مبدأ النسبية

ترتبط مشكلة الأثير بمبدأ النسبية relativity principle وثيقاً على نحو ما تناولناه في الفصل الأول ، فالأثير المضيء luminiferous ether الذي يملأ الفضاء البينجمي يجعلنا نتحدث بمعنى محدد عن الحركة (المطلقة absolute) أي الحركة بالنسبة للأثير الثابت fixed ether . فسرعة الضوء 300 ألف كيلو متر / ثانية تعني أنه يحترك للأمام بهذه السرعة بالنسبة للأثير الثابت ، وفي هذه الحالة يلزم تعيين مطلقة من خلال تجارب ضوئية إلكتروديناميكية optical-electrodynamic ، ولكن الكشف عن حركة مطلقة من خلال تجارب ميكانيكية صرفة يعد مستحيلاً كما علمنا من قبل .

لقد تم إجراء دراسة مستفيضة بالتجربة لهذه المشكلة ، وأفضل مثال على ذلك تجربة ميكلسون Michelson للقياس الدقيق جداً للفرق المحتمل في سرعة الضوء على الارض في اتجاهين متعامدين حيث تبين أن هذا الفرق صفر تماماً ^* . ومن الواضح أن هذه التجربة تثبت أنه لا طائل من وراء الفكرة البدائية للأثير الثابت الذي يملأ الفضاء البينجمي . لقد تم محاولة كافة الطرق للخروج من هذا المأزق مثل افتراض حمل الارض للأثير المحيط بها خلال حركتها ، بيد أن هذه الفكرة أدت الى صعوبات هائلة جدا فإلى أي مدى خلال الفضاء البينجمي تمتد طبقة الاثير الذي تحمله الارض معها ؟

ذهب ماكسويل إلى أنه إذا صح مفهوم notion الاثير الثابت دوما والذي يشغل الفضاء البينجمي إذن لأمكن الكشف عن الحركة المطلقة للنظام الشمسي من المشاهدات الخاصة بأقمار المشتري امتداداً لأبحاث رومر ولكن ذلك يناقض التجربة لأن الشمس تتحرك فعلاً بالنسبة لسماء النجوم الثوابت ، فعل نفترض إذن أن الأرض طالما تحمل معها الأثير المحيط بها فإن نظام الكواكب بأكمله يحمل معه أيضا سحابة الأثير التي تغلفه ذاتياً ؟ إن هذا التصور بالغ التعقيد ولابد أن تؤدي التجارب الدقيقة الكثيرة التي اجريت تبعاً له الى نتائج في غاية التعقيد .

ولكن مع تجربة ميكلسون وسلسلة أخرى من التجارب سنتناولها فيما بعد فإن الأمر يختلف إذ أن هذه التجارب أدت الى نتائج بسيطة جداً وواضحة بذاتها ، على أن مشكلة إيجاد علاقة منطقية بين الحقائق التجريبية المتنوعة (البسيطة بذاتها) ولا تقبل الجدل أمر في حاجة الى اختراق اكبر لأعمق طبقات بنية التمثيل الفيزيائي مما يتطلب انقلاباً وتحولاً يتفق مع هذه الحقائق .

قدمت ظاهرة الانحراف aberration التي اكتشفها برادلي Bradley عام 1727 دليلاً بسيطاً جداً ضد (نظرية حمل الأثير Carrying along theory) هب أنك واقف في مقدمة قطار متحرك اثناء سقوط المطر ، فرغم سقف القطار سوف تبتل لأن قطرات المطر الساقطة عمودياً على سطح الأرض الثابتة (مع إهمال التأثيرات للهواء بسبب حركة القطار) يكون اتجاهها مائلا بالنسبة للقطار . نفس الظاهرة تحدث بوضوح في حالة ضوء النجوم الساقط على الأرض مما يؤدي الى الاستنتاج بأن النجوم خلال عام تبدو وكأنها تتحرك في مسارات إهليلجية صغيرة في السماء بالنسبة لحركة الأرض في مدارها .

وأخيراً هناك ظاهرة دوبلر Doppler effect . عند اقتراب قاطرة نسمع صفارتها بنغمة أعلى عنها في حالة سكونها أو ابتعادها لأن عدد ما يصل الى آذاننا كل ثانية من موجات صوتية يكون أكبر في حالة اقتراب القاطرة . وفي حالة الضوء تتمثل هذه الظاهرة في إزاحات خطوط الطيف في أطياف النجوم الثوابت ومنها يمكن استنتاج الحركة السنوية للأرض وكذا حركات النجوم الثوابت المختلفة أثناء اقترابها أو ابتعادها عنا . ولا يعتمد مقدار ظاهرة دوبلر على الحركة النسبية بين مصدر الصوت والراصد فقط بل ويعتمد ايضاً على حركة كل منهما بالنسبة للهواء . وفي المقابل ، لو أن هناك أثيراً ثابتاً فلابد أن ندرك الحركات المطلقة من ظاهرة دوبلر الضوئية ، ولكن واقع التجربة يبين خلاف ذلك إذ يعتمد مقدار ظاهرة دوبلر على الحركة النسبية فقط ولا يوجد أي احتمال يحتم وجود أثير ثابت مطلق . ولا يمكن في هذا المقام تلخيص التفضيلات الكثيرة للحقائق التجريبية المناظرة التي تؤيد مبدأ النسبية ليس في مجال الميكانيكا فحسب بل في جميع فروع الفيزياء .

ومع هذه الحتمية – التي توجه ضربة قاضية للأثير – فلازلنا بمنأى عن فهم المشكلة المطروحة حقاً لأول مرة . وأي محاولة لوصف معرفة إلكتروديناميكية ضوئية كاملة ومتسقة مع الصورة الكاملة لمبدأ النسبية سوف تواجهها ضرورية باعتبارها واضحة بذاتها self-evident بدرجة عالية ، إذ على الرغم من سهولة القول بصلاحية مبدأ النسبية في حالة الضوء فلابد من التعود على أن للضوء نفس السرعة دائما بالنسبة لأي جسم متحرك – ولهذا ، فإن التقرير assertion بأن (الضوء يتحرك بسرعة 300 ألف كيلو متر / ثانية) ليس فقط صحيحاً في أي ظروف خاصة من حركة الراصد بل وأيضاً في جميع ظروف حركته المنتظمة في خط مستقيم .

ولكن كيف السبيل الى إقرار (مبدأ اللاتغير (ثبوت) invariance في سرعة الضوء) دون تناقض مع عادات الفكر الأولية التي تفترض كمثال إذا كنا نتحرك بسفينة فضاء بسرعة 40 كيلو متراً/ثانية خلف شعاع ضوء فإن سرعة هذا الشعاع بالنسبة لنا تبدو أقل بمقدار 40 متراً / ثانية ؟

______________________________