إن تقدير مدى الغرابة التي تطرأ على سياق الحوادث والأشياء ، من جراء افتراض أن سرعة الضوء ثابتة ، يتم عادة من خلال مثال يساق عن سفرة إنسان في عربة قطار سريع جداً لاشك أن اختيار هذا المثال المتواضع في مناقشة من هذا النوع ينبيء عن واقع أن القطار كان أسرع ناقل معروف عام 1905) .

شكل 2 - 3 . التزامن نسبي . إن الراصد A يرى أن الاشارتين الضوئيتين تصلان إلى نهايتي العربة في لحظة واحدة لأنها تنتقلان بسرعة واحدة في العربة. والراصد B يعتقد أنها تنتقلان بسرعة واحدة على طول السكة . لكن القطار العظيم السرعة يكون ، أثناء فترة انتقال الاشارة (وهي فترة قصيرة جداً ، ربما عُشر مكروثانية) ، قد تقدم الى الوضع المشار إليه بالخط المتقطع . فالاشارة الذاهبة نحو اليسار تصل إلى الطرف الخلفي للعربة قبل أن تصل الاشارة الذاهبة نحو اليمين إلى طرف العربة الأمامي

إن الحصول على مفعول محسوس يتطلب فعلاً أن يكون القطار سريعاً جداً - أن لا تكون سرعته بعيدة جداً عن سرعة الضوء ، بالنسبة للسكة طبعاً . ولما كانت مثل هذه السرعة غير متوفرة عملياً في القرن العشرين حتى أن سرعة الأرض نفسها حول الشمس لا تتعدى جزءاً صغيراً من سرعة الضوء فإن هذا يفسر لماذا لا نشعر بشيء غريب في أسفارنا التي نقوم بها في حياتنا العادية ولماذا تأخر اكتشاف نظرية النسبية كل هذه المدة. ومع ذلك  سنفترض أننا نتعامل مع قطار ذي سرعة غير عادية .

الراصد A ، الراكب في عربة القطار (انظر الشكل 2 - 3) مجهز بمصباح كهربائي موضوع في مركز العربة تماماً . وعلى زيق السكة ينتظر زميله B مرور القطار ويمكنه أن يرى المصباح وكل ما في داخل العربة. يتفق A و B على مايلي : القطار السريع سيتحرك بسرعة ثابتة حتى يمر أمام 8 . وأثناء ذلك ، وفي لحظة مناسبة ، يرسل المصباح برقاً قصير الأمد على منحى طول العربة . وعندما تصل الاشارتان البرقيتان الى طرفي العربة يسجل كل من A و B لحظتي الوصول . إن نتيجة هذه التجربة التخيلية لابد أن تكون غريبة . فالراصد A ، المسافر في القطار ، يرى أن الاشارتين تنطلقان من مركز العربة معاً وتصلان إلى طرفيها في لحظة واحدة ، ذلك لأن سرعة الضوء واحدة في الاشارتين وهما تقطعان مسافتين متساويتين . لكن نتيجة الراصد B ، الواقف على زيق السكة ، ستكون غير ذلك ، فهو سيرى أيضاً الاشارتين تنتقلان بسرعة واحدة في اتجاهين متعاكسين، لكن هذه السرعة مقدرة بالنسبة له في مرجعه الخاص الساكن بالنسبة للسكة ، ونتيجة ذلك سيرى أن الاشارة الذاهبة نحو اليسار (شكل 2 - 3) تصل الى طرف العربة الأيسر قبل أن تصل الاشارة الذاهبة نحو اليمين إلى الطرف الأيمن . وسبب هذا الاختلاف هو أن القطار والمنبع الضوئي متحركان كليهما بالنسبة لـ B ، مما يعطي للقطار فرصة انتقال صغير نحو اليمين أثناء زمن ذهاب الاشارتين. فالاشارة الذاهبة نحو اليسار تقطع مسافة أقصر من المسافة التي تقطعها الاشارة الذاهبة نحو اليمين ، فتصل قبلها لأن سرعتيهما واحدة.

إن الراصدين A و B يعطيان إذن نتيجتين مختلفتين للحادثين نفسيهما . فمن المصيب ؟ هل تصل الاشارتان حقاء متزامنتين الى الطرفين . أم أن اليسرى تصل قبل اليمني ؟ تقول نظرية النسبية إن كليها مصيب . ولا مجال لأن نقول : إن A متحرك ، فهو إذن المخطىء ، لأن حركة A المنتظمة ليست بذات بال. إنها فقط حركة بالنسبة لـ B . ويمكن تماماء للمرء أن يقول إن القطار ساكن وإن الأرض تتحرك بالنسبة له في الاتجاه المعاكس . وهذا في الواقع أكثر إقناعاء بالفعل لأن الأرض متحركة يقيناً حول الشمس .

فنظرية النسبية الخاصة تقضى بعدم وجود مراجع مقارنة متميزة ، وليس لأحد الحق في أن يقول إنني على صواب وإن كل امرىء يختلف في الحركة عني على خطأ. والنتيجة التي لا مناص من القبول بها هي أن بعض الظروف ، التي كانت تعتبر قبل ذلك موضوعية بمعنى ما ، ليست موضوعية بللرة وانما هي ظروف نسبية محضة ، أي بالنسبة الحالة حركية معينة . وبصورة خاصة تقول نظرية النسبية إن تزامن حادثين مفصولين مكانيا ليس خاصية مطلقة من خصائص الحادثين بالذات وإنما هو نتيجة لظروف رصدهما . فالذي يشكل نفس الملحظة عند طرفي العربة بالنسبة لـ A لا يشكل نفس اللحظة بالنسبة لـ B .

إن هذه الرؤية الجديدة للزمن تبدو غريبة لأول وهلة . فقبل نظرية النسبية كان المعتقد أن الزمن واحد لدى راكب القطار والراصد الساكن قرب السكة ولدى أي إنسان آخر ولو كان على المريخ. فالزمن النيوتني مطلق وشامل ولا يتوقف على حالة المرء من السكون والحركة في هذا الكون. إن هذه الصورة للزمن كأساس ثابت أو كمرجع وحيد نعتمد عليه في دراسة الحوادث أصبحت اليوم خاطئة ، ولا وجود لما نسميه نفس اللحظة الشاملة ولمبدأ النسبية نتائج أكثر غرابة نراها إذا تصورنا قطاراً ثانيا يقل راكباً ثالثاً ، C ، في قطار يسير على سكة موازية في الاتجاه نفسه. فاذا كانت سرعة C أكبر من سرعة A فإن A يبدو لـ C متحركاً في الاتجاه المعاكس ، من اليمين إلى اليسار في الشكل 2 - 3 . ونرى بمحاكمة مماثلة لما سبق أن C سيلاحظ أن الاشارتين الضوئيتين الصادرتين عن مصباح A يصلان إلى طرفي عربته في لحظتين مختلفتين. وفي هذه الحالة فقط ، وبسبب الحركة من اليمين الى اليسار ، يرى C أن الاشارة الذاهبة نحو اليمين هي التي تصل الى هدفها أولاً . وهذا يدل على أن ترتيب الحادثين لدى C هو عكس ترتيبهما لدى B ، أي أن يرى الاشارة اليسرى تصل هدفها أولاً بينما يرى C عكس ذلك وهو محق أيضاً) . ذلك نرى أن النسبية تدمر العلاقة (الترتيب) (قبل – بعد) بين الحادثين المفصولين مكانياً . لكنها ، على كل حال ، لا تدمر هذه العلاقة لو كان الحادثان متمكنين (يحدثان في مكان واحد) أو ، وهذا يمكن أن نستنتجه دون صعوبة ، إذا كان الراصد يستغرق للوصول من موقع أولهما لموقع الثاني فترة زمنية تساوي الفترة الفاصلة بينهما وهو يتحرك بسرعة الضوء أو بأقل منها . ففي الحقيقة لا يمكن لأي راصد أن يغير حالته الحركية بحيث يستطيع أن يرى الزمن عائداً الى الوراء في مرجع آخر غير مرجعه . وكل ما يمكن أن تفعله حالته الحركية هو أن تؤثر في معدل . سير الميقائيات التي يراها . ورغم أن ترتيب الحادثين المتماكنين غير متغير (كترتيب دقات الميقاتية) إلا أن المدة الفاصلة بينهما تختلف باختلاف سرعة الراصد . وسبب هذا الاختلاف يمكن أن يفهم بسهولة إذا استخدمنا أوليات علم الجبر ، لكن القارىء الذي لا يحب هذا العلم قد يرغب في تخطي هذا البرهان وفي استئناف هذه المناقشة بعد المعادلة 2 - 6 ، وله أن يفعل .

لنتصور راصدين عطاليين (أي متحركين بانتظام ، A و B ، يتحرك أحدهما بالنسبة للآخر بالسرعة : على طول المحور x (انظر الشكل (2 - 4) . إن كلا منهما يمكن أن يُعتبر مرتبطاً ساكناً في مرجع مقارنة يستطيع أن يقيس المسافات فيه . الراصد A يقيس المسافات x عن مبدأ الإحداثيات في مرجعه المرموز له بـ S ) ، بينما يقيس B المسافات x عن مبدأ

الإحداثيات في مرجعه المرموز له بـ ( S) . من الواضح أن xx مختلفان إلا في لحظة انطباق S′و S التي نتخذها اصطلاحاً بدء الزمن ، 0 = t ، وهذا لا ينتقص من عمومية المسألة . وبعد فترة زمنية ) يمكن أن نتوقع أن x و لا يصبحان مرتبطين بالعلاقة :

لأننا يجب أن نضيف لـ x المسافة  vtالتي يسيرها المرجع و بالنسبة لـ S أثناء الفترة : إن المعادلة (2 -1) هي العلاقة الصحيحة في فيزياء نيوتن. ولكن يجب أن نأخذ بعين الاعتبار حقيقة أن الزمن كما يقيسه A على ميقاتيته الخاصة قد لا يطابق الزمن ، الذي ترمز له بـ ا ، كما يفيسه B على ميقاتيته الخاصة، وذلك بسبب نسبية التزامن . كما أن المعادلة (2 - 1) قد لا تتفق مع مبدأ أن سرعة الضوء واحدة بالنسبة لـ A و B كليهما . وإن أبسط تعميم لـ (2 - 1) يتيح الانسجام مع هذين الواقعين هو :

حيث y مضروب يقترب من الواحد عندما تكون v صغيرة جداً ، لأننا نعلم أن المعادلة (2 - 2) يجب أن تؤول الى المعادلة (2 - 1) الصحيحة من أجل سرعة صغيرة لا ، طالما أن فيزياء نيوتن تضمن توصيفاً جيداً لفيزياء الجمل التي نصادفها في (الحياة اليومية) . والآن ، وبسبب نسبية كل الحركات العطالية، لابد من أن تكون العلاقة (2 - 2) متناظرة بين S′ و S    ، لأننا نستطيع أيضاً أن نعتبر S′ ساكناً و S متحركاً نحو اليسار بالسرعة - فمن وجهة نظر B لابد إذن أن يكون :

حيث إشارة الناقص قبل v تعبر عن أن الحركة تحدث نحو اليسار .

والآن نستطيع أن تضطلع بجعل المعادلتين (2 - 2) و (2 - 3) متفقتين مع ضرورة أن تكون سرعة الضوء ، التي ترمز لها بـ ، ، واحدة بالنسبة لـ A و B كليهما . يمكن أن تعبر عن هذا الأمر بأن نقول بأن x = c t . فاذا حملنا قيمتي x وx′ هاتين في (2 - 2) و (2- 3) نجد المعادلتين :

حيث نرى أن لا تقترب فعلاً من الواحد عندما تقترب. من الصفر. ولنلاحظ أن   x = ct تتضمن، في معادلة نيوتن (2 - 1)، أن x' = (c-v)t

فتقود الى أن سرعة الضوء بالنسبة لـ B في فيزياء نيوتن ، تساوي ( v-c) بدلاً من ، في نظرية النسبية .

ولكي نفهم معنى المضروب لا في قياس الفترات الزمنية من قبل A و B ، ماعلينا سوى أن نسقط x بحل المعادلتين (2-2) و (2 - 3) لنجد العلاقة

التي تربط الزمن ، كما يقيسه B ، بالزمن ، كما يقيسه A في النقطة x . فمن أجل حادثين مثبتين في نقطتين معينتين من المرجع S لا تتغير x ، وهذا يعني أن الفترة الزمنية بين حادثين ₁t′- t′2، كما يقيسها B ، ولنقل لا ترتبط بالفترة بينهما ، ا ا كما يقيسها ، وكل على ميقاتيته الخاصة به ، بالعلاقة :

y(t₂-t₁) )   = ₁ t′-t′2)

التي يمكن أن نكتبها على الشكل الموجز

حيث ترمز Δt′و Δt الى الفترتين المذكورتين على الترتيب نفسه

واضح في المعادلة (2 - 6) أن الفترتين Δt′و Δt  ليستا متساويتين إلا إذا كان وهذا يعني أن الحركة النسبية بين الراصدين A و B تجعلها يجدان قيمتين مختلفتين للفترة الزمنية بين الحادثين . ونرى أن هذا الاختلاف، الكامن في y ، صغير جداً من أجل السرعه التي نصادفها في الحياة اليومية لأنها صغيرة جداً بالنسبة لسرعة الضوء ، ، إذ تكون عندئذ النسبة / تافهة القيمة . فحتى الصاروخ مثلاً ، وهو يسير بسرعة 50000 كيلو متر / ساعة ، لا تتعدى النسبة c/v من أجله القيمة 000005 و y القيمة . وهذا يعني أن الانسان الذي يغادر الأرض ، داخل صاروخ يندفع سرعة .. 50000 كيلو متر في الساعة ، سيرى أن الفترات الزمنية على الأرض أطول بمعدل      منها على الميقاتية التي ترافقه ضمن الصاروخ .

وهناك طريقة أخرى للتعبير عن هذا الأمر بلغة سرعة انسياب الزمن على الميقاتيات . إن الميقاتية المحمولة ضمن الصاروخ السريع ترى من الأرض مقصرة عن الميقاتية الموجودة على الأرض ومن المهم أن نفهم أن هذا المفعول هو من خصائص المكان والزمان ولا علاقة له البتة بآلية عمل الميقاتية نفسها . ولا يجب أن يظن المسافر مع الميقاتية في الصاروخ أن في ميقاتيته أي شيء غير عادي . فقياس الفترات الزمنية ، سواء بواسطة الميقاتية أو المخ أو أية وسيلة أخرى سيكون عادياً متماسكاً دون شذوذ ، وما علينا سوى أن نتذكر أن الأرض نفسها متحركة في الواقع بسرعة عظيمة بالنسبة للمجرات البعيدة دون أن تولد هذه الحركة أي أثر زمني شاذ. ونظرية النسبية التي تتنبأ بتقصير الميقاتيات، تستند على نسبية الحركة المنتظمة ، ولا يمكن للفحص الداخلي للميقاتيات ، أو لأية وسيلة أخرى ، أن يتيح معرفة فيها إذا كان المرجع متحركاً أو لا( تذكر أنه لا يوجد حركة منتظمة مطلقة) . وإن مفعول الميقانية هذا ، الذي يقال عنه عادة إنه تمدد الزمن ، لا يتجلى للراصد إلا عندما يرصد المراجع الأخرى التي هو في حالة حركة بالنسبة لها . فالراصد الموجود في الصاروخ يرى أن الميقاتية المرتبطة بالأرض هي التي تقصر لاميقاتية ، كما أن الراصد على الأرض ، بسبب التناظر اللاصق بنسبية الحركة المنتظمة ، يرى أن ميقاتية الصاروخ هي التي تقصر بالنسبة لميقاتيته الخاصة السليمة . ونرى بفحص المعادلة (2-6) إن اقتراب v من c يجعل قيمة y تتعاظم باستمرار ، وعندئذ تبدو الفترة الزمنية ، Δt، للراصد المتحرك مستغرقة زمناً شبه أبدي .

وفي النهاية ، عندما تصبح c=v ، تصبح y  لانهائية القيمة ، وهذا يعني أن الراصد المسافر بسرعة الضوء سيرى كل الميقاتيات متوقفة عن العمل سرمديا ـ أي أن الزمن سيتوقف عن الجريان . ولهذا السبب يقال أحياناً إن الحزمة الضوئية لا تحس بالزمن بتاتاً مهما طالت المسافة التي عليها أن تقطعها.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

عباس.. طفل فقد والده فوجد في خدمة زائري عاشوراء وطنًا آمنًا

شعبة الخطابة النسوية تواصل إقامة مجالس العزاء في شهر المحرم الحرام

لليوم الخامس.. العتبة العباسية المقدسة تقيم مجلس عزاء في صحن مرقد أبي الفضل العباس (عليه السلام)

قسم الشؤون الفكرية يقيم مجلس عزاء حسيني في العاصمة التنزانية دار السلام

المزيد

الآخبار الصحية

دراسة تكشف علاقة خطيرة بين عمر الأم وصحة مولودها

دراسة تحذر.. اضطراب نوم بسيط قد يسبب الموت المبكر ؟

الاستحمام بالماء الساخن.. راحة مؤقتة وأضرار دائمة للبشرة

ماذا يحدث للجسم عند تخطي وجبة الإفطار؟

المزيد

الآخبار التكنلوجية

كيف تساعد الصيانة الوقائية في الحفاظ على كفاءة التكييف في سيارتك ؟

في ظاهرة غريبة حيرت العلماء.. كوكبنا قد يسجل أقصر يوم في التاريخ هذا الصيف!

السد الصيني العملاق يعيق دوران الأرض ويغيّر شكلها ؟

السعودية تطلق 10 تجارب علمية إلى محطة الفضاء الدولية

المزيد

مواضيع ذات صلة

اللا تناظر بين الماضي والمستقبل ( معنى اللا تناظر في الزمن)

المكان - الزمان الجديد الرباعي الأبعاد

أسرع من الضوء ؟(سرعة الضوء كحد نهائي: ماذا لو تجاوزناها؟)

مفارقة التوأمين( مفارقة التوأمين وثورة النسبية في فهم الزمكان)

ماذا عن E=mc2؟

عدم التوافق بين جاذبية نيوتن والنسبية الخاصة

الفزياء والكون .. النسبية الخاصة

Relativistic energy

Relativistic mass

Transformation of velocities

The twin paradox

Equivalence of mass and energy