[ناصر اللحياني]

بسم الله الرحمن الرحيم
أخوتي الكرام

الســــــــلام علــــــــيكم ورحمــــــــة الله وبركاتـــــــه ، وبعــــــد
بين أيدكم شـرح درس الفيزياء النسبية ضمن سلسلة المُســـاعد
وسيتم الــــردّ على تســــاؤلاتكم من قبل أســــاتذتــــنا الكــــرام :

المهندس أحمـــد كمال (mysterious_man )
والدكــــتور مصـــطفى ( Einstine )
مشـرفا منتدى النسبيـــة

بارك الله فيهما ونفعنا بعلمهما
ومن لديه إجابة على أي تساؤل يطرح فلا يبخل به وله الشكر.

[ناصر اللحياني]

الفيزياء النسبية :

مقدمة :
ظلت الفيزياء التقليدية بفروعها الثلاث حتى نهاية القرن التاسع عشر قادرة على تفسير كل الظواهر الفيزيائية ، و هذه الفروع هي :

1 – الميكانيكا : ممثلة بقوانين نيوتن وتهتم بدراسة الأجسام المادية .
2 – الكهرومغناطيسية : ممثلة بقوانين ماكسويل وتهتم بدراسة حركة الأمواج الكهرومغناطيسية
3 – الديناميكا الحرارية : ممثلة بقوانين الديناميكا الحرارية الثلاث ، وتهتم بدراسة الحرارة وانتقالها بين الأجسام .

الظواهر التي أدت إلى نشأة الفيزياء الحديثة :
في بداية القرن العشرين ظهرت بعض الظواهر التي تتناقض مع أسس الفيزياء التقليدية منها :

1 – أن قوانين الميكانيكا لا تعطي نتائج صحيحة عند تطبيقها على أجسام متحركة بسرعة قريبة من سرعة الضوء .
وتم التغلب على هذه المشكلة بظهور نظرية الفيزياء النسبية لآينشتاين .

2 – قوانين الديناميكا لا تعطي نتائج صحيحة عند تطبيقها على جسيمات ذات كتل ذرية صغيرة جدا مثل الذرة والإلكترونات والبروتونات .
و تم التغلب عليها بظهور علم نظرية ميكانيكا الكم لبلانك .

الراصد في الفيزياء القديمة والحديثة :
في الفيزياء القديمة : لم يُفرق بين الراصد الساكن والراصد المتحرك .
في الفيزياء الحديثة : تم التفريق بين الراصد الساكن والراصد المتحرك .

نتائج النظرية النسبية :

أولا : نسبية الطول :

في الفيزياء التقليدية : يعتبر الطول مطلق ولا يعتمد على حركة الراصد أو سكونه .
في الفيزياء النسبية : يتقلص طول الأجسام المتحركة في اتجاه حركتها بالنسبة لراصد ساكن .

ل : طول الجسم وهو متحرك ، ل0 : طول الجسم وهو ساكن ، ع : سرعة الجسم ، ع ض : سرعة الضوء .

[flash=http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic22.swf]WIDTH=500 HEIGHT=400[/flash]
http://www.phys4arab.net/uploood/naser/atomic22.swf

ثانيا : نسبية الزمن :

في الفيزياء التقليدية : يعتبر الزمن مطلق ولا يعتمد على حركة الراصد أو سكونه .
في الفيزياء النسبية : الزمن الذي يسجله راصد ساكن لحادثة ما تكون أكبر من الزمن الذي يسجله راصد متحرك بنفس سرعة الحادثة.

ز. : الزمن الذي يسجله الراصد الساكن ، ز : الزمن الذي يسجله الراصد المتحرك بنفس سرعة الحادثة ،
ع : سرعة الجسم ، ع ض : سرعة الضوء .

ثالثا : نسبية الكتلة :
في الفيزياء التقليدية : لا علاقة لكتلة الجسم بسرعته .
في الفيزياء النسبية : الكتلة تزداد بزيادة سرعة الجسم وتكون قيمتها لا نهائية عند سرعة الضوء .

ك : كتلة الجسم وهو متحرك ، ك0 : طول الجسم وهو ساكن ، ع : سرعة الجسم ، ع ض : سرعة الضوء .


شرح أينشتاين لما يحدث للزمن والطول في نسبيته:
" أننا إذا تصورنا ساعة ملصقة بجسم متحرك بسرعة هائلة، فإن عقارب هذه الساعة لابد أن تسير بسرعة مختلفة عن سرعة عقارب ساعة أخرى ملصقة بجسم ساكن كالجدار مثلاً... وبالمثل فإن مسطرة متحركة لابد أن يتغير طولها تبعاً لسرعتها المتحركة بها. وعلى وجه الدقة فإن الساعة الملصقة بجسم متحرك تتأخر في الوقت كلما ازدادت سرعة الجسم حتى تتوقف عقاربها تماما عن الدوران إذا بلغت سرعة الجسم سرعة الضوء والشخص المتحرك مع الساعة لا يدرك هذه التغيرات وإنما يدركها الشخص الذي يلاحظها من مكان ساكن. وبالمثل تنكمش المسطرة في اتجاه حركتها كلما زادت هذه الحركة حتى يتحول طولها إلى الصفر حينما تبلغ سرعة الضوء بالنسبة للشخص الساكن".

ولكثير من التوضيح نفرض أن مسافراً يبلغ من العمر عشرين عاماً أستقل مركبة فضائية تسير بسرعة 99% من سرعة الضوء بالنسبة لشخص على الأرض له نفس العمر، سنجد أن ساعة الرجل الفضائي تتباطأ بالنسبة للرجل الأرضي والوقت الذي يحسبه المسافر يكون أقل من الوقت الذي يحسبه الرجل على الأرض، وحقيقة فإن الفعاليات الحيوية كضربات القلب والتنفس...الخ تكون ساعات بيولوجية وبالتالي فإن هذه الفعاليات تسير ببطء لدى المسافر في المركبة الفضائية وهو لن يلحظ أي تغير في سرعة دقات قلبه أو تنفسه ولكن الذي يلحظ ذلك هو الرجل على الأرض حين مراقبته بتلسكوب مثلاً. وبعد مرور سبعين سنة حسب تقدير وقياس الرجل على الأرض أي بعد ما أصبح عمره تسعون عاماً، يعود الرجل الفضائي وعمره ثلاثون عاماً فقط! وهذا ما يعرف بالتأخر الزمني. وكذلك الحال في طول المركبة الفضائية، سيقيسها الرجل على الأرض أقصر مما هي عليه أو كما يقيسها المسافر الذي على متنها وهذا ما يعرف بانكماش أو تقلص الطول.

إن المقاييس من مساحات و حجوم وكتل وتحديد المكان والزمان والسرعة هي مقاييس معروفة في نظر الفيزياء الكلاسيكية (فيزياء جاليليو ونيوتن) فكلنا نقيس المسافات والزمن بنفس الطريقة والكيفية ولا يختلف في ذلك اثنان إذا كانت مقاييسهما معايرة بدقة وهذا يعني أننا سلمنا بأن هذه المقاييس مطلقة ولكن هذا يخالف النظرية النسبية التي تقوم على أنه لا وجود لشيء مطلق في كل هذه الأشياء أنما هي نسبية، فالدقيقة (60 ثانية) التي نقيسها بساعاتنا يمكن أن يقيسها آخر على أنها أقل من دقيقة أو أكثر، وكذلك المتر العياري طوله متر بالنسبة للشخص الذي يحمله ولكن بالنسبة لآخر يتحرك بسرعة كبيرة بالنسبة لذلك الشخص يجد المتر 80 سنتمتر وكلما زادت سرعته كلما قل طول المتر ليصبح طول المتر صفر إذا تحرك الشخص بسرعة الضوء (سنجد انه من الاستحالة الوصول لسرعة الضوء) وهذا لا يعود لخطأ في القياسات بين الشخصين أو خلل في آلات الرصد التي يستخدمونها فكل منهما يكون صحيحا ولكن بالنسبة له. ولهذا سميت بالنظرية النسبية والكثير من الأمور المسلم بها في حياتنا والتي نعتبرها مطلقة تصبح نسبية في عالم النسبية.

بمفهوم اينشتين والتعامل مع الزمن على أنه بعد من الأبعاد يصبح كل شيء نسبياً فمثلاً نعرف أن 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 لتأثير الجاذبية عليها فيقل الوزن قليلا في المرتفعات ويزيد في المنخفضات نتيجة لتغير تأثير الجاذبية حسب بعدنا او قربنا من مركز الأرض وهذا التغير يكون في حدود جرام واحد فقط، ولكن آينشتين يبين أن الكتلة تتخلى عن تأثير الجاذبية وتتغير في حدود أكبر بكثير قد تصل إلى الآلاف ولا علاقة لتغير الكتلة بالجاذبية. إن ثبوت المقاييس والأبعاد عند آينشتين في الكون لا وجود له حسب نظريته النسبية.


المبادئ التي قامت عليها النظرية النسبية الخاصة وهي:
1. لا وجود للحركة المطلقة ولا مجموعة المحاور الثابتة التي ترجع إليها جميع الحركات.
2. إن جميع القوانين الفيزيائية يجب أن تكون هي بعينها وشكلها في أي من المناطق (الأنظمة) المتحركة مع بعضها البعض بسرعة ثابتة.
3. ينتشر الضوء في جميع الاتجاهات وبسرعة ثابتة لا تتغير مع حركة المصدر الضوئي أو المشاهد ومقدارها ثابت سواء كانت المنطقة (النظام) ساكنة أو متحركة، وهي سقف السرعات في الكون أي أنها أعلى سرعة معروفة ولا وجود لجسيم يتحرك بسرعة الضوء.

[ناصر اللحياني]

تفضلوا بطرح تساؤلاتكم

[ناصر اللحياني]

أسئلتي للمهندس أحمد :

1 - كيف أوفـّق بين النتيجة الأولى والثالثة للنسبية ، حيث أن النتيجة الأولى تقلص للطول والنتيجة الثالثة زيادة الكتلة ؟
3 - هل من تجارب عملية أثبتت نتائج النسبية ( غير تجارب آينشتاين ) ؟
2 - بإختصار ماهي أدلة من يزعم خطأ النسبية ؟

[حمامة سلااام]

الف شكر استاذ ناصرالله يسهل عليك في امورك يارب...........
1/ كيف ان الطول لا يتأثر بالحركه العموديه فقط يتقلص باتجاة الحركه؟؟
2/ لماذا فقط الاعمار البعيده عن الارض تزداد بشكل اقل عن الاعمار في الارض؟؟؟

[جوديان]

ألف شكر لك أستاذ ناصر وجزاك الله عنا خيرا
وشكرا لك مهندس أحمد وأعانك الله علينا ويجزيك عنا خيرا
في انتظار الإجابة على الأسئلة السابقة
ثم واعذروني على بساطة تفكيري أو خيالي :
نحن نرى الجسم الذي يتحرك مبتعدا عنا ( إذا كنا مشاهد ساكن ) نراه يقصر شيئا فشيئا ، هل هذا هو المقصود بنسبية الطول ؟

[mysterious_man]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة نـاصر أسئلتي للمهندس أحمد : 1 - كيف أوفـّق بين النتيجة الأولى والثالثة للنسبية ، حيث أن النتيجة الأولى تقلص للطول والنتيجة الثالثة زيادة الكتلة ؟ 3 - هل من تجارب عملية أثبتت نتائج النسبية ( غير تجارب آينشتاين ) ؟ 2 - بإختصار ماهي أدلة من يزعم خطأ النسبية ؟

أشكرك أستاذ ناصر على هذه الثقة الغالية وعلى هذا المجهود الرائع في الشرح
بالنسبة للأسئلة الثلاث إجابتي كالآتي
1- لا تعارض بين النتيجة الأولى والثالثة حيث أن كثافة الجسم تزداد في حالة الحركة بمقدار 1/(1- ع/ ع ض ) و ليس جذر هذا المقدار وهذا يفسر زيادة الكتلة بمقدار الجذر وانكماش الطول بمقدار الجذر

2- هناك تجارب كثيرة لإثبات صحة النسبية الخاصة والعامة ومن اشهر تجارب اثبات صحة النسبية الخاصة
أ- تجربة فترة حياة جسيم (منذ ميلاده إلى تحلله) يُدعى الميون حيث قيست هذه الفترة في السرعات الضئيلة ثم قيست فترة حياة الجسم وهو سائر بسرعة تقترب من سرعة الضوء فكان عمره وهو سائر بسرعة هالة أكبر من عمره وهو سائر بسرعة ضئيلة بالمقدار جذر [ 1/(1- ع/ ع ض ) ] وكانت النتائج دقيقية إلى حد كبير
ب- تجربة قياس انحراف آشعة الضوء القادمة من النجوم البعيدة عندما تمر بجانب الشمس . وقد أجريت هذه التجربة في وقت الكسوف الكلي للشمس وكان الانحراف المُقاس قريب جداً من الانحراف المُتوقع من النسبية العامة

3- معارضو النسبية يستندون أساساً على اصطدام فروض ونتائج النسبية مع الحس العام ولا يقدمون دليلاً علميا منطقيا أو تجريبيا صلباً على خطأ النسبية وقد نسي القوم أو تناسوا أن الحس العام إنما يُبنى من التجربة اليومية خلال حياتنا التي نعيشها أما النسبية فتظهر نتائجها في ظروف مغايرة الكلية للظروف الحياتية العادية حيث تظهر نتائج النسبية الخاصة في سرعات اكبر من عشر سرعة الضوء وتظهر نتائج النسبية العامة في مجالات جاذبية أكبر بكثير من المجال الجاذبي الأرضي ,,,, فمن الطبيعي جداً أن تصطدم نتائج النسبية مع الحس العام.
ولكن العلم لم يعد يعول على الحس العام وذلك لأن العلماء أدركوا أن هذا الحس العام معرقل للتقدم العلمي ولذلك استبدل العلماء الحس العام بالاعتماد فقط في الحكم على صحة نظرية ما من خطأها باتفاق أو مغايرة نتائج النظرية للتجربة العملية. فإن اتفقت النتائج النظرية مع النتائج العملية فتعتبر النظرية صحيحة بغض النظر عن اصطدامها بالحس العام من عدمهز

والله أعلم

[mysterious_man]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة حمامة سلااام الف شكر استاذ ناصرالله يسهل عليك في امورك يارب........... 1/ كيف ان الطول لا يتأثر بالحركه العموديه فقط يتقلص باتجاة الحركه؟؟ 2/ لماذا فقط الاعمار البعيده عن الارض تزداد بشكل اقل عن الاعمار في الارض؟؟؟

السلام عليكم
1- السؤال هذا ممتاز ونادرا من يسأله . أهنئك عليه وللإجابة عليه نفرض أن الطول العمودي على اتجاه الحركة يتغير بالحركة ونختبر الفرضية
نفرض أن الطول العمودي على اتجاه الحركة اثناء الحركة = ك × الطول العمودي على اتجاه الحركة اثناء السكون
افترض ان هناك مرآتان أفقيتان تتحركان (بالتزلج) بالنسبة لمشاهد ب والمرآتان تتزلجان ويتزلج معهما مشاهد ملاصق لهما اسمه أ وهذه الحركة تتم على قضيبين علوي وسفلي ثابتين بالنسبة للمشاهد ب أي أن القضيبين ثابتان بالنسبة لـــ ب
أفترض أن المسافة بين المرآتين بالنسبة الى أ (طول السكون في الاتجاه العمودي على الحركة) = ر1
إذن حسب فرضنا الأصلي فستكون المسافة العمودية بين المرآتين بالنسبة لــــ ب = ر2 = ك × ر1
ولكن ر2 هذه هي المسافة الرأسية السكونية (بالنسبة لـــ ب) بين القضيبين وحيث أن القضيببين يتحركان بالنسبة لـــ أ بنفس السرعة ولكن فى اتجاه معاكس لحركة المرآتين بالنسبة لـــ ب فإن من الطبيعي أن يرى المشاهد أ الطول العمودي والذي هو هو ر1 = ك × ر2
بالتعويض من المعادلة الأولة في الثانية
ر1= ك × ك × ر1
نشطب ر1 مع ر1
اذن ك^2 = 1
اذن ك=1
ومن هذا يتضح أن
الطول العمودي على اتجاه الحركة اثناء الحركة = 1 × الطول العمودي على اتجاه الحركة اثناء السكون
أي أن
الطول العمودي على اتجاه الحركة اثناء الحركة = الطول العمودي على اتجاه الحركة اثناء السكون
أي أن
الطول العمودي على اتجاه الحركة لا يتغير بالحركة

2- موضوع تغير الزمن (في النسبية الخاصة) ليس له علاقة بالبعد عن الأرض أو القرب منها ولكن بالسرعة التي ينطلق بها التوأم الأول في الفضاء (حتى لو كان قريبا من الأرض يلف حولها) . فمعضلة التوأم في هذه الحالة تقول أن المسافر سيرجع من رحلته أصغر

أما في النسبية العامة فلو فرضنا أن التوأمين أحدهما يقطن الأرض والآخر يقطن الفضء في مكان بعيد عن اي جرم ثقيل
أقول لو افترضنا ان التوأمين ساكنين بالنسبة لبعضهما البعض فإن الشخص المتعرض لمجال جاذبية (الشخص الذي يقطن الأرض) سوف يكبر ببطئ وسوف يكبر الشخص البعيد بسرعة بحيث أنه بعد مرور زمن ما على الأرض سيكون الشخص البعيد أكبر سناً من الشخص القاطن للأرض

والله أعلم



والله أعلم

[mysterious_man]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة جوديان ألف شكر لك أستاذ ناصر وجزاك الله عنا خيرا وشكرا لك مهندس أحمد وأعانك الله علينا ويجزيك عنا خيرا في انتظار الإجابة على الأسئلة السابقة ثم واعذروني على بساطة تفكيري أو خيالي : نحن نرى الجسم الذي يتحرك مبتعدا عنا ( إذا كنا مشاهد ساكن ) نراه يقصر شيئا فشيئا ، هل هذا هو المقصود بنسبية الطول ؟

السلام عليكم
الإجابة هي "لا" هذا ليس له علاقة بالنسبية حيث أن قصر الطول هذا سيحدث ظاهريا فقط حتى لو كان الجسم واقفاً وهذه الظاهرة هي ظاهرة بصرية بحتة
أما انكماش الطول في النسبية فهو انكماش حقيقي يراه الشخص المتحرك بالنسبة للجسم بينما لا يرى "حقيقةً أيضاً" الشخص المصاحب للجسم أي انكماش وهنا نرى أن الطول الحقيقي نفسه نسبي وليس لهذه الظاهرة المستنتجة من النسبية اية علاقة بخداع البصر او تغيرات الطول الناشئة عن ظواهر بصرية

والله أعلم

[جوديان]

شكرا لك مهندس أحمد وجزاك الله خيرا