النسبية الخاصة لألبرت أينشتاين.

[محمد محمود بدر]

النسبية الخاصة لألبرت أينشتاين.

هذه المقالات هي الأكثر تفصيلاً وتبسيطاً لشرح نظرية أينشتاين للنسبية الخاصة

هذا المقال المطَوَّل جداً هو للقارئ المهتم فقط.


(كُتِبَ بواسطة فريق الجمعية الفلكية للبحر الأحمر للجزيرة العربية)

(Written by the team of the Astronomical Society of the Red sea of Arabia - ASRA)


نظرا لطول المقال سوف نقوم بتقطيعة الى مشاركات لتسهيل القراءة والمتابعة

تابعونا

[محمد محمود بدر]

تــمــهــيـــد :

في البداية نقولُ ، مستعينين باللهِ وحده ، نقول رأيَّنَا :
إن الكون وما فيه ، خلقه الله عز وجل ، بكلمة كن ، وخلق معه القوانين الفيزيائية الكونية التي أمر الله تعالى الكون ، بكلمة كن ، بإتباعها.

الإعجاز في الخلق ، هو أن الله خلق الكون وخلق القوانين الفيزيائية الكونية وأعطى الإنسان العقل ليتفكر ويتدبر ويعرف الحقيقة التي تدله على الخالق بغض النظر عن دين الباحث.

مـــقـــدمــــة :

قبل أن نبدأ ، دعنا نتوقف للحظةٍ واحدةٍ ونتحدث قليلاً عن ما هي الفيزياء.

النَّاس عندهم الكثير من المفاهيم الخاطئة عن الفيزياء. إنهم يعتقدون أن الفيزيائيين مثل نوع أو جنـس نادر من البشر ، بعيدين كل البعد عن باقي النَّاس ، يقبعون داخل معاملهم المتخصصة ويفكرون في أشياء ليس لها علاقة بالأمور المهمة للشخص العادي.

في الواقع ، لا يوجد شيء أبعد عن الحقيقة من هذا.

الفيزياء هي خلاصة أو جوهر أو روح الطريقة التي يعمل بها الكون الفيزيائي. نحن نعيش في الكون الفيزيائي. نحن نمشي. نحن نقود السيارة. نحن نحلق بالطائرة. نحن نشاهد تغيرات في الطقس على كوكبنا. نحن نسبح. نحن نفتح حنفية المياه لنغسل يدينا. نحن نطبخ. نحن نلعب التنس. نحن نشرب القهوة. نستطيع أن نستمر ونذكر ١٠٠ شيء أخر نفعله.

الفيزياء ليست فقط للفيزيائيين ، هي ليست فقط للأشخاص الذين يقبعون في معاملهم ويخترعون أجهزة عجيبة ، ويفكرون في أفكار غريبة غير مفهومة ، مثل السفر عبر الزمن والأنفاق الدودية لإختصار المسافات في الفضاء. الفيزياء هي لكل شخص ، وذلك لأن الفيزياء هي خلاصة أو جوهر أو روح كل مانفعله طوال الوقت.

الفيزياء هي شيء يصف الكون الفيزيائي بالكامل من أصغر جزيء موجود كالإلكترون إلى أكبر مقياس كالكون كله ، ويصف كيف يبدو تَطَوُّره وتَغَيُّره مع الزمن. إنها مادة عظيمة وكبيرة وهي مهمة لكل شخص وليس فقط للفيزيائيين.

مــاذا تـــفــعــل النــســبــيــة ؟


يتبع

[محمد محمود بدر]

مــاذا تـــفــعــل النــســبــيــة ؟



هل حدث أن سألت نفسك من قبل سؤالاً عن ماذا تفعل النسبية ؟

في الواقع ، وبإختصار شديد جداً ، النسبية هي نوعٌ عظيمٌ من الأدوات للمساواة أو للمعادلة.

إذاً روح النسبية أو جوهرها أو خلاصتها هو أننا كلنا متساوون. وسوف نقوم بإستكشاف وفهم كيف تطورت هذه الفكرة. ولكن بإختصار ، دعنا فقط نقول لك ماذا تقول النسبية.

النسبية تقول أن وجهة نظرك لا تهم.

النسبية تقول أن جميع الأشخاص متساوون ويستطيعون إستخدام قوانين الفيزياء التي تحكم كيف يعمل الكون.

ونعني بجميع الأشخاص أنه لا يهم أين أنت - لا يهم أي كوكب أنت موجودٌ عليه ، سواءٌ كنت في الفضاء بين النجوم ، أم أنك في مجرة بعيدة عنَّا - الفيزياء ستبدو لك كما تبدو لنا هنا على الأرض. لا يهم كيف تتحرك ، قد تكون راكباً على متن طائرة تسير بسرعة ٩٠٠ كيلومتراً في الساعة ، وستفعل الفيزياء على الطائرة نفس ما تفعله هنا في الأرض. أي أنك ستقرأ كتاباً عن الفيزيا في الطائرة ، وتتعلم عن قوانين الفيزياء في الطائرة ، وتعمل بعض التجارب الفيزيائية في الطائرة ، وستحصل على نفس النتائج على الطائرة كما كنت ستحصل عليها على الأرض ، لأن قوانين الفيزياء تعمل على الطائرة بنفس الطريقة التي تعمل بها على الأرض. قد تكون راكباً في سفينة فضاء تمر بجانب الأرض بسرعة ٩٠٪ من سرعة الضوء وستعمل قوانين الفيزياء بنفس الطريقة كما لو كنت على الأرض.

هـــل الــنــســبــيــة قــابــلــة للــفــهــم ؟

النسبية في الجوهر هي أداة عظيمة للمساواة أو للمعادلة. النسبية تجعلنا جميعاً متساوين. النسبية تضع كل الأماكن وكل أنواع الحركة في الكون كله على أرضية واحدة متساوية.

في أثناء ذلك تقودنا النسبية إلى مفاهيم غريبة جداً مثل السفر عبر الزمن ، وتمدد الفضاء وإنحنائه ، وتباطؤ الزمن. أيضاً النسبية تقودنا إلى أشهر معادلة في الفيزياء على الإطلاق (الطاقة = الكتلة x مربع سرعة الضوء) ومبدأ تكافؤ المادة والطاقة. (المعادلة بالإنجليزية E = mc2 )

ولكن الفكرة الأساسية للنسبية هي فكرة بسيطة. وهي تقول إننا كلنا متساوون. أننا كلنا نرى الفيزياء بشكلٍ واحدٍ. لا يوجد مكان مُفضَّل. ولا يوجد حالة حركة مفضلة. وبقولنا هذا نكون قد أخبرناكم جوهر وروح النسبية. أنتم تعلمون النسبية بمجرد معرفتكم ذلك.
والأن لإنهاء هذا الجزء من المقال ، نريد أن نقول شيئٌ واحداً ، مرةً أخرى ، لكل واحدٍ منكم جالسٌ هناك يقرأ هذه الكلمات ويقول في نفسه "يا إلهي ، هذا ليس شيئاً سيمكنني فهمه."

نقول لكم : أنه شيء سيمكنك فهمه. إن هدفنا الإحترافي كله كصفحة علمية فلكية هو أن نجعل العلوم والفيزياء وخاصة الفلك شيئاً مفهوماً للشخص العادي. ستحتاج لأن تكون ذكياً. ستحتاج أن تكون متفتح العقل. ولكنك لن تحتاج لأن يكون عندك أي معلومات عن العلوم أو الرياضيات لكي تفهم ما سنقوم بوصفه لك. وبالتالي إذا كنت شخصاً عادياً ، غير عالمٍ ، متشوقاً للعلوم ، أبق معنا وسوف تفهم هذه النظرية.

كــلــمــة أخــيــرة عــن الفــيــزيــاء.

والآن نريد أن نقول أشياء بسيطة أخرى عن الفيزياء قبل أن نبدأ.
أولاً نريد أن نقول أن الفيزياء هي نشاط إنساني. نحن نعلم أن قوانين الفيزياء تعكس بعض حقائق العالم الفيزيائي الحقيقي المخفي عنَّا. ولكن هناك لمسة إنسانية خلفها. إن الفيزياء تتأثر بالخصائص الإنسانية. ولذلك فمن المرجح أن النظرية النسبية كانت ستُكتَشَف سريعاً بعد عام ١٩٠٥م بواسطة شخص ما غير أينشتاين لو لم يكن إكتشافها. ولكن من المرجح أن عبقرية أينشتاين الفريدة جعلته يكتشافها مبكراً.

نحن عندنا الإعتقاد بأن العَالِم هو شخصٌ يفكر وينتقي فرضية معينة ، ثم يقوم بكتابتها بدقة متناهية ، ثم يرتدي معطف المعمل الأبيض ، ثم يذهب إلى معمله ، ويقوم بجميع أنواع التجارب ، ثم يقوم بإثبات فرضيته أو يلقي بها في سلة المهملات. إنها عملية غير مرنة ، متعبة ، دقيقة.

بالطبع بعض العلوم تُنَفَّذ بهذه الطريقة ، ومن المحتمل أن يكون ٩٩٪ من العلماء حول العالم يعملون في أماكن ومؤسسات علمية تكون فيها هذه الطريقة العلمية هي الطريقة العلمية الوحيدة المناسبة.
على سبيل المثال ، عالم أحياء أو دكتور يعمل في معمل أبحاث لشركة أدوية. العملية تحدث هكذا :

هل هذا الدواء يقتــل الخلايا السرطانية ؟


يتبع

[محمد محمود بدر]

هل هذا الدواء يقتــل الخلايا السرطانية ؟


يتبع

أعتقد أنه يفعل ذلك.

إذاً سوف أعمل تجربة.

سوف أختبر هذا الدواء.

سوف أقوم بوضعه على الخلايا السرطانية.

سوف أراقب ما إذا كانت الخلايا السرطانية ستموت أم لا.

سأرتدي معطفي الأبيض.

سأذهب إلى المعمل لأنفذ كل ذلك.

ثم سوف أقارن نتائج تجربتي مع فرضيتي.

ولكن حقيقة العلم العظيم ، العلم الكبير ، العلم الذي يأخذنا خطوة جبارة إلى الأمام في فهمنا للحقائق الفيزيائية عن الكون الفيزيائي الذي نعيش فيه ، مختلفة تماماً عن ذلك.

هذا النوع من العلم هو نشاط خَلَّاقْ ، أكثر شبهاً بالفن ، أو تأليف سيمفونية موسيقية ، أو الأهداف الإنسانية الخَلَّاقَة الأخرى ، وهو مختلف عن إحساس الناس غير المثير عن هذه الطريق العلمية المملة الجافة غير المثيرة.

العلم هو نشاط خَلَّاقْ ، وأكثر ما يكون هكذا هو ، عندما يخطو هذه الخطوات الكبيرة للأمام.

أينشتاين لم يعمل أي تجارب علمية.

أينشتاين فكر ووضع النظرية النسبية في عقله.

أينشتاين قال لابد أن يكون العالم بهذه الطريقة.

ثم قام بكتابة النظرية النسبية.

وبعد ذلك بفترة وجيزة ، ثبت أن العَالَم فعلاً بهذه الطريقة ، وذلك عندما بدأ العلماء يعملون التجارب على العالم.

مــا هــي حــقــيــقــة قــوة النــظــريــة الــنــســبــيــة.

سنضعها لكم بهذه الطريقة :

أكثر نظرية تم إختبارها بدقة في تاريخ العلوم على الإطلاق هي :
النظرية النسبية.
ثاني أكثر نظرية تم إختبارها بدقة في تاريخ العلوم على الإطلاق هي :
الفيزياء الكمية (أو ميكانيكا الكم).

فقط تخيل الأتي ، لقد كتب أينشتاين النظرية النسبية في بداية القرن العشرين على جزئين. النسبية الخاصة في عام ١٩٠٥م ، ثم النسبية العامة في عام ١٩١٥م.

وما تبقى من القرن العشرين والقرن الواحد والعشرين - في الحقيقة وحتى ثلاثة أسابيع مضت !! كانت مكونة من محاولات وإستكشافات بواسطة العلماء والفيزيائيين لإثبات وتأكيد أن أينشتاين كان على حق. مع العلم أن جوهر النظرية النسبية نفسه كان قد تم إثباته مبكراً جداً في القرن العشرين ، إبتداءً من عام ١٩١٩م.

مــثــال واحــد أخــيــر.

سوف نقوم بإنهاء هذا المقال بإعطائكم مثالاً نعتقد بأنه سوف يقنعكم بأنكم في الحقيقة تعلمون الكثير عن النسبية أكثر مما تتصورون.

دعونا نتخيل بأنك تلعب كرة المضرب (تنس) على متن سفينة كبيرة ، وسوف نقوم بوضعك في باطن السفينة ، لكي لا يكون هناك مشاكل مع الهواء بسبب تحرك السفينة. أيضاً تخيل أن السفينة تسير بسرعة ثابتة مقدارها ٥٠ كيلومتراً في الساعة ، وتسير عبر مياه هادئة جداً بلا أمواج تحرك السفينة بأي شكل.

بما أنك تعلم كيف تلعب التنس ، فإنك بالتأكيد تعلم قوانين الفيزياء في عضلاتك. أنت تعلم ماذا ستفعل الكرة عندما تضربها بالمضرب. أنت تعلم أين ستتجه وتتحرك. إذاً أنت تعلم قوانين الفيزياء في عضلاتك حتى لو كنت تفكر بأنك لا تعرفها في عقلك.

والأن أنت بدأت تلعب التنس.

دعنا نسألك بعض الأسئلة. هل يفرق معك أن تكون اللاعب الذي يواجه مقدمة السفينة أم الذي يواجه مؤخرة السفينة ؟ هل يجب أن تقول لنفسك يا إلهي أنا أواجه مقدمة السفينة ، والسفينة تسير بسرعة ٥٠ كيلومتراً في الساعة ؟ يجب أن أضع هذا في الحسبان عندما أضرب الكرة بالمضرب ؟

بالطبع لا.

هل حركة السفينة تفرق معك ؟

بالطبع لا.

أنت ستلعب التنس على هذه السفينة المتحركة بسرعة ثابته بالضبط مثلما تلعب التنس في ملعبك على الأرض الصلبة. لا يوجد فرق على الإطلاق.

أنت الأن إنتهيت من لعب التنس ، وتريد شرب الشاي بعد اللعب. بجانب ملعب التنس هنالك طاولة عليها إناء زجاجي به ماء ، وأكواب فارغة ، وأكياس شاي ، وهناك أيضاً فرن مايكرويف.

والأن أنت وضعت الماء في الكوب الفارغ ووضعته داخل فرن المايكرويف ، ثم ضغطت على زر التشغيل لتسخين الماء. هل تعتقد أنه عندما تضغط على زر التشغيل للمايكرويف أنك ستقلق أن المايكرويف سوف يرتبك بسبب حقيقة أن السفينة تسير بسرعة ٥٠ كيلومتراً في الساعة ؟

هل تقول لنفسك ربما يجب أن أغير مدة ضبط ساعة جهاز التشغيل للمايكرويف ؟

أو ربما يجب أن أغير إتجاه الفرن وأضعه في الإتجاه المعاكس ؟

هل ستقلق من أي شيئ كهذا ؟

بالطبع لا.

هل حركة السفينة تفرق معك ؟

بالطبع لا.

أنت ستضع كوب الماء في المايكرويف ثم ستضغط على زر التشغيل وسيسخن الماء ولا يوجد هناك فرق بسبب حركة السفينة.

والأن تخيل أنك داخل قاعدة مستقبلية على كوكب الزهرة ، وهناك غلاف جوي صناعي داخل القاعدة مثل الأرض ، ومع الجاذبية القريبة جداً من جاذبية الأرض ، بدأت تلعب التنس ، ثم بدأت بإستخدام فرن المايكرويف لتسخين المياه لشرب الشاي بعد ما إنتهيت من لعب التنس.
هل يفرق معك أنك على كوكب الزهرة تلعب التنس ؟

بالطبع لا.

إن كرة التنس تطيع وتتبع قوانين الفيزياء نفسها على الزهرة كما تطيع وتتبع قوانين الفيزياء نفسها على الأرض. هل تفرق معك أنك على الزهرة تغلي الماء داخل فرن المايكرويف ؟

بالطبع لا.

إن الماء يطيع ويتبع قوانين الفيزياء نفسها على الزهرة كما يطيع ويتبع قوانين الفيزياء نفسها على الأرض. إن فرن المايكرويف يطيع ويتبع نفس قوانين الفيزياء على الزهرة كما يطيع ويتبع نفس قوانين الفيزياء على الأرض.

والأن تخيل أنك في إحدى المجرات البعيدة جداً عنَّا ، لنقل ١٢ مليار سنة ضوئية. وتخيل أن هناك نجم في هذه المجرة عنده كوكب مثل الأرض يدور حوله. وتخيل أنك بدأت تلعب التنس ، وبدأت تستخدم المايكرويف لتسخين الماء لتشرب الشاي بعد لعب التنس.

هل يفرق معك أنك على هذا الكوكب البعيد في هذه المجرة البعيدة تلعب التنس وتغلي الماء ؟

بالطبع لا.

فإن كرة التنس ، والماء ، والمايكرويف يطيعيون ويتبعون نفس قوانين الفيزياء في هذا الكوكب البعيد في هذه المجرة البعيدة مثل ما يطيعون ويتبعون نفس قوانين الفيزياء هنا على الأرض.

لماذا لا نقلق من هذا كله ؟


يتبع

[محمد محمود بدر]

لماذا لا نقلق من هذا كله ؟


يتبع

لأن قوانين الفيزياء التي تحكم العالم الفيزيائي الذي نعيش فيه يجب أن تكون هي نفسها لكل شخص في أي مكان في الكون كله.
لــمــاذا الــتــنــس ، وغــلــيــان الــمــاء ، وفــرن الــمــايــكــرويــف ؟

لماذا إخترنا لعب التنس ، وغليان الماء ، وفرن المايكرويف كتجارب فيزيائية ؟

الإجابة هي :

لأن لعب التنس هي تجربة فيزيائية عن قوانين الميكانيكا والتي هي المسؤلة عن حركة الكرة وكيف تتصرف.

وغليان الماء هو تجربة فيزيائية عن قوانين الديناميكا الحرارية والتي هي المسؤلة عن كيفية التبادلات الحرارية. وإستخدام المايكرويف هي تجربة فيزيائية عن قوانين الكهرومغناطيسية والتي هي المسؤلة عن كيفية تشغيل المايكرويف وكيف يتصرف.

ولكن لماذا إخترنا الميكانيكا ، والديناميكا الحرارية ، والكهرومغناطيسية لوصف كل علم الفيزياء ؟

الإجابة هي : لأن هذه هي الفيزياء الكلاسيكية ، وهي العلوم الفيزيائية التي كانت معروفة لدى العلماء قبل النسبية.

الــفــيــزيــاء الــكــلاســيــكــيــة والــفــيــزيــاء الــحــديــثــة.

الفيزياء ، كعلم ، تقسم إلى نوعين عريضين جداً من العلوم ، وهذا التقسيم يعتمد على أسباب تاريخية بحتة ، وهذان الاسمان قد يضلان قليلاً القارئ ، ولذلك نرغب الأن في توضيح ما يعنيه هذان الاسمان.
القسم الأول من الفيزياء يسمى الفيزياء الكلاسيكية ، والأخر يسمى الفيزياء الحديثة.

أولاً الفيزياء الكلاسيكية في الأساس هي الفيزياء التي طُوِّرت قبل عام ١٩٠٠م. هذا النوع من الفيزياء هو الذي تتعلمه في كتب الفيزياء في السنة الأولى في الكليات العلمية ، وبالطبع في المدارس الثانوية. هذا النوع من الفيزياء يشمل الميكانيكا ، والديناميكا الحرارية ، والكهرومغناطيسية.

الفيزياء الكلاسيكية لها علاقة مباشرة وعلاقة حية ومتزامنة مع الفيزياء الحديثة في وصف الكثير من الأمور التي نقوم بها اليوم.
أنت لا تستطيع فعل أشياء كثيرة جداً بدون الفيزياء الكلاسيكية ، على سبيل المثال :

تصميم ناطحات السحاب التي تقف عاليةً بدون أن تنهار.

تصميم نظام المكابح (الفرامل) غير القابلة للإنزلاق للسيارات وكيفية عملها.

صناعة جهاز مراقبة ضربات القلب ، أو جهاز تخطيط رسم القلب.

تصميم وهندسة وصناعة نظم توزيع الطاقة.

صناعة جهاز مشغل الأسطوانات المدمجة.

إطلاق مركبة فضاء إلى المشتري ، أو إطلاق مركبة الفضاء نيو هورايزونز إلى بلوتو ، أو إطلاق قمر صناعي ووضعه في مدار حول الأرض ، أو إرسال رواد الفضاء إلى القمر وإعادتهم للأرض.

ثانياً الفيزياء الحديثة طُوِّرت في وقتٍ مبكرٍ جداً في بداية القرن العشرين. وقد ظهرت بسبب ما بدا أنه إختلاف بسيط بين الفيزياء الكلاسيكية وحقيقة العالم الفيزيائي والتي تم ملاحظتها في النصف الثاني من القرن التاسع عشر. هذه الإختلافات نمت وتطورت لتصبح أزمة في الفيزياء ، وهذه الأزمة أدت إلى تطوير فكرتين أساسيتين فيما أصبح يعرف بإسم الفيزياء الحديثة.

الفكرتان الأساسيتان هما النسبية والفيزياء الكمية (أو ميكانيكا الكم). وهاتان الفكرتان هي ما يطلق عليهما الفيزياء الحديثة.

كــلــمــة أخــيــرة واحــدة.

النسبية ببساطة هي القول بأن قوانين الفيزياء هي نفسها لا تتغير لكل الأشخاص في كل مكان في الكون. ولكن لو هذه هي الحالة ،

لماذا هي صعبة الفهم ؟


يتبع

[محمد محمود بدر]

لماذا هي صعبة الفهم ؟


يتبع


السبب لأن لها تبعات غير طبيعية ، غير منطقية ، ليست سهلة الإستيعاب وتبدو وكأنها تناقض الحس الدارج العام.

التبعات غير المنطقية غير الطبيعية التي تناقض الحس الدارج العام بالنسبة إلينا هي بسبب أننا نعيش في عالم لا نلمس أو نلاحظ التأثيرات الخاصة للنسبية.

فجاذبية الأرض ضعيفة جداً بالنسبة لجاذبية الثقوب السوداء (والتي تظهر فيها تأثيرات النسبية العامة بوضوح وتصبح طبيعية). أيضاً السرعات التي نعيش معها هي أقل بكثير من سرعة الضوء (والتي تظهر فيها تأثيرات النسبية الخاصة بوضوح وتصبح طبيعية).

أعجوبة أينشتاين هو أنه إستطاع أن يُخرج نفسه من إطار الحس الدارج العام والمنطق المزعوم والذي تُحبس فيه حواسنا إلى المنظور الأكبر بدون أن يذهب إلى ثقب أسود أو أن يسير بسرعة الضوء.

لذلك سنستغرق بعض الوقت في إكتشاف هذه التبعات وفهمها.

وسنستغرق أيضاً بعض الوقت لفهم كيف إستطاع الإنسان أن يصل إلى حقيقة أن قوانين الفيزياء هي نفسها لا تتغير لكل شخص في كل مكان.

هذا هو بالضبط هدفنا في المقالات المقبلة. ولكن مع إنتهائنا من هذا المقال دعنا نذكرك بأنك فعلاً تعلم وتفهم جوهر النسبية وهو أن جميع الأشخاص عِندَهُم قوانين الفيزياء نفسها. وأن الكون كله يبدو متشابهاً لكل شخص.



الى المقال الثانى

[محمد محمود بدر]

الــحــركــة.

في هذا المقال سوف نقوم بالتركيز لفترة على السؤال عن الحركة.
وذلك لأننا نريد أن نفهم كيف تطورت وظهرت المفاهيم والأفكار من الفيزياء قبل زمن إسحاق نيوتن إلى الفيزياء الكلاسيكية ، ثم نجهز المسرح للمعضلات التي أدت إلى تقديم الفيزياء الحديثة.

بعضكم سيقول "يا إلهي الحركة !! حقيقةً ! لماذا سأهتم بذلك ؟"
في الواقع لو فكرت لمدة دقائق في الحركة ، سوف تدرك أنها المفتاح لكل شئ يحدث.

لو لم تكن هناك حركة ، سيتوقف كل شئٍ. لن يكون هناك أي تغيير. لن يكون هناك أي مرور للزمن. لن تستطيع الإنتقال من مكانٍ إلى مكانٍ أخر. الإلكترونات لن تستطيع القفز عبر الوصلات بين الخلايا العصبية في مخك ، وبالتالي لن تستطيع التفكير. لن يكون هناك أي شئٍ يحدث.

لماذا سنقوم بالتركيز على موضوع الحركة ؟

أحد الأسباب التي تجعل الفيزيائيين يركزون على الحركة ، لأنهم يريدون التنبؤ كيف ستتحرك الأشياء. على سبيل المثال :

لو أطلقنا هذا الصاروخ بهذه السرعة المُحدَّدة ، هل سنستطيع الوصول به لكوكب الزهرة أو المريخ وجعله يدخل في مدار حولهما ؟

لو ضَغَطَّتَ على الفرامل بهذه القوة المُحددَّة ، هل ستتوقف حركتي في الوقت المناسب لتجنب الإصطدام بالسيارة التي أمامي ؟

كيف ستتحرك الإلكترونات في هذا الجزيء المعقد للدواء الذي صَنَّعتُه في المعمل والذي من المرجح أن يكون علاجاً للسرطان ؟




نحن نحتاج إلى فهم الحركة لكي نفهم كيف يعمل العالم الذي نعيش فيه.

ولكن هذا ليس السبب الذي يجعلنا مهتمين بالحركة في هذا المقال. السبب الذي يجعلنا مهتمين بالحركة هنا هو السؤال ، ماذا تعني الحركة ؟

إنها تعني أن تتحرك من مكانٍ إلى مكانٍ أخر.

ويحدث هذا من خلال الفضاء. وحدوثه يأخذ مدة من الزمن. ولذلك الحركة مرتبطة بطريقة لا يمكن فصلها عن فكرة الفضاء والزمن أو (الزمكان).

ولذلك إن فهمنا للحركة هو المفتاح لفهمنا للفضاء والزمن ، لأننا لكي نتحرك فإننا نتحرك خلال الفضاء والزمن. والفضاء والزمن هو نسيج الحقيقة الفيزيائية الطبيعية لكوننا ، هو المسرح الذي تجري عليه كل الأحداث الفيزيائية.

ولذلك إذا فهمنا الحركة ، فإننا سنفهم طبيعة الفضاء والزمن. وكما نعلم جميعاً ، إن النسبية تفعل أشياءً غريبة لإدراكنا الحسي البديهي الدارج عن الفضاء وعن الزمن. ولذلك فإن علينا أن نفهم تماماً كيف بدأ وتطور إدراكنا الحسي البديهي الدارج. وبعد ذلك سيكون علينا أن نفهم تماماً ماذا سيخبرنا الفهم الحقيقي للحركة عن الطبيعة الحقيقية للفضاء والزمن (الزمكان).

الــوضــع الــطــبــيــعــي لـلـــحــركــة


يتبع

[محمد محمود بدر]

الــوضــع الــطــبــيــعــي لـلـــحــركــة






يجب علينا سؤال أنفسنا سؤالين هامين.

السؤال الأول هو : هل هناك وضع طبيعي للحركة ؟ هل هناك طريقة معينة تُفَضِّل بها الأشياء الحركة ، أو عدم الحركة ، إذا ما تُركت من تلقاء نفسها ؟

السؤال الثاني هو : لوكان هناك وضع طبيعي للحركة ؟ فما هو ؟

للإجابة على السؤال الذي يقول : هل هناك وضع طبيعي للحركة ؟ فيجب علينا أن نذهب بالزمن للوراء ونرى ماذا كانت الإجابة في الزمن القديم ، ثم ماذا كانت الإجابة في زمن الفيزياء الكلاسيكية ، ثم في زمن الفيزياء الحديثة.

في الزمن القديم ، كان الكون مقسوماً إلى عالمين مختلفين. كان هناك العالم الأرضي المادي غير الكامل وهو الأرض وما تحتويه . وكان هناك العالم السماوي الأثيري الروحاني وهو السماء وما تحتويه. كان هناك مكانان ، الأرض والسماء ، وكان هناك نوعان مختلفان من القوانين الفيزيائية. والإجابة على السؤال : هل هناك وضع طبيعي للحركة ؟ له إجابة مختلفة على الأرض ، وإجابة مختلفة في السماء.
إذاً الإجابة على السؤال : ما هو الوضع الطبيعي لحركة الأجسام على الأرض في الزمن القديم ؟ هو : أنها تحب أن تكون في وضع السكون في أقرب نقطة ، ما إمكن ، من مركز الأرض.





أما الإجابة على السؤال : ما هو الوضع الطبيعي لحركة الأجسام في السماء في الزمن القديم ؟ هو : أنها تحب أن تكون في حركة دائرية ، وذلك لأن الدائرة ، بالنسبة للأقدمين ، تعتبر أروع وأكمل شكل هندسي يستطيع الشخص التفكير فيه. أنها لا تحتوي على أركان ، أنها ليس لها بداية ولا نهاية ، أنها متشابهة في كل مكان ، هي متماثلة بشكلٍ رائع ، وهي جميلة الشكل.



جــالــيــلــيــو جــالــيــلــي وســبــب الــحــركــة.


يتبع

[محمد محمود بدر]

جــالــيــلــيــو جــالــيــلــي وســبــب الــحــركــة.


يتبع


هل سألت نفسك أبداً لماذا تتحرك الأشياء ؟

في الحقيقة ، شخصٌ ما فعل. هذا الشخص والذي يعتبر ، من المحتمل ، أهم شخصية في تاريخ العلوم كافه ، كان عالماً تجريبياً حقيقياً. هذا الشخص هو جاليليو جاليلي.

لقد عاش من عام ١٥٦٤م إلى عام ١٦٤٢م في أيطاليا. وقد حاول الإجابة على السؤال : ما هو الوضع الطبيعي لحركة الأجسام على الأرض وفي السماء ، وقد نجح في الإجابة على السؤال.

لقد قام جاليليو بعدة أشياء. لقد قام ببعض المراقبة الفلكية ، وقد فعل ذلك بواسطة تطوير وتصنيع أول تلسكوب فلكي. وعندما وجه تلسكوبه إلى السماء ، شاهد شيئاً لم يشاهده أحد من قبل. ما شاهده ، هزَّ قواعد هذه الفكرة الفلسفية بأن السماء روحانية كاملةً ورائعةً ومختلفةً تماماً من الأرض المادية الخام غير الكاملة وغير رائعة.

أول شئ شاهده جاليليو هو كوكب المشتري ، وقد شاهد أيضاً أربعة نقاط صغيرة من النور مصطفة في خط مستقيم على جانبي المشتري. وعندما راقبهم لعدة أيام متتالية ، وجدهم يغيرون أماكنهم باستمرار ، وأحياناً لا يستطيع أن يرى واحداً أو إثنين منهم لإنهما يكونا أمام أو خلف المشتري. كانوا يمثلون بمنتهى الوضوح ، بالنسبة لجاليليو ، مجموعة شمسية مُصَغَّرة. تلك النقاط المضيئة الأربعة تمثل أقماراً للمشتري تدور حول المشتري بنفس الطريقة التي يدور بها قمر الأرض حول الأرض. ولذلك بهذا الإكتشاف ، أثبت جاليليو بأن هناك حركات أخرى لأجرام سماوية أخرى - (أقمار المشتري) - تدور حول أجرام سماوية أخرى - (كوكب المشتري) - غير الأرض.

الشئ الثاني الذي شاهده جاليليو هو أطوار كوكب الزُهرة. فقد لاحظ أن الزُهرة لها أطوار مثل أطوار القمر ، فتكون أحياناً كاملةً كالبدر ، وتكون أحياناً محدبةً كالقمر الأحدب ، وأحياناً أخرى تكون هلالاً. ولكنه لاحظ أن هناك شيئاً مختلفاً يحدث مع أطوار الزهرة. فعندما يكون طور الزهرة كاملاً كالبدر ، تكون الزُهرة كالدائرة الصغيرة ، وعندما يكون طور الزُهرة كالهلال ، تكون الزُهرة هلالاً أكبر في الحجم بكثير من حجمها في طور البدر. كيف يكون هذا ؟ ولماذا ؟

فكر جاليليو ووجد أن الشرح المنطقي البسيط الوحيد هو أن الزُهرة تدور حول الشمس وليست تدور حول الأرض. وكونها كوكباً داخلياً بالنسبة للأرض (أي أنها أقرب إلى الشمس) ، فتكون الزُهرة بدراً عندما تكون في الجهة الأخرى المقابلة للشمس من جهة الأرض. ولذلك تكون أبعد ، وبالتالي تبدو أصغر. وفي المقابل تكون الزُهرة هلالاً عندما تكون قريبة من نفس الجهة من الشمس التي بها الأرض. ولذلك يرى سكان الأرض الهلال الفضي اللون من الجزء المضيئ من الزُهرة ، ولذلك نشاهد هلالاً ، ويكون أكبر بكثير من طور البدر ، لأن الزُهرة - في هذه الحالة - أقرب بكثير للأرض.

آخر شئ شاهده جاليليو كان مراقبة الشمس بالتلسكوب ومشاهدته لأول مرة البقع الشمسية السوداء والتي لم يفهم ما هي على الإطلاق. ولكن النقطة الفلسفية المهمة هي أن هذه البقع الشمسية كانت علامات تفسد شكل سطح الشمس. بالنسبة لجاليليو ، هذا الجرم السماوي الرائع غير المعيب ، أصبح الآن معيباً بهذه البقع السوداء.

كذلك قام جاليليو بمراقبة القمر بالتلسكوب ، وقد شاهد جبالاً وفوهات تصادمية كثيرة ، هنا أيضاً ، أصبح هذا الجرم السماوي الرائع بالنسبة لجاليليو ، معيباً.

بعد ذلك تحول جاليليو لدراسة الحركة على الأرض ، وقد قام بتجارب على الحركة الأرضية ، وقد قام بعدة تجارب هامة. وقد إستنتج جاليليو شيئاً مختلفاً جداً عن الحركة الأرضية ، لقد استنتج جاليليو وفكر بالطريقة الآتية ، جاليليو قال : لو تحرك جسمٌ بسرعة ثابتة منتظمة في خط مستقيم ماذا سيحدث له ؟ إنه سيستمر في فعل ذلك ، سيستمر في الحركة إلى الأبد في خط مستقيم وسرعة منتظمة ثابتة ، ولن يتوقف أبداً.




قــانــون الــعــطــالــة أو قــانــون الــقــصــور الذاتـــي.

تعتبر فكرة جاليليو هذه حساسة وهامة وحاسمة للفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الحديثة على حدٍ سواء. وتعتبر هذه الفكرة أحد مفاتيح الأفكار الأساسية لفهم علم الحركة. ما قاله جاليليو هو : الحالة الطبيعية للحركة ليست أن يكون الجسم في حالة ثبات على سطح الأرض. هذه حالة الحركة التي نتوقعها بسبب أشياء مثل الاحتكاك ومقاومة الهواء والأشياء التي تصطدم بها الأجسام مثل الأرض عندما تسقط عليها كرة التنس. الحالة الطبيعية للحركة هي الحركة في خط مستقيم بسرعة منتظمة ثابتة. هذه الحركة الطبيعية لا تحتاج إلى قوة (دفع أو سحب) لكي تجعل أي جسم يتحرك. هذا ما قاله جاليليو ، وهذا ، على ما يبدو ، هو الوصف الصحيح للطريقة التي تعمل بها الحركة.


"الحركة الطبيعية للأجسام هي أن تتحرك بسرعة منتظمة ثابتة في خط مستقيم". هناك إسم لهذه الجملة. إنه إسمٌ يُعزى لجاليليو ونيوتن. إنه يسمى قانون العطالة أو القصور الذاتي. إنه ينص على أن الجسم له قصور ذاتي ، له رغبة وميل طبيعي للبقاء متحركاً.

هذا هو الوضع الطبيعي للحركة. هذا هو قانون القصور الذاتي. بكونه ثقيلاً ، ويمتلك كتلة ، أي جسماً متى بدأ في الحركة ، سيستمر في الحركة. سيحتج إلى دفعة أو سحبة ليبدأ الحركة. سيحتاج إلى دفعة أو سحبة ليتوقف عن الحركة. وأيضاً سيحتاج الجسم إلى دفعة أو سحبة ليغير إتجاه حركته.

ولذلك ، على رأي جاليليو ، الحركة الطبيعية هي الحركة المنتظمة الثابتة في خط مستقيم. إذا رأيت أي إنحراف أو تغيير عن هذا ، مثل أن يزيد الجسم سرعته أو يُبطئ من سرعته أو حتى يغير إتجاهه ، في كل تلك الحالات تستطيع أن تفترض أن هناك قوة ، سواءٌ كانت دفعاً أو سحباً ، أثرت على الجسم.

فــهــم حــقــيــقــة الــحــركــة خــارج نــطــاق الــحــس الــعــام الــدارج.


يتبع

[محمد محمود بدر]

فــهــم حــقــيــقــة الــحــركــة خــارج نــطــاق الــحــس الــعــام الــدارج.


لماذا نجد صعوبة في فهم هذه الفكرة ؟

ولماذا نعاني من صعوبة في قبولها في حياتنا اليومية ؟

السبب في ذلك هو أنه في عالمنا ، في جميع تجاربنا ، مثل ضرب كرة التنس بالمضرب ، فإنك ستشاهد الكرة تبطئ من سرعتها بدلاً من الإستمرار في الحركة بسرعة منتظمة ثابتة للأبد - لو كان ما قلناه صحيحاً - وفي النهاية ستتوقف الكرة.

مثالاً آخر ، إرفع قدمك عن دواسة البنزين في سيارتك ، فإنك ستشاهد السيارة تتباطأ بدلاً من الإستمرار في الحركة بسرعة منتظمة ثابتة للأبد - لو كان ما قلناه صحيحاً - وفي النهاية ستتوقف السيارة.

في الواقع هذا الكلام سيكون صحيحاً ماعدا أن هناك قوة دفع وسحب تعمل على كرة التنس وعلى السيارة. فهناك قوة دفع الهواء ضد السيارة. وهناك قوة الإحتكاك من الطريق تدفع ضد عجلات السيارة ، وفي حالة كرة التنس ، هناك أيضاً قوة دفع الهواء ضد الكرة ، وهناك قوة الإحتكاك من أرضية الملعب تدفع ضد الكرة.

نحن لا نرى هذه القوى. هي لا تُظهر نفسها بوضوح كما تَظهر أيدينا كقوة دفع أو سحب واضحة. إلا أن هذه القوى المَخْفِيَّة عنَّا موجودة ، وهي التي تسبب التغيير في الحركة.

لو كان بإمكاننا تجريد هذه القوى بعيداً ، وهذا ما إستطاع فعله جاليليو ، أو لو أمكننا الذهاب إلى الوضع الفيزيائي الشبيه ، مثل لو إستطعنا الذهاب إلى حلبة هوكي الجليد ونظرنا إلى قرص الهوكي. سنشاهد القرص يعبر حلقة الجليد بسرعة منتظمة ثابتة تقريباً ، الإحتكاك يكاد يكون معدوماً ، سنشاهد القرص يقطع مسافة أكبر بكثير من حجم الملعب نفسه قبل أن نلاحظ أي تباطؤ في سرعته. ولو نظرنا إلى اللاعبين أنفسهم ، سنجدهم يتحركون تقريباً بسرعة منتظمة ثابتة مالم يضطرون إلى الدفع بقوة بأطراف زلاَّجَاتهم لمحاولة إجبار أنفسهم للدوران أو الإلتفاف أو الوقوف. قوى الإحتكاك ومقاومة الهواء في هذه الحالة صغيرة جداً. قوى الدفع والسحب والوضع الطبيعي للحركة يكشف عن نفسه بوضوح في هذا المثال.

ربما أفضل مثال نستطيع إعطاءه لكم هو مركبات الفضاء "بايونير ١٠ و ١١" و"فويجر ١ و ٢" ، تلك المركبات الأن في طريقها إلى خارج المجموعة الشمسية. وتحلق في الفضاء منذ حوالي ٤٠ عاماً. وتسير في خطوط مستقيمة تقريباً وبسرعة منتظمة ثابتة. بالطبع هناك بعض قوى الدفع والسحب البسيطة من جاذبية الشمس والكواكب الأخرى ، ولكنهم أساساً يتحركون في خطوط مستقيمة وسرعات منتظمة ثابتة. لا يوجد على متنها أي محركات صاروخية ، ولا أي وقود ، وستستمر مركبات الفضاء هذه في الحركة في إتجاهاتهم إلى الأبد ، إلى أن تؤثر عليها قوةً ما ، سواءً كانت قوة دفع أو سحب ، مثل قوة سحب الجاذبية لنجم بعيد.

هذا هو التغير الأساسي الذي أحدثه جاليليو. لقد قام بوضع قانون القصور الذاتي. لقد قال أن الوضع الطبيعي للحركة هو الحركة في خط مستقيم وسرعة منتظمة ثابتة. قوى الدفع والسحب مطلوبة فقط لتغيير الحركة. ومن هذه الفكرة خرجت أول أفكار الفيزياء الكلاسيكية الجديدة ، والتي ستؤدي في النهاية إلى وصولنا للأسئلة التي ستوصلنا بدورها للنسبية.


إســحــاق نــيــوتــن.


يتبع

[محمد محمود بدر]

إســحــاق نــيــوتــن.


يتبع


ولد نيوتن في عام ١٦٤٢م ، وهي صدفةٌ السنة نفسها التي توفي فيها جاليليو. ولكنه قام بإستكمال ما بدأه جاليليو ووسع أفكار جاليليو أكثر. في الحقيقة تعتبر فيزياء نيوتن هي فعلاً فيزياء نيوتن وجاليلو من نواحي عديدة.

إن أكثر ما يُشتهر به نيوتن هو قوانينه للحركة وقانونه للجاذبية. ونحن نريد أن نستغرق بعض الوقت في النظر في هذه القوانين ، لأنه في النهاية ، سندرك كيف ستوصلنا هذه القوانين إلى نسبية أينشتاين.

قــوانــيــن نــيــوتــن الــثــلاثــة لـلـــحــركــة.

تعتبر قوانين نيوتن الثلاثة للحركة شيئاً أساسياً يتم تدريسه في مقررات الفيزياء في جميع المدارس الثانوية. هناك ثلاثة قوانين توصف كيف تتحرك الأجسام نتيجة تأثير القوى عليها ، سواءً دفع أو سحب.
إذاً ، ما هي قوانين نيوتن الثلاثة للحركة ؟

قانون نيوتن الأول للحركة هو شئٌ مررنا به من قبل بالفعل. قانون نيوتن الأول للحركة هو في الأساس قانون القصور الذاتي المنسوب إلى جاليليو. وينص هذا القانون ، بطريقة رسمية ، بأن أي جسم يتحرك بصورة منتظمة (يعني في خط مستقيم وسرعة ثابتة) ، مالم تؤثر عليه قوةٌ ما (يعني قوة دفع أو سحب).

إذاً ، ها هو نيوتن ببساطة يلخص ويعيد صياغة ما قاله جاليليو بأن كل الأجسام لها قصور ذاتي ، وأن هذا القصور الذاتي يجعلها تستمر في الحركة.

قانون نيوتن الثاني للحركة يصف بطريقة كمية (حسابية) كيف تؤثر القوى (الدفع أو السحب) في تغير الحركة.

يقوم قانون نيوتن الثاني للحركة بحساب ذلك عن طريق المعادلة المشهورة "القوة = الكتلة x التسارع" (بالإنجليزية F = m.a) ، حيث F هي القوة سواءٌ دفع أو سحب ، و m هي كتلة الجسم ، و a هي التسارع ، وهو معدل تغير سرعة الجسم مع الوقت ، مثال ذلك عندما تضغط بقوة على دواسة البنزين لسيارتك وبالتالي تغير من سرعتها ، أو أيضاً عندما تلف عجلة القيادة لسيارتك وبالتالي تغير إتجاه الحركة.

إذاً قانون نيوتن الثاني للحركة يقول لنا ، على سبيل المثال ، إذا كان الجسم ثقيلاً (ذَا كتلة كبيرة) مثل كرة البولينج ، فإنه سيحتاج إلى قوة كبيرة لتعطيه تسارعاً معيناً. أما إذا كان الجسم خفيفاً (ذَا كتلة صغيرة) مثل كرة التنس ، فإنه سيحتاج إلى قوة أصغر لتعطيه التسارع نفسه.

قانون نيوتن الثالث للحركة ، وهو أشهرها ، ويعلمه الكثير من الناس ، وينص على الأتي : لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الإتجاه. وهذا يعني أن القوى دائماً تأتي في شكل زوج (يعني إثنين إثنين). وبصيغةٍ أخرى ينص القانون على الآتي : لو دفعت شيئاً ، سيدفع الشئ عليَّ بقوة تساوي القوة التي دفعتُ بها الشئ. أو بتعبير فيزيائي رياضي يقول : لو أثر الجسم أ على الجسم ب بقوةٍ ما ، فإن الجسم ب سيؤثر على الجسم أ بنفس القوة.

قــانــون نــيــوتــن الــعــام للجــاذبــيــة الــكــونــيــة.


لقد قام نيوتن بخطوة عظيمة أخرى للأمام. لقد قام بدراسة أحد أهم القوى المعروفة في الكون. الجاذبية.

القصة الأسطورية تَحكي الآتي : كان نيوتن جالساً تحت شجرة تفاح ، فسقطت تفاحة على رأسه ، فإكتشف نيوتن الجاذبية !! كلام فارغ.





إن قصة نيوتن الحقيقية هي أكثر رقة ، ودقة ، وعقلانية ، وتعقيداً ، ووضوحاً في نتائجها وعواقبها.


يتبع

[aymaan noor]

رائعة جدا أستاذنا الفاضل محمد محمود بدر

جزاك الله خيرا و بارك الله فيك

[محمد محمود بدر]

إن قصة نيوتن الحقيقية هي أكثر رقة ، ودقة ، وعقلانية ، وتعقيداً ، ووضوحاً في نتائجها وعواقبها.



القصة الحقيقية تَحكي الآتي : كان نيوتن جالساً تحت شجرة تفاح ، وكان القمر ظاهراً مرتفعاً في السماء في الوقت نفسه ، وقد سقطت تفاحة أمامه أو على رأسه ، وقد أدرك نيوتن أن حركة سقوط التفاحة وحركة دوران القمر حول الأرض هي نفس الحركة.

هذه هي جوهر عبقرية نيوتن. فقد قال : ماذا يفعل القمر ؟ إنه يتحرك حول الأرض. وماذا تفعل التفاحة ؟ إنها تسقط بإتجاه الأرض. ما هو العامل المشترك بين هاتين الحركتين ؟

نيوتن أدرك ما هو العامل المشترك بين هاتين الحركتين. لقد أدرك أنه في كلتا الحالتين ، الجسمان يتسارعان ، الجسمان ينحرفان عن الحركة في خط مستقيم وعن السرعة المنتظمة الثابتة في إتجاه الأرض وذلك بالنسبة للقمر والتفاحة على التوالي. إنه يبدو وكأنه في ، الحالتين ، هناك قوة سحب بإتجاه الأرض تؤثر في كلا الجسمين. في حالة التفاحة ، قوة السحب تسبب في تحرك التفاحة فيزيائياً وحقيقياً بإتجاه الأرض. في حالة القمر ، قوة السحب لا تجعل القمر يقترب من الأرض فيزيائياً وحقيقياً. ولكنها تسحب القمر وتجعله ينحرف عن البقاء في طريقه المستقيم الذي كان سيمشي فيه - كما ينص قانون نيوتن الأول - لو لم يكن هناك تأثير قوة سحب جاذبية الأرض عليه. هذه هي ، بمنتهى البساطة ، الفكرة الأساسية التي أدركها نيوتن.

الإجسام تتحرك في خط مستقيم وبسرعة منتظمة ثابتة مالم تؤثر عليها قوةٍ ما. في هذه الحالة القوة هي الجاذبية الأرضية ، وفي هذه الحالة الجاذبية الأرضية عندها القوة المناسبة لكي تُبقي القمر في حركة دائرية حول الأرض. إنه ينحرف عن السير في الخط المستقيم الذي كان يجب أن يمشي عليه.




نيوتن لم يتعرف فقط على هذا من الناحية الكيفية ، لقد تعرف أيضاً على هذا من الناحية الكمية. فقد وضع قانوناً على أساس هذه المراقبات ، هذا القانون معروفاً بإسم : القانون العام للجاذبية الكونية.

وينص قانون نيوتن هذا على الأتي :

كل جسم في الكون يجذب كل جسم أخر بقوة سحب تعتمد على كتلة الجسمين معاً وكذلك على المسافة التي تفصلهما. كلما بعدت المسافة بين الجسمين أكثر ، ضعفت قوة السحب بينهما ، وتضعف القوة بسرعة كبيرة وتتبع قانون التربيع العكسي نفسه الذي يتبعه الضوء. وينص قانون التربيع العكسي على الأتي :

إن قوة الجاذبية تتناسب تناسباً عكسياً مع مربع المسافة ، أي تقل قوة الجاذبية مع إزدياد المسافة عن مصدر الجاذبية. فَلَو إبتعدت عن مصدر الجاذبية مسافة معينة فإن الجاذبية ستقل بمقدار معين. ولو ضاعفت هذه المسافة ، فإن الجاذبية ستقل بمقدار الربع (١/٤). ولو إبتعدت ثلاثة أضعاف المسافة ، فإن الجاذبية ستقل بمقدار التسع (١/٩). ولو إبتعدت أربعة أضعاف المسافة ، فأن الجاذبية ستقل بمقدار (١/١٦) ، وهكذا.

لاحظ أنه من الممكن عملياً قياس قوة الجاذبية الكونية بين جسمين كثيفين عاديي الحجم مثل كرتين من الرصاص المصمت ، سيكون مقدار القوة صغير جداً جداً ، وستكون صعبة القياس للغاية. إلا أنه قد تم قياس ذلك لأول مرة في القرن الثامن عشر على يد العالم هنري كافينديش.

تــوحــيــد الفــيــزيــاء.


يتبع

[محمد محمود بدر]

تــوحــيــد الفــيــزيــاء.





لقد فعل نيوتن أكثر من ذلك ، لقد أخذ خطوة فلسفية كبيرة للأمام ، لأنه بإدراكه أن حركة القمر وحركة التفاحة هما نفس الشئ ، ونفس الحركة ، بإدراكه ذلك ، قد وحد وللأبد الحركة السماوية والأرضية. فقد قال نيوتن : الحركة السماوية والحركة الأرضية تطيع وتتبع القوانين الفيزيائية نفسها. فيزياء كونية واحدة تُطبق في كل مكان في الكون. وبذلك أصبح نيوتن أول من وحد الأفكار في تاريخ العلوم ، فقد أخذ على ما يبدوا أنه منطقتان مختلفتان أو حقلان مختلفان من العلوم - ونعني في هذه الحالة علم الفلك والفيزياء الأرضية - ووحدهما مع بعضهما البعض. لقد أصبحا شيئاً واحداً. أصبحا شيئاً واحداً لأنهما يتبعان ويطيعان القوانين نفسها. لقد أصبح العِلمَان يُفهمان كجزء من نفس الشئ الْوَاحِد.

ماذا تفعل الزُهرة في حركتها حول الشمس يمكن فهمه وحسابه كَنَفْس الشئ وبنفس الطريقة التي نفهم بها ماذا تفعل التفاحة عندما سقطت على رأس نيوتن ، أو ماذا تفعل كرة التنس عندما تضربها بالمضرب في مباراة التنس في باطن السفينة. تَغَيُّر فلسفي كبير جداً. مجموعة قوانين كونية فيزيائية واحدة.




دعنا الآن نسأل السؤال التالي :

لمن تعمل قوانين الحركه هذه ؟

لمن تعتبر قوانين نيوتن صحيحة ؟

هل فقط لنيوتن ؟

هل فقط لنيوتن وجاليلو ؟

بالطبع لا. هذه القوانين صحيحة لكل شخص.

هل هذه القوانين صحيحة فقط على الأرض ؟ مرةً أخرى نقول بالطبع لا. قوانين الفيزياء التي تعمل هنا على الأرض تعمل في أي مكان أخر. وغايةً في الأهمية نضيف ، القوانين تعمل بغض النظر عن حالة الحركة التي أنت فيها. هذه هي النقطة المهمة.

مــبــدأ الــنــســبــيــة الــجــالــيــلــيــة.


يتبع

[محمد محمود بدر]

مــبــدأ الــنــســبــيــة الــجــالــيــلــيــة.





والآن ، وبعد أن فهمنا المعنى الحقيقي للجملة الأخيرة عن قوانين الفيزياء ، فقد حان الوقت أن نكون أكثر دقة وأكثر وضوحاً بخصوص هذه الجملة ، ونكون أكثر حرصاً في إنتقاء الكلمات عندما نقول هذه الجملة. الجملة التي نريد أن نقولها هي : إن قوانين الفيزياء واحدة لا تتغير لكل شخص ، عند هذه النقطة لا بد أن نُكيِّف هذه الجملة وننقيها أكثر ، إنه إنتقاء وتنقية هام جداً ، ويقول الآتي : إن قوانين الفيزياء واحدة لا تتغير لكل شخص في حركة منتظمة. كل شخص في حركة منتظمة. لو كنت متحركاً في خطٍ مستقيمٍ وبسرعة منتظمة ثابتة وقمت بعمل تجارب فيزيائية لتحدد ما هي القوانين التي تحكم الفيزياء ، فإنك ستحصل على القوانين نفسها.

سنتفق جميعاً على أن قوانين نيوتن للحركة صحيحة وتعمل ، وأن قانون الجاذبية الكونية صحيح ويعمل ، وأن هذه القوانين كلها لها بالضبط نفس الشكل والهيئة.





ولكن لو ذهبت إلى مدينة الملاهي وركبت لعبة ماري الدوارة ، أو لو كنت راكباً في سيارة أثناء دورانها حول ركن الطريق بسرعة كبيرة ، أو لو كنت راكباً في سيارة أثناء تسارعها ، أو لو كنت راكباً في طائرة نفَّاثة تنطلق على مدرج المطار ، أو لو كنت راكباً في طائرة نفَّاثة هبطت على المدرج وتتباطأ بسرعة للوقوف.

في كل تلك الحالات نقول بمنتهى البديهية والوضوح : أن قوانين نيوتن لا يمكن تطبيقها لأن هذه الحالات ليست أوضاعاً تكون أنت فيها في حركة منتظمة ثابتة.

سوف نركز الأن على كلمة الحركة ، وسوف نقوم بإستخدام كلمة الحركة بدلاً من كلمة الفيزياء في الوقت الراهن وفي المقال القادم ، وذلك لأنه في زمن نيوتن كانت الحركة هي الفرع الوحيد من الفيزياء المعروف والمفهوم حقيقةً بشكل كبير.

ففي زمن نيوتن ، كان العلماء يعرفون القليل عن علم البصريات والضوء ولكن ليس كثيراً ، والقليل عن علم الحرارة والديناميكا الحرارية ولكن ليس كثيراً.

إن قوانين الحركة هي نفسها لا تتغير لكل شخص في حركة منتظمة. وهذه الجملة لها إسم. إنها تسمى مبدأ النسبية الجاليلية.

وأحياناً أخرى تسمى مبدأ النسبية النيوتونية ، لإنها خرجت من أفكار جاليليلو ونيوتن.

هذه أول مرة نرى فيها كلمة النسبية في سياق فيزيائي حقيقي. لقد تحدثنا عن أن هذه المقالات ستكون للحديث أساساً عن نسبية أينشتاين ، ولكننا نشاهد الأن كلمة النسبية تُحصَد قبل ذلك !!

نسبية أينشتاين ، في الحقيقة ، ليست فكرة حديثة. في الواقع إنها فكرة قديمة جداً أعيد تدويرها وزُينت وحُسنت قليلاً. مبدأ النسبية الأصلي كان لجاليليو ونيوتن وينص على ماذكرناه سابقاً. ولكي نذكره مرة أخيرة بطريقة رسمية نقول : إن قوانين الحركة هي نفسها لا تتغير لكل شخص بشرط أن يكون في حركة منتظمة.
هناك طريقة أخرى لقول هذا المبدأ وهو أن تقول : فقط الحركة النسبية هي التي تهم.

لو كنت تقود السيارة على الطريق في سرعة منتظمة ثابتة في خط مستقيم وأنا أقف على جانب الطريق ، لو قلت لك : أنت تتحرك. أنت أيضاً لك كل الحق أن تقول لي : كلا أنا فقط جالسٌ هنا في السيارة وأنت الذي تتحرك في الإتجاه الآخر.

ولكن ما تقوله النسبية الجاليلية هو ، في الحقيقة ، أنت لا تستطيع التفريق. نحن لا نستطيع القول بأن شخصاً يتحرك وأن الآخر لا يتحرك. تذكر أن كل شخص يتحرك في حركة منتظمة له الحق في إستخدام نفس قواني الفيزياء وسيحصل على نفس النتائج. الفيزياء متساوية لأي شخص في حركة منتظمة ، ولذلك لا يستطيع شخص مطلقاً القول : أنا أتحرك وأنت ثابت ، أو أنا ثابت وأنت تتحرك. هاتان الجملتان ليس لهما معنى.

ما نستطيع قوله هو : أنا أتحرك على الطريق بسرعة ٥٠ كيلومتراً في الساعة بالنسبة للأرض. أو نقول : أنت تتحرك ماراً بي بسرعة ٥٠ كيلومتراً في الساعة بالإتجاه الآخر. نحن نستطيع التحدث فقط عن الحركة النسبية. هذا هو السبب في أنه مبدأ النسبية. لأنه يقول ، فقط الحركة النسبية هي التي تهم. فقط الحركة النسبية هي فكرة لها معنى ، أما الحركة المطلقة فليس لها معنى.

كــلــمــة واحــدة أخــيــرة.


يتبع