيث كون مع اخيه جاكوب شراكه بحيث ادار صناعة للكهروكيمياويات وبعد سنه ولدت مايا اخت البرت لم تكن هذه العائلة متمسكة دينيا فلم تكن تراعي شعائر اليهود
كان البرت مثل نيوتن طفلا غير سابق لاوانه فكان بطيئا في تعلم الكلام ولم تجر الالمانية على لسانه بسهوله الا حين اصبح في العاشرة وخشي والداه ان يكون بليدا او متخلفا ولكن على الارجح كان يميل الى احلام 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 بانه لا اهمية للمجال الذي يختاره لابنه لانه لن يفلح في اي مجال ابدا وفي عام 1889 انتقل البرت الى ثانوية لويتبولد وهي مدرسه المانية نموذجيه حيث كان يعنى المعلمون بالمحافظة على انضباط الطلاب مثلما يعتنون بتعليمهم دروسهم فغرس هذا الجو القسري القاسي في نفس البرت ميزة الارتياب بالسلطة وخاصة التعليمية وقد اكد البرت بعد ذلك ان معلمين هذه المدرسة غير صالحين لعMAK وهي كغيرها من المدارسة وهذا ما اثبت لالبرت ان على المرء ان يكون شكاكا دائما بالاعراف العلمية فقط وهي الطريقة التي اتخذها البرت في نظرته للميكانيكا التقليدية حين كان يعتقد اغلب المدرسين ان الفيزياء انتهت ولم يتبقى منها سوى القليل وقد حدث لالبرت حادث ترك اثر عميقا في نفسه اذ عثر على كتاب وهو في الثانية عشر عن الرياضيات وتعلم منه الهندسة قبل ان تدرس له في المدرسة وترك اتساق النظريات اثرا لم ينمحي
في عام 1894 بعد ان اخفق هرمان في عمله انتقل والداه واخته الى ميلانو في ايطاليا ولما لم يكن البرت قد استوفى شروط شهادته التي كانت ضرورية لقبوله في الجامعة فقد تخلف عن اسرته وبقي في رعاية بعض الاقارب ولما لم يكن سعيدا في مدرسته والمنزل بدا يهمل في عمله الى ان طلب منه اخيرا احد الاساتذة ان يترك الثانوية فقبل البرت نصيحته بكل سرور ورحل الى ميلانو للانضمام الى اسرته وقد بدا يفكر جديا بسبب وضع اسرته المالي القلق في نوع المهنة التي عليه ان يمارسها ولاسيما ان افتقاره للشهادة الذي حرمه من الانتساب الى اي جامعه في ايطاليا ’ ولكن سرعان ما علم ان معهد البوليتكنيك المتعدد التقانات في زوريخ في سويسرا لا يتطلب شهادة ثانوية لانتساب اليه وان ما على الطالب المرشح الا ان يجتاز فحص القبول وهكذا سافر اينشتاين الى سويسرا وتقدم للامتحان ولكنه لم ينجح وكان اخفاقه ناجما عن عدم تحضيره المناسب اكثر مما كان ناجما عن افتقاره للمعرفة في علوم الرياضيات الاساسية لذلك انتسب الى المدرسة الثانوية في ارو واجهد نفسه في دراسة الموضوعات الضعيفة لديه مثل علم الاحياء واللغات وقد وجد اينشتاين ان سنته في ارو كانت سارة بخلاف سنواته في ثانوية لويتبولد فمعظم المعلمين كانوا يظهرون اهتمام اكبر في تعليم الطلاب ان يفكروا وحدهم بدلا من ان يرهبوهم ومهما يكن فقد تقدم للامتحان القبول في عام 1896 ونجح فيه نجاحا حسنا هياه لمتابعة اربع سنوات بعدها يصبح معلما وقد اتى قبوله في معهده البوليتكنيك السويسري في اواسط نفس العام بعد ستة اشهر من تخليه عن الجنسية الالمانية رسميا وظل بلا جنسيه لنه لم يطلب الجنسية السويسرية ولم تكن سنوات المعهد الخارقة فقد استمر في مناقشات طويلة مع اصدقائه في مواضيع تتدرج من السياسة والدين الى العلم والرياضيات وكان لا يهتم كثير بملبسه ويعزف على كمانه من حين الى اخر في حفلات موسيقيه فرديه وكان يقوم بنزهات طويلة سيرا على الاقدام في الريف وتعلم قيادة المركب الشراعي وقد وجد بعد جو دراسته الاكاديمية الكئيب في المانيا حياة راقيه ولطيفه في المعهد غير ان موقفه الواهن وغير النشط تجاه قاعات الدرس لم يتغير فنادرا ما كان يحضر المحاضرات وكان يقرا كتبه في غرفته ويستعير الملخصات من زملائه كي ينجح في امتحانه ومع ذلك وجد البرت ان الشروط الاكاديمية تتطلب منه لكي يحقق رغبته في ان يصبح فيزيائي ان يكون لديه اساس متين في علوم الرياضيات كما اقنعت مطالب المنهج البرت بميزة نظام التعليم الذاتي فاجبر نفسه على امتلاك ناصية المبادئ الاساسية وبعد نيله الشهادة عام 1900 اخفق في الحصول على مركز مساعد في المعهد لان عدم اهتمامه لم يشجع احد من الاساتذة على قبوله وقد تدبر عمل في زوريخ مع ا ز ولفر مدير مرصد السويسري الفدرالي حيث مكنه تعيينه من ان يفي بمتطلبات الحصول على الجنسية السويسرية وفي كانون الاول /ديسمبر من عام 1900 ظهر اول بحث منشور لاينشتاين في مجلة فيزيائية وهو عمل استوحاه من اعمال الكيميائي استفالد الطليعية في مبادئ التحليل الكهربي ومع ان هذه المقالة لم تكسب البرت منصبا في البحث العلمي فانه استكمل كسب عيشه بالتعليم والدروس الخاصة وفي اثناء هذا العمل غير المضمون اكمل اطروحة في النظرية الحركية للغازات وارسلها الى 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 للتامل في المكان والزمان وطبيعة العالم الفيزيائي وهكذا كان البرت طيلة السنوات التالية يطور افكاره في شقته الصغيرة في برن ’ افكار ثوريه عن المكان والزمان , ثم تمكن بزواجه من زميلة سابقه في الدراسة هي ميليفا ماريك ان يتجنب استهلاك وقته في شوون الطبخ والتنظيف وكان من المشكوك فيه ان البرت اهتم يوما بكي سرواله فقد قضى معظم وقته حر يفكر في فيزياء نيوتن فطور بالتدريج هيكل النظرية بان مفهوم المكان والزمان عند نيوتن مفهمو خطئ والملفت للنظر ان البرت لم يتدارس افكاره مع اي فيزيائي اخر بل طورها لوحده وحين ارسل ثمرة بحوثه في مقالات الى مجلة physik annalen der لم يكن قد حصل على الدكتوراه بعد لذلك خشي وهو لا يحمل اي صفه علميه بارزه ان لا ينظر بجديه لها ولكن طبيعة مقالاته الثورية انكشفت لحسن الحظ اذ راى فين رئيس تحرير المجلة انها كانت اعمال شاب في مقتبل العمر26 سنه يمتلك بصيرة رائعة في الفيزياء فالبحوث كانت قصيرة نسبيا ولكنها جميعا تحوي الاساسيات لتصبح نظريات جديدة ومع ذلك لم يقبل الجميع افكار اينشتاين منذ البدء لان عددا من العلماء المحافظين ظلوا يعارضونها كانت نتائجها ثوريه ساحقة الى ان اتى الفيزيائيون التجريبيون واثبتوا صحت النظرية وعلى الرغم من استقبال علماء اوروبا لاينشتاين الا ان العلماء الذين حققوا نجاح على افكار نيوتن عارضوا هذه الافكار الثورية وكان اينشتاين يجل ماكس بلانك الذي كان معجب بافكار اينشتاين وقد هدمت هذه الافكار معظم الفيزياء النيوتينية فمثلا كانت ان اي جسيم يستطيع ان يسير باي سرعة يريدها بشرط وجود القوه اللازمة لتلك السرعة لكن هذه الفكرة خطا لانه لاشي يسير باسرع من الضوء واثبت اينشتاين بعكس نيوتن انه لكي نسرع جسم بسرعة الضوء نحتاج الى ما لا نهاية من الطاقة وهذا مستحيل لان الطاقة الكونية محدودة عين البرت اينشتاين استاذ في جامعة زوريخ عام 1909 لم يغير دخوله الى المجتمع الاكاديمي شي من اسلوب حياته وانتقل الى براغ عام 1910 وعندما وصل براغ بدا يكون افكاره التي اصبحت اساس النظرية النسبية العامة من انحناء الزمكان بالكتل والطاقة سرعان ما اكتشف ان واجباته الجامعية الرسمية ولاسيما العمل التجريبي الرتيب يستهلك وقته وفي عام 1912 غادر الجامعة الالمانية وعاد الى زوريخ ومكث سنه فيها وبعدها قبل منصب مدير القيصر ولهلم في برلين ولم يكن البرت يهتم بالمانيا او شعبها لانه تخلى عن الجنسية وهو مراهق غير ان بلانك ونرنست غيرا رايه كي ينضم اليهم في برلين وايضا عرض عليه منصب استاذا شرف في جامعه برلين وهذا المنصب يحرره من المحاضرات وجلسات المعامل المملة انتقل الى برلين بعائلته عام 1914 لم تستطع زوجة ميليفا العيش في برلين وهجرته وعادة الى سويسرا مع ولديها كان البرت منشغل في تصحيح الاخطاء الرياضية في معادلاته الا ان الحرب قد اندلعت فتغيرت الاوضاع وانخرط جميع زملائه في تعزيز الجهود الحكومية الحربية ولكن البرت انيشتاين تجنب هذا العمل وكان ضد كل هذه الحرب وهذا الاجتياح الالماني ولكن لم يكترث احد له وفي نهاية الثلاثينات توصل الى انه لا غنى عن الحرب التي تخلص العالم من ادولف هتلر و في عام 1916 لخص اينشتاين نظريته العامة في بحث نشر في مجلة annalen derphysic بين في اقل من 60 صفحه ان الفضاء ليس مجرد ستار تتجلى عليه الحوادث بل هو نفسه بنية اساسيه تتاثر بطاقة الاجسام التي يحويها وبكتلتها وقد علق ماكس برون على النظرية بقوله تبدو لي النظرية انها اعظم انجاز حققه الفكر البشري عن الطبيعة وانها اعظم تركيب مذهل يجمع بين النظرة الفلسفية الثاقبة والالهام الفيزيائي والمهارة الرياضية ولكن ارتباطها بالتجربة كان هزيلا لدرجة انها تعجبني ما يعجبني اي عمل فني عظيم اتمتع به و اتامله باعجاب ولكن عن بعد وكان المقال يتضمن هندسة جورج ريمان القائلة بالانحناء الموجب والتي طرحة جانبا مستويات اقليدس والمسطحات والخطوط المستقيمة فاصبح بلامكان اعطاء وصف رياضي لانحناء المكان بالطاقة والمادة ولانعطاف اشعة الضوء بالثقالة هذه الافكار كانت نتيجة تركيز شديد اهمل اينشتاين اثنائه كل شي حتى انه اهمل صحت وعانى عام 1917 من انهيار عصبي بعد ان كان نشر بحثين اخرين لهما نفس الشان عالج في اولهما اصدار الضوء المحفوز وكان اساس تقنيات الليزر وعالج في الثاني بنية الكون التي وضعت اساس موضوع علم الكونيات الكوسمولوجيه الحديث وسرعان ما استعاد صحتة بمساعدة ابنة عمه ليزا التي تزوجها عام 1919 وقد اشتهر البرت اينشتاين في الاوساط العلمية في هذا الوقت بانه من اعظم الفيزيائيين وعندما سافرت البعثة البريطانية الى جزيرة برنسيب عام 1919 بقيادة ارثر ادنغتون في خليج غينية حيث التقطت صور فوتوغرافية لكسوف الشمس اظهر تحليلها بعد ستة اشهر ان مسار الضوء الوارد من نجم بعيد قد انعطف فعلا عند مروره بالقرب من قرص الشمس بتاثير الحقل الثقالي للشمس ادت هذه النظرية التي اعادة تنظيم المكان والزمان الى سيل من المقالات عن هذه النظرية والكتب وكان مثيره للجميع لانها تعارض الافكار الاساسية وايضا كان ظهور اينشتاين عادي مثير للاعجاب وانهالة عليه العروض كي يلقي محاضرات الا انه تجاهل الكثير منها لانها تاخذ وقت كبير على حساب عمله ومع لك فقد شارك في نشاط الحركة الصهيونية التي كانت تسعى لاقامة وطن يهودي في فلسطين كما وضع شهرته في خدمة جهودهم لجمع الاموال الازمه ثم منح في عام 1922 جائزة نوبل في الفيزياء ولكن القرار لم يكن من اجل النسبية لان الفرد نوبل الذي اوصى بالجائزة اشترط في وصيته ان تعطى للاكتشافات التي تستفيد منها البشرية وكان من الصعب ان تتفق اللجنة على الطريقة التي تحسن بها النظرية النسبية من ظروف الانسان كان البرت معجب بنيلز بور وكان الاخر كذالك ولكن كلا منهما يرى ان الاخر على ضلال بشان افكار هما حول النظرية الكمومية فكان البرت معارضا لها ونيلزبور مقتنع بها ولاسيما ان البرت هو من اعاد لها الحياة حيث انه اثبت ان الضوء يتالف من امواج وجسيمات ودعم الفكرة القائلة انه يمكن تطبيق فرضية بلانك على المادة نفسها كما طبقت على الاشعاع اما بور فهو الذي اتى بالتاييد العلمي لاولى هاتين الفكرتين مبدا التتامية وجعل للفكرة الثانية اساس معقول بتفسير نموذج ذرة ردرفورد النووي ومع ذلك ولدت هذه الافكار خلاف كبير بين الرجلين واقر الناس لبور بالنصر الا ان البرت رفض الاستسلام لانه كان يومن بالحتمية ويقول ان الله لا يلعب بالنرد واما بور فقد قال انه ليس ظروري في الكم لسببيه وهذا الخلاف جعل البرت ينسحب من سواد المويدين للفيزياء الحديثه وبقي البرت في برلين الى ان وصل هتلر الى السلطة عام 1933 وقد اصبح عرضه للقتل لانه كان داعيه للسلام ولم يكن يميل للحرب فكان الفاشيون ينتقدونه لذلك وتحط من قدره وكان يريد ان يرحل من المانيا الى الابد ولكن كان بلانك يمنعه لانه يرى في ذلك خساره كبيره لالمانيا وكان يعلم انه في اكبر صرح علمي وكان يخشى اذا رحل لا يستطيع ان يكمل الهيكله الرياضيه التي كان قد بدا فيها عام 1920 كي يجمع الكهرطيسيه والثقاله في نظرية الحقل الموحد واعتلى هتلر السلطه وكانت نهاية حياة اينشتاين في برلين سافر الى امريكا في جوله لدعايه ثم عاد الى بلجيكا وتركت جوازه الالماني عن ممثل القنصل الالماني واستقر في اورستد والتحق في برنستون في عام 1933 وفيما عدا بعض الجولات العرضيه في اولايات المتحده فانه بقي في برنستون الى ان توفي عام 1955
قضى البرت اخر حياة في البحث عن نظرية الحقل الموحد ولكن جهوده ذهبت ادراج الرياح وربما كون اهم عماله التي قامه بها اثناء اقامة في برنستون هي رسالة الشهيره التي ارسلها الى فرانكلين روزفلت في ربيع عام 1940 يحذر فيها من ان النازيين يمكن ان يصنعوا قنبله انشطاريه ويستحذ حكومة الولايات المتحده على تنسيق الجهود والبحث وقد شغل البرت اينشتاين منصب مستشار لمكتب بحرية الولايات المتحده للمعدات الحربيه منذ عام 1943 الى 1946 وبعد الحرب اخذت يتحدث على الملا ويحذر من خطر الحرب النواويه والحفاظ على النوع وكان يرى انه لابد ان تكون هناك قوه مسوله عن مراقبة انتشار هذه الاسلحه واستمر بالدعوه لصالح الحركة الصهيونيه وعرض عليه ان يخلف حاييم وايزمان بعد موته عام 1952 في رئاسة دولة اسرائيل ولكنه رفض العرض قائلا بانه اصبح في سن لاتسمح له بالانتقال الى اسرائيل وكان اخر اعماله هو توقيعه على بيان قبل وفاته بعدة ايام باعثه براتراند راسل يلخص البيان اخطار الحرب النوويه ويحث الامم كلها على حل خلافاتها بالطريقه السليمه
دور اينشتاين في الكمومية وسبب حصوله على جائزة نوبل



نشر البرت اينشتاين ثلاث مقالات ثوريه كان منها مقال يحمل عنوان امور تتعلق بوجهة نظر موحية عن توليد الضوء وتحويله
كان هذا العنوان عادي ولا يدل على الاثر الذي سوف يتركه المقال في عالم الفيزياء ولا سيما في فهمنا لنظرية الكم وطبيعة الاشعاع فقد بدا البرت بحثه في توضيح الفروق بين القوانين التي تحكم الموجات نظرية ماكسويل الكهريطيسيه والقوانين التي تحكم الجسيمات قوانين نيوتن فقد لاحظ ان ما يجعل هذه الفروق واضحة هو امكان تحديد وضع الجسيمات واستحالة تحيد وضع الامواج اشار الى ان هذه الفروق لا يمكن ان تكون نهائية وحاسمة و يمكن تفسير الظواهر الا شعاعيه الا اذا كانت نظرية الامواج تبدي جانبا من طبيعة الاشعاع هو ما يجب ان نرى فيه امكانية توزيعه مقطعا في المكان بدلا من ان ننظر اليه على انه موجه واحدة لا يمكن تقطيعها ومن فكرة الاشعاع المحصور في وعاء حاو جدرانه تعكس الاشعاع كليا اثبت انه اذا كانت صيغة بلانك تستجيب الى توزيع الطيفي لهذا الاشعاع اي اذا كانت شدة الاشعاع تابعه للتواتر وفقا لصيغة بلانك فان الاشعاع يبدي عندئذ كل سمات الغاز كالضغط مثلا والانتروبيا ويتصرف مثله وكانه يتالف من حبيبات كموم طاقة كل منها حاصل ضرب ثابت بلانك في التواتر وهو ما اثبت وجود كموم الضوء التي عرفت بالفوتونات وراح يشرح ويحلل الى ان اثبت انه لا يمكن اهمال المظهر الموجي في الاشعاع ولا المظهر الحبيبي فيه والا لوقع في التحليل واكمل اينشتاين بحثه هذا بان بين بطريقه سهله جدا ان نظرية الكم في الضوء تفسر الاثر الكهرضوئي فقد اكتشف هيرتز انه عندما يثير باشعاع بنفسجي كرة معدنية مشحونة فانها سرعان ما تفقد شحنتها في حين انه لا يحدث ذلك مع عندما يسلط على الكرة اشعة حمراء وكان تومسون قد اكتشف الالكترون فاصبح واضحا ان الاشعاع فوق البنفسجي ينتزع الالكترون من سطح الكرة المعدنية لانها تمتص من الاشعاع ما يكفي لتحطيم الروابط التي ثبتتها على الكرة ولابد للضوء الاحمر ان ينتزع مثل الضوء البنفسجي وفقا للقوانين التقليدية في الضوء لان الطاقة تعتمد على شدة الموجه اي سعتها فقط وليس على طول موجتها او تواترها ولكن التجارب اثبتت ان الضوء الاحمر لا يستطيع انتزاع الاليكترون

فسر اينشتاين هذه النتيجة باستخدام مفهوم كم الضوء غذ ينتزع كل الكترون بامتصاصه فوتونا واحدا ولذلك يجب ان تكون طاقة الفتون كافيه للقيام بالعمل المطلوب لانتزاع الالكترون واعطائه طاقته الحركية المرصودة ولكن تواتر الفتون الاحمر اضعف بحسب صيغة بلانك من ان تكون طاقته كافيه للقيام بالعمل المطلوب وهو انتزاع الالكترون لذلك مهما كان عدد الفتونات الحمراء التي تصيب الكرة المعدنية فانها لا تنزع الالكترونات هذا من جهة ومن جهة اخرى فان تواتر الاشعاع البنفسجي كبير جدا بما يكفي لان ينتزع فوتونه الكترونا من قاعدته المعدنية ولم يكتف اينشتاين بذلك بل كشف ايضا خاصية اخرى وهي ان الالكترونات تنتزع من نقاط منفصلة في سطح معدن مما يدل على ان كل نقطه من هذه النقاط تلقت حبيبة طاقه كم ويمكن للموجة ان تنتشر على الكرة باكملها فتستطيع كل نقطة من الكره ان تصدر الكترونا وقد وضع اينشتاين معادلة بسيطة جدا تعطي تواتر الفتون واللازم لانتزاع الكترون من سطح المعدن واكتساب طاقته الحركية المرصودة وقد نال جائزة نوبل للفيزياء للعام 1921 على معادلته تلك والتي شرحها في نحو صفحة واحدة وتحقق من صحتها بتجارب روبرت ميليكان

وكان معظم فيزيائي ذلك العصر ينظرون الى ان نظرية الكم تقنية رياضية فقط غايتها تفسير الطيف الاشعاعي لجسم اسود متصل وانه ليس لها اي مضمون فكان مفهوم الفتون مفهما نابيا اذا قورن بالنجاح الذي حققته نظرية مكسو يل في الامواج الكهرطيسيه مع ذلك قبل اينشتاين بنظرية الكم بصفتها حقيقة علميه راسخة يمكن تطبيقها في كل مجالات الفيزياء وقد بحث مسالة الحرارة النوعية في الاجسام الصلبة وطبق عليها نظرية الكم وتبين له السبب في ان القيم المقيسه للحرارة النوعية لا تتفق اطلاقا عند درجات الحرارة المنخفضة مع القيم التي حسبت بالطريقة التقليدية غذ ان الاجسام الصلبة تعالج على انها مجموعه من الهزازات التوافقية فينظر للموجات انها تهتز اهتزاز مرنا بفعل قوى التجاذب بينها والتي تحافظ عليها مشدودة بعضه الى بعض)... وهذه النظرة توصل الى قيم غير صحيحه في درجات الحرارة المنخفضة في حين توصل اينشتاين الى القيمة الصحيحة عندما عزا لكل هزاز قيمة الطاقة الوسطى التي تحسب من نظرية الكم

وفي اخر بحث عظيم نشره اينشتاين عن الاشعاع كان عام 1917 اشار الى خاصيتين مهمتين للفتون كان لهما تاثير عميق في الفيزياء وفي تقنيات الضوء فقد استنتج من صيغة بلانك في الاشعاع من دون ان يرجع على اشعاع الجسم اسود بل اكتفى بدراسة اصدار الاشعاع وامتصاصه من قبل الكترونات تصدر اشعاع وتمتصه بقفزها من مدار الى اخر بين سلسلة المدارات المنفصلة المباحة وفرض ان الكترون القافز يمتص او يصدر في كل قفزه فوتونا له تواتر معين كما كان عليه ان يفرض ايضا لكي يكمل استنتاجه ان الكترون علاوة على انه يقفز تلقائيا من مدار مرتفع من الطاقة الى مدار منخفض فانه يطلق فوتونا له تواتر معين واذا مر به فتون كهذا الفوتون قبل ان يتاح له القفز الى مدار منخفض فان الفتون المار يحرضه على القفز ويجبره على اطلاق فوتون مماثل له ويسير في نفس الاتجاه الذي يسير في الفوتون العابر ويتصاحبان متلازمين وقد اصدر اينشتاين على هذا تسمية الاصدار المثار للاشعاع والذي اصبح اساس اشعة الليزر


اليكم بعض التوضيحات الخاصة بعلاقة النسبية بالزمن.



اذا كان اينشتاين قد ابتعد عن مكان وزمان نيوتن المطلق فهو احتفظ بحقيقة مطلقة واحدة الا انها اعلى من مستوى فيزياء نيوتن فلدى نيوتن كانت المسافة بين حادثين والمدة الزمنية الفاصلة بينهما هي نفسها بالنسبية لجميع المراقبين المتحركين بالنسبة لبعضهم البعض ويعبر عن المسافة بين الحادثين بالعلاقة الاتية.

R2 = X2 + Y2 + Z2

حيث ان X,Y,Z تمثل الاحداثيات المكانية الثلاثة،
وحيث ان الرقم 2 بجانب كل احداثي هي قوة او اس او تربيع في هذه المعادلة وفي جميع المعادلات القادمة.

وهي علاقة مكانية ليس للزمن فيها اي دور اما عند اينشتاين فسيقيس المراقبون مسافات مختلفة وازمنة مختلفة الا ان مزيجا معينا من الزمان والمكان الفاصلين بين حدثين سيكون واحدا بالنسبة لجميع المراقبين وهو ما يسمى بفاصلة مينكوفسكي التي نحصل عليها عبر تحويلات لورنتز

S2 = R2 – C × T2

حيث ان C سرعة الضوء T تمثل الاحداثي الزماني.

اي ان فاصلة مينكوفسكي بين حدثين هي في النسبية الخاصة

S2 = X2 + Y2 + Z2 – C × T2
وهذا يبين بان الزمن ممتزج هندسيا بالفضاء ليكون بناء رباعي الابعاد.

يقول هيرمان مينكوفسكي ان المكان بذاته والزمان بذاته سيتلاشيان كالدخان اما ما سيبقى فمزيج منهما.

وحيث انه لا يمكن تصور اربعة ابعاد بشكل كامل فمن الشائع اسقاط احد الابعاد المكانية والاكتفاء بمحورين للمسافة X Y ومحور الزمن T وغالبا ما يستبدل محور الزمن T ب CT وهي المسافة التي يقطعها الضوء خلال زمن قدره T وذلك كي تعبر كلا الاحداثيتين عن مسافات.



فاذا اهملنا حجم الاجسام ستبدو احداثيات الجسم الساكن متغيرة على المحور CT فقط لان الزمن لا يقف ساكنا ويدعى مسار الجسم في الفضاء الرباعي الزمكان بالخط الكوني او الخط العالمي لهذا الجسم لذا يمثل المحور CT الخط الكوني بالنسبة للجسم الساكن اما الجسم المتحرك بسرعة ثابتة على المحور OX فسيبدو خطه العالمي خطا مستقيما ويمكن هنا ان نعبر عن قانون نيوتن الاول القائل بالحركة المنتظمة للجسم الحر بالشكل التالي ان خطوط العالم للاجسام الحرة تكون مستقيمة وليس بالضرورة لخطوط العالم ان تعبر الحدث O وقد لا ترتبط عموما بالنقطة التي يكون فيه Y = 0 و Z = 0).

اما الشعاع الضوئي المنطلق من النقطة O حيث X = 0 و T=0 بالاتجاه الموجب للمحور OX فسيقطع خلال الزمن T مسافة قدرها X = CT ليشكل زاوية قدرها 45 درجة ويتساوى عندها الاحداثيان على المحورين واذا كانت X = CT وظل Y = 0 و Z = 0 نجد عندها ان فاصلة مينكوفسكي S = 0 اي ستكون الفاصلة بين الحدث O واي حدث اخر على الخط العالمي للضوء مساوية للصفر!!

اما الجسم المادي فلا يمكن ان يسير بسرعة الضوء وكلما ازدادت سرعة الجسم تزداد الزاوية التي يصنعها خطه العالمي مع المحور CT لكن تتوضع جميع الخطوط العالمية للاجسام المادية داخل مخروط الضوء لذا تدعى المنطقة الواقعة على القسم العلوي وداخل المخروط بالمستقبل المطلق للحدث O وهي مجموعة كل الحوادث التي يمكن ان تتاثر بالحدث O مثل الحدث P)

اما المنطقة الواقعة داخل وعلى القسم السفلي من المخروط فتدعى بالماضي المطلق للحدث O وهي مجموعة الحوادث التي يمكن ان توثر بالحدث O)

اما المنطقة خارج المخروطين فجميع الحوادث فيها لا يمكن ان توثر ولا ان تتاثر بالحدث O)مثل الحدث Q لانها تحتاج في سبيل ذلك سرعة اكبر من سرعة الضوء وهذا غير ممكن.

وهنا يتبين لنا الاختلاف على لحظة الان او الحاضر بين مفهوم نيوتن ومفهوم اينشتاين. فعند نيوتن بين مجموعتي حوادث الماضي والمستقبل يوجد فاصل زمني لانهائي في الصغر هو الحاضر اما في النسبية فبين ما اسميناه ماضيا وما اسميناه مستقبلا يوجد فاصل زمني منتهي اي غير لا نهائي في الصغر تتوقف مدته على المسافة المكانية التي تفصل الحادث عن الراصد.

على كل حال بانتظار هذا الاحد اضع هنا ايضا حل مفارقة التوامين بناء على البنية الرباعية للفضاء كما قدمته نظرية النسبية الخاصة

مفارقة التوامين تقول

يبقى احد التوءمين في موطنه بينما يغادر الاخر الارض بسرعة كبيرة لمدة معينة سنة مثلا ثم يعكس مساره عائدا وعند وصوله سيجد ان اخاه قد كبر خمسين سنة مثلا في حين انه كبر سنتين فقط! هذا الفارق بالزمن يعود سببه الى امتطاط او تمددالزمن لدى التوام المسافر نتيجة تحركه بسرعة كبيرة)يبرز اعتراض على هذه النتيجة بناء على فكرة الحركة النسبية ففي حين يرى التوءم الارضي اخاه متحركا بسرعة كبيرة وازمنته تتمدد سيرى التوءم المسافر نفسه ساكنا وان الارض تبتعد بسرعة كبيرة وازمنتها تتمدد واطوالها تتقلص لذا ومن وجهة النظر هذه يجب ان يكبر التوءمان بنفس المعدل!!

لكن في الحقيقة لا يمكننا معاملة التوامين بشكل متعادل والسبب في ذلك انه كي نشهد فارقا بالزمن حوالي 48 سنة كما ذكرنا يجب على التوام المتحرك ان يمضي بسرعة لا تقل عن 99.919% من سرعة الضوء وبالتالي عندما يضطر بعد سنة من ارتحاله الى عكس مساره والعودة الى الوطن ستكون هذه العملية فجائية لدرجة انه سيتعرض عندها لقوة تفوق بمليون مرة قوة التثاقل الارضية وسينسحق حتما!! في حين ان التوام الارضي لن يتعرض لهذه القوة المهلكة لننتبه هنا اننا عبر الحديث عن حركة التوام المسافر والتي يجب ان تتسارع حتى القيمة السابقة نكون قد تجاوزنا النسبية الخاصة ودخلنا في النسبية العامة).
اما حل هذه المفارقة في النسبية الخاصة فيكون برسم خطوط العالم الخاصة بالتوامين اللذين يمكن اعتبارهما انطلقا من نقطة واحدة A بطريقين مختلفين ثم التقيا في نفس النقطة C فيكون الخط العالمي للتوام الارضي هو AC اما الخط العالمي للتوءم المسافر فهو ABC وبالرغم من اننا نرى في الشكل المجاور ان ABCاطول من AC الا ان طول ABC في الزمكان يكون بالحقيقة اقصر من طول AC اي ان التوام المسافر سيعود اصغر من شقيقه!!


لقد ثبتت هذه النبوءة باختبار تجريبي في سبعينات القرن العشرين حيث استخدمت ساعتان ذريتان مضبوطتان بدقة احداهما على الارض والاخرى وضعت في طائرة سريعة تتحرك برحلة حول العالم فسجلت الساعة المرتحلة عند اجتماعها مع الاخرى تاخرا زمنيا بتوافق تام مع نبوءات النسبية.



المراجع
1-النظريه النسبيه لاينشتابن
2-بعض محاضرات الدكتور مصطفى محمود
3-عمالقه نوبل
3-الانترنت(معلومات+صور)