النسبية هي واحدة من النظريات العلمية الأكثر شهرة في القرن العشرين، ولكن ما مدى نجاحها في تفسير الأشياء التي نراها في حياتنا اليومية؟
بدأ ألبرت أينشتاين في صياغة النظرية النسبية عام 1905 لشرح سلوك الأجسام في المكان والزمان، ويمكن استخدام العمل الرائد للتنبؤ بأشياء مثل وجود الثقوب السوداء، وانحناء الضوء بسبب الجاذبية وسلوك الكواكب في مداراتهم، حسبما يوضح موقع livescience.
نظرية أينشتاين
النظرية بسيطة بشكل خادع. أولاً، لا يوجد إطار مرجعي “مطلق”: في كل مرة تقيس فيها سرعة جسم ما، أو زخمه، أو كيفية شعوره بالوقت، يكون ذلك دائمًا مرتبطًا بشيء آخر. ثانيًا، سرعة الضوء هي نفسها بغض النظر عمن يقيسها أو مدى سرعة الشخص الذي يقيسها. ثالثا، لا شيء يمكن أن يتحرك أسرع من الضوء.
نظرية أينشتاين الأكثر شهرة لها آثار عميقة. إذا كانت سرعة الضوء هي نفسها دائمًا، فهذا يعني أن رائد الفضاء الذي يتحرك بسرعة كبيرة جدًا بالنسبة إلى الأرض سيقيس الثواني التي تدق بشكل أبطأ من المراقب الموجود على الأرض. يتباطأ الوقت بشكل أساسي بالنسبة لرائد الفضاء، وهي ظاهرة تسمى تمدد الزمن.
أي جسم في مجال جاذبية كبير يتسارع، لذلك يتعرض أيضًا لتمدد الزمن. وفي الوقت نفسه، تعاني سفينة الفضاء الخاصة برائد الفضاء من انكماش في الطول، مما يعني أنه إذا التقطت صورة للمركبة الفضائية أثناء تحليقها، فستبدو كما لو كانت “مسحوقة” في اتجاه الحركة. ومع ذلك، بالنسبة لرائد الفضاء الموجود على متن الطائرة، يبدو كل شيء طبيعيًا. بالإضافة إلى ذلك، يبدو أن كتلة سفينة الفضاء تتزايد من وجهة نظر الأشخاص الموجودين على الأرض.
لكنك لا تحتاج بالضرورة إلى سفينة فضاء تقترب من سرعة الضوء لرؤية التأثيرات النسبية. هناك العديد من الأمثلة النسبية التي يمكننا رؤيتها في حياتنا اليومية والتقنيات التي نستخدمها اليوم والتي تثبت أن أينشتاين كان على حق. وفيما يلي بعض الأمثلة الشائعة للنظرية النسبية في العمل.
الكهرومغناطيسية
المغناطيسية هي تأثير نسبي، ويمكنك رؤية ذلك واضحًا في المولدات. إذا أخذت ملفًا من سلك وحركته عبر مجال مغناطيسي، فإنك ستولد تيارًا كهربائيًا. تتأثر الجسيمات المشحونة في السلك بالمجال المغناطيسي المتغير، مما يجبر بعضها على الحركة ويولد التيار.
لكن الآن، تصور السلك في حالة سكون، وتخيل أن المغناطيس يتحرك. في هذه الحالة، فإن الجسيمات المشحونة في السلك (الإلكترونات والبروتونات) لن تتحرك بعد الآن، لذلك لا ينبغي أن يؤثر المجال المغناطيسي عليها. لكنه يحدث، ولا يزال التيار يتدفق. وهذا يدل على عدم وجود إطار مرجعي متميز.
يستخدم توماس مور، أستاذ الفيزياء في كلية بومونا في كليرمونت، كاليفورنيا، مبدأ النسبية لإثبات قانون فاراداي، الذي ينص على أن المجال المغناطيسي المتغير يولد تيارًا كهربائيًا.
قال مور لموقع Live Science: “نظرًا لأن هذا هو المبدأ الأساسي وراء المحولات والمولدات الكهربائية، فإن أي شخص يستخدم الكهرباء يختبر تأثيرات النسبية”.
وتعمل المغناطيسات الكهربائية عبر النسبية أيضًا. عندما يتدفق تيار مباشر من الشحنة الكهربائية عبر سلك، تنجرف الإلكترونات عبر المادة. في العادة، يبدو السلك محايدًا كهربائيًا، مع عدم وجود شحنة موجبة أو سالبة صافية، لأن السلك يحتوي تقريبًا على نفس العدد من البروتونات (الشحنات الموجبة) والإلكترونات (الشحنات السالبة).
تحديد المواقع والملاحة
لكي يعمل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في سيارتك بدقة كما هو الحال، يجب على الأقمار الصناعية أن تأخذ في الاعتبار التأثيرات النسبية، وفقًا لموقع PhysicsCentral. وذلك لأنه على الرغم من أن الأقمار الصناعية لا تتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء، إلا أنها لا تزال تسير بسرعة كبيرة. وتقوم الأقمار الصناعية أيضًا بإرسال إشارات إلى المحطات الأرضية على الأرض. وتشهد هذه المحطات (وتقنية نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في السيارة أو الهاتف الذكي) تسارعات أعلى بسبب الجاذبية مقارنة بالأقمار الصناعية الموجودة في المدار.
وللحصول على هذه الدقة الدقيقة، تستخدم الأقمار الصناعية ساعات تصل دقتها إلى بضعة نانو ثانية (جزء من المليار من الثانية). نظرًا لأن كل قمر صناعي يقع على ارتفاع 12600 ميل (20300 كيلومتر) فوق الأرض ويتحرك بسرعة حوالي 6000 ميل في الساعة (10000 كم/ساعة)، فهناك تمدد زمني نسبي يصل إلى حوالي 4 ميكروثانية كل يوم. أضف تأثيرات الجاذبية، وسيصل تأثير تمدد الزمن إلى حوالي 7 ميكروثانية (جزء من المليون من الثانية).
لون الذهب الأصفر
معظم المعادن لامعة لأن الإلكترونات الموجودة في الذرات تقفز من مستويات طاقة مختلفة، أو “المدارات”. يتم امتصاص بعض الفوتونات التي تصطدم بالمعدن وإعادة إطلاقها، ولكن بطول موجي أطول. ومع ذلك، فإن معظم الضوء المرئي ينعكس.
الذهب عنصر ثقيل، لذا فإن الإلكترونات الداخلية تتحرك بسرعة كافية بحيث تزيد الكتلة النسبية ويتقلص الطول بشكل كبير، وفقًا لبيان صادر عن جامعة هايدلبرغ في ألمانيا. ونتيجة لذلك، تدور الإلكترونات حول النواة في مسارات أقصر وبزخم أكبر. تحمل الإلكترونات الموجودة في المدارات الداخلية طاقة أقرب إلى طاقة الإلكترونات الخارجية، وتكون الأطوال الموجية التي يتم امتصاصها وانعكاسها أطول.
تعني الأطوال الموجية الأطول للضوء أن بعض الضوء المرئي الذي ينعكس عادةً يتم امتصاصه، ويكون هذا الضوء على الطرف الأزرق من الطيف.
الضوء الأبيض هو مزيج من جميع ألوان قوس قزح، ولكن في حالة الذهب، عندما يتم امتصاص الضوء وإعادة إطلاقه، تكون الأطوال الموجية أطول عادةً. وهذا يعني أن مزيج موجات الضوء التي نراها يميل إلى أن يحتوي على كمية أقل من اللون الأزرق والبنفسجي. ونظرًا لأن الضوء الأصفر والبرتقالي والأحمر له أطوال موجية أطول من الضوء الأزرق، فإن الذهب يبدو مصفرًا، وفقًا لبي بي سي.
اقرأ أيضاً:
