لماذا تعد النظرية النسبية نقلة كبرى في علم الفيزياء ؟

قامت النظرية النسبية التي قدمها العالم الفيزيائي ألبرت آينشتاين بتغيير مسار الفيزياء والعلم بشكل عام بدرجة كبيرة جدًا، حتى صارت النظرية النسبية أمر لابد من التسليم به والتطبيق عليه في جميع مجالات الحياة، فمن الجدير بالذكر أن النظرية قد تعرضت لانتقاد لاذع من قبل العلماء والفيزيائيين، وهذا لكونها تهاجم مبادئ الفيزياء وتخطئها وهي التي وضعها العالم إسحاق نيوتن أكبر علماء الفيزياء في التاريخ، فكيف يأتي عالم جديد وحديث يغير من هذه المبادئ التي وضعت منذ عدة أعوام وقرون، ولكن لم ينظر ألبرت آينشتاين لتلك الآراء واستمر في تطوير نظريته والتطبيق عليها، أيضًا جاء من بعده العديد من العلماء الذي أمنوا بفكرة النظرية النسبية وعلموا على تطبيقها في شتى المجالات، ومع نجاح تلك التطبيقات ثبت صحة النظرية وأصبح آينشتاين واحدًا من علماء الفيزياء العظام، فإن كنت لا تعرف أيٍ من تطبيقات النظرية النسبية الناجحة فيتوجب عليك أن تتابع مقالنا هذا حتى نهايته، حيث أننا سوف نتناول بعض من هذه النماذج بشكل مفصل وبسيط، لذا فلا تذهب بعيدًا.

نظام الملاحة العالمي من أهم منجزات النظرية النسبية

أنتجت لنا النظرية النسبية مجموعة من الأشياء التي نقلت علم الفيزياء نقلة كبيرة وجعلته أحد أهم علوم العالم، ومن ضمن هذه الأشياء هو نظام الملاحة العالمي المعروف بجي بي إس، وهو يتكون من ثلاثة أشياء وهم وحدة الفضاء ووحدة التحكم ووحدة المستخدم، لكل وحدة منهم نظام خاص بها أو خط سير تسير عليه بشكل دائم حتى تعطينا في النهاية النتيجة الواحدة المطلوبة من نظام الجي بي إس، فعلى سبيل المثال وحدة التحكم والتي تعمل على هيئة نظام استقبال يقوم باستقبال كل البيانات المرسلة من وحدة الفضاء، والأخيرة عبارة عن أقمار صناعية لها نظام مدار محدد ومعين تدور به دائمًا وترسل البيانات بشكل دوري لوحدة التحكم، وإذا قمنا بالنظر إلى مدى تأثير النظرية النسبية على مكونات نظام الملاحة العالمي، سنجد أنه يتم توحيد جميع المكونات التي تسير في طرق مختلفة لكي ترسل للمستخدم المعلومات بصورتها النهائية، وعملية التوحيد التي تحدث بين جميع هذه المكونات هي صورة من صور النظرية النسبية التي نتحدث عنها.

ولكن يجب معرفة أن القمر الصناعي يدور بسرعات كبيرة جدًا في الثانية الواحدة، وهذا ما يؤدي إلى حدوث تأخر في وصول البيانات ببضعة أجزاء من الثانية الواحدة، وعندما يقوم شخص بحساب المسافة التي تبعد عن المكان الذي يتواجد فيه والمكان الذي يود الوصول إليه ومثلًا تظهر له أربعة آلاف متر تقريبًا، هذه المسافة ظهرت بفضل النظرية النسبية لأنه لولاها لكانت النسبة التي ستظهر في الجهاز حوالي أربعة عشر ألف متر، وهو بالطبع أمر خاطئ تمامًا وهنا تظهر الأهمية الكبيرة لقانون النظرية النسبية .

المولدات الكهربائية

من ضمن الأشياء التي قدمتها النظرية النسبية وجعلتها ذات نقلة كبيرة في علم الفيزياء هي المولدات الكهربائية، والتي تدخل في العديد من الأشياء مثل السيارات والطائرات والآلات والماكينات وغيرها الكثير من الأشياء، مما جعل المولدات الكبيرة أمر مهم جدًا في حياتنا ولا يمكن الاستغناء عنها نظرًا للحاجة الماسة التي تشارك فيها تلك المولدات، وتتلخص فكرة عمل المولدات الكهربائية في ظهور تيار كهربائي داخل السلك المعدني عند تمريره في مجال مغناطيسي، وقبل أن تظهر النظرية النسبية كان هذه الأمر غير معروف أبدًا وكان العلماء ينظرون إلى عملية تمرير السلك المعدني داخل المجال المغناطيسي على أنها عملية غير فعالة ولن ينتج عنها كهرباء.

ولكن بعدما درسوا النظرية النسبية وتوصلوا إلى كونها صحيحة مائة بالمائة قاموا بتطبيقها وبالفعل نجحت العملية، وتم تفسير ذلك عن طريق خروج الإلكترونيات السالبة وقت مرور السلك المعدني، وهي كما نعرف تكون متعادلة من حيث الشحنة بينها وبين البروتونات الموجبة، ولكن عندما نضع سلك كهربائي بجور السلك المعدني سيحدث تنافر بين السلكين وبين الشحنات التي بهما، هذا بجانب أن السوالب في كلا السلكين سترى أنها ساكنة، في حين أن الموجبات سترى أنها متحركة، ومع ضعف وقلة الطول النسبي بي الأسلاك ستتقارب الوحدات الموجبة ويحدث تنافر كبير وهو ما وضحته لنا النظرية النسبية .

القنبلة النووية من تطبيقات النظرية النسبية

نأتي هنا للحديث عن تطبيق أخر ونقلة أكبر بكثير مما ذكر وما سيذكر فيما بعد ألا وهو تطبيق القنبلة النووية، والذي يعد أحد أهم الاكتشافات والابتكارات في وقتها فهي خطيرة جدًا وقوتها ليست بالعادية، فقد ظهرت القنبلة النووية للمرة الأولى خلال الحرب العالمية الثانية وذلك بعدما قام بعض العلماء بتطوير وتطبيق النظرية النسبية في إطار معين نتج عنه القنبلة النووية، وقد بنوا تلك القنبلة على قاعدتين الأولى هي أن الكتلة من الممكن أن تتحول إلى طاقة والعكس، والثانية أن الطاقة تساوي مجموع الكتلة مضروبة في مربع سرعة الضوء، فقام العلماء بتطبيق هذه القواعد وتنفيذها على أرض الواقع مع استغلال المصادر الموجودة في تلك الفترة مما جعلهم ينتجون القنبلة النووية الأولى في العالم، فالكتلة تحوي بداخلها طاقة كبيرة مختزنة بها ولكي تخرج منها لابد من توفير وسيلة مناسبة لذلك.

ومع ظهور المواد المشعة في هذه الآونة أصبح من السهل على العلماء تحويل الكتلة إلى طاقة وهو ما ظهر في صورة قنبلة نووية خطيرة جدًا، ومن الجدير بالذكر أن عملية إخراج القنبلة النووية في صورتها الأولى خلال الحرب العالمية الثانية كان مبني على تجربتين سابقتين، الأولى في العام الثاني والثلاثين من القرن العشرين وقد جرت على مادة النيوترون، ثم جاء عام 1938 فتم إجراء التجربة الثانية ولكنها بمادة أخرى أشد خطورة وهي اليورانيوم، وفي المرة الثالثة والأخيرة كانت خلال الحرب العالمية الثانية تحديدًا عام 1942، حيث وضعت مادة البلوتونيوم داخل القنبلة النووية وبالفعل نجحت في تحقيق الهدف المطلوب منها، لتظهر لنا مدى أهمية وقيمة النظرية النسبية التي غيرت كثيرًا في التاريخ.

الثقب الأسود

من الأشياء الهامة التي تمت معرفتها عن طريق النظرية النسبية هو الثقب الأسود الموجود في الكون، وهذا الثقب لا يمكن الهرب من جاذبيته بأي شكل من الأشكال حتى أن الضوء نفسه لا يمكنه الهروب من جاذبية الثقب الأسود، والسبب وراء تلك الجاذبية الكبيرة هي كتلة الثقب والتي تساوي عدة ملايين أو مليارات من كتلة الشمس، ويأتي الثقب بمساحة كبيرة تتخطى مساحة الشمس وهذا ما يجعله بذلك القدر الكبير من الجاذبية، ومن الجدير بالذكر أن الثقب الأسود ذلك يعد المركز الرئيسي للمجرة، بل وأي مجرة لا يمكن أن تكون إلا بتواجد ثقب أسود هائل بها، وترى النظرية النسبية في ذلك الصدد أنه عندما تكون كتلة جسم كبيرة جدًا بالمقارنة مع نصف قطره، فهنا لابد من تكون ثقب أسود في تلك المنطقة وهي هنا تتمثل في المجرة.

الكاتب: أحمد حمد