مقدمة إلى النظرية النسبية (سرعة الضوء )

 

 

سرعة الضوء :-
عندما قام ماكسويل بوضع معادلاته الاربعة عن الكهرومغناطيسية لاحظ
اولا :- انها تتغير بتغير بتغير اصل الاحداثيات التى تقاس بالنسبة له (بخلاف قوانين نيوتن والتى تتميز بعدم التغير)
ثانيا :- تنبأ بوجود الموجات الكهرومغناطيسية والتى سرعتها ستكون خارج قسمة ١ على الجذر التربيعي لحاصل ضرب السماحية الكهربية والنفاذية المغناطيسية ووجدها تساوى ٣*١٠^٨ م/ث

C = 1 / √µ_ₒ ε_ₒ = 3.00 × 10⁸ m/s  

والمتفقة تماماً مع السرعة المقاسة للضوء عملياً مما يثبت ان الضوء عبارة عن موجات كهرومغناطيسية
وكأي موجات اخرى اعتقد العلماء ان لابد من وجود وسط مادي تنتشر موجات الضوء خلاله
فافترض العلماء وجود مايسمى بالاثير كوسط ينتشر الضوء خلاله

وهنا اقترح العالمان ميكلسون ومورلي تجربة لأثبات وجود او عدم وجود الاثير
والتى كانت بالنسبة لاينشتاين كما كانت التفاحة بالنسبة لنيوتن وادت الى وضعه لنظريته النسبية والتى كانت الاساس لفيزياء العصر الحديث مع ميكانيكا الكم.

 

ملحوظات هامة حول سرعة الضوء:-
١- معادلات ماكسويل اكدت ان سرعة الضوء لاتتغير بتغير سرعة الاطر المرجعية او المراقب والذى يتناقض مع الميكانيكا الكلاسيكية.
٢- عند تسريع الالكترونات تحت فرق جهد كبير جدا امكن الوصول بسرعته الى ٠.٩٩ من سرعة الضوء,
وعند مضاعفه فرق الجهد اربعة اضعاف لوحظ ان سرعة الالكترون تزداد ولكن لاتتعدى سرعة الضوء مع ان المفروض كلاسيكيا ان تزداد السرعة للضعف اى تصبح ١.٩٨ من سرعة الضوء.
تجربة ميكلسون مورلي:-
تعتمد فكرتها على قياس سرعة الضوء بالنسبة للارض بينما تتحرك الارض بالنسبة للاثير بسرعه v
(حسب النسبية الكلاسيكية يجب ان تكون سرعة الضوء المقاسة بالنسبة للارض تساوي سرعه الضوء بالنسبة للاثير مضافا الي او مطروحا من سرعة الارض بالنسبة للاثير حسب حركة الارض بالنسبة للاثير)
ولتوضيح فكرة التجربة  :-
لنفرض قاربان كما بالشكل ١و٢
يتحركان بسرعة c الاول عبر النهر ليصل نقطة  Bيعود والثاني مع النهر ليصل النقطة C ويعود

 

 

ولنفرض سرعة التيار فى النهر v اقل من c
وان المسافتان AB و AC متساويتان
فأي القاربين يعود اولا الى نقطة البداية
بحسابات بسيطة نجد ان القارب ١ يعود اولاً و بالتالي t1 اقل من t2
وبما ان المسافة ثابتة تكون سرعة القارب الاول اسرع من الثاني.

 

 

شرح التجربة :-

استخدم مصباح الصوديوم الاصفر ليرسل شعاع ضوئى عندما يسقط على مرآة نصف شفافة تميل بزاوية ٤٥ على الافق فأن جزء منه ينعكس الى اعلى (يمثل القارب الاول) لينعكس على المرآة العليا ثم يعود فينفذ من المرآة نصف الشفافة
والجزء الاخر(يمثل القارب الثانى) ينفذ ليسقط على المرآة اليمنى ثم يرتد لينعكس على المرآة النصف شفافة ليتداخل مع الشعاع الاول ومن خلال نمط التداخل يمكن حساب الفرق فى السرعة بطريقة غير مباشرة(اتجاه سرعة الاثير بالنسبة للارض فى اتجاه الشعاع الاول وعمودي على اتجاه الثاني )
الملاحظة :- وجد ان فرق السرعة يساوي صفر
الاستنتاج :-
١- سرعة الضوء لا تتغير بتغير سرعة الاطار المرجعي التي تقاس فيه.
٢-   لاوجود للاثير.

 

 

 

إعداد:  عمر محمد محمود
تصميم: قحافة ياسين
تدقيق ونشر: Abilta E Zeus

المصدر: Modern physic- Paul A. Tipler / Ralph A. Llewellyn – Sixth Edition