تمدد الزمن

النظرية النسبية: كيف غيّر أينشتاين فهمنا للزمن والمكان؟

قبل أكثر من 300 عام، كان العلماء يعتقدون أن الكون بسيط إلى حد ما، وأن الزمن والمكان مطلقان وثابتان. كانت قوانين الفيزياء التي وضعها العالم العظيم إسحاق نيوتن تحكم هذه النظرة. وفقًا لفيزياء نيوتن، كان يُعتقد أن الوقت يمر بنفس السرعة في كل مكان، وأن المكان ثابت لا يتغير. كذلك، كان يُنظر إلى الجاذبية كقوة غير مرئية تسحب الأجسام نحو بعضها، مثل سقوط التفاحة نحو الأرض.

قوانين الفيزياء الكلاسيكية وأساسها

فيزياء نيوتن تعتمد على عدة قوانين أساسية. من أشهرها:
قانون الحركة الأول (قانون القصور الذاتي): الجسم يبقى في حالة سكون أو حركة منتظمة ما لم تؤثر عليه قوة خارجية.
قانون الحركة الثاني (قانون القوة): القوة تساوي الكتلة مضروبة في التسارع:
                                                                        F=m*a
قانون الحركة الثالث (قانون الفعل ورد الفعل): لكل فعل رد فعل مساوي له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.
هذه القوانين سمحت لنا بفهم الحركة في حياتنا اليومية، كحركة السيارات، سقوط الأجسام، وحتى حركة الكواكب حول الشمس.
أيضًا، هناك قانون الحفاظ على الزخم، والذي ينص على أن حاصل ضرب الكتلة في السرعة (الزخم) يبقى ثابتًا إذا لم تؤثر قوى خارجية. صيغة الزخم هي:
                                                                  p = m*v
فيزيائيًا، كان يُعتقد أنه إذا كنت تتحرك بسرعة معينة، وسرعة شيء أمامك معينة، فإن السرعة النسبية تُحسب بجمع أو طرح السرعتين ببساطة. على سبيل المثال، إذا كانت سيارتك تسير بسرعة 60 كم/ساعة، ومر بجانبك شخص يركض بسرعة 5 كم/ساعة في نفس اتجاه الحركة، فإن سرعته بالنسبة لك ستكون 55 كم/ساعة.
تحديات الفيزياء الكلاسيكية: سرعة الضوء
لكن الفيزياء الكلاسيكية لم تستطع تفسير ظواهر معينة، خاصة عند التعامل مع الضوء. ففي أواخر القرن التاسع عشر، اكتشف العلماء أن سرعة الضوء ثابتة (حوالي 300,000 كيلومتر في الثانية) ولا تتغير، مهما كانت سرعة المصدر أو المراقب. هذه الحقيقة شكلت تحديًا ضخمًا للقوانين الكلاسيكية، التي تفترض أن السرعات يمكن جمعها وطرحها.
لنفكر معًا، لو أنك تركب سيارة بسرعة 100 كم/ساعة وأطلقت شعاع ضوء من السيارة، ماذا ستكون سرعة الضوء بالنسبة لمراقب على الأرض؟ الفيزياء الكلاسيكية كانت تتوقع أن تكون سرعة الضوء 300,100 كم/ساعة، لكن التجارب أثبتت أنها تظل 300,000 كم/ساعة فقط. كيف يحدث هذا؟
هنا جاء ألبرت أينشتاين ليقدم لنا ثورة علمية لا مثيل لها: النظرية النسبية.

النسبية الخاصة: سرعة الضوء وتغير الزمان والمكان

في عام 1905، نشر أينشتاين ورقة بعنوان "حول الديناميكا الأجسام المتحركة" قدم فيها النسبية الخاصة. وضعت هذه النظرية أساسًا جديدًا، مفاده:
سرعة الضوء في الفراغ ثابتة للجميع، بغض النظر عن سرعة المراقب أو مصدر الضوء.
قوانين الفيزياء متشابهة في جميع الأطر التي تتحرك بسرعة ثابتة (أي لا يوجد إطار مميز).
لكن ما معنى هذا عمليًا؟ يعني أنه إذا كنت تسير بسرعة كبيرة جدًا، فإن الزمن والمكان لن يبدوا كما نعرفهما في حياتنا اليومية. وهذا يؤدي إلى مفاهيم مثل:

تمدد الزمن:

المراجع