عرض المشاركات
1
منتدى دراسات الفيزياء والتعليم الجامعي / بين غاليليو ونيوتن واينشتاين
« في: سبتمبر 03, 2008, 02:02:29 صباحاً »
أهلا بأعضاء المنتدى ..
لقد طلبت منى الانسة مروة إبراهيم .. أحد العضوات المتميزات التى يبدو شغفها بالفيزياء أن أجيب على سؤال الأخ SAFY .
انظروا معى للاتى
بالنسبة للسؤال الأول يجب ايضاح شئ
ان النسبية نوعان النسبية الخاصة والنسبية العامة وكذلم الميكانيكا الكلاسيكية لنيوتن نوعان فهناك نظرية القصور الذاتى أو الميكانيكا الكلاسيكية ذاتها والتى تتعامل مع الحركات المنتظمة والاخرى تتعامل مع مجال الجاذبية.
النسبية الخاصة تعميم للميكانيكا الكلاسيكية .. فهى تدرس نفس حركة الأجسام ولكن مع اقترابها من سرعة الضوء فعند الاقتراب من سرعة الضوء يحدث تغير فى خواص الاجسام
وبالطبع ان يتسع شرح هذا هنا لأاننى اليوم شرحت لمجموعة من الزملاء دخلة صغيرة فى النسبية والكوزمولوجى اخذت أكثر من ثلاث ساعات.
ولكن دعونا نحاول:
ان دراسة أى ظاهرة تحتاج لما يسمى بنظام الاسناد Reference frame وهو عبارة عن جسم جاسئ مثل القطار أو الارض او السيارة مربوطة بها مجموعة من الاحداثيات الديكارتية المتعامدة..
فى الفضاء اذا وجد جسم لا نستطيع معرفة هل يتحرك ام لا الا بواسطة نظام الاسناد
فى الفيزياء يوجد نوعن من نظم الاسناد ( الراصدون للاحداث) نظم قاصرة ذاتيا Inertial reference frames
واخرى غير قاصرة ذاتيا Non inertial reference frames
المكيانيكا الكلاسيكية المبنية على قوانين نيوتن الثلاثة ومعادلات لاجرانج تعتمد على النظم القاصرة ذاتيا
ولقد بدت الميكانيكا الكلاسيكية فى خطر بسبب هذه النظم فلأن القوانين تصاغ من وجهة نظر هذه النظم وحيث انه لدينا عدد لا نهائى من الاجسام التىتصلح ان تكون نظم اسناد فسيكون لدينا عدد لا نهائى من قوانين الفيزياء
وهذا يهدد العلم والفيزياء بالخطر
لذلك جاء بونكاريه بحله السحرى
ان جميع القطارات المتحركة على خط مستقيم وبسرعة منتظمة بالنسبة لبعضها البعض
تكون متكافئة فيزيائيا.
لو سقطت تفاحة فى احد هذه القطارات فانها ستسقط بنفس الطريقة فى بقية القطارات
ووضع بونكاريه تحويلات تسمى بتحويلات جاليليو
وحققت نجاح باهر فى الفيزياء الكلاسيكية ليكون مبدا النسبية لبوانكريه احد المبادئ الاساسية
ولكن هناك مشكلة
معادلات ماكسويل التى تأسست عليها الفيزياء الكهرومغناطيسية والتى ينتج منها ان سرعة الضوء ثابتة بالنسبة لجميع نظم الاسناد او الراصدين
ولكن هذا لا يتحقق بالنسبة لمبدأ النسبية
فلو فرضنا أنك تتحرك بسرعة الضوء فى القطار K` وهى بالنسبة للقطار v وان سرعة القطار
بالنسبة للارض هى b وسرعتك انت أو سرعة الضوء بالنسبة للارض هى C
فيكون لدينا سرعتك بالنسبة للأرض هى
C=v+b
وسرعتك بالنسبة للقطار هى v=c-b
ومن الواضح الاختلاف بين السرعتين
هذا كان مشكلة الكهرومغناطيسية
اما قوانين ماكسويل أو مبدأ النسبية
طلع واحد عبقرى مش عارف مين هوه بحل مش عارف جابه منين أصلا
الاثير
ان الضوء عبارة عن موجات مثل الصوت
الصوت يحتاج لوسط مادى للانتقال
وبالتالى فإن الضوء يحتاج أيضا الى وسط مادى
ولكن الضوء ينتقل فى الفضاء
اذن فرض العلمائ أن هناك مادة شفافة - وسط - اسمها الايثر أو الأثير بالعربى
هذه المادة الافتراضية هى التى تشغل الفراغات بين النجوم
والضوء ينتقل عبرها
وهذا الايثر هو المسؤل عن الاختلاف فى سرعة الضوء بالنسبة لنظم الاسناد المختلفة
لو انك فى اتوبيس ليس له سقف تتحرك فى نفس اتجاه حركته فهذا يعنى انك تتحرك عكس اتجاه الهواء وبالتالى سرعتك انت فى لتحرك ستكون بطيئة بسبب مقومة الهواء
لو انك تتحرك فى عكس اتجاه الاوتوبيس فهذا يعنى انك تتحرك فى نفس اتجاه الهواء
وبالتالى سرعتك ستزيد
الامر هنا بالنسبة للأيثر يشبه الهواء
الضوء فى عكس اتجاه رياح الايثر بسبب حركة الأرض فيه يتباطأ
فى نفس الاتجاه يتسارع
ولكن فكرة الايثر كانت غبية برضه
مما دفع بعض العلماء لاختبار وجود الايثر الفعلى
وكل ده والجماعة بتوع الفيزياء فاكرين ان الفيزياء انتهت ولم يبق سوى تلك المشكلة الصغيرة بتاعة الايثر
جاء البرت ميكلسن ومورلى لاختبار الايثر
وبالطبع نحن اثناء حديثنا نحاول التبسيط قدر الامكان لأن هذا يحتاج الى دراسة أكاديمية وفلسفية والمام بالرياضيات
وكمان فيه مشكلة اننى ابتعت عن اللغة العربية منذ فترة طويلة جدا بسبب التأليف باللغة الانجليويزة والقراءة ايضا فأمل أن تفهموا الاسلوب
المهم الحاج ميكلسن والحاج مورلى جابوا جهاز ليقيس سرعة الضوء فى نفس اتجاه حركة الارض وعكس الاتجاه وبالتالى اذا كانت مختلفة هذا يعنى ان هناك ايثر
الارض تدور فى خط منحنى ولكن فى مقياس صغير جدا حوالى متر يمكن اعتبارها انها تسير فى خط مستقيم
وجاءت التجربة شعاع ينتشر فى نفس اتجاه حركة الارض يعنى عكس اتجاه الايثر
وشعاع ينتشر فى عكس اتجاه الأرض يعنى فى نفس اتجاه الأيثر
وجاءت النتيجة مذهلة سرعة الضوء واحدة
مما جعل نتائج التجربة سلبية
ولكن يظهر عضة الأيثر لسه ماسكة فى بتوع الفيزياء
جاء فيتزجرالد ليفسر ذلك بأن الاجسام التى تتحرك عكس اتجاه الايثر يحث لها انكماش
ولكن ازاى يا عم الحديد ينكمش بنفس طريقة الخشب
وجه الحاج لورنس بتفسير ان ذلك يحث لقلة المسافات البينية بين الذرات
ووضع مع فيتزجرالد مجموعة من التحويلات استخدمها اينستين فيما بعض
هنا جاء دور اينستين
تجربة ميكلسن ومورلى مع مبدأ النسبية
ليخرج بالنسبية الخاصة
كل قوانين الفيزياء تأخذ نفس الصيغة بالنسبة لجميع نظم الاسناد القاصرة ذاتيا التى تحرك بسرعة منتظمة وعلىخط مستقيم
وسرعة الضوء ثابت عام بالنسبة لهذه النظم
وعلى ذلك ف‘ن النظام العام للفيزياء سوف يتغير
حيث سيضاف بعد جديد وهو الزمن
تعالى كده نفرض انك واقف فى شارع كبير فى منتصف المسافة بين عمودين نور ومعاك مرأة عمودية تمكنك من رؤيتهما معا
والاثتين نورو فى نفس الوقت
انت ستراهما كذلك
لكن لو انت واقف فى شارع طولة مليون كم وفى طرفية عمودين نور
وانت تقف على بعد 200000كم من احدهما وانا أقف فى منتصف المسافة بينهما ومعى نفس المراة العمودية
والعمودين نورو او اضائوا فى نفس الوقت فأننى سأراهما كذلك
لكنك سترى العمود الاقرب اليك أولا أضائ ثم بعد فترة سترى الثانى
لأن سرعة الضوء ثابتة
الضوء يأخذ وقت حتى يصل إالى الراصد
وسرعته ثابتة
لذلك كان هناك انية الأحداث
وبضرب
Distance x speed of light C = t
مع وجود imaginary number نحصل على مسافة
يطلع ف هو المسافة التى يقطعها الضوء وتكون كمية تخيلية يمكن قياسها على محور وهمى
وهو البعد الرابع
افترض ان هناك قطار يتحرك بسرعة تقترب من الضوء
طوله سيقل وانت ستراه كذلك
لأنك ترى الطول من الضوء القادم من طرفى القطار
الراصد عند اينستاين بيشوف بالضوء
وكذلك الزمن سيقل
ان النسبية الخاصة اعتمدت على نوع جديد من الهندسة Manifold وهى Spacetime geometry or fabric of spacetime
فكما نعرف ان الهندسة الاقليدية تعتمد على النقط والمنحنيات .. وهناك فئة خاصة من لمنحنيات وهى الخطوط المستقيمة
فان هندسة المكان - الزمن تعتمد على الأحداث والخطوط العالمية وهى المسارات للأجسام والتى تعبر عنه وعن المؤثرات عليه
النسبية العامة تعميم
قوانين نيوتن تطبق فى انظمة قصورية وغير قصورية
لكن الجاذبية حقيقية
لكن فى النسبية العامة لا يوجد جاذبية وانا هو انحناء فى المكان الزمن ناحية المادة
قوانين الفيزياء بكاملها تعتمد على المكان والزمن
ولو فرضنا تجانس الكون
انحناء المكان الزمن ناحية المادة
هذا يعطينا فكرة عن شكل الكون نفسه
يتبع ................
للمزيد اقراءة كتابى يا جماعة
فيزياء الطبيعة
tahaselimworld@yahoo.com
باختصار حب اينستاين يعمم النسبية الخاصة
لقد طلبت منى الانسة مروة إبراهيم .. أحد العضوات المتميزات التى يبدو شغفها بالفيزياء أن أجيب على سؤال الأخ SAFY .
انظروا معى للاتى
بالنسبة للسؤال الأول يجب ايضاح شئ
ان النسبية نوعان النسبية الخاصة والنسبية العامة وكذلم الميكانيكا الكلاسيكية لنيوتن نوعان فهناك نظرية القصور الذاتى أو الميكانيكا الكلاسيكية ذاتها والتى تتعامل مع الحركات المنتظمة والاخرى تتعامل مع مجال الجاذبية.
النسبية الخاصة تعميم للميكانيكا الكلاسيكية .. فهى تدرس نفس حركة الأجسام ولكن مع اقترابها من سرعة الضوء فعند الاقتراب من سرعة الضوء يحدث تغير فى خواص الاجسام
وبالطبع ان يتسع شرح هذا هنا لأاننى اليوم شرحت لمجموعة من الزملاء دخلة صغيرة فى النسبية والكوزمولوجى اخذت أكثر من ثلاث ساعات.
ولكن دعونا نحاول:
ان دراسة أى ظاهرة تحتاج لما يسمى بنظام الاسناد Reference frame وهو عبارة عن جسم جاسئ مثل القطار أو الارض او السيارة مربوطة بها مجموعة من الاحداثيات الديكارتية المتعامدة..
فى الفضاء اذا وجد جسم لا نستطيع معرفة هل يتحرك ام لا الا بواسطة نظام الاسناد
فى الفيزياء يوجد نوعن من نظم الاسناد ( الراصدون للاحداث) نظم قاصرة ذاتيا Inertial reference frames
واخرى غير قاصرة ذاتيا Non inertial reference frames
المكيانيكا الكلاسيكية المبنية على قوانين نيوتن الثلاثة ومعادلات لاجرانج تعتمد على النظم القاصرة ذاتيا
ولقد بدت الميكانيكا الكلاسيكية فى خطر بسبب هذه النظم فلأن القوانين تصاغ من وجهة نظر هذه النظم وحيث انه لدينا عدد لا نهائى من الاجسام التىتصلح ان تكون نظم اسناد فسيكون لدينا عدد لا نهائى من قوانين الفيزياء
وهذا يهدد العلم والفيزياء بالخطر
لذلك جاء بونكاريه بحله السحرى
ان جميع القطارات المتحركة على خط مستقيم وبسرعة منتظمة بالنسبة لبعضها البعض
تكون متكافئة فيزيائيا.
لو سقطت تفاحة فى احد هذه القطارات فانها ستسقط بنفس الطريقة فى بقية القطارات
ووضع بونكاريه تحويلات تسمى بتحويلات جاليليو
وحققت نجاح باهر فى الفيزياء الكلاسيكية ليكون مبدا النسبية لبوانكريه احد المبادئ الاساسية
ولكن هناك مشكلة
معادلات ماكسويل التى تأسست عليها الفيزياء الكهرومغناطيسية والتى ينتج منها ان سرعة الضوء ثابتة بالنسبة لجميع نظم الاسناد او الراصدين
ولكن هذا لا يتحقق بالنسبة لمبدأ النسبية
فلو فرضنا أنك تتحرك بسرعة الضوء فى القطار K` وهى بالنسبة للقطار v وان سرعة القطار
بالنسبة للارض هى b وسرعتك انت أو سرعة الضوء بالنسبة للارض هى C
فيكون لدينا سرعتك بالنسبة للأرض هى
C=v+b
وسرعتك بالنسبة للقطار هى v=c-b
ومن الواضح الاختلاف بين السرعتين
هذا كان مشكلة الكهرومغناطيسية
اما قوانين ماكسويل أو مبدأ النسبية
طلع واحد عبقرى مش عارف مين هوه بحل مش عارف جابه منين أصلا
الاثير
ان الضوء عبارة عن موجات مثل الصوت
الصوت يحتاج لوسط مادى للانتقال
وبالتالى فإن الضوء يحتاج أيضا الى وسط مادى
ولكن الضوء ينتقل فى الفضاء
اذن فرض العلمائ أن هناك مادة شفافة - وسط - اسمها الايثر أو الأثير بالعربى
هذه المادة الافتراضية هى التى تشغل الفراغات بين النجوم
والضوء ينتقل عبرها
وهذا الايثر هو المسؤل عن الاختلاف فى سرعة الضوء بالنسبة لنظم الاسناد المختلفة
لو انك فى اتوبيس ليس له سقف تتحرك فى نفس اتجاه حركته فهذا يعنى انك تتحرك عكس اتجاه الهواء وبالتالى سرعتك انت فى لتحرك ستكون بطيئة بسبب مقومة الهواء
لو انك تتحرك فى عكس اتجاه الاوتوبيس فهذا يعنى انك تتحرك فى نفس اتجاه الهواء
وبالتالى سرعتك ستزيد
الامر هنا بالنسبة للأيثر يشبه الهواء
الضوء فى عكس اتجاه رياح الايثر بسبب حركة الأرض فيه يتباطأ
فى نفس الاتجاه يتسارع
ولكن فكرة الايثر كانت غبية برضه
مما دفع بعض العلماء لاختبار وجود الايثر الفعلى
وكل ده والجماعة بتوع الفيزياء فاكرين ان الفيزياء انتهت ولم يبق سوى تلك المشكلة الصغيرة بتاعة الايثر
جاء البرت ميكلسن ومورلى لاختبار الايثر
وبالطبع نحن اثناء حديثنا نحاول التبسيط قدر الامكان لأن هذا يحتاج الى دراسة أكاديمية وفلسفية والمام بالرياضيات
وكمان فيه مشكلة اننى ابتعت عن اللغة العربية منذ فترة طويلة جدا بسبب التأليف باللغة الانجليويزة والقراءة ايضا فأمل أن تفهموا الاسلوب
المهم الحاج ميكلسن والحاج مورلى جابوا جهاز ليقيس سرعة الضوء فى نفس اتجاه حركة الارض وعكس الاتجاه وبالتالى اذا كانت مختلفة هذا يعنى ان هناك ايثر
الارض تدور فى خط منحنى ولكن فى مقياس صغير جدا حوالى متر يمكن اعتبارها انها تسير فى خط مستقيم
وجاءت التجربة شعاع ينتشر فى نفس اتجاه حركة الارض يعنى عكس اتجاه الايثر
وشعاع ينتشر فى عكس اتجاه الأرض يعنى فى نفس اتجاه الأيثر
وجاءت النتيجة مذهلة سرعة الضوء واحدة
مما جعل نتائج التجربة سلبية
ولكن يظهر عضة الأيثر لسه ماسكة فى بتوع الفيزياء
جاء فيتزجرالد ليفسر ذلك بأن الاجسام التى تتحرك عكس اتجاه الايثر يحث لها انكماش
ولكن ازاى يا عم الحديد ينكمش بنفس طريقة الخشب
وجه الحاج لورنس بتفسير ان ذلك يحث لقلة المسافات البينية بين الذرات
ووضع مع فيتزجرالد مجموعة من التحويلات استخدمها اينستين فيما بعض
هنا جاء دور اينستين
تجربة ميكلسن ومورلى مع مبدأ النسبية
ليخرج بالنسبية الخاصة
كل قوانين الفيزياء تأخذ نفس الصيغة بالنسبة لجميع نظم الاسناد القاصرة ذاتيا التى تحرك بسرعة منتظمة وعلىخط مستقيم
وسرعة الضوء ثابت عام بالنسبة لهذه النظم
وعلى ذلك ف‘ن النظام العام للفيزياء سوف يتغير
حيث سيضاف بعد جديد وهو الزمن
تعالى كده نفرض انك واقف فى شارع كبير فى منتصف المسافة بين عمودين نور ومعاك مرأة عمودية تمكنك من رؤيتهما معا
والاثتين نورو فى نفس الوقت
انت ستراهما كذلك
لكن لو انت واقف فى شارع طولة مليون كم وفى طرفية عمودين نور
وانت تقف على بعد 200000كم من احدهما وانا أقف فى منتصف المسافة بينهما ومعى نفس المراة العمودية
والعمودين نورو او اضائوا فى نفس الوقت فأننى سأراهما كذلك
لكنك سترى العمود الاقرب اليك أولا أضائ ثم بعد فترة سترى الثانى
لأن سرعة الضوء ثابتة
الضوء يأخذ وقت حتى يصل إالى الراصد
وسرعته ثابتة
لذلك كان هناك انية الأحداث
وبضرب
Distance x speed of light C = t
مع وجود imaginary number نحصل على مسافة
يطلع ف هو المسافة التى يقطعها الضوء وتكون كمية تخيلية يمكن قياسها على محور وهمى
وهو البعد الرابع
افترض ان هناك قطار يتحرك بسرعة تقترب من الضوء
طوله سيقل وانت ستراه كذلك
لأنك ترى الطول من الضوء القادم من طرفى القطار
الراصد عند اينستاين بيشوف بالضوء
وكذلك الزمن سيقل
ان النسبية الخاصة اعتمدت على نوع جديد من الهندسة Manifold وهى Spacetime geometry or fabric of spacetime
فكما نعرف ان الهندسة الاقليدية تعتمد على النقط والمنحنيات .. وهناك فئة خاصة من لمنحنيات وهى الخطوط المستقيمة
فان هندسة المكان - الزمن تعتمد على الأحداث والخطوط العالمية وهى المسارات للأجسام والتى تعبر عنه وعن المؤثرات عليه
النسبية العامة تعميم
قوانين نيوتن تطبق فى انظمة قصورية وغير قصورية
لكن الجاذبية حقيقية
لكن فى النسبية العامة لا يوجد جاذبية وانا هو انحناء فى المكان الزمن ناحية المادة
قوانين الفيزياء بكاملها تعتمد على المكان والزمن
ولو فرضنا تجانس الكون
انحناء المكان الزمن ناحية المادة
هذا يعطينا فكرة عن شكل الكون نفسه
يتبع ................
للمزيد اقراءة كتابى يا جماعة
فيزياء الطبيعة
tahaselimworld@yahoo.com
باختصار حب اينستاين يعمم النسبية الخاصة
