المشاركات

عرض المشاركات من مارس, 2017

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.

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.
غلاف كتاب "النسبية... مقدمة قصيرة جدًا"

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.

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.
غلاف نسخة بنجوين لكتاب أينشتاين

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.

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

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.
شرح بالرسومات في مرجع سيرواي

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.

سجين المريخ الفكاهي.. مراجعة «سجين المريخ»



لكن لا يوجد شيء الآن. لم أدرك أبدًا كم أن المريخ صامت تمامًا. إنه عالم صحراوي ليس له غلاف جوي لنقل الصوت. يمكنني سماع نبضات قلبي.
بعيدًا عن موطنه بملايين الكيلومترات، ويفصل بينه وبين أحباءه فراغ ممتد، وفضاء قاتل، وحيدًا على كوكب أحمر لا يرحم. بل يحاول قتله من حين لآخر، ومصابًا بجرح غائر.
ماذا سيفعل المسكين .. مارك واتني.
الحقيقة أن رواية المريخي The martian أو سجين المريخ كما تُرجمت، واحدة من أكثر الروايات التي قرأتها تفصيلًا علميًا. بل هي الأكثر على ما أتذكر، وهنا نتحدث عن واحد ة من الانتقادات التي وُجّهت لرواية The martian وهي أن أندي وير استخدم تفاصيل علمية بكثافة شديدة جدًا.






لكن بصراحة أنا من وقت بعيد وأنا مقتنع بأن التفاصيل العلمية الكثيفة في روايات الخيال العلمي مفيدة وممتعة، حتى لو كانت صفحات كاملة تشرح مبادئ علمية.
مايكل كرايتون هو الآخر كثيف في استخدامه للعلم في الروايات. يعني ستجد صفحات كاملة بها أبحاث واستنتاجات وتفاصيل علمية.
وكلا المؤلفَين أنتجوا تحفًا خيال علمية لا تُضاهي..
سجين المريخ، بالإضافة لتفاصيلها العلمية، فهي مثيرة جدًا.. أحداثها تجعل القاريء يلهث وراءها، مستفهمًا عما سيحدث بعد ذلك، خصوصًا وأن تلك الأحداث كانت مُتعلقة بعقبات تواجه شخصًا وحيدًا يحاول الإبقاء على نفسه حيًا.
لا يمكن كذلك إغفال فكاهة مارك واتني، ذلك العالم المهندس الميكانيكي، والعالم الزراعي الذي سيستخدم كل ما لديه من معرفة ليحاول أن ينجو من ذلك المأزق، وبين الحين والآخر ستجد فكاهته حاضرة بشكل واضح جدًا.

وبعد أن تنهي الرواية، فلتخر على أمك الأرض تقبل كل ما استطعت أن تُقبّل من ترابها ورمالها، ولتحتضن غلافها الجوي الشفاف الذي يُبقيك حيًا. ولتقفز عاليًا محتفلا بجاذبيتها التي تناسب جسدك وعملياتك الحيوية تمامًا. على الأقل لستَ مضطرًا لأن تُرهق نفسك في التفكير: من أين ستحصل على الماء الذي ستشربه، والهواء الذي ستتنفسه.

احتفِ بكونك حيًا...

شغف القرون الفضائي... مراجعة كتاب "بين الأرض والقمر"، إسحق أسيموف


ولما كان الناس لا يزالون إلى اليوم عرضة للإغراء الذي دفع برجال من أمثال كولمبس وماجلان إلى اقتحام المجهول فإننا سنصل يومًا إلى هذه العوالم بشكل من الأشكال
أسيموف مرة أخرى، ذلك الرجل المبدع، صاحب أشهر روايات الخيال العلمي في القرن العشرين. يستغل حبكته الجميلة وشاعرية أسلوبه في تقديم كتاب علمي جميل جدًا وسهل إلى أقصى حد.
الكتاب ربما يميزه (ولا يعيبه) أنه قديم، في عام ١٩٦٤ صدرت الطبعة العربية، فترى من خلال كلمات أسيموف شوقه وشغفه للصعود إلى القمر، وتلهفه على تلك اللحظات التي ستكون مجيدة في تاريخ البشرية.





الكتاب بسيط جدًا، يتحدث عن الأرض وخصائصها وتاريخ دراستها وجيولوجيتها وغلافها الجو الجوي وتأثيره على رؤيتنا للأشياء حولنا مثل لون السماء الذي يبدو أزرق مع أن الفضاء داكن لا زرقة فيه، وكذلك لون الشمس الأصفر ولون الغروب البرتقالي.
ثم يتحدث عن القمر وحلم الوصول إليه، وكيف تم معرفة الكثير من خصائصه مثل كتلته وانسجامه مع الأرض، وتأثيره على الأرض بالمد والجذر. الذي تسببه الشمس أيضًا (وهي معلومة جديدة علي).
المنظر العظيم..


في أفضل فصول كتاب "بين الأرض والقمر" لأسيموف ، والذي كتبه قبل صعود البشر للقمر، بعنوان "المنظر العظيم".. يبدأ فيقول:
"أي منظر سيطالع الإنسان عندما يقف فوق القمر؟!.. بلقع قفر، وسكون مطبق، فلا ريح ولا صوت ولا حركة".
ويردف:
"... أما في الليل فتكون النجوم أكثر لمعانًا منها على الأرض، كما يظهر عدد كبير من النجوم الخافتة حول الأرض، والتي يحول جو الأرض دون رؤيتها.. زد على ذلك أن النجوم لا تتلألأ، بل تلمع بانتظام"
ويقول عن الأرض:
"ومن المرجح أن يكون أجمل ما يرى من القمر منظر الأرض تتألق في السماء"
ويختم:
"ولما كان الناس لا يزالون إلى اليوم عرضة للإغراء الذي دفع بالرجال أمثال كولمبوس وماجلان إلى اقتحام المجهول، فإننا سنصل إلى هذه العوالم بشكل من الأشكال".
وبعد أن كتب أسيموف كلماته بأقل من عشر سنوات سيُرى ذلك المنظر من القمر للأرض.

سليل الخردة.. مراجعة لمجموعة أنا.. روبوت لأسيموف


إسمع يا باول، أتظن أني سوف أضيع وقتي محاولًا التوصل لتفسير مادي لكل خدعة بصرية تسببها أدواتنا؟ منذ متى والدليل الحسي يوازي بأي شكل من الأشكال النور الجلي للمنطق الرصين؟
- من قصة التفكير المنطقي
أنا.. روبوت، مجموعة قصصية لأفضل من كتب عن الروبوتات إسحق أسيموف.
تسع قصص مختلفة ولكنها جزء من سياق كبير تحكيه عالمة نفس روبوتات عن بعض المشكلات التي قابلتها أثناء عملها الغريب.



التفكير المنطقي والدليل هما أفضل قصتين في المجموعة من حيث العمق والأفكار الفلسفية التي يناقشها أسيموف خلالها.
فالأولى تحكي عن روبوت يستخدم تفكيره المنطقي ويصل لأن وجوده لا يعود إلى البشر أولئك الضعفاء، فهو أقوى منهم في كل النواحي، فكيف يكونون هم صانعيه؟ والقصة - على ما أرى- بها بعض الإسقاطات الدينية.
بالمناسبة، القصة تُرجمت أيضًا بواسطة أحمد خالد توفيق في مجموعة "قصص من أزيموف" في سلسلة روايات عالمية للجيب والتي تصدرها المؤسسة العربية الحديثة.
والثانية تحكي عن "شخص" ذو منصب عال، وشكّووا فيه أنه روبوت وليس بشريًا.
وكل القصص تحمل أفكارا فلسفية تقع بين الوعي والإرادة والقضايا الأخلاقية التي تشغل المشتغلين في علوم الذكاء الاصطناعي.
بشكل عام، القصص مثيرة جدًا كعادة قصص أسيموف ورواياته، وكيف لا وهو من أرسى أسس الكتابة في ذلك الفرع من فروع الخيال العلمي، وكان واحدًا من أمهر كتاب الخيال العلمي بوجه عام في القرن الماضي؟!

انظروا إلى السماء

من يومين بالضبط، جلست بعد الفجر تحت السماء. وأخذت أنظر إلى زرقتها ساعة كاملة دون أن أنزل ببصري إلى الأرض.

اتساع السماء مريح جدًا.. لا أدري موطن الراحة فيه، ولكنه مريح.
أشعر فيها بأنني فقدت نفسي. تركتُها على الأرض وتهتُ في زرقة ما بعد الفجر الداكنة. ربما ذلك "الفقدان" هو موطن الراحة، فأنت بنظرك في السماء كسائر في طريق لا يرى هدفًا ولا يبغي هدفًا ولا يفكر في هدف، طريق ليس به معالم، بل هو اتساع أبيض ممتد إلى ما لا نهاية. تسير فتفقد أفكارك واحدة بعد الأخرى.. فتتساقط منك همومك بأثقالها، فتشعر بروحك خفيفة غير مقيدة، حتى لتصل إلى نقطة تكون فيها بلا جسد.. فأنت حينها وعيٌ مجرد.
زد على ذلك هواء ما بعد الفجر البارد.. هناك في رئيتك يفعل أفاعيله.
ذراته غير كل الذرات.. أكاد أشعر بها تضحك وهي تدخل من أنفي. تشعر أن صدرك قد اتسع ليملأ العالم بنجومه وكواكبه ومخلوقاته: صغيرها وكبيرها، حقيرها وعظيمها، خيارها وشرارها.

انظروا إلى سماء الفجر، فاتساعها نعمة..

قابل نفسك في الماضي... مراجعة كتاب "كيف تبني آلة زمن"، بول ديفيز



الكون ليس فقط أغرب مما فكرنا فيه، وإنما أغرب مما يمكن أن نفكر فيه
- ج. ب. إس هالدين

Popular Posts

من كل علم شيء... مراجعة «واحد.. إثنان.. ثلاثة.. لا نهاية».. جورج جاموف

مؤامرة المقررات الدراسية... مراجعة كتاب "موجز تاريخ كل شيء تقريبًا"، بيل برايسون