دليلك لفهم نظرية النسبية الخاصّة

لقد أثبت أينشتاين في نظرية النسبية الخاصة… أن مشاهِدَين مختلفين، في حالتي حركةٍ مختلفتين، يريان حقائق مختلفة.
ليونارد سسكيند

لا يمكن أن نزعم أن نظرية النسبية بشقيها الخاصة والعامة لألبرت أينشتاين لم تسبب تغيُّرًا جذريًا في فهمنا لكثير من المفاهيم التي اعتاد عليها البشر على طول تاريخهم، فالوقت، والأطوال، والكتل أصبحوا نسبيين غير مطلقين، تعتمد قيمهم على الراصد الذي يرصدهم من إطاره المرجعي، والجاذبية (التي اشتملت عليها نظرية النسبية العامة) أصبحت تؤثر في الوقت فتطيله وتقصره.
كل تلك المفاهيم والتأثيرات أضْفت على “نظرية النسبية” بُعدًا غرائبيًا لمن يسمع عنها أوّلَ مرة. ونمَتْ -خصوصًا في الوقت الأخير- أعداد من يريد أن يعرف أكثر عن النظرية بشقيها، حتى لو لم يكن متخصصًا في دراسة الفيزياء؛ لذلك فقد حاولت بكتابة هذا المقال أن أبين تجربتي الشخصية في تعلم نظرية النسبية الخاصة ذاتيًا، ولن تحتاج في تلك الخطوات سوى عقل شغوف واتصال إنترنت وورقة وقلم وآلة حاسبة.
وقد راعيتُ في كتابة المقال أن يكون الدارس لا يعرف أي شيء عن النظرية؛ فالبداية ستكون من الصفر.
أما بالنسبة للجدول الزمني، فهو يعتمد على الشخص نفسه، وبالتأكيد سيختلف من شخص لآخر، وإن كنت أرى أن ثلاثة أشهر إلى أربعة ستكون مدة جيدة لإكمال الخطوات. وتذكر أنك لا تلتزم بأي مدة أو كم معين، فمتعة التعلم الذاتي تكمن في أننا نفعله بحريتنا، بدون ضغط أو محددات.
ملحوظة أخيرة قبل أن نبدأ، وهي أن ما سأذكره من عناصر (كتب أو كورسات) يمكن استبداله بما يشابهها في المحتوى، وسأحاول أن أوضح أكثر من بديل في كل مرحلة ليكون الأمر أسهل.
إذًا، فلنبدأ..

الخطوة الأولى: لنلقِ نظرة عامة
وبما أن دليلنا هذا يصلح لمن لا يعرف عن النسبية سوى اسمها، وسوى أنها شيء غريب مريب؛ فلا بد من الإحاطة ولو بشكل سطحي غير رياضي بالمبادئ العامة للنظرية. ولكي تفعل ذلك؛ فهناك كتابان أنصح بهما، سيقومان بالمهمة على وجه رائع، راعيتُ في اختيارهما السهولة والسلاسة في عرض المحتوى، إضافة إلى سهولة التوافر.

غلاف كتاب النسبية.. مقدمة قصيرة جدًا

الكتاب الأول: النسبية.. مقدمة قصيرة جدًا، راسل ستاندارد
الكتاب متوفر مجانًا من مؤسسة هنداوي، ضمن سلسلة مقدمة قصيرة جدًا، من هذا الرابط:
والكتاب عبارة عن فصلين، أحدهما عن النسبية الخاصة، والآخر عن النسبية العامة. وما يهمنا هنا جزء النسبية الخاصة. وهو كتاب صغير جدًا (100 صفحة)، إضافة لوجود عدد كبير من الكتب في نهاية الكتاب ينصح بها الكاتب للاستزادة، وأغلبها كما رأيتُ كتب مبسطة ليست أكاديمية.
وبصراحة، لم أر كتابًا يبدأ مع القارئ من أبسط البديهيات لينطلق به إلى رحابة النظرية أكثر من هذا الكتاب الرائع. بداية من المبادئ التي اعتدنا عليها في حياتنا، مرورًا بسرعة الضوء وعلاقته بالمبادئ التي قامت عليها نظرية النسبية، وصولًا إلى النتائج الغريبة للنظرية مثل تمدد الزمن وغيرها. والكتاب للأمانة به بعض الرياضيات، ولكنها قليلة جدًا و لا تتجاوز بحال من الأحوال رياضيات المرحلة الإعدادية.

الكتاب الثاني: أينشتاين والنسبية، د. مصطفى محمود
كتاب شهير جدًا للدكتور مصطفى محمود الكاتب المصري المعروف، يتناول المباديء الأساسية للنظرية ولكن بطريقة فلسفية كما يغلب علىى كتابات دكتور مصطفى محمود، وهذا لا يمنع من أن الكتاب يصلح كخطوة أولى نحو فهم النظرية. والكتاب طُبع أكثر من طبعة على مدار عشرات السنوات، وستجده بسهولة على شبكة الإنترنت.
يتميز الكتاب الأول (النسبية.. مقدمة قصيرة جدًا) عن هذا الكتاب بتركيزه على المفاهيم العلمية دون التطرق لمفاهيم فلسفية إلا بشكل عابر جدًا.

نسخة بنجوين الإنجليزية لكتاب أينشتاين

ربما نستطيع أن نرشح كتابًا ثالثًا، وهو كتاب ألبرت أينشتاين نفسه ( النسبية.. النظرية الخاصة والعامة)، ولكن الكتاب به جرعة أكبر من الرياضيات، وإن كانت الميزة الأكبر كما ترى هي أن الكتاب من كتابة مبدع النظرية ذاته. وإن كنت أتمنى ممن يقرأ هذا الكتاب أن يقرأه باللغة الإنجليزية؛ حتى يعتاد المفاهيم الإنجليزية، والتي سيحتاجها لاحقًا في قراءة المقالات والمراجع الإنجليزية في المستوى المتقدم من الخطوات التالية. أما النسخة العربية فأصدرتها الهيئة المصرية العامّة للكتاب عام 1999، وأصدرها المركز القومي للترجمة في أكثر من طبعة آخرها من حوالي ثلاثة شهور من تاريخ كتابة هذا المقال.
الكتب الثلاثة السابقة تحدثت عن نظرية النسبية الخاصة والعامة، ما يهمنا هو الخاصّة، وإن كنتُ أفضل أن يكون عندك فكرة عن نظرية النسبية العامة حتى تستطيع أن تلم بسبب وجودها من الأساس، ولتعرف أيضًا لماذا لا تصلح نظرية النسبية الخاصة في بعض الحالات.

المدة المتوقعة للخطوة الأولى: أسبوع واحد لو قرأت كتابين من ثلاثة، وأسبوعان على الأكثر لو قرأت الثلاثة كتب، تختلف من شخص لآخر.

برايان جرين وروعة الشرح

الخطوة الثانية: نحو عمق رياضي
بعد الخطوة الأولى صرنا نعرف المبادئ العامة للنظرية، لكن لم نعرف الكثير عن الرياضيات التي هي أساس كل النظريات الفيزيائية. وقبل الدخول في تفاصيل الخطوة أحبّ أن أنوه على أن الرياضيات تُسهم في صقل التصورات والإحساس أكثر بنتائج النظرية، إضافة أنها بعد كل شيء لازمة لمحاولة تطبيق أيٍّ من النتائج تطبيقًا عمليًا، وهذا يشمل كل النظريات الفيزيائية. فكتب تبسيط العلوم وإن كانت جيدة إلا أنها تُعطى نظرة عامّة جدًّا عمّا تتحدث عنه من نظريات، ولا تصلح لمن يريد أن يفهم النظريات فهما حقيقيًا.
وأفضل طريقة لأن تفعل ذلك، هي الكورسات الأونلاين، واخترت لك لكم واحدًا من أفضل تلك الكورسات، وهو كورس:
Special Relativity, a math based introduction, Brain Green
النسبية الخاصة، مقدمة رياضية، براين جرين
أعتقد أنّ براين جرين يعد واحدًا من أفضل شارحي الفيزياء مؤخرًا. وذلك لقدرته الكبيرة على التبسيط، وهذا الكورس يعد فرصة ذهبية لمن يريد أن يتعلم مقدمة رياضية عن النظرية. ويحتوي على مئات المسائل المحلولة وغير المحلولة، ويتطلب درجة معينة حتى تستطيع الحصول على شهادة إتمام الكورس.
إضافة إلى براعة البروفسيور جرين في الشرح، واستخدام الوسائل التفاعلية، والمسائل، فإن هذا الكورس يتميز بأنّه غير محدد بوقت معين. تستطيع أن تستمع للمحاضرات في أي وقت، وتحل الواجبات في أي وقت، فلا موعد محدد لبدايته، ولا موعد محدد لنهايته. فقط استمع ودون الملاحظات وحل المسائل واستمتع.
ويمكنك التسجيل في هذا الكورس من هنا:
طبعًا، عالم الكورسات الأونلاين أصبح زاخرًا بما لذ وطاب من الكورسات حول النسبية وغيرها من موضوعات الفيزياء المختلفة، ربما تستطيع أن تُفاضل بينها لتختار الأنسب لك، وإن كان هذا الكورس هو أفضل اختياراتي.
المدة المتوقعة للخطوة الثانية: شهران، إلا لو اخترت كورسًا آخر محدودًا بوقت معين أقل أو أكثر من الشهرين.

الخطوة الثالثة: المراجع
في هذه الخطوة بالذات، تحديد مراجع معينة سيكون مُجحفًا إلى حد كبير؛ لأن تنوع المراجع الموجودة في النسبية بفرعيها لا يسعه مقال، ولا يمكن أن أحدد بناءً على تجربتي الصغيرة أيها أصلح، وإن كنت سأذكر المرجع الذي ذاكرت منه وهو:
Modern physics.. third Edition
Serway, Moses, Moyer

Serway

رسومات توضيحية في سيرواي

ما يهمنا هنا الفصل الأول والثاني الخاصين بالنسبية الخاصة ما عدا الجزء الأخير من الفصل الثاني وهو الخاص بالنسبية العامة.
الكتاب سلس جدًا في الشرح، وبه رسومات توضيحية جيدة، وبه أمثلة محلولة، والكثير من المسائل غير المحلولة.
يمكن أن تُذاكر من المرجع في نفس الوقت الذي تذاكر فيه الكورسات، في الخطوة الثانية، لكنني لم أفعل ذلك لأنّ ترتيب النقاط اختلف وقد يسبب لي هذا تشوشًا.
المدة المتوقعة للخطوة الثالثة: شهر..

 

هذه الخطوات الثلاثة السابقة كفيلة بأن تُعطيك نظرة رياضية ونظرية على “النسبية الخاصة” تلك النظرية التي أعادت تشكيل عدة مفاهيم، وساهمت في دفع الفيزياء خطوات كبيرة نحو المستقبل.
ما الذي تنتظره إذًا؟ أين كشكولك اللطيف، وآلاتك الحاسبة الجميلة، وقلمك الرشيق؟
فلتبدأ الآن.. من قد يترك متعة مثل هذه تفوته؟

ملحوظات سريعة:
1. يمكن أن تضيف في الخطوة الأولى كورس يقدمه براين جرين في ذات الموضوع ولكنه لا يحتوى على رياضيات. ستحصل منه فقط على معلومات عامة عن النظرية. على نفس الموقع، يمكنك التسجيل من هنا:
2. بكل تأكيد لو أردت أن تحترف النظرية، فهناك قراءة الأبحاث الحديثة والأوراق العلمية لمواكبة التطورات حولها. ثم بعد ذلك تستطيع أن تدخل مجال البحث.. نعم، يكون لك أوراقك العلمية وأفكارك حول النظرية.

Advertisements

About ياسر أبوالحسب

أهتم بالعلوم، وأكتب مقالات فيها .. أحاول أن أكتب رأيي بلا تحفظ.. اكتب قليلا من الخيال العلمي، ومثلي الأعلى فيه جورج ويلز. يمكنك متابعتي على تويتر على هذا الحساب @YasserHassab
هذا المنشور نشر في مقالات علمية وكلماته الدلالية , , , , , . حفظ الرابط الثابت.

2 Responses to دليلك لفهم نظرية النسبية الخاصّة

  1. محمد نجيب مطر كتب:

    مقال جميل ورائع … بارك الله فيك

اترك رد

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   / تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s