نسبية التزامن
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
يفضي المبدأ الثاني في النسبية الخاصة الذي يتحدث عن ثبات سرعة الضوء إلى نسبية تزامن حدثين. هذا يعني أن حدثين متزامنين بالنسبة لجملة مقارنة ما سيكونان غير متزامنين بالنسبة لجملة مقارنة أخرى.
ليكن لدينا مسار مستقيم ترتبط به جملة مقارنة S و مقطورة طويلة ترتبط بها جملة مقارنة S' و التي تتحرك على المسار المستقيم بحركة منتظمة سرعتها v . و ليكن في منتصف المقطورة منبع ضوئي Z و في كل من طرفي المقطورة مرآة مستوية A، B .
في لحظة معينة يصدر المنبع الضوئي إشارة ضوئية فيلاحظ المراقب الموجود في جملة المقارنة S' ( المقطورة) أن الإشارة الضوئية تسقط على المرآتين بآن واحد لأن الضوء قطع المسافة نفسها في الحالتين و بسرعة c . و بذلك يكون الحدثان بالنسبة له قد و قعا في مكانين مختلفين و بآن واحد.
أما المراقب الموجود في جملة المقارنة S (المسار) يلاحظ بأن الإشارة الضوئية لا تسقط على المرآتين بآن واحد مع أن سرعة الضوء في جملة مقارنته ينتشر في الاتجاهين بسرعة c مماثلة أيضا لكن المرآة A انتقلت خلال فترة انتشار الإشارة الضوئية من الموضع A إلى الموضع A' ( أقرب للمنبع ) بينما انتقلت المرآة B إلى الموضع B' ( أبعد عن المنبع ) . مما سبق نجد أنه بالنسبة لمراقب موجود على المسار سيصل الضوء إلى المرآة A قبل وصوله إلى المرآة B . بالنسبة لهذا المراقب يقع الحدثان بمكانين مختلفين و بزمنين مختلفين.
لنحلل بشكل أدق ما يشاهده مراقب موجود في جملة المقارنة S المرتبطة بالمسار المستقيم.
ليكن طول المقطورة 2L فيكون الزمن t1 اللازم لوصول الضوء إلى حائط المقصورة الأمامي معطى بالمعادلة :
هي المسافة التي يقطعها الضوء خلال زمن t1
L هو بعد الحائط الأمامي عن المنبع في لحظة إصدار الإشارة
هي المسافة التي يقطعها الحائط الأمامي خلال الزمن الذي تستغرقه الإشارة الضوئية كي تقع على الحائط الأمامي.
من المعادلة السابقة نجد أن
وبنفس الطريقة للزمن اللازم لوقوع الإشارة الضوئية على الحائط الخلفي للمقصورة نحصل على المعادلة التالية:
و منه
مما سبق نجد أن t2 < t1 و بالتالي فإن سقوط الإشارة الضوئية على كل من الحائط الأمامي و الخلفي للمقطورة لن يكون في جملة المقارنة S متزامنا.
مما سبق نستنتج أن تزامن حدثين هو أمر نسبي حيث يمكننا التحدث عن تزامن حدثين فقط في حال تم تحديد جملة المقارنة و بذلك يمكن لحدثين في جملتي مقارنة مختلفتين أن يكونا متزامنين فقط إذا وقعا في مكان واحد بالنسبة لجملتي المقارنة.
لنفرض أن هناك راصدين أحدهما في عربة قطار مفتوحة متحركة بسرعة185000 ميل في الثانية طولها 186000ميل والأخر في عربة قطار ثابتة أيضا مفتوحة وطولها نفس طول الأخرى وكلا الراصدين يريد أن يقيس سرعة الضوء ولنفرض إن عملية القياس تبدأ عندما تتطابق بداية العربتين ولنفرض أن إشعاعا ليزريا آتيا من اليمين إلى اليسار وبدأت عملية القياس فما هي النتيجة التي سوف يجدها كلا من الراصدين سيجد الراصد الثابت انه عندما دقت ساعة ثانيه واحدة وصل الضوء إلى طرف العربة الأخرى أي انه سرعة 186000 ميل في الثانية وأيضا سوف يجد الراصد المتحرك نفس السرعة ولو كنت تراقب على الرصيف وأنت لا تعرف سوى قوانين نيوتن سوف يبدوا لك أن الراصد المتحرك مخالف للمنطق ولكي نفسر تصرفه هذا سوف نتجه إلى الطرف الأيمن من العربة ونقول انه عندما بعد ثانيه تكون العربة المتحركة متقدمة على الثانية 18500 ميل وانه يتبقى على الإشعاع هذه المسافة كي يقطعها لذلك نرفض تساوي السر عه ولإزالة الشك والغموض عن هذه التجربة نعيدها ولكن على الراصد الثانية مراقبة جميع الأحداث بما فيها الراصد المتحرك وعربته ونطلق الشعاع من جديد وعندما تصل الميقاتيه إلى ثانيه عند الراصد الثابت نحسب القياسات نجد أن الراصد المتحرك لا يكون على بعد 18500 ميل بل على بعد عُشر هذه المسافة وانه لم يسجل ثانيه بل عُشر الثانية فقط وهكذا يتبين أن الراصد الثابت يرى أن المرجع المكاني- الزماني عند الراصد المتحرك ليس هو نفسه المرجع المتحرك عنده ولهذا تتقلص القضبان المتحركة و تبطئ ميقاتيات الحركة النسبية من مرجع لأخر.
[تحرير] نسبية التزامن و السببية :
في الشكل الأيسر :
لنفترض وجود حدثين أ و ب في نفس الجملة المرجعية و في نفس المكان ضمن هذه الجملة لمن بفاصل زمني ( يشتركان بالموقع المكاني و يختلفان بالاحداثي الزمني ) كما نفترض وجود حدثين ب و ج ضمن جملة مرجعية واحدة بحيث يحدثان آنيا ( أي في وقت واحد ) لكنهما يقعان في موقعين مختلفين . ( يشتركان بالاحداثي الزمني و يختلفان بالاحداثيات المكانية ) .
في الجملة المرجعية الاولى يمكن ل أ أن يسبق ب فعندئذ يكون أ سابقا ل ب في كل الجمل المرجعية و من الممكن للمادة أن تنتقل من أ إلى ب بحيث نعتبر أ سببا و ب نتيجة فتكون هناك علاقة سببية بين أ و ب . في الواقع لا وجود لأي جملة مرجعية تقلب هذا الترتيب السببي .
لكن هذه الحالة لا تنطبق في حالة الحثين أ و ج ( ج يقع خارج المخوط الضوئي ل أ كما هو واضح ) حيث توجد جمل مرجعية ترى حدوث أ قبل ج و جمل مرجعية ترى حدوث ج قبل أ . لكن هذا بكل الأحوال لا يكسر قانون السببية لأنه يستحيل نقل المعلومات بين أو ج أو بين ج و أ لأن هذا يستدعي سرعة أكبر من سرعة الضوء .
