نظرية آينشتاين النسبية، ما هي؟ اشرحها وكأني في الخامسة

دعنا نبدأ بالأول بمفهوم النظرية النسبية: هي نظرية فيزيائية (طبيعية) تبحث في المواضيع التي تبحثها الفيزياء العادية كالزمان، المكان، السرعة، الكتلة، الجاذبية والتسارع، ولكنها تنظر إلى هذه الأمور بوجهة نظر مختلفة تماماً.

بحيث إن الفيزيائيين الكلاسيكيين اعتبروا أن هذا العالم هو عبارة عن 3 أبعاد وهى الطول والعرض والارتفاع بينما فى نظرية آينشتاين تفترض أن هذا العالم عبارة عن أربع أبعاد وهو الطول والعرض والارتفاع الزمان أو سمى ب (الزمكان).

فيوجد النظرية النسبية الخاصة والعامة.

النسبية الخاصة: تبحث فقط في الأجسام أو الأنظمة التي تتحرك بسرعة ثابتة بالنسبة إلى المراقب، أي التي تتحرك حركة منتظمة دون تسارع، وأن سرعة الضوء في الفراغ مستقلة عن حركة جميع المراقبين.

أما النسبية العامة: فإنها تبحث في الأجسام التي تتسارع بالنسبة إلى المراقب، أي الأجسام أو المجموعات التي تتحرك بسرعة متزايدة أو متناقصة.

فرضيات نظرية النسبية تتكوّن النظريّة النسبيّة الخاصّة من فرضيّات تعتمد عليها، وتُشكّل أساس النظريّة، وهذه الفرضيات هي:

• ثبات سرعة الضوء: أثبتت النظريّة النسبيّة أن الضّوء ذو سرعة ثابتة مهما كان مصدره ومكانه، وهو ليس بحاجة لوسطٍ ناقل للانتقال من مكان لآخر كما هو في موجات الصّوت.
• الزّمن هو البعد الرّابع: يُعتبر أينشتاين أول من وضع الوقت كبعد رابع بعد الطّول والعرض والارتفاع للمادّة، وأدخل البعد الرّابع في جميع حساباته.
• نفي وجود الأثير: الأثير هو الشيء الموجود في الكون ولا حدود له، وكان يعتقد كل العلماء بوجودها، ولكن أينشتاين نفى وجودها، وقال بأنّه لا يوجد إلا المكان النسبيّ والسرعة النسبيّة.

ترك لنا نيوتن إرثًا عظيمًا من شرح حركة جميع الأجسام في الكون تقريبًا وما لها من تسارعات وسقوط حر ولكنه فشل عندما تعلق الأمر بجسيمات صغيرة جدًا كالالكترونات أو أجسام كبيرة جدًا كالكواكب. وهي أشياء لم تتمكن الفيزياء الكلاسيكية من فهمها حتى جاء إينشتاين وزملاءه من الفيزيائين الأحدث.

ملخص نظرية إينشتاين إضافة لما قاله زملائي هو أننا لقياس أي شيء يجب أن نعتمد على مراقب ثابت بعيد وفي الكون لا يوجد أي شيء ثابت وغير متغير يمكن الاعتماد عليه سوى سرعة الضوء.

تخيل أنك بداخل قطار يتحرك وترى قطارًا يتحرك في الجهة المقابلة. ويوجد مراقب أخر يقف على السكة دون حراك. من منكما سيكون أدق في تقدير سرعة القطار الأخر؟ بالطبع الشخص الواقف لأنه خارج النظام ولا يتأثر به بينما أنت متأثر بسرعة القطار الذي تتحرك فيه فقياساتك غير دقيقة. سرعة الضوء في النظرية هو المراقب الواقف على السكة.

ولذلك فمحاولتنا لمعرفة حركة الكواكب والنجوم بناء على ما نستطيع القياس به على كوكبنا كان ناقصًا لأننا على قطار أخر(كوكب الأرض الذي يدور ويتحرك) بينما كان علينا الاعتماد على المراقب الواقف على السكة والثابت(سرعة الضوء).

الأمر الأخر الذي كان اعتقادًا منتشرًا وأثبتته النسبية هو أن كل جسم يجذب الأخر في نطاق الجاذبية فالتفاحة تجذب الأرض كما تجذب الأرض التفاحة ولكن قوة جذب الأرض أقوى لذلك تسقط عليها التفاحة. بينما أرانا أينشتاين أن الكون كله عبارة عن شبكة كبيرة أسماها الزمكان وكلما كنت أثقل كلما حنيت تلك الشبكة أكثر وحينها ستنجذب باقي الأجسام لك وإن كانت تتحرك وليست ثابتة فقوة الجذب ستجعلها تدور حولك وليس أن تسقط عليك. وهذا ما يحدث في مجموعتنا الشمسية حيث تدور الكواكب حول الشمس. لفهم هذا أكثر يمكنك تخيل ملاءة وبها بعض الكرات. الكرة الأكبر حجمًا ستقع في المنتصف وتثني الملاءة معها أما بقية الكرات فتدور حولها في مسارات تصغر شيئًا فشيئًا. يمكنك تجربة ذلك بنفسك.

أولاً، دعنا نفهم معنى كلمة" نسبية". فما معنى أن نقول هل الأمر " نسبي " أم" مطلق" ؟ أنا و أنت و غيرنا من جنس البشر نرى الكون ونشمه ونعقله و ونلمس أشياءه ونتزوقها ونتعامل معه بحواسنا الخمس، فهل نعرف الكون كما خلقه الله؟ تعالى نتفق أن هناك ثلاثة نسخ من الكون: الكون المطلق كما خلقه الله وكما يعرفه هو سبحانه. و الكون كما نراه نحن بني البشر. و الكون كما يراه غيرنا من أجناس الحيوان. فهل نحن نرى الكون ونعرفه كما خلقه الله أو حتى كما يراه غيرنا من أجناس الحيوان؟ بالطبع لا. نحن نحب العسل ونتذوقه ولكن دودة المش مثلاً تعشق المش وتذوقها له غير تذوقنا له. هل اللون العشب الأخضر هو أخضر في الحقيقة المطلقة؟ لا أنما هو أخضر " بالنسبة" لنا نحن بني البشر، أما الأخضر فهو أخضر لأن له طول موجي وتردد معين لا يمتصه النبات فينعكس في أعيننا فنراه هكذا. يعني ترجمة المخ له بأنه " أخضر" كأنها شفرة يعرفها المخ.

كذلك: المكان و الزمان هما ليس مطلقين كما اعتقد نيوتن ولكن نسبيين بالنسبة إلى " الراصد أو الرائي".

يعني كيف نحدد مثلاً وضع رجل يتحرك على ظهر السفينة المتحركة في البحر؟ نحدده مثلاً بالنسبة لصاري السفينة فنقول أنه يبعد عن الصاري كذا متر مثلا. ولكن الصاري يتحرك تبعا حركة السفينة والسفينة تبعا للبحر و البحر بالمسبة للأرض و الأرض تتحرك بالنسبة لمجرتنا وهكذا ننتقل من حركة نسبية لأخرى ولا نرسو على بر. إذن لا يمكن تحديد المكان المطلق لوضع شيئ ولكن نحدده : نسبة " إلى آخر.

مثل آخر: لو كنت في قطار متحرك وهناك آخر يتحرك عكسك فأنت تعتقد أن قطارك واقف ويخيل إليك أن الآخر يسير بسرعة البرق ولكنهفي الحقيقة يسير بمعدل سرعته وسرعة قطارك. إما إذا كان يسير في اتجاه القطار الآخر وهما متوازيان فستعتقد أنهما واقفان. تخيل أنك قفلت نوافذ قطارك، فإنك ستعتقد أنه لا يتحرك مطلقاً ولا يمكن أن تعرف أنه يتحرك إلا لو رصدته " بالنسبة " إلى مرجع خارجي ثابت. حتى لو هناك مجموعة قطارات تتحرك لن تعرف حركتها إلا إذا تركتها جميعاً و رصدتها من مرجع خارجي ثابت.

استنتج أينشتاين أن" قونين الكون ثابتة بالنسبة للأجسام المتحركة حركة منتظمة ( غير متسارعة ) ومستحيل أن نعرف أن جسما ما في حالة حركة أم سكون إلا بالرجوع إلى مرجع خارجي.

يعني مثلاً، الكرة الأرضية لم يعرف العلماء أنها تتحرك إلا من خلال رصد حركتها بالنسبة إلى مرجع خارجي كالكواكب الأخرى و الشمس. لم نكن نعرف قبل ذلك و ذلك لأنها تتحرك حركة منتظمة ( غير متسارعة). مثال آخر: أنت في المصعد لولا وجود الحائط الي تقيس به حركته لما عرفت أنه يتحرك. ولكن متى تعرف" إذا ارتج المصعد أو سارع في حركته ساعتها تحس بالتثاقل إلى أسفل. يمكنك تجريبها بالمناسبة.

ثم بعد سنوات عمم أينشتاين هذه النظرية على كل الأجسام ( ذوات الحركة المنتظمة و المتسارعة). يعني مثلاً: تخيل أنك داخل أرجوحة تدور حول قضيب حديدي وعك آخرون كل في مقعده. أنت طبعا تعرف أنها تدور لأنك تقسيها بالأشجار حولهاأو بالأماكن الثابتة. تخيل لو أنها مغلقة لم تكن لتعرف أنها تدور إلا إذا " تسارعت حركتها. هنا أينشتاين يقول: ولكن من داخل الأرجوحة لا يعرفون ما اذا كان ذلك التسارع ناتج عن " قصور ذاتي" أم عن" جاذبية" ؟ يعني قد يكون الأرجوحة تسارعت وحدها أو أثر عليها جسم آخر بالجاذبية! هنا لا يمكن التثبت إلا بالقياس إلى جسم خارجي. بالتالي عمم أينشتاين نظريته وقال: لا يمكن معرفة حركة جسم من سكونه سواء تحرك حركة منتظمة أو متسارعة إلا باالنسبة لجسم آخر خارجي.

هذه نسبية المكان. إذن لا يمكننا أن نعرف وضع مكان ما معرفة مطلقة ولكن معرفة " نسبية" إلى مرجع خارجي: لأن كل الكون متحرك.

أنت تعرف أن هناك ثلاثة ابعادفي الهندسة الأقليدية: طول وعرض وارتفاع أما أينشتاين أدخل البعد الرابع وهو الزمان. يعني أنت موجود الآن ويمكنني تحديد مكانك باحداثيات الطول والعرض و الارتفاع وهذا مكانك. ولكن لا بد أن نزيد ونقول متى موجود أنت في هذا المكان؟ يعني الساعة كم؟ وهنا يتي بعد الزمن.

و الزمن نسبي يعني أنت عندما تنظر إلى نجم في السماء لا تراه هو الآن! أنما ترى ماضيه فقد يكون غير موجود الآن. فكلمة الآن لا معنى لها سوى في نظامنا الأرض المحلي أما في الكون فكل مجرة ولها نظامها الخاص.

كذلك أينشتاين عدل علل مفهوم الجاذبية. فبالنسبة لنيوتن فكل جسم يجذ الاخر. ولكن هل في الأجسام قوى خفية، شياطين مثلاً، تجذب بعضها البعض؟ لا قال أيشتاين إن عندما لا توجد مادة في الفضاء فإنه يظل بخصائصه الإقليدية يعني مسطحاً وعندما توجدمادة فإنه ينحني ( متصل الزمكان أي الزمان و المكان معاً) ينحني و هذا الأنحناء يولد تثاقلاً هو ما نسميه بالجاذبية. بالضبط كما ترمي كرة وسط قطعة مشودة من القماش، ماذا يحدث؟ بالطبع تنحني وهذا الإنحناء يجعل الأجسام الأخرى تتثاقل و تميل إلى منطقة الأنحناي و بالتالي تنجذب للكرة.

في نظرية النسبية العامة: لا يمكن لجسم مادي أن يتخطى سرعة الضوء مطلقاً. وقد أثبت أينشتاين ذلك في معادلاته. أولا: عندما يتحرك الجسم فانه ستتولد طاقة حركية عن هه الحركة. هذه الطاقة لها بودرها كتلة وعندما تزيد السرعة تزيد الطاقة تبعاً لها فتزيد الكتلة. وعندما يصل الجسم إلى سرعة الضوء فإن الكتلة تزيد بشكل خرافي وبذلك فمن المستحيل عمليا أن نجد الطاقة لتوصيل جسم مادي إلى سرعة الضوء.

كذلك، يجادل أيشتاين أنه توصل في معادلاته أنه بافتراضه ان انسانا تجاوز سرعة الضوء وجد في معادلاته الرياضية أن الزمن يرجع إلى الوراء ( أي بالسالب) يعني مثلا يسافر اليوم ويعود بالأمس!! هذا مستحيل وذلك مجرد من أينشتاين ليثبت لنا أنه بافتراض أن جسما يجاوز سرعة الضوء فإن ذلك سيقود إلى نتيجة عبثية بالمرة وهو السفر في الماضي.

النظرية النسبية ليست مجرد نظرية فيزيائية بل عدد من الفرضيات مثل: كون الزمن هو البعد الرابع بعد الأبعاد التي نعرفها جميعا الطول والعرض والارتفاع.

ويمكن شرح النظرية النسبية بمثال كما يلي:

إذا كان طفل يجلس في الغرفة لوحده ويشاهد أفلام الكرتون على التلفاز، سيرى نفسه على أنه هو والتلفاز ساكنين ولا يتحركان وهذا هو الظاهر.

لكن الحقيقة هي أنهما متحركان بالنسبة للكون بتأثير دوران الأرض والكواكب والمجموعة الشمسية.

وكذلك مثال الطائرة، فهي تبدو لنا أصغر في السماء ونبدو نحن أيضا أصغر لمن فيها ونبدو ساكنين مع أننا نتحرك.

أنشطاين الرجل الذي لقب بالنسبية نظرا لما أضافه للعالم من إختراعات وحلول لمشاكل التقنية لهذا العالم وغير فهمنا للفضاء والجاذبية، وقد نجد الكثير من يعتبرها النظرية الأشهر في القرن العشرين، العجيب أن يعتبر بأن الفضاء والوقت لا قيمة لهم، وحركة السرعة هي من تحدد وجودهما.

ببساطة نظرية النسبية يا عزيزي، يمكن فهمها كتالي:

لو كان أخوين بنفس العمر ولكن الأول أراد أن يبقى على الكرة الأرضية والأخر قرر أن يسافر خارج هذا الكوكب، سيظن الأخر ألأول بأن أخيه لو عاد سيكون بنفس عمر، ولكن سيتفاجئ بأنه الأخ الثاني بقي يصغره عمرا، لماذا؟ السبب متعلق بتمدّد الزّمن لدى الأخ الثاني المسافر نتيجة تحركه بسرعة الضّوء، وبالمجمل الوقت يكون بطيئًا بشكل خاص على رواد الفضاء.

أضيف لك مثلا أخر لتتضح الصورة أكثر، لو كنت في ملعب ولديك دور حراسة شباك فريقك، قد تبدو للجميع ساكنا مقارنة مع لاعبي فريقك، ولكن في الحقيقة أنك ستبدو متحركا مثل ما يبدو عليه فريقك وذلك بالنسبة للكون.

وصراحة لا أجد شرح مبسط مثل ما شرحه العالم أينشتاين بنفسه عن نظرية النسبية صحيفة "لوفيغارو" الفرنسية، إذ يقول فيه:

"المدة الزمنية تختلف من شخص إلى آخر، حيث يمكننا القول إن الساعة التي يقضيها المترجل على الطريق تكون أبطأ من الساعة التي يقضيها سائق السيارة على الطريق، وهذه الساعة تعد بدورها أبطأ بكثير من الساعة التي يقضيها سائق الطائرة في الجو وهكذا دواليك، وذلك نظرا لأن الحركة تختلف بينهم".

لا تصدق كل ما تراه عينيك، فهما مخادعتان ، قد ترى شيئًا صغيرًا لكنه في الواقع أكبر مما تراه وقد ترى الشيء نفسه ضخم لأنه قريب!

ولكي تحدد حجم الأشياء قربك أو بعدك عنها، الضوء الصغير الذي تراه في السماء؛ ولو وضعت اصبعك أمام عينك سيغطيه هو أكبر ملايين ملاييين ملايين المرات من بيتكم ولكن لأنه بعيد استطاع اصبعك أن يغطيه ويخفيه تمامًا..

فلا تفكر أن أي شيء صغير هو كذلك طالما بينك وبينه مسافة، وهذا أمر نسبي ! والمسافة لها علاقة بالزمن كلما بعدت المسافة بعد الزمن .

تخيل انك مسافر في رحلة مع أمك بالسيارة، السيارة تسير وأمك بجوارك ثابتة رغم أنها تتحرك مع حركة السيارة ، كل الأشياء خارج السيارة تتحرك ، وأنت وأمك ثابتان، وهذا عكس الحقيقة لأنك تتحرك أنت وأمك مع حركة السيارة ولو نزلت من السيارة وبقيت أمك بداخلها فانت سترى أنك ثابت وأمك تتحرك بالسيارة رغم أنها تشعر أنها ثابتة بالسيارة كنفس شعورك أنك ثابت على الأرض .

المفاجأة أنك لست ثابتًا ولا أمك ثابتة! فأنت ثابت بالبنسة للأرض التي تقف عليها وأمك ذابتة بالنسبة للسيارة التي تقلها رغم أنك متأكد أنها تتحرك بسبب حركة السيارة أنت أيضًا تتحرك بسبب دوران الأرض حول نفسها.

النسبية العامة هي فهم الفيزيائي ألبرت أينشتاين لكيفية تأثير الجاذبية على نسيج الزمكان.

وسعت النظرية ، التي نشرها أينشتاين عام 1915 ، من نظرية النسبية الخاصة التي نشرها قبل 10 سنوات. جادلت النسبية الخاصة بأن المكان والزمان مرتبطان ارتباطًا وثيقًا ، لكن هذه النظرية لم تعترف بوجود الجاذبية.

أمضى أينشتاين العقد بين المنشورين في تحديد أن الأجسام الضخمة بشكل خاص تشوه نسيج الزمكان ، وهو تشويه يتجلى في شكل الجاذبية ، وفقًا لوكالة ناسا.

ولفهم النسبية العامة ، لنبدأ أولاً بالجاذبية ، وهي قوة الجذب التي يمارسها جسمان على بعضهما البعض. قدر السير إسحاق نيوتن الجاذبية في نفس النص الذي صاغ فيه قوانينه الثلاثة للحركة ، "المبادئ".

تعتمد قوة الجاذبية التي تتجاذب بين جسمين على مدى كتلة كل منهما ومدى تباعدهما ، وفقًا لوكالة ناسا (يفتح في علامة تبويب جديدة). حتى عندما يسحبك مركز الأرض نحوها (مما يبقيك ثابتًا على الأرض) ، فإن مركز كتلتك يتراجع نحو الأرض. لكن الجسم الأكثر ضخامة بالكاد يشعر بالجاذبية منك ، بينما تجد نفسك متجذرًا بقوة بفضل نفس القوة مع كتلتك الأصغر بكثير. ومع ذلك ، تفترض قوانين نيوتن أن الجاذبية هي قوة فطرية لجسم ما يمكن أن يعمل على مسافة.

ونتيجة لذلك ، وجد أن المكان والزمان متشابكان في سلسلة متصلة واحدة تعرف باسم الزمكان. والأحداث التي تحدث في نفس الوقت لمراقب واحد يمكن أن تحدث في أوقات مختلفة لمراقب آخر.

إنّها نظرية عن الجاذبية!

ظهرت عام 1900 تقريباً، وأعطت للكل مفهوماً وفهماً جديداً في علاقتهم مع الزمن والفضاء

إسحاق نيوتن كان قد وصل إلى أنّ الكون كلّه في ثبات مستمر، الذي غيّروه علماء القرن الأخير في أنّهم عدّلوا هذا الفهم: الكون في اتساع مستمر، الكون مرن مثل السائل تماماً!.

نشر أينشتاين ورقته البحثية عام 1905 وكانت صعبة القراءة حتى على أولئك العلماء الذين قضوا أعمارهم في دراسة الكون، انتهى من صيغته الأخيرة للورقة تقريباً عام 1915 وشرحها عبر سلسلة من المحاضرات

النظرية محورها الأساس حول سرعة وتسارع الضوء في الفراغ، قديماً كان يقال بأنّ السرعة تعتمد على عوامل كثيرة، النظرية النسبية تقول بأنّ سرعة الضوء في الفراغ ثابتة

ما الذي قد قدمته هذه النظرية فعلاً للبشرية؟ لقد أتاحت للعلماء فرصة تحويل الطاقة إلى كتلة عبر معادلاتها، وبهذا الأمر كان أساس وبداية مفهوم الطاقة النووية

وقد تسمع أيضاً بمفهوم النظرية النسبية الخاصة والعامة وهذا الفرق يمكنك فهمه بالتالي:

أوضح العالم الألماني بأن طول الزمن وقصره يتوقف على أمرين، الأمر الأول وهو السرعة والتي تقوم بدراسته النظرية النسبية الخاصة، والأمر الثاني وهو الكتلة والتي تقوم بدراسته النظرية النسبية العامة، إذ يقل الزمن على حسب السرعة، حيث كلما زادت السرعة كلما تباطأ الزمن، وعند الوصول إلى سرعة الضوء فإن الزمن يكون مساوياً الصفر؛ ويجري الزمن ببطئ في حالة الكتل الكبيرة ، فعند وقوع حدث ما بالكون فقد يكون بزمن الماضي بالنسبة لمُشاهد ، وقد يكون حاضرا بالنسبة لآخر ، وقد يكون مستقبلا بالنسبة لغيرهما!

لهذا هذه النظرية مُدهشة! لسطرها الأخير ولقدرتها على التحويل في جودة حياة الإنسان ومعارفه (عبر رؤية جديد للكون) .

بالاضافة الي ما ذكرة الاصدقاء يمكن توضيح مثال علي النظرية، لنفترض أن هناك شخص يقوم بمشاهدة التلفاز، سوف يظنّ كل من نفسه والتّلفاز ثابتين، هذا صحيح بالنسبة للمكان الموجود به، لكن ليس صحيحاً بالنسبة للكون؛ فالشّخص والتّلفاز يتحرّكان بتأثير مجموعة من الحركات منها دوران الأرض حول الشمس، ودوران الأرض حول نفسها، وحركة النّظام الشمسيّ في مجرّة درب التبّانة، وحركة المجرّة في الكون. ولاكن ما هي النسبة من الاساس؟

كَثُرَ الحديث عن النظريّة النسبيّة، وكيف أنّها غيّرت الكثير من المفاهيم المُتعلّقة بالفيزياء الكلاسيكيّة التي سادت منذ زمن نيوتن إلى أن ظهرت نظرية أينشتاين. النظريّة النسبية والتي تُدعى أيضاً النسبيّة هي نظرية للعالم الألماني ألبرت أينشتاين، وساهم فيها أيضاً العالِم الفرنسي هنري بوانكاريه، واضع النظريّة النسبيّة الخاصّة. وتُعتبر من أهم النظريّات الفيزيائيّة الحديثة، لما لها من دور في تغيير كثير من المفاهيم الفيزيائيّة. وقد نُشرت الأبحاث المُتعلّقة بهذه النظريّة سنة 1905 من قبل أينشتاين، وهي أبحاث تُسمّى النسبيّة الخاصّة، وكانت تتعلق بالإجابة على التساؤلات حول خواصّ الضّوء وتصرّفاته، ونتائج تجربة ميكلسون ومورلي على الضّوء، وقامت التّجربة بفحص انتشار الضّوء في الاتّجاهات المُختلفة، وكانت نتائجها تناقضاً مع قوانين السّرعة الكلاسيكية المعروفة.

تكمن أهمّية النظريّة النسبيّة، إلى جانب أنّها غيّرت المفاهيم الفيزيائيّة الأساسية، مُتعلّقة بالكتلة والطاقة والمكان والزّمان، وصنعت نقلة نوعيّة في فيزياء الفضاء والفيزياء النظريّة، وعدّلت نظريات الفيزياء الميكانيكيّة لنيوتن التي كانت سائدة منذ 200 سنة، حيث نصّت النظريّة النسبيّة على أن حركة الأجسام تكون نسبيّة مع تغيُّر الوقت، وأن مفهوم الوقت لم يعد ثابتاً ومُحدّداً، وربطت النظريّة النسبيّة بين الزّمان والمكان بحيث تتعامل معهما كشيء واحد يُسمى الزّمكان بعد أن كان يتم التّعامل معهما كشيئين مُختلفَين، وربطت الوقت بسرعة الجسم وحركته، كما أصبحت هناك مفاهيم لتقلُّص وتمدّد الزّمن في الكون.

نطلق عليها "النسبية" أو "نظرية النسبية" أما بالإنجليزية فتسمى ( the theory of relativity)‏، وتعتبر نظرية النسبية واحدة من أبرز "إن لم تكن أبرز" النظريات الفيزيائية في العصر الحديث وأكثرها شهرة، وطورت تلك النظرية من قبل العالم ألبرت أينشتاين في بداية القرن ال 20.

وتنقسم النسبية إلى نظريتان، النسبية الخاصة و النسبية العامة، وتعتمد كلتا النظريتين على مبدأ النسبية الذي وضعه غاليليو غاليلي في عام 1636.

وسنتطرق لشرح الإختلاف بين النسبية العامة والخاصة بعد قليل.

وببساطة شديدة تعمل نظرية النسبية على تفسير هذا التناقض الذي يقول بأن سرعة الضوء ثابتة لا علاقة بينه وبين السرعة النسبية.

فسرعة الضوء في الفراغ الثابت c (سرعة الضوء بالفراغ وقيمتها هو 299,792,458 متر في الثانية أي 300000 كيلو متر في الثانية). فرق الزمن النسبي. فرق الزمن عند السكون.

فالنظرية النسبية تعريفها:

هي نظرية فيزيائية طبيعية تقوم على دراسة الظواهر الفيزيائية الطبيعية كالكتلة، الحجم، الزمن، الكثافة، وغيرها الكثير، ولكنها تختلف عن الفيزياء العادية في أنها تنظر للمواضيع من منظور أكثر تعمقاً .

أما عن النسبية العامة والخاصة التي ذكرتهما بالأعلى فالفرق بينهما يتلخص في الآتي:

تختص النظرية النسبية الخاصة بدراسة الأجسام المتحركة بسرعة منتظمة أو ثابتة أو حتى بتسارع صفر مع إهمال للجاذبية الأرضية وتثبيت سرعة الضوء في الفراغ بالنسبة لحركة الباحثين، وتحديد سرعة الضوء في الفراغ بأنها السرعة العظمى.

أما النسبية العامة تتناول وتختص بدراسة الأجسام التي تتحرك بسرعات متغيرة وليست ثابتة كما هو الحال في النسبية الخاصة، بمعنى أن سرعة الأجسام تتزايد وتتناقص مع مرور الزمن.

.

يا لها من نظريةٍ معقدةٍ تحتاج للتبسيط في أهونِ صُوره، حسنًا فلنحاول بإذن اللّه جعلها مُيّسرة ..

في البداية ، دعنا نقوم بـ زيارةٍ إلى المتحف، سأطلب منك الآن أن تقف أنت أمام أحد تماثيل هذا المتحف، بالطبع سيُخيّل إليك أنك والتمثال ثابتين ، أليس كذلك ؟ وهذا بالفعل صحيحٌ مقارنة بالمكان الذي أنت موجودٌ فيه، لكن بالنسبة لـ الكون، القوة العُظمى التي تحركنا، فأنت والتمثال متحركين تحت تأثير دوران الأرض حول محورها، ودورانها حول الشمس.

ماذا شعرت إثر قراءتك للمثال ؟ نعم، آينشتاين جاء مغيّرًا في قوانين الحركة الثلاثةالخاصة بـ نيوتن، مُجزمًا أنّ قوانين الفيزياء متغيّرةً ونسبيّة تبعًا للموقف.

لكن ، ما الذي ساعد آينشتاين في التوصّل لنظريته هذه؟

عن طريق مراقبة الأجسام الساكنة والمتحركة بسرعة ثابتة.

فمثلاً إذا راقبنا سريان لافتة / علم مُعلّق على سفينة، لو كنا خارج السفينة سنرى اللافتة تنتقل بسرعة معينّة، لكن وحدهم مَن في السفينة سيجدون صعوبةً في تمييز حركة اللافتة وربما يرونها ثابتة. وبالتالي فالأمر نِسبيّ.

طبّق آينشتاين هذه النظرية على جميع الجُسيمات، باستثناء الضوء، وأكّد على أنّ سرعة الضوء ثابتة، حتى مع اختلاف الموقف أو السياق.

وفي ظلّ تلك الدراسة خرج لنا آيناشتين بـ النسبيّة الخاصة ، وجعل لها فرضيّتين هما :-

١) مبدأ النسبية : وتعني أن جميع قوانين الفيزياء ثابتة في جميع الأُطر المرجعية القصورية.

٢) ثبات سرعة الضوء: تنص الفرضية الثانية على أنّ سرعة الضوء ثابتة في الفراغ في جميع الأُطر المرجعية القصورية بغض النظر عن حركة مصدر الضوء أو المُراقب، وتُساوي 3 × 810 م / ث.

لتَأتي معادلة النظرية النسبية الخاصة مُوضحة العلاقة بين الطاقة (E)، والكتلة (m)، وسرعة الضوء (C)، وهي :- E = mc2؛ أيّ أنّ الطاقة تساوي الكتلة مضروبة في مربع سرعة الضوء.

وبعدها، قام آينشتاين بدراسة النسبية العامة و هي النظرية الهندسية للجاذبية في الفيزياء الحديثة. فهي صورة معممة النسبية الخاصة وتنقيح قانون الجذب ،لأنها تقدِّم وصفًا موحَّدًا للجاذبية تبعًا لخصائص المكان والزمن،