الشغل يغير الكتلة

[الشيخ الرئيس1]

السلام عليكم
هذا اضافة من نفس الكتاب السابق حول النظرية النسبية :

الكتلة

لنفرض أننا نريد أن نؤثر على جسم ساكن لكي يتحرك بسرعة معينة . لذلك يجب أن نؤثر على هذا الجسم بقوة ما . ففي هذه الحالة إذا لم تؤثر على هذا الجسم اية قوة خارجية تعيق حركته كقوة الإحتكاك مثلاً ، فان الجسم سيتحرك بسرعة تتزايد تدريجياً . وبعد مضي فترة معينة من الزمن يصبح بوسعنا زيادة سرعة الجسم إلى المقدار الذي نريده . وفي هذه الحالة فإننا نجد أنه لاكساب الأجسام المختلفة سرعة معينة واحدة تحت تأثير القوة المعطاة تتطلب فترات زمنية مختلفة .
ولكي يمكننا اهمال الإحتكاك فلنتصور أنه لدينا كرتان متساويتان في الحجم وموضوعتان في الفضاء الكوني ، احداهما من الرصاص والاخرى من الخشب . وسنقوم بشد كل من هاتين الكرتين بقوة متساوية ، إلى أن تكتسبا سرعة تعادل عشرة كيلومترات في الساعة مثلاً .
بديهي فان الحصول على هذه النتيجة ، سيتطلب التأثير بالقوة المعطاة لفترة زمنية اطول بالنسبة للكرة الرصاصية مما يستغرقه تأثير نفس القوة على الكرة الخسبية . ويقال في هذه الحالة ان للكرة الرصاصية كتلة اكبر مما للكرة الخشبية . وما دامت السرعة تتزايد عند تأثير قوة ثابتة على الجسم بازدياد الفترة الزمنية لتأثير القوة ، فاننا نعتبر ان مقياس الكتلة هو عبارة عن النسبة بين الفترة الزمنية اللازمة للوصول إلى السرعة المعطاة ، ابتداء من حالة السكون وبين السرعة المذكورة . إن الكتلة تتناسب مع هذه النسبة ، مع ملاحظة أن معامل التناسب يتوقف على مقدار القوة التي تكسب الجسم حركته .

الكتلة تتزايد

وتعتبر الكتلة من أهم خواص الجسم . ولقد الفنا أن كتلة الجسم لا تتغير على الاطلاق ، وانها لا تعتمد على السرعة . وهذا ناتج عن التأكيد الذي ذكرناه في البداية والقائل أن السرعة تتناسب في حالة تأثير قوة ثابتة على الجسم تناسباً طردياً مع الفترة الزمنية لتأثير هذه القوة .
ان هذا التأكيد من جانبنا مبني على القاعدة المعتادة لجمع السرعات . غير أننا قد اثبتنا ، لتونا ، انه لا يمكن استخدام هذه القاعدة في جميع الحالات .
فماذا نفعل للتوصل إلى السرعة المطلوبة في نهاية الثانية الثانية من بدء تأثير القوة ؟ اننا نجمع السرعة التي اكتسبها الجسم في نهاية الثانية الأولى مع السرعة التي اكتسبها خلال الثانية الثانية ونقوم بذلك طبقاً للقاعدة المعتادة لجمع السرعات .
ويمكننا ان نقوم بذلك ما دامت السرعة المكتسبة لم تبلغ حد مقارنتها بسرعة الضوء . ففي هذه الحالة لايمكن استخدام هذه القاعدة القديمة .فاذا ما جمعنا السرعتين آخذين بعين الاعتبار نظرية النسبية ، فلا بد لنا من التوصل إلى نتيجة تكون دائماً أقل من النتيجة التي نحصل عليها لو استخدمنا قاعدة الجمع القديمة ، التي لا تصلح في هذه الحالة . ومعنى هذا أنه في حالة بلوغ السرعة قدراً أكبر فانها لن تزداد بازدياد الفترة الزمنية لتأثير القوة على الجسم ، بل ستزداد أبطأ . وهذا أمر مفهوم لان هناك حداً أقصى للسرعة .
وكلما اقتربت سرعة الجسم من سرعة الصوء ، فانها تزداد أبطأ فأبطأ ، عند تأثير القوة الثابتة عليها . ذلك لانه لا يمكن تعدي الحد الأقصى للسرعة .
حتى الحين ، عندما كان في إمكاننا التأكيد بأن سرعة الجسم تتزايد بازدياد الفترة الزمنية لتأثير القوة على الجسم فقد كان في وسعنا اعتبار أن الكتلة لا تعتمد على مقدار سرعة الجسم ولكن عندما تبلغ سرعة الجسم قدراً يمكن مقارنته بسرعة الضوء فإن التناسب بين الفترة الزمنية وسرعة الجسم يتلاشى وتبدأ الكتلة في هذه الحالة في الاعتماد على السرعة . ولما كان زمن العجلة يتزايد بلا حدود في حين أن السرعة لايمكن أن تتعدى حداً معيناً ، فإننا نرى أن الكتلة تتزايد بازدياد السرعة حتى تبلغ مقداراً لا نهائياً عندما تساوي سرعة الجسم سرعة الضوء .
وتؤكد الحسابات أنه أثناء الحركة تتزايد كتلة الجسم بنفس القدر الذي يتناقص به طوله أثناء هذه الحركة . إذاً فإن كتلة قطار آينشتاين الذي يتحرك بسرعة 240000 كيلومتر في الثانية تزيد بـ 6/10 مرة عن كتلة القطار الساكن .
وبديهي أنه في حالة السرعات المعتادة الصغيرة بالمقارنة بسرعة الضوء ، فبوسعنا أن نهمل تغير الكتلة تماماً كما يمكننا إهمال ارتباط أبعاد الجسم بسرعته أو إهمال ارتباط الفترة الزمنية بين حدثين بالسرعة التي يتحرك بها مراقبو هذين الحدثين .
إننا نستطيع أن نتأكد من صحة اعتماد الكتلة على السرعة ، وهو الاعتماد . الناتج عن النظرية النسبية ، من التجربة المباشرة ، عندما نراقب حركة الالكترونات السريعة .
ففي الظروف التجريبية الحديثة ، فان الالكترون المتحرك بسرعة تقترب من سرعة الضوء ، ليس بالشيء النادر ، بل هو ظاهرة اعتيادية . وهناك اجهزة خاصة لزيادة سرعة الالكترونات تزود فيها الالكترونات بسرعة تنقص عن سرعة الضوء بأقل من 30 كيلومتراً في الثانية .
وإذاً فان الفيزياء الحديثة قادرة على مقارنة كتلة الالكترونات المتحركة بسرعة هائلة ، بكتلة الالكترونات الساكنة ، ولقد اكدت نتائج التجارب اعتماد الكتلة على السرعة ، وهو الأمر الذي يتفق ومبدأ النسبية . " انتهى

منقول من كتاب آينشتاين والنظرية النسبية للدكتور محمد عبد الرحمن مرحبا

[الشيخ الرئيس1]

النتائج

وإذاً فان التجارب الدقيقة المقنعة تحملنا على الاعتراف بصحة نظرية النسبية التي تكتشف عن الخواص المدهشة للعالم المحيط بنا ‘ أي تلك الخواص التي لا يمكن ملاحظتها عند دراسة الاشياء دراسة اولية ‘ او بالاصح دراسة سطحية .
ولقد راينا ما هي التغيرات الجوهرية العميقة التي تدخلها نظرية النسبية على المفاهيم والتصورات الاساسية التي تكونت لدى البشرية خلال قرون ، نتيجة لتجربة الحياة اليومية .
أفلا يعني هذا هزيمة التصورات الاعتيادية تماماً ؟
أفلا يعني هذا أن الفيزياء التي تكونت قبل ظهور مبدأ النسبية ، تُشطب وتُنبذ كحذاء مطاطي قديم ولى أوان استعماله ؟
لو كان الأمر كذلك لكن من غير المجدي القيام بالابحاث العلمية ، لأنه لا يمكن للمرء أن يكون متأكداً تماماً من أنه لن يظهر في المستقبل علم جديد ينبذ القديم على الإطلاق .
ولنتصور راكباً يسافر لا في قطار آينشتاين بل في قطار ركاب عادي ، وهو يريد أن يجري تعديلاً في توقيت القطار ، آخذاً بعين الاعتبار نظرية النسبية ،خشية ان تتأخر ساعته عن ساعة المحطة . فلو حاول هذا الراكب عمل ذلك فعلاً ، لضحكنا منه . ففي الواقع ان هذا التعديل ليس إلا جزاء ضئيلاً تافهاً من الثانية ، فحتى مجرد اهتزاز القطار يؤثر اكثر بكثير على أفضل الساعات .
ان المهندس الخبير في الكيمياء الذي يتشكك فيما إذا بقيت كتلة الماء غير متغيرة عند التسخين أم لا ، سيتسرب الخلل إلى تفكيره . أما فيما يتعلق بالفيزيائي الذي يراقب اصطدام نويات الذرة ، والذي لا يأخذ بعين الاعتبار تغير الكتلة عند التحولات النووية ، فإنه يجب ان يطرد من المختبر لجهله .
ان المصممين الذين يضعون تصميماتهم يستخدمون قوانين الفيزياء القديمة عند تصميم محركاتهم ، لان التعديلات الناشئة عن نظرية النسبية ، تؤثر على ماكيناتهم أقل بكثير من تأثير الجرثوم الذي يحط على حدافة الماكينة . أما الفيزيائي الذي يراقب الالكترونات السريعة ، فمن واجبه ان يأخذ بعين الاعتبار تغير كتلة الالكترونات الناشئ عن تغير السرعة .
وهكذا فإن نظرية النسبية لا تفند بل تعمق المفاهيم والتصورات التي كونتها العلوم القديمة ، وتعين الحدود التي يمكم ، في نطاقها ، استخدام هذه المفاهيم القديمة حتى لا تؤدي الى نتائج غير صحيحة . فإن جميع قوانين الطبيعة التي اكتشفها الفيزيائيون قبل ظهور نظرية النسبية ، لا تلغي ، بل تعين حدود استخدامها فقط . إن التناسب بين الفيزياء التي تأخذ بعين الاعتبار نظرية النسبية ، والتي تدعى بالفيزياء النسبية ، وبين الفيزياء القديمة التي يطلقون عليها إسم الفيزياء الكلاسيكية ( التقليدية ) ، يشبه التناسب بين المساحة التطبيقية والعليا التي تأخذ بعين الاعتبار كروية الارض وبين المساحة التطبيقية الدنيا التي لا تأخذ بعين الاعتبار كروية الارض . إن المساحة التطبيقية العليا يجب ان تنبثق عن نسبية مفهوم الخط الرأس ، كما يجب أن تأخذ الفيزياء النسبية بعين الاعتبار نسبية مقاييس الجسم وفترات الزمن بين الحدثين ، مناقضة بذلك الفيزياء الكلاسيكية التي لا تأخذ بعين الاعتبار هذه النسبية .
وكما أن المساحة التطبيقية العليا هي تطور للمساحة التطبيقية الدنيا ، فإن الفيزياء النسبية هي تطور وتوسع للفيزياء الكلاسيكية . ويمكننا أن نجري الانتقال من معادلات علم الهندسة الكروية ، أي علم الهندسة على سطح الكرة ، إلى معادلات علم الهندسة المستوية ، أي علم الهندسة على السطح المستوي ، إذا ما اعتبرنا ان نصف قطر الارض كبير ، لا نهاية له . ففي هذه الحالة لن تكون الارض كروية ، بل سطحا ً مستوياً لا نهاية له . أما الخط الرأسي فستكون له قيمته المطلقة . أي أن مجموع زوايا المثلث سيساوي ، بالضبط ، زاويتين قائمتين .
كما يمكننا أن نجري مثل هذا الانتقال في الفيزياء النسبية كذلك ، إذا ما اعتبرنا أن سرعة الضوء هائلة لا نهاية لها ، أي ان الضوء ينتشر حالاً .
وفي الواقع فاذا كان الضوء ينتشر حالاً ، فان مفهوم الآنية يصبح مفهوماً مطلقاً كما رأينا سابقاً . وإن فترات الزمن بين الحوادث ومقاييس الاجسام تكتسب أيضاً معنى مطلقاً دون أن تؤخذ بعين الاعتبار تلك المختبرات التي يجري  منها مراقبتهما .
وإذاً فان جميع التصورات الكلاسيكية يمكن الاحتفاظ بها ، إذا اعتبرنا ان سرعة الضوء لا نهاية لها .
غير ان كل محاولة للجمع بين سرعة الضوء الحدودة وبين الأحتفاظ بالمفاهيم القديمة عن الفارغ والزمن ستؤدي بنا إلى التردي في تلك الحالة المؤسية للإنسان الذي يعرف أن للأرض شكلاً كرويا ، ولكنه واثق مع هذا من أن الخط الرأسي لتلك المدينة التي يقطن فيها هو خط رأسي مطلق فانه يخشى الابتعاد كثيراً عن مكان سكنه لئلا يتهاوى في الفضاء الكوني ." انتهى

نفس المصدر

[T4A]

اخي العزيز ...النظرية النسبية التي وضعها العالم آلبرت اينشتاين هي غيرت الكثير من المفاهيم ولكنها تعنى بالاشياء التي تسير بسرعات عالية وعند وجود السرعات المنخفضة والعاديه تنطبق عليها الميكانيا الكلاسيكية فالنسبية لاتشطب تماما النظريات الكلاسيكية ولكنها اضاف لها خصائص اخرى وجعلت الميكانيكا الكلاسيكية خاصة والنسبية عممتها لذلك جميع النظريات التي يضعها العلماء لاترمى ان خرج لنا عالم بنظرية اخرى بل سوف تجد لها تطبيقات اخرى ولان الكثير من العلماء يعتقدون بالبساطة في قوانين الفيزياء وبالجمال كذلك لذلك هم دائمون البحث عن البساطة والجمال بالنظريات ....وشكـرا