اشتهر ألبرت أينشتاين بأشياء كثيرة ، لكن أعظم بنات أفكاره هي نظرية النسبية. لقد غيرت إلى الأبد فهمنا للمكان والزمان.
ما هي النسبية؟ بإيجاز ، إنها فكرة أن قوانين الفيزياء هي نفسها في كل مكان. نحن هنا على الأرض نطيع نفس قوانين الضوء والجاذبية مثل شخص ما في زاوية بعيدة من الكون.
إن عالمية الفيزياء تعني أن التاريخ إقليمي. سيرى المشاهدون المختلفون توقيت الأحداث والمباعدة بينها بشكل مختلف. قد يكون مليون سنة بالنسبة لنا مجرد غمضة عين لشخص يطير في صاروخ عالي السرعة أو يسقط في ثقب أسود.
انها كلها مرتبطة.
النسبية الخاصة
تنقسم نظرية أينشتاين إلى النسبية الخاصة والعامة.
جاءت النسبية الخاصة أولاً وتستند إلى سرعة الضوء التي تكون ثابتة للجميع. قد يبدو هذا بسيطا بما فيه الكفاية ، ولكن له عواقب بعيدة المدى.
توصل أينشتاين إلى هذا الاستنتاج في عام 1905 بعد أن أظهرت الأدلة التجريبية أن سرعة الضوء لم تتغير مع دوران الأرض حول الشمس.
كانت هذه النتيجة مفاجئة للفيزيائيين لأن سرعة معظم الأشياء الأخرى تعتمد على الاتجاه الذي يتحرك فيه المراقب. إذا كنت تقود سيارتك على طول مسار للسكك الحديدية ، فسوف يبدو أن القطار القادم إليك يتحرك بشكل أسرع مما لو استدارت واتبعته في نفس الاتجاه.
قال أينشتاين أن جميع المراقبين سيقيسون سرعة الضوء لتكون 186000 ميل في الثانية ، بغض النظر عن مدى سرعة واتجاههم.
دفع هذا المبدأ الممثل الكوميدي ستيفين رايت إلى التساؤل: "إذا كنت في سفينة فضائية تسير بسرعة الضوء ، وقمت بتشغيل المصابيح الأمامية ، فهل يحدث أي شيء؟"
الجواب هو تشغيل المصابيح الأمامية بشكل طبيعي ، ولكن فقط من منظور شخص داخل سفينة الفضاء. بالنسبة لشخص يقف خارج مشاهدة السفينة وهي تحلق ، لا يبدو أن المصابيح الأمامية تعمل: الضوء يخرج ولكنه يسير بنفس سرعة سفينة الفضاء.
تنشأ هذه الإصدارات المتناقضة لأن الحكام والساعات - الأشياء التي تحدد الزمان والمكان - ليست هي نفسها بالنسبة للمراقبين المختلفين. إذا كانت سرعة الضوء ثابتة كما قال آينشتاين ، فلا يمكن أن يكون الزمان والمكان مطلقين ؛ يجب أن تكون ذاتية.
على سبيل المثال ، ستظهر سفينة فضائية بطول 100 قدم تسير بنسبة 99.99٪ من سرعة الضوء قدمًا واحدة لمراقب ثابت ، ولكنها ستظل طولها الطبيعي لمن هم على متنها.
ربما حتى أغرب ، يمر الوقت بشكل أبطأ كلما كان أسرع. إذا ركب توأم في سفينة الفضاء السريعة لبعض النجوم البعيدة ثم عادوا ، ستكون أصغر من أختها التي بقيت على الأرض.
تعتمد الكتلة أيضًا على السرعة. كلما تحرك الجسم بشكل أسرع ، كلما ازداد حجمه. في الواقع ، لا يمكن لأي سفينة فضائية أن تصل إلى 100٪ من سرعة الضوء لأن كتلتها ستنمو إلى ما لا نهاية.
غالبًا ما يتم التعبير عن هذه العلاقة بين الكتلة والسرعة كعلاقة بين الكتلة والطاقة: E = mc ^ 2 ، حيث E هي الطاقة ، m هي الكتلة و c هي سرعة الضوء.
النسبية العامة
لم يكن آينشتاين يزعج فهمنا للزمان والمكان. وتابع لتعميم نظريته عن طريق تضمين التسارع ووجد أن هذا يشوه شكل الزمان والمكان.
للالتزام بالمثال أعلاه: تخيل أن سفينة الفضاء تسرع بإطلاق صواريخها. سوف يلتصق أولئك الذين كانوا على متن الطائرة بالأرض كما لو كانوا على الأرض. ادعى أينشتاين أن القوة التي نسميها الجاذبية لا يمكن تمييزها عن كونها في سفينة متسارعة.
هذا في حد ذاته لم يكن ثوريًا جدًا ، ولكن عندما عمل أينشتاين على حساب الرياضيات المعقدة (استغرق الأمر 10 سنوات) ، اكتشف أن المكان والزمان منحنيان بالقرب من جسم ضخم ، وهذا الانحناء هو ما نختبره كقوة الجاذبية.
من الصعب تصور الهندسة المنحنية للنسبية العامة ، ولكن إذا فكر المرء في الزمكان كنوع من القماش ، فإن جسمًا ضخمًا يمدد النسيج المحيط بحيث لا يمر أي شيء يمر بالقرب من خط مستقيم.
تتنبأ معادلات النسبية العامة بعدد من الظواهر ، تم تأكيد العديد منها:
- انحناء الضوء حول الأجسام الضخمة (عدسة الجاذبية)
- تطور بطيء في مدار كوكب عطارد (حركة الحضيض)
- سحب الإطار الزمكان حول الأجسام الدوارة
- إضعاف الضوء الهارب من سحب الجاذبية (الانزياح الأحمر الثقالي)
- موجات الجاذبية (تموجات في نسيج الزمكان) بسبب تحطم الكونية
- وجود ثقوب سوداء تحاصر كل شيء بما في ذلك الضوء
تشوه الزمكان حول الثقب الأسود أكثر كثافة من أي مكان آخر. إذا سقط التوأم الراحل في الفضاء في ثقب أسود ، فسوف يتمدد مثل السباغيتي.
لحسن الحظ ، سينتهي كل شيء في بضع ثوان. لكن أختها على الأرض لن ترى ذلك ينتهي أبدًا - وهي تشاهد أختها الفقيرة وهي تتدرج بشكل متزايد نحو الثقب الأسود على مدى عمر الكون.
تم تحديث هذه المقالة في 2 يوليو 2019 ، بواسطة Live Science مساهم Tim Childers.
