هذه القصة في الحقيقة تكملة لما كنا قد تحدثنا عنه في المقالين السابقين" النسبية بين الحياة والموت" أو بالاحرئ كما عدل العنوان إلى " النظرية النسبية ماذا تبقى منها" وقد ذكرنا إن النسبية ألغت مفهوم الأثير وأقرت ثبات سرعة الضوء وسنتحدث هنا عن هذا كله وكيف كان العلماء قبل وفي عهد جاليليو قد انقسموا إلى قسمين منهم من قال بان الضوء يمتلك سرعة لانهاية وبتالي فهو لا يحتاج زمن لكي ينتقل من مكان إلى أخر ومن المؤيدين لهذا الرأي الفيلسوف
ديكارت"Descartes" ومنهم من يقول بان له سرعة محدده وكان من المؤيدين لهذا الرأي جاليليو"Galileo".
وسنبدأ قصتنا بمحاولة جاليليو لقياس سرعة الضوء.
1- تجربة جاليليو :- حاول جاليليو قياس سرعة الضوء لإثبات صحة رأيه. قرار جاليليو الخروج مع احد مساعديه في ليلة مظلمة وحمل كل منهما مصباحا موضوعا في صندوق مغلق ويحتوي على فتحة في أحدى جوانبه تفتح وتقفل عند اللزوم وقال لمساعده أن يبعد عنه مسافة ثلاثة أميال و أن يبعث له بإشارة ضوئية إذا راء أشارة جاليليو وذلك بفتح الفتحة الخاصة بالصندوق ليفذ الضوء منه إلى الخارج وبذلك يستطيع جاليليو رواية الوهج الضوئي فيحسب الزمن ألازم لوصول الضوء إليه وبالفعل أصدر جاليليو الإشارة الضوئية من مصباحه الموجود في الصندوق بعد أن فتح الفتحة وقام مساعده مباشرة بإصدار الإشارة الضوئية من مصباحه هو الأخر فراها جاليليو إلا انه لم يستطع قياس سرعة الضوء . والسبب ليس في عدم صحة التجربة ولكن في قصورها فلقد اتخذ مسافة قصير جدا وهيا ثلاثة أميال مع العلم أن سرعة الضوء تصل إلى 186 ألف ميل في الثانية ولو حسبنا الزمن لثلاثة الأميال نقول أن الزمن = المسافة÷السرعة = 3÷186000= 0.000016ثانية تقريبا وهذا صغير جدا لكي يتمكن جاليليو من قياس سرعة الضوء وبتالي هو لم ستطيع ملاحظة الزمن ألازم لقطع الإشارة وكان هذا من سبب فشل التجربة.
2- مشاهدة رومر:- بعد أن فشل جاليليو في قياس سرعة الضوء تمكن العالم الفلكي الدانمركي "رومر" من قياس سرعة الضوء وذلك في أواخر القرن السابع عشر وكان ذلك عندما كان رومر يراقب الخسوف لأقمار المشتري وبسبب دوران احد أقمار المشتري حول المشتري بحيث يتم دورة كاملة في زمن معين فان أوقات الخسوف لابد وان تحدث في أوقات منتظمة لكنة لاحظ أن أوقات الخسوف لا قمار المشتري غير منتظمة للمشاهد من على سطح الأرض حيث لاحظ انه كلما كانت الأرض قريبة من المشتري قلت أوقات الخسوف وكلما بعدت زادت أوقات الخسوف وفسر هذه المشاهدة على أن السبب هو ما يحتاجه الضوء من زمن لكي يصل إلى المشاهد على سطح الأرض وبما أن المسافة بين المشتري والأرض متغيرة بسبب حركة المشتري والأرض حول الشمس فان هذا التفاوت سوف يحدث بين خسوفين متتاليين وقد قام رومر بحساب سرعة الضوء من مشاهدته لهذه الظاهرة حيث قدرها بحولي 186الف ميل لكل ثانية أي 300000000متر لكل ثانية وهذه القيمة اكبر بكثير من قيمة الحقيقية.
3- مشاهدة برادلي للزيغ الفلكي:- في عام 1729م شاهد الفلكي الانجليزي "برادلي" ظاهرة أخرى مكنته من قياس سرعة الضوء فقد لاحظ أن مواقع النجوم التي تعرف بالثابتة تتغير سنويا بحيث يرسم موقع كل نجم قطعا ناقصا صغيرا في السماء وقد فسر ذلك بقوله(أن الموقع الظاهري للنجم يتوقف على سرعة الأرض في مدارها حول الشمس بمثل ما تتوقف على سرعة القطار زاوية نزول المطر التي ترسمها قطراته على زجاج نافذة قطار متحرك فلو فرضنا أن المطر يهطل في اتجاه راسي على الأرض فان آثار قطراته على زجاج النافذة لا تكون خطوطا راسية بل تكون خطوطا مائلة يزداد ميلها على الاتجاه الراسي بازدياد سرعة القطار وكذلك بالنسبة للأشعة التي تصل إلينا من النجوم فان ميلها يتوقف على حركة الأرض ) وتعرف هذه الظاهرة" بظاهرة الزيغ الفلكي".
4- تجربة فيزو:- في عام 1849 م عمل العالم فيزو تجربة لقياس سرعة الضوء بحيث كانت جديدة من نوعها ولم تكن معتمده على المشاهدات الفلكية وإنما قام بها على الأرض حيث قام بصناعة جهاز لقياس سرعة الضوء هذا الجهاز يتركب من بكرتين مسننتين مثل بكرات الكاسيت أو الساعة ذات العقارب على كل البكرتين بالطبع كبيرتان حيث سنطلق عليهما عجلتين مسننتين حيث قيل أن العجلة الواحدة تحتوي على 720 سنا وقيل أيضا 50 سنا وموزعة بحيث تصنع جزء من مائة جزء من محيط العجلة ذات الأسنان المتساوية الأبعاد وقد وضعتا على طرفي محور يبلغ طوله 8.6كيلو متر. بالإضافة إلى أربع مرايا وقد ركب كالأتي وضعتا العجلتين المسننتين على طرفي المحور المستقيم بحيث لو نضر المشاهد بخط مستقيم وموازي للمحور من احد فتحات أو ثغرات العجلة الأولى فانه سوف يري سن العجلة الثانية أما تركيب الجهاز مع المرايا سأصفه بشكل الأتي بعد تركيب ا لعجلتين على المحور فلو مر شعاع ضوئي من فتحة العجلة الأولى فانه مباشرة سيجد أمامه مرآة مائلة بزاوية 45 درجة لتعكسه بزاوية45درجة أي سوف يصنع مسار عمودي على مساره السابق متجهة لأعلى ليسقط أيضا على مرآة ثانية بزاوية 45 درجة لتعكسه بحيث يعود الشعاع إلى مسار موازي لمساره الأول ولكن بارتفاع المرآة الثانية ومتجه إلى العجلة الثانية "أي موازي للمحور" وعند اقترابه من العجلة الثانية فانه سوف يسقط على مرآة ثالثة مائلة بزاوية 45 ومقابلة للمرآة الثانية" لكنها ليست موازية لها وإنما ميلانها عكس ميلان المرآة الثانية" لتعكسه بشكل عمودي على مساره الجديد وباتجاه المحور أي لأسفل وبعبارة أفضل مواز و معاكس للمسار الذي بين المرآة الأولى والثانية ليسقط على مرآة رابعة مائلة أيضا بزاوية 45 و مقابلة للمرآة الأولى لكنها ليست موازية لها وإنما ميلانها عكس ميلان المرآة الاولى لتعيده إلى مساره السابق باتجاه العجلة الثانية وموازي للمحور بحيث يسقط على سن العجلة الثانية ولا يمر الضوء إذا كانت العجلتين ساكنتين من الدوران وأيضا المرايا مثبتتان بشكل منفصل عن المحور حتى لا تعقن دورانه عند أدرته وهذا هو التركيب ألوصفي للجهاز ألان لو كان الوقت يتحاج إلى زمن وأدرنا العجلتين فان الضوء سوف يتأخر وبتالي سيتمكن من النفاذ من سن العجلة الثانية حينها يمكننا قياس سرعة الضوء من ذلك التأخير الحاصل وبهذا استطاع فيزو قياس سرعة الضوء قد تسائل أخي القاري ما الفائدة من المرايا الفائدة منها هيا زيادة البعد أو نقصانه بين العجلتين وقد قاس فيزو سرعة الضوء حيث قدرها بنحو 186000ميل لكل ثانية.
5- تجربة فوكو :- في عام 1962 استخدم "فوكو" جهازا مستحدثا لقياس سرعة الضوء حيث استبدل العجلة المسننة بالمرآة . وقد قاس سرعة الضوء بحيث قدره ب299.85الف كيلوا متر لكل ثانية .
بعد هذه اللمحة المختصرة عن قياس سرعة الضوء وتطور أسليبة سنتحدث عن الأثير.
الأثير:-
ألان وبعد أن عرفنا كيف تم قياس سرعة الضوء بداء العلماء حينها يدخلون مفهوم الأثير حيث وان الضوء يتميز بصفات الموجات وبما أن الأمواج كما كان يعتقد في ذلك الوقت تنتقل عبر الأوساط فمثلا نجد أن الصوت مثلا يحتاج إلى وسط مادي لكي ينتقل من مكان إلى أخر بشكل اهتزازي أو موجي . فالصوت ينتقل عندما يهتز وترا ما مثلا فيضغط علي جزيئات الهواء التي بدورها تعمل تصادمات مرنة مع بقيت الجزيئات الأخرى إلى أن تصل إلى أذن السامع فتضغط على طبلة أذنه فتهتز بطريقة تعبر عن الصوت فيؤثر ذلك في الجهاز العصبي فيرسل أشارات عصبية والتي تترجم في الدماغ فنسمع صوت الوتر أو أي شي أخر يهتز( ضمن الترددات التي يمكن لإذن الإنسان أن تسمعها) . وفي حالة عدم وجود وسط ما فان الصوت لن ينتقل كما في الفراغ .أيضا لو أسقطنا حجرا في بركة ماء سنجد أن الحجر عند ملامسته لسطح الماء ستحدث موجات تتحرك مبتعدة عن مركزها لنفس السبب السابق كما نجد أن الأمواج تتميز بسرعة ثابتة تنتقل بها من مكان إلى أخر ,وهذه السرعة تعبر عن نوعية الموجة المنتشرة في ذلك الوسط أن كانت صوتية أو أي موجة أخرى اهتزازية ضمن وسط ما ,لأنها تتميز بطول موجي وتردد معين.ونحن نجد أن الضوء يتصرف كالموجات وله سرعة ثابتة للوسط الواحد المستقر " أي أن الأمواج تختلف سرعة انتقالها باختلاف الأوساط. ألان هل الضوء ينتقل عبر وسط ما مع العلم أن الأمواج تنتقل
عبر الأوساط المادية لكنها لا تنتقل في الفراغ بينما الضوء تميز بهذه الصفة فهو ينتقل عبر الفراغ واعتقد بسبب ما كان يعتقده العلماء آنذاك من انه لكي تنتقل موجة من مكان إلى أخر فأنها تحتاج إلى وسط ما . فكيف سيكون الوسط الذي ينتقل عبره الضوء باعتبار أن الفراغ لا يحتوي على أوساط مادية (جزيئات كالغازات مثلا). من هنا كان لا بد للكلاسيكيين في القرنيين الثامن عشر والتاسع عشر أن يدخلوا مفهوم الأثير وقد ضنوا في بادي الأمر على انه جسم متناه في ألطف ناعم يملا الفضاء وإننا لا نحس بوجوده ولا نتأثر به وكما رائينا من مشاهدة برادلي حيث أن تفسير هذه الظاهرة هو أن الأثير راكد أي لا يتأثر بسرعة الأرض إذا ظاهرة الزيغ الفلكي لبرادلي هو أن الأثير ساكن وتتخلل المواد وكل شي في الكون وان الضوء ينتقل بواسطته. مما دفع بالعلماء للبحث عن صحة وجود الأثير وسأذكر تجارب لبعض العلماء مما قد ذكر في بعض الكتب ومنهم (ايري ,اراجو , فيزو, ميكلسن ومورلي,فيتزجرالد).
عبر الأوساط المادية لكنها لا تنتقل في الفراغ بينما الضوء تميز بهذه الصفة فهو ينتقل عبر الفراغ واعتقد بسبب ما كان يعتقده العلماء آنذاك من انه لكي تنتقل موجة من مكان إلى أخر فأنها تحتاج إلى وسط ما . فكيف سيكون الوسط الذي ينتقل عبره الضوء باعتبار أن الفراغ لا يحتوي على أوساط مادية (جزيئات كالغازات مثلا). من هنا كان لا بد للكلاسيكيين في القرنيين الثامن عشر والتاسع عشر أن يدخلوا مفهوم الأثير وقد ضنوا في بادي الأمر على انه جسم متناه في ألطف ناعم يملا الفضاء وإننا لا نحس بوجوده ولا نتأثر به وكما رائينا من مشاهدة برادلي حيث أن تفسير هذه الظاهرة هو أن الأثير راكد أي لا يتأثر بسرعة الأرض إذا ظاهرة الزيغ الفلكي لبرادلي هو أن الأثير ساكن وتتخلل المواد وكل شي في الكون وان الضوء ينتقل بواسطته. مما دفع بالعلماء للبحث عن صحة وجود الأثير وسأذكر تجارب لبعض العلماء مما قد ذكر في بعض الكتب ومنهم (ايري ,اراجو , فيزو, ميكلسن ومورلي,فيتزجرالد).
1- تجربة ايري:- تنبه العالم الفلكي الإنجليزي ايري إلى انه لو كانت حركة الأرض في الأثير تتركه ساكنا فان ظاهرة الزيغ الفلكي يجب أن تتوقف على سرعة الضوء في الوسط الذي تحدث فيه هذه الظاهرة ولذلك أعاد مشاهدة برادلي بمنظار مملوء بالماء فلم يجد أي اختلاف في الزيغ الفلكي كنتيجة لذلك.
2- تجربة أرجو: استخدم ارجو منشور زجاج لقياس اثر حركة الأرض في الفضاء والتي ستؤثر في زاوية انحراف الشعاع الضوئي الذي يسبب انكساره المنشور الزجاجي لكنه لم يعثر على أي نتيجة وبرغم من هذا كله لم ييئس الكلاسيكيين فقد فسرو النتيجة السلبية بان قالوا بان المادة إذا تحركت في الأثير لن تتركه راكدا بل تحركه حركة بسيطة وكان من نتائج هذا التفسير بان سرعة الضوء في وسط متحرك أسرع من سرعته لو كان الوسط راكد طبقا لقانون فرينل
3- تحقيق فيزو لقانون فرينل :- في سنة 1859 م قام فيزو بإجراء تجربة لتحقق من صحة هذه النتيجة بقيامة بقياس سرعة الضوء في ماء متحرك وقارنها بسرعته في الماء الساكن طبق لقانون فرينل
سرعة الضوء في الماء المتحرك = سرعته في الماء الساكن + ( 1- مقلوب مربع الانكسار) ×سرعة الماء
وقد تحقق قانون فرنيل وفسر بان المادة المتحركة تحرك الأثير لكن في سنة 1893 قام العالم "اوليفر لودج" بإجراء تجربه لتحقق من هذا القول وقد بناء تجربته على فكرة وجود عجلة ثقيلة تدور حول محورها بسرعة عالية فإذا كانت العجلة تجر الأثير معها في حركتها فان سرعة الضوء بالقرب من حافة العجلة يجب أن تختلف عنها في الفضاء الراكد ولكن هذه التجربة امتلكت نتيجة سلبية أي لم يتحقق الفرض.
4- تجربة ميكلسن ومورلي:- في سنة 1887 قام "ميلكسن ومورلي" بإجراء تجربة كان لها دور كبير في تغير الفكر وبداية جديدة لمفهوم النسبية وقامت على الفرض الأتي إذا كان الضوء حدث في الأثير الراكد وكانت الأرض متحركة في هذا الأثير فانه يجب أن تختلف سرعة الضوء بالنسبة لنا باختلاف حركة الأرض في الأثير أو الفضاء لان حركة الأرض ستحدث في اتجاه وسرعة معينة في الفضاء وبتالي لا يمكن أن تكون سرعة الضوء متساوية في كل الاتجاهات وسأذكر مثال قد ذكر في بعض الكتب والذي شبه فيه الأثير بتيار الماء الجاري في نهر والضوء كالقارب مثلا فهل الزمن الذي يحتاجه القارب في اتجاه التيار هو نفس الزمن الذي يحتاجه القارب عكس اتجاه التيار باعتبار أن سرعة القارب ثابتة؟ بالطبع لا . وبناء على هذا عمل ميكسن ومورلي تجربة كما ذكرنا في المقال الأول وذلك بان يقيسا سرعة الضوء مرة مع اتجاه التيار الأثير ومرة أخري عكس تيار الأثير ومرة ثالثة عموديا على تيار الأثير وبناء على هذا المثال استخدما الجهاز الأتي حيث يتركب من مائدة كبيرة من الصخر مستوية السطح يتوسطها لوح زجاجي مطلي بغشاء رقيق من الفضة (نصف عاكس )بحيث إذا ما وقعت أشعة الضوء على اللوح انعكس نصفها وسمح للنصف الأخر بالمرور من خلال اللوح إلى الجهة الأخرى . لنتخيل هذا التركيب كالآتي نضع المصدر المشع أو مصباح أليزر مثلا عند احدي حافة المائدة ثم نضع المرآة (الأولى) في طرف(حافة) المائدة المقابل للمصدر بحيث لو نظر المشاهد من عند المصدر بخط مستقيم وموازي لسطح المائدة فان نظره سيمر بمركز الدائرة أو المائدة مخترقا المرآة نصف العاكسة ذاهبا إلى المرآة الأولى . لنحرك المائدة ربع دورة أو نتحرك نحن ربع دورة فقط بحيث لو وضعنا مسطرة مارة بمركز المائدة فإنها سوف تكون عمودية على مستوي الشعاع سالف الذكر نضع في هذه الحافة لوح أو شاشه (عين المشاهد) والخط المار على مستوي نظر المشاهد يمر بالمركز مار بالمرآة نصف العاكسة ليذهب إلى المرآة الثانية المقابلة لعين المشاهد ألان ماذا سيحصل بالضبط ؟ عندما ينبعث شعاع المصدر فانه سيمر بمركز المائدة ويخترق جز منه المرآة نصف العاكسة ليصل إلى المرآة الأولى بخط مستقيم بينما الجزء الأخر ينعكس إلى المرآة الثانية لان المرآة نصف العاكسة مائلة بزاوية والتي تعكس الضوء بشكل عمودي على مساره باتجاه المرآة الثانية , أما الشعاع المنعكس من المرآة الأولى فانه سوف ينعكس بعكس اتجاهه السابق متجها نحو المركز ليجد أمامه المرآة نصف العاكسة فيمر جزء منه بنما ينعكس الجزء الأخر باتجاه عمودي على مساره السابق متجه ناحية عين المشاهد أو الشاشة أما الشعاع في المرحلة الأولى والذي اتجه نحو المرآة الثانية فأنه سوف ينعكس بعكس اتجاهه أي ينعكس باتجاه عين المشاهد بعد مروره أيضا بالمرآة نصف ألعاكسه.والذي يحصل في الحقيقة هو انه لو أن هناك اختلاف في السرعة فهذا سيعني انه سيحدث تداخل أما هدام أو بناء في الشعاعين مما يغير في شدة وضوح الهدب المشاهدة على الشاشة "البقع الضوئية التي تلاحظ على الشاشة من حيث شدة وهجها " ومع هذا لم يحدث شي مما جعل من هذه نتيجة سلبية هزت أركان الكلاسيكية ودمرت الافتراضات والترميمات التي أقامها الكلاسيكيون ومع هذا
لا زال الكلاسيكيون يرممون من أمثالهم العالم" فيتزجرالد".
4- انكماش فيتزجرالد:
حاول العالم " فيتزجرالد" ان يفسر النتيجة السلبية لتجربة "ميكلسن ومورلي" بان افترض انه إذا تحرك جسم في الأثير فانه سوف ينكمش في اتجاه حركته بنسبة تزداد بازدياد سرعته.
وقد قوبل كلام فيتزجرالد بالقبول لان هذا يعني ان جهاز ميكلسن ومورلي قد انكمش بتالي فنهم لن يستطيعوا أن يلاحظوا التأثير . إذا خلاصة القول أنهم بدو بان قالو أن الأثير راكد أي ساكن لا يتحرك وانه يتخلل المواد وان الضوء ينتقل عبره وبعد أن فشل هذا الرأي قالوا انه يتحرك مع حركة المادة أو الأرض
و الأخير هو انكماش المادة . يبقى السؤل هل الأثير موجود؟؟؟؟؟!!!!!!!!!سأجيبك بالنسبة لي فانا لا اعتبره موجود بل انه خرافه من خرافات القرنين الثامن والتاسع عشر نحن ألان نعرف أن الضوء ينتقل عبر كمات يحدها ثابت بلانك ويعبر عن فتونات أي جسيمات كما قلنا سابقا ولو كان الضوء جسيم فهوا لن يحتاج إلى وسط لكي ينتقل أما أن لم يكن جسيم فهوا بالتأكيد سيحتاج إلى وسط لينتقل ولو كنت مكانهم لقت انه ليس الأثير وإنما المجالات التي يتكون منها الضوء صديقي القاري نحن ألان وبفضل تجربة دي برولي نعرف أن الأجسام تمتلك الخاصيتين الموجية و ألجسيميه بالطبع هناك فرق بينن الموجات الميكانيكية والمتمثلة بالتضاغط للوسط وبين الموجات الأخرى كموجات الضوء أو الموجات المصاحبة للجسيمات
وبعد هذه القصة سنناقش هذا الموضوع في المقالات القادمة انشأالله تعالى
منير محسن محمد
الإبتساماتإخفاء