النسبية الخاصة أبعد من الغرابة. ومن بين بياناتها العديدة أن الساعات المتحركة تسير ببطء وأن المساطر المتحركة تتقلص. ولكن كيف من المفترض أن نفهم هذا؟ لكي نفهم فيزياء النسبية، علينا أن نتعمق فيها مرة أخرى وقت بعض الشيء.
في عام 1865، جيمس كليرك ماكسويل اكتشف أن ما نسميه “الضوء” هو في الواقع موجات من الكهرباء والمغناطيسية. ولكن مثل كل الموجات، كانت هذه الموجات بحاجة إلى التموج عبر شيء ما. تنتقل الموجات الصوتية عبر الهواء. تتحرك أمواج المحيط عبر المحيطات. لذا اعتقد ماكسويل أن الأمواج الخفيفة سافرت عبر مادة معروفة اليوم بأنها “الأثير اللامع” القديم “.
كان على هذا “الأثير” (أو “الأثير”) أن يكون له بعض الخصائص الغريبة. لا يمكنك أن تشعر به ، أو لمسه ، أو شمته ، أو الشعور به بطريقة أخرى. لذلك كان يجب أن يكون غير مرئي تقريبًا ولكن كان عليه أيضًا السماح للضوء بالموجة من خلاله ، لذلك كان يجب أن يكون موجودًا. في أواخر القرن التاسع عشر، كانت هناك العديد من المناقشات حول طبيعة الأثير، وتبين أن الجميع كانوا مخطئين.
متعلق ب: تجربة الشق المزدوج: هل الضوء موجة أم جسيم؟
لكنهم لم يعرفوا أنهم مخطئون حتى قرر زوج من العلماء قياس حركتنا عبر الأثير في عام 1887. كان هذا الثنائي ألبرت ميشيلسون، من كلية كيس للعلوم التطبيقية، وإدوارد مورلي، من جامعة ويسترن ريزيرف، اللذين ابتكرا تجربة نسميها الآن تجربة ميشيلسون-مورلي في مكان نسميه الآن جامعة كيس ويسترن ريزيرف.
الفكرة الأساسية هي أنه إذا كان الأثير موجوداً فيجب أن نسبح فيه ويجب أن نلاحظ هذه الحركة كتغير في الأثير. سرعة الضوء.
وقد حاولت تجربة ميكلسون-مورلي قياس ذلك وفشلت تمامًا. لذلك كانت هناك مشكلة. الضوء عبارة عن موجة، ويجب أن يتحرك عبر شيء ما – الأثير. ولكن يبدو أننا لا نستطيع قياس حركتنا من خلال الأثير. ماذا يحصل؟
تقلصات طويلة
بعد وقت قصير من تجربة ميكلسون-مورلي، لاحظ الفيزيائي أوليفر هيفيسايد شيئًا غير تقليدي: عندما تتحرك الشحنات الكهربائية، تنضغط مجالاتها الكهربائية قليلًا في اتجاه تلك الحركة.
ثم جاء هندريك لورنتز، الذي كان لديه فكرة رائعة للغاية: إذا كنا جميعًا مكونين من شحنات كهربائية وتقلصت المجالات عندما تتحرك، فربما نحن يتقلص عندما نتحرك. لذلك لا يمكننا قياس التغيرات في سرعة الضوء بسبب انكماش الطول – فبينما نتحرك عبر الأثير، تتغير سرعة الضوء، ولكن يتغير أيضًا جهاز القياس الخاص بنا، وبالتالي يلغيه.
وقد اعتبرت هذه نظرية ناجحة إلى حد ما. عملت وشرحت جميع البيانات. المسألة تسحق عندما تنتقل من بعض التفاعلات المادية ، والأثير موجودة ولكن لا يمكن اكتشافها.
ثم، أينشتاين ظهر وطرح سؤالًا مهمًا للغاية: إذا كان هذا الأثير دائمًا لا يمكن اكتشافه إلى الأبد ، فلماذا نحتاجه؟ لماذا لا ندع الأشياء تتقلص بمفردها – لا نشرح بعض النتائج التجريبية التي لا نحبها ، ولكن كحقيقة عارية الكون؟
هذه هي النتيجة الكبرى التي توصل إليها أينشتاين. كان هناك أشخاص آخرون يعملون في اتجاه النسبية ، لكن لم يقفز أحد القفزة التي قام بها. أعلن أينشتاين تقلص طوله ليكون ميزة ، وليس خطأ ، في الكون. لا مزيد من الأثير، ولا مزيد من المحاولات لوضع ربط كهرومغناطيسي مربع في فتحة الأثير المستديرة. تنقبض الأطوال عندما تتحرك. فترة. نهاية المناقشة.
كان تقلص طول آينشتاين مختلفًا قليلاً عن لورنتز. بالنسبة إلى لورنتز، كان ذلك تأثيرًا جسديًا، حيث تتناغم الأشياء معًا. بالنسبة لأينشتاين، كان ذلك سمة من سمات فضاء نفسها، مستقلة عن الأشياء الفعلية. وقد سمح هذا الإدراك لأينشتاين باتخاذ قفزة قوية أخرى.
ولادة النسبية
لجعل كل شيء يعمل ، أدرك أينشتاين أنه يجب أن يكون هناك بعض العطاء. لا يمكنك فقط أن يكون لديك تقلص طول – تقلص الحكام المتحركين – من تلقاء نفسه. تحتاج أيضًا إلى تمدد الوقت – تنقل الساعات بطيئة. هذه تعمل دائمًا معًا للسماح لجميع الملاحظات وجميع وجهات النظر بحيث تكون منطقية.
على سبيل المثال ، خذ Muon المتواضع ، الأخوة الأثقل من إلكترون. ونظرًا لضخامة الميون، فإن عمره الافتراضي قصير – 2.2 ميكروثانية فقط. عندما تصطدم الجسيمات النشطة بجزيئات الهواء في الغلاف الجوي العلوي، فإنها تولد الميونات التي تتجه بعد ذلك نحو الأرض.
تسافر هذه الميونات بسرعة تقارب سرعة الضوء، لكن هذه السرعة ليست كافية لوصولها إلى الأرض خلال حياتها القصيرة. لكن النسبية تعلمنا أن الساعات المتحركة تسير ببطء، ومن وجهة نظرنا، تستمر الميونات لفترة أطول بكثير، لذلك يكون لديها ما يكفي من الوقت للقيام بالرحلة.
قصص ذات الصلة:
– “التوأم المفارقة” يوضح لنا ما يعنيه حقًا لوقت أن يكون نسبيًا
– التشوهات في الزمكان يمكن أن تضع نظرية النسبية لأينشتاين في الاختبار النهائي
-هل السفر عبر الزمن ممكن؟
لكن الميون له منظور مختلف. فهو لا يعاني من تمدد الزمن من وجهة نظره، والذي سيتواجد منه لمدة 2.2 ميكروثانية فقط. إذًا كيف يحصل الميون على الوقت الكافي للوصول إلى الأرض من منظوره؟ الجواب على هذا الجانب هو انكماش الطول – من منظور الميون السريع، المسافة إلى الأرض أقصر بكثير، لذلك ليس أمامه كل هذه المسافة ليقطعها.
النسبية الخاصة هي الآلية الرياضية التي نحتاجها لتبديل وجهات النظر والحفاظ على كل شيء منظمًا. قد يكون الكون مجنونًا، لكنه على الأقل يتبع قواعد يمكننا فهمها.