نظرية أينشتاين في النسبية الخاصة والعامة

نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين:

    تعتبر نظرية النسبية الخاصة لألبرت أينشتاين عام 1905 واحدة من أهم الأوراق المنشورة على الإطلاق في مجال الفيزياء. النسبية الخاصة هي تفسير لكيفية تأثير السرعة على الكتلة والزمان والمكان. تتضمن النظرية طريقة لسرعة الضوء لتحديد العلاقة بين الطاقة والمادة، حيث كميات صغيرة من الكتلة (m) يمكن استبدالها بكميات هائلة من الطاقة (E)، على النحو المحدد في المعادلة الكلاسيكية E = mc².

تنطبق النسبية الخاصة على الحالات "الخاصة" وهي تستخدم غالبًا عند مناقشة الطاقات الهائلة والسرعات الفائقة والمسافات الفلكية، كل ذلك بدون مضاعفات الجاذبية. أضاف أينشتاين رسميًا الجاذبية إلى نظرياته في عام 1915، مع نشر ورقته البحثية حول النسبية العامة.

عندما يقترب الجسم من سرعة الضوء، تصبح كتلة الجسم غير محدودة وكذلك الطاقة اللازمة لتحريكه. هذا يعني أنه من المستحيل أن تسير أي مسألة بشكل أسرع من رحلات الضوء. يلهم الحد الأقصى للسرعة الكونية عوالم جديدة من الفيزياء والخيال العلمي، حيث يفكر الناس في السفر عبر مسافات شاسعة.

النسبية الخاصة هي في النهاية مجموعة من المعادلات التي تربط الطريقة التي تبدو بها الأشياء في إطار مرجعي واحد لكيفية ظهورها في إطار آخر من حيث تمدد الزمان والمكان، وزيادة الكتلة. لا تتضمن المعادلات شيئًا أكثر تعقيدًا من رياضيات المدرسة الثانوية.

النسبية العامة أكثر تعقيدًا. تصف "معادلات المجال" العلاقة بين الكتلة وانحناء المكان وتمدد الوقت، وعادة ما يتم تدريسها في دورات الفيزياء الجامعية على مستوى الدراسات العليا.

نظرية النسبية العامة لأينشتاين:

في الأساس، إنها نظرية الجاذبية. الفكرة الأساسية هي أنه بدلاً من أن تكون قوة غير مرئية تجذب الأشياء إلى بعضها البعض، فإن الجاذبية هي انحناء أو تشوه في الفضاء. كلما زاد حجم الجسم، زاد تشوه المساحة المحيطة به.

على سبيل المثال، الشمس ضخمة بما يكفي لتشوه الفضاء عبر نظامنا الشمسي حيث تشبه إلى حد ما الطريقة التي يلتف بها لوح مطاطي على كرة ثقيلة. نتيجة لذلك، تتحرك الأرض والكواكب الأخرى في مسارات منحنية حولها.

يؤثر هذا الالتواء أيضًا على قياسات الوقت. نميل إلى التفكير في الوقت على أنه يمر بسرعة ثابتة. ولكن مثلما يمكن للجاذبية أن تمتد أو تشوه الفضاء، يمكنها أيضًا أن توسع الوقت. إذا صعد صديقك إلى قمة جبل، فسترى أن ساعته تدق أسرع مقارنة بساعتك؛ صديق آخر، في أسفل الوادي، سيكون لديه ساعة تدق أبطأ، بسبب الاختلاف في قوة الجاذبية في كل مكان. أثبتت التجارب اللاحقة أن هذا يحدث بالفعل.

النسبية العامة هي فهم الفيزيائي ألبرت أينشتاين لكيفية تأثير الجاذبية على نسيج الزمكان.

وسعت النظرية، التي نشرها أينشتاين عام 1915، من نظرية النسبية الخاصة التي نشرها قبل 10 سنوات. جادلت النسبية الخاصة بأن المكان والزمان مرتبطان ارتباطًا وثيقًا، لكن هذه النظرية لم تعترف بوجود الجاذبية.

أمضى أينشتاين العقد بين المنشورين في تحديد أن الأجسام الضخمة بشكل خاص تشوه نسيج الزمكان، وهو تشويه يتجلى في شكل الجاذبية.

كيف تعمل النسبية العامة؟

لفهم النسبية العامة، لنبدأ أولاً بالجاذبية، وهي قوة الجذب التي يمارسها جسمان على بعضهما البعض. حيث تعتمد قوة الجاذبية بين جسمين على قيمة كتلة كل منهما ومدى تباعدهما. حتى عندما يسحبك مركز الأرض نحوها (يبقيك ثابتًا على الأرض)، فإن مركز كتلتك يتراجع نحو الأرض. لكن الجسم الأكثر ضخامة بالكاد يشعر بالجاذبية منك، بينما تجد نفسك متجذرًا بقوة بفضل نفس القوة مع كتلتك الأصغر بكثير. ومع ذلك، فإن قوانين نيوتن تفترض أن الجاذبية هي قوة فطرية لجسم يمكنه العمل على مسافة.

قرر ألبرت أينشتاين، في نظريته عن النسبية الخاصة، أن قوانين الفيزياء هي نفسها لجميع المراقبين غير المتسارعين، وأظهر أن سرعة الضوء داخل الفراغ هي نفسها بغض النظر عن السرعة التي ينتقل بها المراقب، ونتيجة لذلك، وجد أن المكان والزمان متشابكان في سلسلة متصلة واحدة تعرف باسم الزمكان. والأحداث التي تحدث في نفس الوقت لمراقب واحد يمكن أن تحدث في أوقات مختلفة لمراقب آخر.

ماذا سيحدث إذا كانت سرعة الضوء أقل بكثير؟

أدرك أينشتاين عندما كان يعمل على معادلات نظريته العامة للنسبية أن الأجسام الضخمة تسبب تشويهًا في الزمكان. تخيل وضع جسم كبير في وسط الترامبولين. سيضغط الجسم لأسفل على القماش، مما يتسبب في غمازه. إذا حاولت بعد ذلك دحرجة كرة من الرخام حول حافة الترامبولين، فإن الكرة ستلتف نحو الداخل نحو الجسم، مشدودة إلى حد كبير بنفس الطريقة التي تسحب بها جاذبية الكوكب الصخور في الفضاء.

عدسة الجاذبية وفقا لنظرية النسبية:

ينحني الضوء حول جسم ضخم، مثل الثقب الأسود، مما يجعله يعمل كعدسة للأشياء التي تقع خلفه. يستخدم علماء الفلك هذه الطريقة بشكل روتيني لدراسة النجوم والمجرات خلف الأجسام الضخمة.

صليب أينشتاين، كوازار في كوكبة بيغاسوس، وفقًا لوكالة الفضاء الأوروبية، وهو مثال ممتاز لعدسات الجاذبية. يُنظر إلى الكوازار كما كان قبل حوالي 11 مليار سنة. المجرة التي تقع خلفها أقرب بحوالي 10 مرات من الأرض. نظرًا لأن الجسمين يتماشيان بدقة شديدة، تظهر أربع صور للكوازار حول المجرة لأن الجاذبية الشديدة للمجرة تؤدي إلى انحناء الضوء القادم من الكوازار.

ما هي الجاذبية الكمية؟

في حالات مثل تقاطع أينشتاين، تظهر الصور المختلفة للجسم بعدسة الجاذبية في وقت واحد، ولكن هذا ليس هو الحال دائمًا. تمكن العلماء أيضًا من ملاحظة أمثلة العدسة حيث، نظرًا لأن الضوء الذي ينتقل حول العدسة يأخذ مسارات مختلفة بأطوال مختلفة، تصل الصور المختلفة في أوقات مختلفة، كما في حالة أحد المستعرات الأعظمية المثيرة للاهتمام بشكل خاص.

كيف كانت الفيزياء قبل النسبية؟

قبل أينشتاين، فهم علماء الفلك (في الغالب) الكون من منظور ثلاثة قوانين للحركة قدمها إسحاق نيوتن عام 1686. هذه القوانين الثلاثة هي:

1 ـ تظل الأشياء المتحركة أو الساكنة في نفس الحالة ما لم تفرض قوة خارجية التغيير. يُعرف هذا أيضًا بمفهوم القصور الذاتي.

2 ـ القوة المؤثرة على جسم تساوي كتلة الجسم مضروبة في تسارعه. بمعنى آخر، يمكنك حساب مقدار القوة اللازمة لتحريك الأجسام ذات الكتل المختلفة بسرعات مختلفة.

3 ـ لكل فعل رد فعل مساو له ومعاكس له.

أثبتت قوانين نيوتن أنها صالحة في كل تطبيقات الفيزياء تقريبًا، وفقًا لموسوعة بريتانيكا. لقد شكلوا الأساس لفهمنا للميكانيكا والجاذبية.

لكن بعض الأشياء لا يمكن تفسيرها من خلال عمل نيوتن: على سبيل المثال، الضوء.

لإحباط السلوك الغريب للضوء في إطار نيوتن لعلماء الفيزياء في القرن التاسع عشر، من المفترض أن الضوء يجب أن ينتقل عبر بعض الوسائط، والتي أطلقوا عليها اسم "الأثير المضيء". يجب أن يكون هذا الأثير الافتراضي صلبًا بدرجة كافية لنقل موجات الضوء مثل اهتزاز وتر الغيتار مع الصوت، ولكن أيضًا لا يمكن اكتشافه تمامًا في حركات الكواكب والنجوم.

كان ذلك طلبًا طويلًا. شرع الباحثون في محاولة اكتشاف هذا الأثير الغامض، على أمل فهمه بشكل أفضل. في عام 1887، كتب عالم الفيزياء الفلكية إيثان سيغال في مدونة فوربس العلمية، يبدأ بانفجار، قام الفيزيائي ألبرت أ. الضوء هو نفسه بغض النظر عن حركة الأرض.

وخلصوا إلى أنه إذا لم تتغير سرعة الضوء على الرغم من حركة الأرض عبر الأثير، فلا يجب أن يكون هناك شيء مثل الأثير لتبدأ: يتحرك الضوء في الفضاء عبر الفراغ.

هذا يعني أنه لا يمكن تفسيره بالميكانيكا الكلاسيكية. ومنه احتاجت الفيزياء إلى نموذج جديد.

كيف توصل أينشتاين إلى النسبية الخاصة؟

وفقًا لأينشتاين، في كتابه عام 1949 " ملاحظات السيرة الذاتية، بدأ الفيزيائي الناشئ في التشكيك في سلوك الضوء عندما كان عمره 16 عامًا فقط. في تجربة فكرية عندما كان مراهقًا، كتب، تخيل أنه يطارد شعاعًا من الضوء.

تشير الفيزياء الكلاسيكية إلى أنه مع تسريع أينشتاين الخيالي لالتقاط الضوء، ستصل سرعة الموجة الضوئية في النهاية إلى صفر، حيث يتحرك الرجل والضوء معًا بسرعة، ويمكنه رؤية الضوء كمجمد مجال كهرومغناطيسي. لكن كتب أينشتاين، هذا العمل المتناقض لعالم آخر، جيمس كليرك ماكسويل، الذي تطلبت معادلاته أن تتحرك الموجات الكهرومغناطيسية دائمًا بنفس السرعة في الفراغ: 186282 ميلًا في الثانية (300000 كيلومتر في الثانية).

تحدى فيلسوف الفيزياء جون د. نورتون قصة أينشتاين في كتابه " أينشتاين للجميع "، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أنه عندما كان يبلغ من العمر 16 عامًا، لم يكن أينشتاين قد واجه معادلات ماكسويل بعد. ولكن نظرًا لظهورها في مذكرات أينشتاين، لا تزال الحكاية مقبولة على نطاق واسع.

إذا كان بإمكان الشخص، نظريًا، اللحاق بشعاع من الضوء ورؤيته مجمدة بالنسبة لحركته، فهل سيتعين على الفيزياء ككل أن تتغير اعتمادًا على سرعة الشخص ونقطة مفضلته؟ بدلاً من ذلك، روى أينشتاين، أنه سعى إلى نظرية موحدة من شأنها أن تجعل قواعد الفيزياء واحدة للجميع، في كل مكان، وطوال الوقت.

كتب الفيزيائي أن هذا أدى إلى تأملاته في نهاية المطاف حول نظرية النسبية الخاصة، والتي قسمها إلى تجربة فكرية أخرى: شخص يقف بجوار مسار قطار يقارن ملاحظات عاصفة رعدية بشخص داخل القطار. ولأن هذه فيزياء، بالطبع، يتحرك القطار بسرعة تقارب سرعة الضوء.

تخيل أينشتاين القطار عند نقطة على المسار بالتساوي بين شجرتين. إذا أصابت صاعقة برق الشجرتين في نفس الوقت، فسيشاهد الشخص الموجود بجانب المسار ضربات متزامنة. ولكن نظرًا لأنهم يتحركون نحو صاعقة واحدة وبعيدًا عن الآخر، فإن الشخص في القطار سيرى الصاعقة أمام القطار أولاً، ثم الصاعقة خلف القطار لاحقًا.

خلص أينشتاين إلى أن التزامن ليس مطلقًا، أو بعبارة أخرى، يمكن أن تحدث الأحداث المتزامنة كما يراها أحد المراقبين في أوقات مختلفة من منظور آخر. أدرك أنه ليست سرعة الضوء هي التي تتغير، لكن الوقت نفسه نسبي. يتحرك الوقت بشكل مختلف بالنسبة للأشياء المتحركة عنه في حالة السكون. وفي الوقت نفسه، فإن سرعة الضوء، كما يلاحظها أي شخص في أي مكان في الكون، سواء كان يتحرك أو لا يتحرك، هي نفسها دائمًا.

ماذا يعني E = MC²؟

إحدى أشهر المعادلات وأكثرها شهرة في تاريخ البشرية بالكامل، E = mc²، تُترجم إلى "الطاقة تساوي الكتلة مضروبة في مربع سرعة الضوء". بعبارة أخرى، كتب PBS Nova، الطاقة (E) والكتلة (m) قابلة للتبادل. إنها في الحقيقة مجرد أشكال مختلفة من الشيء نفسه. لكن لا يتم تبادلها بسهولة. نظرًا لأن سرعة الضوء هي بالفعل عدد هائل، وتتطلب المعادلة ضربها بنفسها (أو تربيعها) لتصبح أكبر، فإن كمية صغيرة من الكتلة تحتوي على كمية هائلة من الطاقة. على سبيل المثال، أوضحت PBS Nova، "إذا كان بإمكانك تحويل كل ذرة في مشبك ورق إلى طاقة نقية دون ترك أي كتلة على الإطلاق فإن مشبك الورق سينتج [الطاقة المكافئة] 18 كيلو طن من مادة تي إن تي. وهذا الحجم تقريبًا القنبلة التي دمرت هيروشيما عام 1945 ".

تمدد الزمن حسب نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين:

أحد الآثار العديدة لعمل النسبية الخاصة لأينشتاين هو أن الوقت يتحرك بالنسبة إلى المراقب. يتعرض الجسم المتحرك لتمدد الوقت، مما يعني أنه عندما يتحرك الجسم بسرعة كبيرة فإنه يمر بالوقت بشكل أبطأ مما هو عليه عندما يكون في حالة راحة. على سبيل المثال، عندما قضى رائد الفضاء سكوت كيلي ما يقرب من عام على متن محطة الفضاء الدولية بدءًا من عام 2015، كان يتحرك أسرع بكثير من شقيقه التوأم رائد الفضاء مارك كيلي، الذي قضى العام على سطح الكوكب. بسبب تمدد الوقت، تقدم مارك كيلي في العمر أسرع بقليل من سكوت "خمسة مللي ثانية"، وفقًا لتوأم الأرض. نظرًا لأن سكوت لم يكن يتحرك بالقرب من سرعة الضوء، فإن الاختلاف الفعلي في الشيخوخة بسبب تمدد الوقت كان ضئيلًا. في الواقع، بالنظر إلى مقدار الإجهاد والإشعاع الذي عانى منه التوأم المحمول جواً على متن محطة الفضاء الدولية، قد يجادل البعض بأن سكوت كيلي زاد من معدل تقدمه في العمر.

ولكن في السرعات التي تقترب من سرعة الضوء، يمكن أن تكون تأثيرات تمدد الوقت أكثر وضوحًا. تخيل أن فتاة تبلغ من العمر 15 عامًا تغادر مدرستها الثانوية مسافرة بنسبة 99.5٪ من سرعة الضوء لمدة خمس سنوات (من منظور رائد فضاء مراهق). عندما عادت الفتاة البالغة من العمر 15 عامًا إلى الأرض، كانت ستبلغ من العمر تلك السنوات الخمس التي أمضتها في السفر. ومع ذلك، سيكون زملاؤها في الفصل 65 عامًا، كان من الممكن أن يمر 50 عامًا على الكوكب الذي يتحرك بشكل أبطأ بكثير.

النسبية الخاصة لأينشتاين وميكانيكا الكم:

النسبية الخاصة وميكانيك الكم هما من أكثر النماذج المقبولة على نطاق واسع لكيفية عمل كوننا. لكن النسبية الخاصة تتعلق في الغالب بمسافات وسرعات وأشياء كبيرة للغاية، وتوحدها في نموذج "سلس" للكون. كتب كوري باول لصحيفة الجارديان أن الأحداث في النسبية الخاصة (والعامة) مستمرة وحتمية، مما يعني أن كل إجراء ينتج عنه نتيجة مباشرة ومحددة ومحلية. وتابع باول أن هذا يختلف عن ميكانيكا الكم: فيزياء الكم "مكتنزة"، حيث تحدث الأحداث في قفزات أو "قفزات كمية" لها نتائج احتمالية وليست محددة.

توصل الباحثون الذين وحدوا النسبية الخاصة وميكانيك الكم السلس والمكتنزة، والكبير جدًا والصغير جدًا إلى مجالات مثل ميكانيك الكم النسبية، ومؤخراً، نظرية المجال الكمومي لفهم الجسيمات دون الذرية وتفاعلاتها بشكل أفضل. من ناحية أخرى، يعتبر الباحثون الذين يسعون جاهدين لربط ميكانيك الكم والنسبية العامة أنها واحدة من أكبر المشكلات التي لم يتم حلها في الفيزياء. لعقود من الزمان، اعتبر الكثيرون أن نظرية الأوتار هي المجال الواعد للبحث في نظرية موحدة لجميع الفيزياء. الآن توجد مجموعة من النظريات الإضافية. على سبيل المثال، تقترح إحدى المجموعات حلقات الزمكان لربط العالم الكمي الصغير والمكتن بالكون النسبي الواسع.

كانت النظرية النسبية الخاصة مبنية على افتراضين رئيسيين:

أولاً: أن سرعة الضوء ثابتة لجميع المراقبين.

ثانيًا: أن المراقبين الذين يتحركون بسرعات ثابتة يجب أن يخضعوا لنفس القوانين الفيزيائية.

باتباع هذا المنطق، افترض أينشتاين أن الوقت يجب أن يتغير وفقًا لسرعة الجسم المتحرك بالنسبة للإطار المرجعي للمراقب. اختبر العلماء هذه النظرية من خلال التجارب حيث أثبتوا على سبيل المثال، أن الساعة الذرية تتحرك ببطء أكثر عند السفر بسرعة عالية أكثر مما تفعل عندما لا تتحرك. كان جوهر ورقة أينشتاين هو أن المكان والزمان نسبيان (وليس مطلقًا)، والذي قيل إنه صحيح في بحث خاص حالة عدم وجود مجال الجاذبية. كانت النسبية مفهوماً مذهلاً في ذلك الوقت. ناقش العلماء في جميع أنحاء العالم صحة معادلة أينشتاين الشهيرة، E = mc²، والتي تشير إلى أن المادة والطاقة متساويتان، وبشكل أكثر تحديدًا، يمكن تحويل جسيم واحد من المادة إلى كمية هائلة من الطاقة. ومع ذلك، نظرًا لأن النظرية النسبية الخاصة لم تثبت صحتها إلا في حالة عدم وجود مجال الجاذبية، فقد سعى أينشتاين لمدة 11 عامًا أخرى للعمل بالجاذبية في معادلاته واكتشاف كيف يمكن أن تعمل النسبية بشكل عام أيضًا.

وفقًا لنظرية النسبية العامة، تتسبب المادة في انحناء الفضاء. يُفترض أن الجاذبية ليست قوة، كما تفهمها فيزياء نيوتن، ولكنها مجال منحني (منطقة من الفضاء تحت تأثير قوة) في استمرارية الزمكان التي تم إنشاؤها بالفعل من خلال وجود الكتلة. وفقًا لأينشتاين، يمكن اختبار هذه النظرية عن طريق قياس انحراف ضوء النجوم المنتقل بالقرب من الشمس؛ لقد أكد بشكل صحيح أن انحراف الضوء سيكون ضعف ما تتوقعه قوانين نيوتن. أوضحت هذه النظرية أيضًا لماذا كان الضوء الصادر من النجوم في مجال جاذبية قوي أقرب إلى النهاية الحمراء للطيف من تلك الموجودة في مجال أضعف.

خلال الثلاثين عامًا الأخيرة من حياته، حاول أينشتاين إيجاد نظرية مجال موحد، حيث يمكن التعبير عن خصائص كل المادة والطاقة في معادلة واحدة. كان بحثه مرتبكًا بسبب مبدأ عدم اليقين في نظرية الكم، والذي نص على أنه لا يمكن قياس حركة جسيم واحد بدقة، لأنه لا يمكن تقييم السرعة والموضع في وقت واحد بأي درجة من التأكيد. على الرغم من أنه لم يتمكن من العثور على النظرية الشاملة التي سعى إليها، إلا أن عمل أينشتاين الرائد سمح لعدد لا يحصى من العلماء الآخرين بمواصلة السعي وراء ما أطلق عليه البعض "الكأس المقدسة لعلماء الفيزياء".

كيف تغيرت أفكارنا حول المكان والزمان:

عندما ظهرت نظرية النسبية في أوائل القرن العشرين، قلبت قرونًا من العلم وأعطت علماء الفيزياء فهمًا جديدًا للمكان والزمان. رأى إسحاق نيوتن أن المكان والزمان ثابتان، لكن في الصورة الجديدة التي قدمتها النسبية الخاصة والنسبية العامة، كانا سائلين وقابلان للطرق.

على ماذا تستند نظرية النسبية الخاصة؟

تستند النظرية على مفهومين رئيسيين.

أولاً: لا يسمح العالم الطبيعي بأطر مرجعية "مميزة". طالما أن الجسم يتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة (أي بدون تسارع)، فإن قوانين الفيزياء هي نفسها للجميع. إنه يشبه إلى حد ما عندما تنظر من نافذة قطار وترى قطارًا مجاورًا يبدو وكأنه يتحرك، لكن هل يتحرك، أم أنك أنت؟ يمكن أن يكون من الصعب معرفة ذلك. أدرك أينشتاين أنه إذا كانت الحركة موحدة تمامًا، فمن المستحيل حرفياً معرفة ذلك وحدد هذا على أنه مبدأ مركزي للفيزياء.

ثانيًا: ينتقل الضوء بسرعة غير متغيرة تبلغ 186000 ميل في الثانية. بغض النظر عن مدى سرعة تحرك المراقب أو مدى سرعة تحرك الجسم الباعث للضوء، فإن قياس سرعة الضوء يؤدي دائمًا إلى نفس النتيجة.

بدءًا من هذين الافتراضين، أظهر أينشتاين أن المكان والزمان متشابكان بطرق لم يدركها العلماء من قبل. من خلال سلسلة من التجارب الفكرية، أظهر أينشتاين أن عواقب النسبية الخاصة غالبًا ما تكون غير متوقعة، بل ومذهلة.

إذا كنت تقوم بالتكبير في صاروخ ومررت صديقًا في صاروخ مماثل ولكنه أبطأ الحركة، على سبيل المثال، ستلاحظ أن ساعة صديقك تدق ببطء أكثر من ساعتك (يطلق الفيزيائيون على هذا "تمدد الوقت").

علاوة على ذلك، سيظهر صاروخ صديقك أقصر من صاروخك. إذا تسارعت سرعة صاروخك، فسوف تزداد كتلتك وكتلة الصاروخ. كلما ذهبت بشكل أسرع، أصبحت الأشياء أثقل وزادت مقاومة صاروخك لجهودك لجعله يعمل بشكل أسرع. أظهر أينشتاين أنه لا يوجد شيء له كتلة يمكن أن يصل إلى سرعة الضوء.

من النتائج الأخرى للنسبية الخاصة أن المادة والطاقة قابلة للتبادل عبر المعادلة الشهيرة E = mc² (حيث تعني E الطاقة، وm للكتلة، وc² سرعة الضوء مضروبًا في حد ذاته). نظرًا لأن سرعة الضوء كبيرة جدًا، فحتى كمية صغيرة من الكتلة يمكن تحويلها إلى كمية كبيرة جدًا من الطاقة. هذا هو السبب في أن القنابل الذرية والهيدروجينية قوية للغاية.

اختبارات النسبية الخاصة والعامة:

على مدى القرن الماضي، أكدت العديد من التجارب صحة كل من النسبية الخاصة والعامة. في أول اختبار رئيسي للنسبية العامة، قام علماء الفلك في عام 1919 بقياس انحراف الضوء عن النجوم البعيدة أثناء مرور ضوء النجوم من شمسنا، مما يثبت أن الجاذبية، في الواقع، تشوه الفضاء أو تقوسه.

في عام 1971، اختبر العلماء كلا الجزأين من نظرية أينشتاين عن طريق وضع ساعات ذرية متزامنة بدقة في الطائرات وتحليقها حول العالم. أظهر فحص للساعات بعد هبوط الطائرات أن الساعات على متن الطائرات كانت تعمل بشكل أبطأ قليلاً من الساعات الموجودة على الأرض (أقل من جزء من المليون من الثانية). نتج التباين عن سرعة الطائرات (تأثير نسبي خاص) وبُعدها الأكبر عن مركز مجال جاذبية الأرض (تأثير النسبية العامة).

في عام 2016، كان اكتشاف موجات الجاذبية -تموجات دقيقة في نسيج الزمكان -تأكيدًا آخر للنسبية العامة.

نظرية النسبية في الممارسة:

بينما تبدو الأفكار الكامنة وراء النسبية مقصورة على فئة معينة، كان للنظرية تأثير كبير على العالم الحديث.

محطات الطاقة النووية والأسلحة النووية، على سبيل المثال، ستكون مستحيلة بدون معرفة أن المادة يمكن تحويلها إلى طاقة. وتحتاج شبكة الأقمار الصناعية الخاصة بنا GPS (نظام تحديد المواقع العالمي) إلى مراعاة التأثيرات الدقيقة لكل من النسبية الخاصة والعامة؛ إذا لم يفعلوا ذلك، فإنهم سيعطون نتائج كانت بعيدة عدة أميال.