أهمية سرعة الضوء والنظرية النسبية


(كريم 72) #1

الى الاخوة الاعزاء انقل اليكم هذا الموضوع الذي وجدته في احد المواقع ولعله لا يندرج ضمن المنتدى الا انني آثرت ان اجعله في هذا المنتدى

------------------

بسم الله الرحمن الرحيم

والصلاة والسلام علي أشرف الأنبياء والمرسلين نبينا محمد وعلي آله وصحبه وسلم تسليما كثيرا…

[CENTER]أهمية سرعة الضوء

Significance of the speed of light[/center]

تنطبق النظرية النسبية الخاصة علي كل أجزاء الطبيعة بما في ذلك الظواهر التي لاعلاقة لها بالضوء أو بأي إشعاع كهرومغناطيسي آخر فلماذا إذن تمثل سرعة الضوء مثل هذا الدور الرئيس في النظرية ؟
فثبوت هذه السرعة الذي اعتبر كفرضية أساسية يؤدي إلي تحويل لورنتز وإلي جميع الخصائص الغريبة لهذا التحويل بما في ذلك نسبية الزمان وفضلا عن ذلك فإن سرعة الضوء كما يثبت في النهاية تمثل حد السرعة للطبيعة وتظهر تقريبا في جميع معادلات النسبية .
وفي الواقع تمثل سرعة الضوء دورين متميزين في النظرية النسبية فهي معامل تحويل conversion factor كما أنها حد للسرعة speed limit.
وهي في دورها الأول وبمعني من المعاني لا أهمية أساسية لها علي الإطلاق ونستطيع أن نتبصر أكثر الدور الذي تمثله سرعة الضوء إذا اعتبرنا من قبيل المماثلة المكافئ الميكانيكي للحرارة الذي يساوي 4.18 J/cal فبمحض المصادفة التاريخية عرفت كل من وحدة الطاقة (الجول) ووحدة الحرارة (السعر) علي حدة قبل أن يعرف بوجود علاقة بين الحرارة والطاقة. ولو كان قد عرف في وقت مبكر كاف بأن الحرارة نفسها هي شكل من أشكال الطاقة , لقيست الحرارة بالجول ولانتفت بذلك الحاجة إلي فكرة المكافئ الميكانيكي للحرارة . إن العدد 4.18 هو إذن مجرد طريقة لتصحيح خطأ سابق والربط بين فكرتين كان يظن أنهما مختلفتان في حين أنهما علي خلاف ذلك.
إن فكرة الزمكان تقودنا إلي وجهة نظر مماثلة في سرعة الضوء فالمكان والزمان هما في الواقع جزءان من كينونه واحدة single entity هي الزمكان والصحيح أنه يجب أن يكون لهما نفس وحدة القياس ولأن المتر والثانية قد عرفا مستقلين عن بعضهما البعض قبل أن تعرف أية علاقة بين الزمان والمكان فإن سرعة الضوء تظهر كعامل تصحيح يربط بين الوحدتين المختلفتين اللتين يجب أن تكونا وحده واحده ووفق وجهة النظر هذه فإن القيمة العددية لسرعة الضوء C ليس لها أي معني خاص .
إن مماثلة سرعة الضوء بالمكافئ الميكانيكي للحرارة يجب ألا تتابع بعيدا ففي حين أن من الصحيح أن القيمة العددية C لسرعة الضوء بالاختيار المناسب للوحدات سوف تكون 1 إلا أننا نستطيع الاستغناء عن فكرة سرعة الضوء فمهما تكن قيمتها العددية فإنها هامة من حيث أنها تضع حدا للسرعة في الطبيعة (دورها الثاني) وحتى بالنسبة لمخلوق كوني لايحده الزمان ويستطيع بلمحه بصر أن يستوعب الامتداد الكامل للزمكان والذي يكون تاريخ البشرية بالنسبة له مجرد خريطة أمامه فإن فكرة سرعة الضوء تكون هامه لأنها تضع حدا بين الخطوط العالمية الممكنة واللاممكنة في خريطة الزمكان .
وإذا سلمنا بحقيقة وجود سرعة حدية limiting speed في الطبيعة فلمذا يكون الضوء هو الذي يرسي هذا الحد لاشئ آخر ؟
إن الإجابة الحديثة عن هذا السؤال توجد في المفهوم الجسيمي إن انعدام كتلة الفوتونات هو الذي يمكنها أن تتحرك بأعلى سرعة في الطبيعة وهذا يعني أن الضوء مع أنه خاص إلا أنه ليس فريدا في ذلك . فالنيوترينوات neutrinos والجرافتونات الفرضية hypothetical gravitons هي أيضا جسيمات عديمة الكتلة وتتحرك بسرعة الضوء .
وعندا صيغت النظرية النسبية لم تكن النيوترينوات معروفة أو مشتبها بها ، إذ أن النظرية النسبية تطورت بصورة رئيسية من دراسات وأبحاث في الكهرومغناطيسية ومما أسهم في وجهة النظر حول الطبيعة التي ساعدت علي تنشيط تطور هذه النظرية تجارب في الضوء كتجربة ميكسون – مورلي ولهذه الأسباب اعتبر الضوء بمثابة الإشعاع الخاص بالنظرية النسبية الخاصة ، وبشكل موجز فإن سلسلة التفكير حول سرعة الضوء التي تقارب التطور التاريخي الفعلي للنسبية هي كالتالي :
COLOR=#333399 [/color]نظرة الرغبة في تعميم نوع لامتغيرية غاليلو لتشمل علاوة علي قوانين الميكانيك قوانين الكهرومغناطيسية فقد افترض أن سرعة الضوء واحدة لجميع الملاحظين (في أطر الإسناد القصورية) وتدعم هذه الفرضية تجارب في الضوء عجزت عن الكشف عن الأثير .
COLOR=#333399 [/color]أن فرضية ثبوت سرعة الضوء (مقرونة بفكرة التبادلية reciprocity) تؤدي إلي معادلات تحويل لورنتز التي تحل محل معادلات تحويل غاليلو .
COLOR=#333399 [/color]يصبح تفسير معادلات تحويل لورنتز صعبا أو مستحيلا لسرعات تفوق سرعة الضوء مما يدل علي أن الضوء يضع حدا للسرعة في الطبيعة ويجب تتويج هذا المنطق بحقيقة تجريبية هي .
COLOR=#333399 [/color]لم يشاهد حتى الآن أي شئ يتحرك بسرعة تفوق سرعة الضوء. وثمة نمط من التفكير بديل من النمط السابق يحظي من وجهة النظر الحديثة بقبول أفضل بقليل من التسلسل التاريخي المشار إليه وهو يجرى كالتالي:
- لنفرض وجود نهاية عظمي للسرعة في الطبيعة واحدة لكافة الملاحظين.
- إن وجود سرعة ثابتة يؤدي إلي معادلات تحويل لورنتز وإلي النتائج الاخري للنظرية النسبية .
- الجسيمات عديمة الكتلة إن وجدت فإن سرعتها ستبلغ السرعة العظمي أما الجسيمات التي لها كتلة فستتحرك بسرعة أبطأ .
إن هذا المنطق يؤدي إلي أكثر من مجرد إحلال رمز السرعة العظمي محل الرمزC وذلك لأنه يترك المكان مفتوحا لعدم وجود شئ في الواقع يحقق حد السرعة هذا . لنفرض جدلا أنه لايوجد في الطبيعة جسيمات عديمة الكتلة mass less تتحرك بالسرعة العظمي فهل ستكون هنالك نظرية للنسبية؟ وإذا كان الأمر كذلك فهل يمكن اكتشافها ؟ إن الجواب علي كل من السؤالين هو نعم بالتأكيد فقد يتأخر اكتشافها لسنوات قليلة ولكن بالتأكيد ليس لمدة طويلة لأن سلوك الإلكترونات ذات الطاقة العالية سوف يكون قد زودنا بالأدلة الكافية علي عدم كفاية النظرية السابقة ومن حسن الحظ أن الضوء يملك أكبر سرعة في الطبيعة وعلي أي حال فالدراسة الدقيقة لحركة أي جسيم ذي سرعة عالية كان سيؤدي بالفيزيائيين لا محالة إلي النظرية النسبية ذاتها .
فكرة التبادلية reciprocity:
إذا كان A و B في حالة حركة نسبية وقاما بنفس التجربة فإن وصف A لتجربة B سيكون كوصف B لتجربة A ماعدا تغير إشارة سرعتهما المتجهة النسبية.
يجب أن تصح التبادلية إذا كانت جميع أطر الإسناد القصورية متكافئة ، وبسبب التبادلية يتفق الملاحظان علي :
1/ المسافات المقيسة في اتجاه متعامد علي سرعتيهما المتجه النسبية.
2/ مقدار سرعتهما المتجهة النسبية .

يمكن جعل الساعات في إطار إسناد ما تتزامن بتوافق تام synchronized consistently عن طريق إشارات ضوئية فالتزامن مفهوم نسبي وأيضا يمكن اشتقاق تحويل لورنتز من تجارب عقلية باستخدام فكرتين فقط هما ثبوت سرعة الضوء والتبادلية .
معادلات تحويل لورنتز هي معادلات خطية تربط بين قياسات المكان والزمان للملاحظين الذين يكونونا في حالة حركة نسبية .

وأخيرا لو قمنا بتلخيص ماسبق ذكره لتوصلنا إلي أن لسرعة الضوء دورين هامين في النظرية النسبية أولا هي عامل تحويل لوحدات المكان والزمان وثانيا هي حد أعلي للسرعة في الطبيعة .

أخيرا أستغفر الله لي ولكم وأرجو من الله أن ينفعنا بما علمنا وأن يعيننا علي تعلم المزيد.

إعداد: alkomkom


(المهندس) #2

شكرا لك اخى كريم فعلا موضوع متميز
وننتظر منك المزيد


(الطيار المنوفي) #3

بارك الله فيك


("motasem") #4

مشكور اخي


(اسراء) #5

.شكرا الك وجزاك الله كل الخير.


(مهندس الوحدات) #6

سرعة الضوء كونها الحد الأقصى للسرعات يحدث معه التساؤل للجسيمات عديمة الكتلة هل تتحرك جزئياتها بنفس سرعة الضوء فيما بينها أم هي أضعاف عشرية لسرعة الضوء ؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟.

فاختلاف الجسيمات عديمة الكتلة يؤكد أنها مكونة من أجزاء تراكبيا لتظهر في صورها المختلفة وأصلها لن يزيد عن ثنائية نوعية .

هل ستستمر الدنيا لدراسة ذلك أم ستنتهي قبل المعرفة وهي معرفة مدمرة قطعا …

بارك الله لكي وعليكي …


(مهندس الوحدات) #7

عتمة النسبية العامة ليسر الخاصة تحتاج منا ولا اعتقد في جيلنا لنظرة أقوى على الربط بينهم من خلال علوم الفيزياء والفلك الحديثية


(مهندس الوحدات) #8

كون الخاصة حالة خاصة والعامة حالة افتراضية ومن خلال الكونتم ميكانيكا الرحلة طويلة لمعرفة

  1. الذرة غير المستثرة .
  2. النقاط السوداء .
  3. الفاصل الحرج بين الخاص والعام .