نظريتي النسبية

   أثناء البحث عن بعض المراجع من أجل مقال فلسفي الطابع لحدٍ ما، يطرح مفهوم وحدة الوجود والحياة (الطاقة)، ومع علمي بوجود القانون الشهير E=mc^2 ضمن النظرية النسبية الخاصة والذي عملياً يوحد مفهومي الكتلة والطاقة، توقعت أن أجد بسهولة بحث أو مقال يستنتج كل ظواهر نظرية النسبية من هذا القانون. سرعان ما تبين لي أن هذا أمر صعب وغير مطروق إلا بأوراق قليلة في مجال الفيزياء النظرية، فحاولت التصدي لهذه القضية بنفسي معتمداً على خبرتي في منطق البحث النظري من خلال بحثي في علم الموسيقى، وتبين لي أثناء البحث أن الأمر يستدعي إعادة النظر في كل نظرية النسبية الخاصة وأن النسبية العامة تصبح بعدها إعادة النظر هذه مجرّد نتيجة تلقائية للنسبية الخاصة ولا تستدعي فرضيات جديدة خاصة (مثل انحناء الزمكان).

   لمن هو غير مطلع على نظرية النسبية لآينشتاين سأحاول قبل أي شيء آخر عرضها باختصار، جاءت النظرية أساساً لتفسير المفارقة الفيزيائية التي حيرت العلماء في نهايات القرن التاسع عشر، حيث بينت نتائج التجارب وبعض القوانين أن سرعة أي شعاع ضوئي هي ثابتة بالنسبة لمراقبين مختلفين يتحركون بسرعات مستقيمة منتظمة نسبةً لبعضهم، وهذا يتناقض ظاهرياً مع مبدأ نسبية الحركة. وُضعت محاولات كثيرة لتفسير هذه المفارقة، ومنها دراسة فكرية قدمها آينشتاين اعتمد فيها على مبدأ تغير الزمن والمكان ضمن الجملة المتحركة. بعدها أتى أستاذه مينكوفسكي ووضع فرضية الفضاء الزمكاني التي قبل بها آينشتاين وصارت تُعتبر التفسير الرياضي الدقيق الذي تُبنى عليه نظرية النسبية الخاصة، ومن خلال الحسابات توصل آينشتاين إلى صيغة تساوي الكتلة والطاقة E=mc^2 كنتيجة لفرضيات نظرية النسبية. إلا أن فرضية الزمكان تقول أنه ما من شيء، أياً كان، يمكن له أن ينتقل بسرعة أكبر من سرعة الضوء، بما في ذلك قوة الجاذبية، ولكن الحسابات الفلكية بينت أن الفرض بأن سرعة الجاذبية مساوية لسرعة الضوء يعطي نتائح مخالفة للواقع، وهذا ما حدا بآينشتاين أن يضع نظريته التي تسمى النسبية العامة، التي يفترض فيها أن الزمكان ينحني في جوار الكتل الكبيرة ما يؤدي إلى تأثير الجاذبية الذي نلمسه.

   شخصياً وضعتُ نظرية مختلفة بديلة، وهي تعتمد على القانون E=mc^2  الشهير على أنه مبدأ أساسي (فيما يُعتبر في نظرية النسبية الخاصة نتيجة والمبدأ الأساسي هو فضاء مينكوفسكي)، بالإضافة لوضع تعريف جديد للطاقة الحركية حيث وجدتُ أن الاتّساق النظري يستدعيه، طبعاً بعد أن قمتُ بمراجعة تاريخ التعريف الشائع للطاقة الحركية وهو E_K=\frac{1}{2}mv^2 ومبرراته التاريخية ووجدتُ أنها غير كافية، أمّا التعريف الجديد الذي اعتمدته فهو نفس الذي اعتمده الفيلسوف الفرنسي ديكارت وهو E_k=mc|v| (مع إضافة ثابت سرعة الضوء c إليه).

   الدراسة كاملة موجودة في رابط في نهاية هذا المقال، ولكن سأحاول قبلاً شرحها بكلام عادي دون المعادلات الرياضية.

   لنفرض أن جسماً ما يتحرك مبتعداً عني. بنتيجة حركته بالنسبة لي يكتسب طاقة حركية بالنسبة لي، وبما أن الحركة نسبية فالطاقة الحركية أيضاً نسبية، لذلك بالنسبة لمراقب آخر يتحرك بالنسبة لي بسرعة ما فإن سرعة الجسم بالنسبة له مختلفة وطاقته الحركية أيضاً مختلفة.

   بما أنه لا يمكن لأي جسم مادي أن يكون صلباً بكل معنى الكلمة، بل هو مؤلف من العديد من الأجزاء والجزيئات والذرات والجسيمات التي هي في حركة مستمرة، فإن لأي جسم طاقة داخلية، وحسب قانون تساي الكتلة والطاقة، هذه الطاقة الداخلية ليست إلا وجه آخر لكتلته التي سندعوها كتلته الداخلية. طاقة الجسم المتحرك الكليّة بالنتيجة هي مجموع طاقته الداخلية وطاقته الحركية، وبما أن الطاقة الكلية مصونة، فإن ازدياد سرعة حركة جسم بالنسبة لمراقب ما تؤدي إلى تناقص طاقة الجسم المتحرك الداخلية، وبالتالي تناقص كتلته الداخلية مع ازدياد في طاقته الحركية. وبالحساب عندما تصبح سرعة أي جسم بالنسبة لأي مراقب مساوية لسرعة الضوء فإن طاقته الداخلية تصبح صفراً وكتلته الداخلية تصبح صفراً، والفوتون الذي هو جزيء الضوء مثال على ذلك.

   هذه النتيجة تفسّر بسهولة ظاهرة ثبات سرعة الضوء في جمل المقارنة المختلفة، فمثلاً إذا فرضتُ أني أقف في مكان ما، وكانت سيارة تسير مبتعدة عني بسرعة الضوء، وهذه السيارة أشعلت مصابيحها الأمامية، عندئذٍ بالنسبة لمراقب يجلس داخل السيارة، إن سرعة الضوء الصادر عن المصابيح الأمامية هي القيمة المعروفة، أي حوالي 300 ألف كيلومتر في الثانية، وبالنسبة لي فإن الطاقة الداخلية لجملة السيارة المتحركة تساوي الصفر كون السيارة تبتعد عني بسرعة الضوء، وبالتالي السرعات داخل السيارة تتباطأ وتصل للصفر، ولذلك فإن [سرعة ضوء المصابيح الأمامية بالنسبة للسيارة] بالنسبة لي، هي صفر، وبالنتيجة سرعة ضوء المصابيح الأمامية بالنسبة لي هي مجموع سرعتها بالنسبة للسيارة (بالنسبة لي) المساوية للصفر وسرعة جملة السيارة المتحركة بالنسبة لي التي تساوي سرعة الضوء، وبالمحصلة المجموع هو سرعة الضوء، أي حوالي 300 ألف كيلومتر في الثانية. إذاً سرعة ضوء المصابيح الأمامية للسيارة سواء كان بالنسبة لي أم بالنسبة لمراقب داخل السيارة هي نفسها التي هي سرعة الضوء.

   مع بداية نشأة الأفكار التي أدت لنظرية النسبية كان الاعتقاد أن حركة الجسم بالنسبة لمراقب تؤدي إلى ازدياد كتلته الكلية وتبقى كتلته الداخلية ثابتة، أي خلاف ما أفترضه هنا، وبقي ذلك الفهم سائداً، وسبب ذلك هو نتائج تجارب في المختبرات بينت أن تسريع الجسيمات يصبح أصعب عندما تكون سرعاتها عالية، وهذا استنتاج غريب ولا يفترض أن يصدر عن فيزيائيين لأنه يعبّر عن سوء فهم لقوانين نيوتن في الجاذبية، فكتلة جسم ما وبخلاف الفهم الخاطئ الشائع، ليس لها تأثير على إمكانية تسريعه، وهذا ما تثبته تجربة غاليليو الشهيرة في إلقاء جسمين أحدهما ثقيل والآخر خفيف من ارتفاع شاهق ووصولها للإرض في نفس اللحظة.

   كما أن هذا الاستنتاج يعجز عن تحقيق مبدأ مصونية الطاقة، فلنفترض مثلاً أن هناك مذنباً في الفضاء يسير بخط مستقيم بسرعة منتظمة، حين يقترب هذا المذنب من جرم كبير جداً، مثلاً الأرض، فإنه سينجذب بتأثير الجاذبية ويتسارع. هذا يعني أن طاقته الحركية ستزادا بالنسبة لمراقب على الأرض، ولكن من أين ستأتي هذه الطاقة؟ فمبدأ مصونية الطاقة يقول أن الطاقة لا تخلق من العدم. الجواب الكلاسيكي هو أن لهذا المذنب طاقة كامنة وعندما يقترب من مركز جذب فإن طاقته الكامنة تتحول إلى طاقة حركية، للأسف هذا جواب مفتعل وغير واقعي وغير فيزيائي، فمبدأ تساوي الطاقة والكتلة يقول لنا بأن لكل طاقة كتلة، فأين هي كتلة تلك الطاقة الكامنة؟ الجواب هو لا مكان، إذ لا وجود لها. أما جوابنا هنا هو أن جزء من طاقة المذنب الداخلية تتحول إلى طاقة حركية بالنسبة لمراقب موجود على الأرض، وتبقى بالتالي طاقته الكلية ثابتة.

   بالإضافة لذلك فإن الأرض بالنسبة لمراقب موجود على المذنب تتحرك بنفس سرعة المذنب بالنسبة للأرض ولكن باتجاه معاكس، وبالتالي طاقة الأرض الداخلية بالنسبة لذلك المراقب ستتناقص، وبالتالي كتلتها الداخلية ستتناقص أيضاً، وهذا سيؤدي بالنتيجة إلى أن جاذبيتها ستقل بالنسبة له وسيكون تسارعه أقل مما تتوقعه نظرية التجاذب العام لنيوتن.

   هذا بالنسبة لمراقب موجود على المذنب، أما بالنسبة لمراقب موجود على الأرض فإن تسارع المذنب هو ازدياد في سرعته، وهذا الازدياد بالنسبة للمراقب الموجود على الأرض أقل مما هو بالنسبة لمراقب موجود على المذنب لأن طاقته الداخلية بالنسبة للمراقب الموجود على الأرض أقل، ولذلك بالنسبة للمراقب الموجود على الأرض سيكون تسارعه أيضاً أقل مما تتوقعه نظريات نيوتن، وستكون نتيجة التسارع واحدة، سواء بالنسبة لمراقب موجود على المذنب أو مراقب موجود على الأرض.

   الحالة الخاصة المعروفة جيداً والتي ينطبق عليها الكلام أعلاه هي حركة الضوء في اتجاهه من الشمس أو النجوم نحو الأرض، فحسب ميكانيك نيوتن فإن فوتونات الضوء كما أي شيء آخر، ستتسارع أثناء اقترابها من الأرض، بل حتى أن تسارعها يزداد، بينما القياسات تبين أن فوتونات الضوء لا تتسارع مطلقاً أثناء حركتها نحو الأرض، وهذا يمكن تفسيره بالنسبة لمراقب موجود على الفوتون بأن كتلة الأرض الداخلية بالنسبة له تصير صفراً، وبالتالي لا تجذبه بعد، أو بالنسبة لمراقب موجود على الأرض بإن أي زيادة على سرعة الفوتون ستكون بالنسبة له صفراً وبالتالي لا يبدو له أن الفوتون يتسارع.

   هناك ظاهرة أخيرة سأتكلم عنها هنا وهي الانحراف بمدارات الكواكب والأجرام السماوية، فهذا الانحراف لوحظ أثناء مراقبة مسار عطارد حول الشمس، حيث أن مساره شبه الإهليلجي يدور باتجاه حركته في كل دورة بمقدار ضئيل، وفيما أن نسبة كبيرة منذ هذا الانحراف أمكن تفسيره أنه نتيجة جاذبية الكواكب الأخرى، بقي مقدار ضئيل جداً منه غير مفسّر، واستطاعت نظرية النسبية العامة أن تعطي تفسيراً له، ما اعتُبر أوّل دليل تجريبي على صحّة نظرية النسبية العامّة.

    حسب الحسابات المبنية على نظرية التجاذب لنيوتن فإن مسارات الكواكب حول الشمس (إذا أهملنا تاثير جاذبية الكواكب الأخرى على الكوكب موضع الدراسة وكذلك تأثير جاذبية كوكب نفسه على الشمس) هي مسارات إهليلجية (قطع ناقص)، حيث يقترب الكوكب من الشمس في دورانه حولها حتى يصل إلى أقرب نقطة من مساره وتسمّى الحضيض، وبعدها يبتعد شيئاً فشيئاً ليصل إلى أبعد نقطة وتقع في الجهة الثانية من الشمس وتسمّى الأوج، ويعود بعدها للاقتراب ليصل إلى الحضيض بعد دورانه لدورة زاوية كاملة بالضبط، فيعود ويدور في نفس المسار مرة أخرى وهكذا.

   وجدنا هنا أن التسارع المركزي (باتجاه مركز الشمس) الذي تسببه جاذبية الشمس على الكوكب سيكون أقل بقليل مما توقع به نيوتن، إذ أن سرعة الكوكب في ابتعاده واقترابه من الشمس تقلل من قيمة التسارع، أمّا التسارع المماسي (العمودي على اتجاه التسارع المركزي) ففي جميع الأحوال صفر لأن الجاذبية لا تؤدي إلّا لتسارع مركزي، ولذلك حسب الفرضيات الجديدة سيتأخر الكوكب قليلاً لحين عودته إلى نقطة الحضيض عمّا توقعه نيوتن، وسيكون بالتالي قد دار زاوياً بمقدار أكبر بقليل من الزاوية الكاملة (أي أكثر من 360 درجة) وهذا يؤدي إلى انحراف مساره، أي أن النظرية الجديدة تتوقع انحراف المسار. بالحسابات الدقيقة تبين أن الانحراف الذي توقعته نظريتي هو تقريباً 1\24 من قيمة الانحراف الذي تتوقعه نظرية النسبية العامة، ولكن دراسات علمية حديثة منشورة في مجلات علمية محكّمة تعطي قياسات وحسابات جديدة لانحراف مسار كوكب عطار، هي أقرب بكثير من نتائج نظريتي منها من نتائج نظرية النسبية العامة. تجدر الملاحظة هنا أن حدية سرعة الضوء حسب النظرية النسبية الخاصة هي صفة للفضاء الزمكاني الذي تفترض النظرية أنا نعيش فيه، وبالتالي لا يمكن لشيء، بما في ذلك قوة الجاذبية، الانتقال بأسرع من سرعة الضوء، بينما هنا وجدنا أن حدية سرعة الضوء هي نتيجة وتنطبق فقط على الأجسام المتحركة، وبالتالي نفترض أن تأثير الجاذبية هو تأثير آني.

   إذاً نظريتي تتفوق على نظرية النسبية (الخاصة والعامة) بثلاث نقاط:

  1. أكثر شمولية وبساطة، وهذا هو هدف البحث النظري، فنظرية النسبية الخاصة وبعدها العامة مبنيتان على فكرة الفضاء الزمكاني الذي يقول أن أي حدثين في العالم لا يمكن مزامنتهما بفاصل زمني أقل من الوقت اللازم للانتقال بسرعة الضوء بينهما، ولكن هذه الفرضية غير مبنية على شيء وتحتاج لتفسير، بينما عند فرض أن تساوي الكتلة والطاقة هي الفرضية الأساس، فإن هذه الفرضية تنتج عن فرضية أشمل وأوسع وتنطبق على كل مجالات العلم، وهي تكافؤ الوجود والحياة.
  2. أكثر بداهة للعقل البشري، وهذا أمر مهم لأن العلم هو تفسير للعالم بلغة الإنسان، فنظرية النسبية العامة تفترض أن الزمكان ينحني قرب الكتل الكبيرة وهذا ما يفسّر قوة الجاذبية، ولكن ما الذي يجعل الزمكان ينحني؟ أول ما يخطر على البال أن هناك قوة تصدر عن الكتلة وتجعل الزمكان ينحني!
  3. رغم الدعاية الكبيرة تبدو نظريتي أقرب لنتائج التجارب مما تتوقعه نظرية آينشتاين، وإن كان هذا يحتاج للمزيد من التجارب، وأن تكون مصممة خصيصاً للمقارنة بينهما.

   السؤال الذي أعلم أن القارئ سيطرحه هنا هو، إذا كان يمكن استبدال النظرية النسبية بهذه البساطة لم لم يقم به العلماء من فترة طويلة وانتظروا على الكاتب ليقوم به؟ في الواقع الجواب أولاً أن البساطة لا تعني السهولة، والوصول إلى نتيجة بسيطة يحتاج للكثير الكثير من الجهد والتفكير وسلوك طرق كثيرة يتبين بعد المضي فيها لمسافات طويلة أنها لا تؤدي للمكان المطلوب، ثانياً ربّما لأنّي باهتماماتي العلمية من خارج مجال الفيزياء يمكنني أن أنظر للأمور بطريقة حرة أكثر من المختصين بها، فبالرغم من أن الفيزياء والميكانيك على الأخص كانا من المواد التي درستها ضمن اختصاصي في الجامعة، إلا أنه لم تترسخ في ذهني فرضياتهما كحقائق راسخة، ولذلك وجدت نفسي مثلاً حراً في إعادة النظر بتعريف الطاقة الحركية، ولم يسبق لي أن قرأت بحثاً في تاريخ الفيزياء الحديثة حاول إعادة النظر في تعريفها. مع ملاحظة أن الإعلام يبالغ كثيراً في الحديث عن نظرية النسبية وعمل آينشتاين، بينما في واقع الأمر هناك تشكيكات بنظرياته وهناك بدائل جادة لها مطروحة، وأنا هنا لا أقلل من شأن آينشتاين كعالم ولا من شأن نظريته التي أعتمد على أهم نتائجها، وهي علاقة الكتلة والطاقة، ولكن أعتبرها هنا فرضية، فلولاها لما كان من الممكن أن أكتب هذه الدراسة. ومن صفات العلم أنه يكون تراكمياً وفي تطور مستمر فما من فكرة أو نظرية تبقى ثابتة للأبد.

   الدراسة كاملة مكتوبة بطريقة علمية دقيقة مع المعادلات الرياضية يمكن تحميلها من هذا الرابط.

2 تعليقات على “نظريتي النسبية”

  1. زياد نادر أضاف بتاريخ

    رامي . هي النظرية . حاولت تعرضها ع جامعات اوربية ؟
    انا اقراتها معك خطوة خطوة بس يمكن انت تجاهلت فكرة ان الشمس غير ثابتة بالنسبة لفضاء الزمكان . بس ع كل لازم ارجع اقعد معها وقت تاني تافهمها اكتر .
    ع كل اذا حابب تنشر دراستك بجامعة المانية ممكن ساعدك .

  2. رامي فيتالي أضاف بتاريخ

    شكراً زياد،

    حاولت عرض النظرية على مجلات علمية ولكن (كما هو متوقع طبعاً) لم يقبلوا بنشرها، لأنها تخالف التوجه العام بشدة، وهناك مجلة بريطانية بعثتها إليهم عن طريق صديق ما تزال تدرسها ولم تعطني جواباً بعد.

    أفدر عرضك بالمساعدة وإن تلقيت رداً سلبياً جديداً سأتصل بك.

    موضوع الشمس طرحته مجرد مثال مع تبسيط للحالة لتوضيح الفكرة لا أكثر.

شارك بتعليقك