النسبية الخاصة

النسبية الخاصة Special relativity

صاغ ألبرت أينشتاين Albert Einstein النسبية الخاصة Special relativity عام 1905 وهي تدرس حركة الأجسام المتحركة بسرعة منتظمة في خط مستقيم

وقد بنيت النظرية على الفرضين التاليين:

١ - سرعة الضوء في الفراغ Speed of light in Vacuum لها نفس القيمة فى جميع المجموعات الإحداثية المتحركة بالنسبة لبعضها بسرعة منتظمة

٢ - القوانين الطبيعية Laws of Nature واحدة في جميع المجموعات الإحداثية المتحركة بسرعة منتظمة بالنسبة لبعضها

ملحوظة : هذه النظرية لم يستطع ألبرت أينشتاين Albert Einstein تطبيقها على حركة الكواكب والنجوم حيث أنها تتحرك بتسارع في مسارات دائرية أو بيضاوية

وقد انبثق من هذه النظرية الظواهر التالية :

١ - زيادة كتلة الجسم مع زيادة سرعته إذا افترضنا أن كتلة جسم في حالة السكون هي m₀ إذا تحرك الجسم بسرعة مقدارها v مقدارها فإن كتلتة الجديدة m تعرف بالعلاقة :

m = m₀/√1 -- (v/c)²

حيث c هي سرعة الضوء في

الفراغ Speed of light in Vacuum نلاحظ هنا أن كتلة الجسم تزداد مع زيادة السرعة وعندما تصل سرعة الجسم إلى سرعة الضوء فإن كتلة الجسم تصبح مالانهاية infinity ولذلك تتطلب قوة لا نهائية لإكساب جسم سرعة تتساوى مع سرعة الضوء 

من هذا نستنتج أنه لا يوجد جسم يتسارع حتى تصل سرعته إلى سرعة الضوء of وتكون سرعة الضوء هي النهاية العظمى للسرعة

٢ - قصر طول الجسم في اتجاه حركتة length of contraction يعرف طول جسم متحرك بأنه المسافة بين موضعي بدايته ونهايته إذا افترضنا أن الطول الحقيقي Proper Length لجسم في حالة السكون هو L₀ إذا تحرك الجسم بسرعة مقدارها v في اتجاه المحور السيني فرضاً فإن طوله الجديد L في اتجاه حركته بالمحور السيني يعرف بالعلاقة :

L = L₀ √1 -- (v/c)²

حيث c هي سرعة الضوء في الفراغ Speed of light in Vacuum نلاحظ هنا أن طول الجسم

المتحرك والمقاسه بواسطة ملاحظ خارجي يتقلص مع زيادة السرعة في اتجاه حركته فقط وليس في أي اتجاه أخر وعندما تصل سرعة الجسم إلى سرعة الضوء فإن طول الجسم ينعدم

٣ - تمدد الزمن Timo Dilation أوضح أن فرق الزمن في إطار يتحرك بسرعة v مقدارها بالنسبة إلى فرق الزمن t₀∆ بإطار ثابت تتعين بالمعادلة :

∆t = ∆t₀/√1 -- (v/c)²

ولهذا نجد أن فرق الزمن المقاس في إطار متحرك يظهر به بعض من التأخير عن فرق الزمن المقاس بإطار ثابت. ويسمي هذا بتمدد الزمن Timo Dilation ونتيجة لظاهرة تمدد الزمن Timo Dilation فقد ظهرت مفارقة تدعى مفارقة التوأم Twin Paradox ولم تحل إلا بظهور النظرية النسبية العامة General Relativity

مفارقة التوأم Twin Paradox وتعرف

أيضاً Clock Paradox معضلة مرتبطة بظاهرة تمدد الزمن التي انبثقت عن النظرية النسبية الخاصة Special relativity في هذه المسألة يظهر الفرق بين عمري توأمين أحدهما فضل الجلوس بالأرض يشاهد أخاه يرتحل في الفضاء بسرعة عالية تقترب من سرعة الضوء Speed of light وعندما يعود الأخ المسافر يجد أنه أصغر عمراً من أخاه الذي بقى على الأرض

٤ - تكافؤ الكتلة والطاقة الذي يعبر عنه بمعادلة الطاقة المشهورة التالية :

E = mc²

حيث E هي الطاقة m الكتلة c سرعة الضوء في الفراغ ويتضح من المعادلة أن الطاقة يمكن أن تتحول إلى كتلة والكتلة يمكن أن تتحول إلى طاقة ومن هنا نجد أن كمية هائلة من الطاقة تتولد من تحويل كمية ضئيلة من المادة وذلك نتيجة لمربع سرعة الضوء بالمعادلة

اعداد وكتابة: انوار مقداد