مبادئ فيزيائية

كيف تعمل النظرية النسبية الخاصة لاينشتاين 11

معضلة التوأم باستخدام نسبية اللحظة Twin Paradox Using Simultaneous Events

نسبية اللحظة أداة رائعة لفهم الكثير من الظواهر المتعلقة بالنظرية النسبية. وسوف نقوم بالاعتماد على نسبية اللحظة في توضيح معضلة التوأم مرة أخرى، لذا سوف نعود لكل من خالد ومحمد حيث أن خالد يسافر لمدة 12 ساعة بسرعة 60% من سرعة الضوء ويعود بنفس السرعة.

وبهذا يكون لدينا 3 محاور إسناد مختلفة، محور الإسناد الأولعندما يكون كلا من خالد ومحمد على الأرض بدون أي سرعة نسبية بينهما. ومحور الإسناد الثانيعندما ينطلق خالد في رحلة الذهاب، ومحور الإسناد الثالثعندما يبدأ خالد في رحلة العودة.

وسوف نقوم بحساب الفترات الزمنية لكل من رحلة الذهاب ورحلة العودة حسب محاور الإسناد المختلفة ومن وجهة نظر كلا من خالد ومحمد وسوف نستعين بمعادلات تحويلات لورنتز لإيجاد القياسات الزمنية لمحمد بالنسبة لخالد والعكس، وسوف نكتفي بذكر نتيجة الحسابات بدون عرض المعادلات الرياضية.

اعلانات جوجل

محور الإسناد الأول

محمد وخالد يتفقان على كل شيء يشاهدانه، وهذا بالتأكيد واضح ومفهوم لأنه في هذا المحور سرعتهما النسبية تساوي صفر.

محور الإسناد الثاني

عندما يسافر خالد لمدة 12 ساعة حسب توقيت ساعته، فإننا نعلم من النظرية النسبية ان محمد سوف يلاحظ تأخير زمني في رحلة الذهاب لخالد،ولهذا فان خالد سوف يسجل 12 ساعة ولكن محمد سوف يسجل 15 ساعة. (تذكر انه عندما تكون السرعة النسبية تساوي 60% من سرعة الضوء فان التأخير الزمني سيكون 80%). ولهذا إذا كان خالد يسجل رحلته 12 ساعة وهذا بالضبط 80% من عدد الساعات التي قاسها محمد والتي كانت 15 ساعة. ولكن ماذا سوف يلاحظ خالد على قياسات الزمن حسب ساعة محمد؟إن خالد سوف يلاحظ تأخير زمني يؤثر على محمد، ولهذا فانه سوف يقيس رحلته لتكون 12 ساعة ولكنه سوف يقيس 9.6ساعة (80% من 12 ساعة) بالنسبة لساعة محمد.

إذا

محمد يقيس حسب ساعته 15 ساعة، ولكن خالد يقيس 12 ساعة.

خالد يقيس حسب ساعته 12 ساعة ولكن محمد يقيس 9.6 ساعة.

من الواضح هنا إن الحدث والذي هو وصول خالد لنهاية رحلة الذهاب،ليس متزامنا simultaneous بالنسبة لكلا من خالد ومحمد، حيث ان خالد يعتقد إن الزمن الذي يقيسه محمد هو 9.6ساعة في حين ان محمد يعتقد ان الزمن الذي يقيسه هو 15 ساعة.

هذا بالنسبة لرحلة الذهاب ماذا عن رحلة العودة؟ وهذا ما سوف نناقشه فيما يلي:

كيف تعمل النظرية النسبية الخاصة لاينشتين

محور الإسناد الثالث

من وجهة نظر محمدلا يحدث شيء جديد فهو باقي في مكانه في محور إسناده حيث غادر خالد وعاد ومحمد لم يغير مكانه.  ولهذا فان محمد يقيس زمن رحلة العودة 15 ساعة بالنسبة لمحور إسناده وهو نفس الزمن الذي قاسه لرحلة الذهاب، ويلاحظ أيضا إن الرحلة تستغرق 12 ساعة بالنسبة لساعة خالد.

اعلانات جوجل

من وجهة نظر خالدفهو الذي تعرض لتغير كبير حيث تغير محور إسناده من محور إسناد في حالة الذهاب وتغير مرة أخرى في حالة العودة.  فعند بدأ رحلة العودة نظر خالد لساعته فلاحظ إنها تقرأ 12 ساعة مرت ولكن ساعة محمد تقرأ 20.4ساعة.

لنفكر قليلا في هذا الأمر، خالد يرى ان ساعة محمد قفزت من 9.6ساعة إلى 20.4ساعة! كيف حدث هذا؟

عندما انتقل خالد من محور الإسناد الثاني إلى محور الإسناد الثالث فان العلاقة الثابتة بينه وبين محمد اختلت، وذلك بسبب تغير في عجلة التسارع عندما انتهت رحلة الذهاب وبدأ رحلة العودة.

محمد يقيس مدة رحلة العودة 15 ساعة ولكن خالد يقيسها 12 ساعة، ويقيس خالد رحلته حسب ساعة محمد فيجد إنها تستغرق 9.6 ساعة.

قياسات محمد لرحلة الذهاب والعودة

15 ساعة لرحلة الذهاب + 15 ساعة لرحلة العودة = 30 ساعة

قياسات محمد حسب ساعة خالد

اعلانات جوجل

12 ساعة لرحلة الذهاب + 12 ساعة لرحلة العودة = 24 ساعة

قياسات خالد لرحلة الذهاب والعودة

12 ساعة لرحلة الذهاب + 12 ساعة لرحلة العودة = 24 ساعة

قياسات خالد حسب ساعة محمد

اعلانات جوجل

20.4 ساعة لرحلة الذهاب + 9.6 ساعة لرحلة العودة = 30 ساعة

والسؤال الذي يطرح نفسه هو هل يمكن ان نجد حدث ما يمكن ان يرصده خالد ومحمد ومراقبين آخرين في نفس اللحظة؟ بالطبع لا.حيث ان كلاهما يقيس ويلاحظ قياساته وقياسات الأخر والحقيقة إنهما لا يقيسان نفس الحدث. ومن المستحيل لكليهما ان يحدد نهاية رحلة الذهاب في نفس اللحظة لان كلا منهما يراقبان الحدث في محاور إسناد مختلفة ويقيسان أزمنة مختلفة.  ومن الملاحظ أن نفس النتائج حصلنا عليها عندما ناقشنا المعضلة بالاعتماد على ظاهرة دبلر Doppler effect.

اعلانات جوجل

وفي الحلقة القادمة والاخيرة سوف نتحدث عن السفر عبر الزمن time travel.

إلى اللقاء

د. حازم فلاح سكيك

كيف تعمل النظرية النسبية الخاصة لاينشتاين 1

كيف تعمل النظرية النسبية الخاصة لاينشتاين 2

كيف تعمل النظرية النسبية الخاصة لاينشتاين 3

كيف تعمل النظرية النسبية الخاصة لاينشتاين 4

كيف تعمل النظرية النسبية الخاصة لاينشتاين 5

كيف تعمل النظرية النسبية الخاصة لاينشتاين 6

كيف تعمل النظرية النسبية الخاصة لاينشتاين 7

كيف تعمل النظرية النسبية الخاصة لاينشتاين 8

كيف تعمل النظرية النسبية الخاصة لاينشتاين 9

كيف تعمل النظرية النسبية الخاصة لاينشتاين 10

كيف تعمل النظرية النسبية الخاصة لاينشتاين 12

الدكتور حازم فلاح سكيك

د. حازم فلاح سكيك استاذ الفيزياء المشارك في قسم الفيزياء في جامعة الازهر – غزة | مؤسس شبكة الفيزياء التعليمية | واكاديمية الفيزياء للتعليم الالكتروني | ومنتدى الفيزياء التعليمي

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى