الفقرة الأولى في النسبية وميكانيكا الكم

الفقرة الأولى
النسبية الجاليلية


سنبدأ بنظرة شاملة على الفيزياء الكلاسيكية . يجب أن تكون لديك قدر من المعلومات عن الميكانك الكلاسيكى لكى تلاحظ الفرق بينه و بين النسبية . لقد قمت أيضا بنقل بعض الأجزاء من أبحاث متميزة. و لنبدأ

المبدأ الأول: الزمان و المكان المطلقين


فى الميكانك النيتونية ، الزمن مستقل تماما عن المكان و كلاهما يعتبر مسرح للأحداث ، تحدث كل الأحداث فيهما و المادة أيضا موجودة فيهما.

الزمن مستقل عن حالة الحركة لجسم ، يمكنك أن تضبط كل الساعات فى الكون و تجعلهم متوافقين ، و سيسيروا بنفس المعدل و يستمروا فى اعطائك قرائات متامثلة بغض النظر عن مكانهم أو حالة حركتهم. و نتيجة لذلك يتفق كل المشاهدين على ترتيب الأحداث التى تحدث فى أى مكان و على وقت حدوثها . الأحداث التى تحدث فى نفس الوقت (متزامنة) بالنسبة لمشاهد معين ستصبح متزامنة بالنسبة لكل المشاهدين الأخرين و هذا يسمى "التزامن المطلق".


المبدأ الثانى: النسبية الجاليلية
النسبية الجاليلية تعتبر جزئا من الفيزياء الكلاسيكية . الفيزياء الكلاسيكية نظام ممتاز للتنبؤ بحركة كل شيئ من التفاحات الساقطة إلى الكواكب الدوارة ، لذلك صمدت لمئات السنين. إنها أيضا منطقية جدا ، يمكنك القول ، أنك بمجرد أن تفكر فيها تجدها سليمة و منطقية و قريبة لعقلك. لذلك عندما تقرأ هذا الجزء ، تأكد أننا نتكلم عن العالم الذى تعيش فيه. بهذه الطريقة ستلاحظ الأشياء الجديدة فى الفيزياء الحديثة عندما تفقد هذا الإحساس بالمنطقية فى الكلام.

حاول أيضا أن تحل المسائل قبل أن تنظر للإجابات . لن تحتاج ورقة أو قلما ولكنك ستحتاج القليل من التفكير.

السؤال #1 : كنت أنا أقود سيارة بسرعة 30 ميلا فى الساعة . كنت أنت واقفا على جانب الطريق ترانى . بعد أن مررت بك ، رميت ورائى حجرة بسرعة 30 ميلا فى الساعة. متى ستلحق بى هذه الحجرة ؟

الإجابة #1 : أعط نفسك عشر نقاط إذا قلت أنها لن تصلنى أبدا. لا يهم إن كانت تسير بسرعة 30 ميلا طالما أنى أبتعد بسرعة 30 ميلا. كلام منطقى ، صح؟

الأن لنضع معى فى السيارة طفلا عمره عامين. بما أنه ما زال طفلا لا يفقه شيئا، سيقول أنه لا يتحرك . عندما ينظر من الشباك و يرى الأشجار تذهب للوراء سيعتقد أن الأشجار هى التى تتحرك. بالطبع لن يستنتج أن السيارة و هو بداخلها تتحرك عبر الأشجار.

إذن ماذا سيستنتج الطفل بخصوص الحجرة؟ (لنسأل السؤال فيزيائيا : كيف تتصرف الحجرة فى "مناط إسناد" الطفل؟).
الحجرة بالنسبة له معلقة فى الهواء خلف السيارة و هى لا تتحرك. لو أننا سألنا الطفل نفس السؤال (متى ستلحق الحجرة بالسيارة؟) سيجيب نفس الإجابة التى أجبناها أنا و أنت (لن تلحق بها أبدا) و لكن لسبب مختلف تماما. أنا و أنت لدينا حس مشترك يخبرنا أن السيارة هى التى تتحرك بينما الأشجار ثابتة . و لكنه من المفيد أن تلاحظ أن الطفل حصل على نفس الإجابة .

هنا بيت القصيد . الطفل على حق مثلنا تماما . لو أراد أن يقول أن السيارة لا تتحرك بينما الأشجار تفعل ، فهو على حق. لو أردت أن تقول أن الأشجار ثابتة و السيارة تتحرك، فأنت على حق أيضا. لأنه إذا سألت أى سؤال (مثل السؤال السابق) سيحصل كلاكما على نفس الجواب. علميا إذا استطاع أن يحصل على إجابات صحيحة دائما. فإنه لا يوجد أى أساس يمكننا من أن نقول أنه مخطئ حتى ولو تعارضت افتراضاته مع الحس العام.

لنتقدم خطوة أخرى ، يمكنك أن تختار أى شيئ الطريق ، السيارة أو أى شيئ أخر و تقول أنه ثابت و تفترض أن كل شيئ أخر يتحرك و ستنجح فى التنبؤ بكل الظواهر. هذه النتائج تم تلخيصها فى هذه الجملة:
النسبية الجاليليةقوانين الميكانكا ثابتة فى "أى مناط إسناد قصورى".) إذن إنها طريقة أخرى للقول أن الطفل على حق.

هذه الكلمة "قصورى" تعتبر جزرية هنا : إنها تعنى أنك يمكنك أن تعتبر نفسك مناط إسناد فقط إذا كنت لا تتسارع أو تتباطأ أو تغير اتجاهك (حركة منتظمة) . لو أن قائد السيارة استعمل الفرامل فجأة فإن الطفل سيعرف أنه ليس ثابتا لأنه سيندفع فجأة للأمام.

هل أنت معترض على أن الطفل على حق؟ ، تذكر أن الأشجار تدور حول مركز الأرض و أن الأرض تدور حول الشمس أسرع من أسرع الطائرات . فلو كنت تقول أنه يجب على من يركب سيارة أن يدرك أنه يتحرك لكى يتمكن من وصف الظواهر، فعليك أن تقول أنه لا يوجد أحد قادر على استخدام الفيزياء إلا إذا وجدنا نقطة ثابتة فى الفضاء نقف عندها.

حسنا فكر فى هذا جيدا ، قد يبدو غريبا و لكنه بعد قليل سيثبت فى عقلك، هذه هى ميزة الفيزياء الكلاسيكية أنها منطقية جدا.

السؤال #2: أنا أسير بسرعة 30 ميلا هذه المرة و أنت رميت ورائى حجرة بسرعة 40 ميلا. إذن هذه المرة ستلحق بى و ستصتدم برأسى. لنعتبر أننى خبير بصدمات الأحجار. و أننى يمكننى أن أخبرك بسرعة الحجرة اعتمادا على الألم الذى تسببه لى . ماذا سأقول عن سرعة الحجرة ( إذا كانت الحجرة سرعتها 40 ميلا فى مناط إسنادك فما هى سرعتها فى مناط إسنادى)

الإجابة#2 : سرعتها فى مناط إسنادى 10 ميل . أى إنها تسبب نفس الألم الذى تسببه لى حجرة تسير بسرعة 10 ميل فى الساعة.

كما فى السؤال السابق -كما فى أى سؤال فى النسبية الجاليلية- لدينا الحقائق المقاسة و هى أن الحجرة صدمتنى بسرعة 10 ميل.

على أى حال الأن يأتى الجزء الذى نختلف عليه ، الشرح لسبب هذه السرعة. من مناط إسنادك الحجرة سريعة جدا و لكنها صدمتنى بخفة لأننى أتحرك مبتعدا عنها. من مناط إسنادى أنا ثابت (أنا دائما ثابت فى مناط إسنادى) و لكن الحجرة تسير إلى بسرعة 10 ميل. بأى شكل نحن نتفق على النتيجة.

كل ما قلته حتى الأن أخبار قديمة فى الفيزياء و لكنى خضت فيه لكى أعرف معنى مناط الإسناد القصورى و كيف أن قوانين الفيزياء ثابتة فى كل مناطات الإسناد القصورية . يمكنك أن تلعب الكرة داخل السفينة و لن تشعر باختلاف . يمكنك أن تسقط كرة من منتصف سقف السفينة و ستسقط فى منتصف الأرضية سواء كانت السفينة ثابتة أو تتحرك حركة منتظمة.الأن يجب أن تفهم الاثبات القادم جيدا لأننا سنحتاجه بعد ذلك

سنثبت أن الحجرة تسير فى مناط اسنادى بسرعة 10 ميلا فى الساعة.
لنعتبر أنك رميت الحجرة بعدما مررت بك و لحقت بى بعد ساعة. ما المسافة التى قطعتها الحجرة فى ساعة فى مناط اسنادك؟ الاجابة 40 ميلا: بالتعريف ، هذا معنى جملة "الحجرة سرعتها 40 ميلا فى الساعة".
السؤال التالى : ما المسافة التى قطعتها أنا فى مناط اسنادك ؟ 30 ميلا . لأنى أسير بسرعة 30 ميلا فى الساعة.إذن ماذا أرى أنا؟ هذه الحجرة بدأت على بعد 10 أميال منى و فى ساعة واحدة لحقت بى إذن هى ولا شك تسير بسرعة 10 أميال فى الساعة. لأنها فى كل ساعة تقطع 10 أميال تجاهى.

لا بد أن تعرف أن قياس هذه السرعة لا يعتمد على أداة القياس المستخدمة . الأدوات لا تهم. السرعة هى نتيجة تغير المسافة مع الزمن و الأدوات تقيس هذا التغير و حسب. لا بد أن تقتنع بكل كلمة قلناها و تدرك معنى هذه القوانين لجمع السرع فى الميكانكيا الكلاسيكى. و أهم شيئ هو ادراك النسبية الكلاسيكية هنا و هى أن القوانين ثابتة فى كل المناطات فقط عليك أن تقيس و ستحصل على نفس النتيجة أيا كانت حركتك طالما أنها منتظمة.