[لوووولي]

[align=center][/align]
[glow1=6600CC][align=center]تجربة ميكلســــــــــون ومورلــــــــــــــــي[/align][/glow1]
[align=center][/align]


أهلا بكم جميعا ....

الآن سوف نبدأ رحلتنا في تجربة أخرى جميلة جدا من تجارب الفيزياء ... ومع أنها فشلت في تحقيق ما صممت لأجله .. إلى أن لها الفضل الأكبر في أن ترى النسبية العظيمة الشعاع الأول من النور ..

تمهيد ... قبل الإنطلاق:

لن ندخل في تفاصيل التجربة مباشرة .. فلا بد من شرح القليل عن السبب الذي صممت من أجله ...
كلنا سمعنا بما نسميه فرضية الأثير وكلنا نعلم أنها أصبحت جزء من الماضي الفيزيائي الآن .. لكن كيف كان سير الأمور في أثناء تألق هذه النظرية التي حلت الكثير من الإشكاليات وقتها ... دعونا نروي أحداث هذه القصة ذات النهاية المحزنة والسعيدة معا ...

بدأت أحداث قصتنا هذه ... في أثناء الظهور الأول للبراهين التي تدعم محدودية سرعة الضوء " أي أن له سرعة محددة "

ومع هذا الإثبات المهم بدأ علماء الفيزياء بالتفكير في الوسط الذي ينقل موجات الضوء ... !
لم يكن الفراغ ليخطر في بالهم طبعا ... كون أن الضوء ينتقل إلينا من النجوم البعيدة وكانت فكرتهم عن الضوء وقتها تفيد بأنه عبارة عن موجات مشابهة لموجات الصوت ... وهذا يستلزم وجود وسط ما .. لزوم الانتقال

فالصوت لا ينتقل في الفضاء كما نعلم ولكن كيف يصلنا الضوء من الأجرام التي يحتويها هذا الكون الشاسع ...؟!!
سؤال وجيه حقا ....

والجواب كان وجيها كذلك .... فقد فسر العلماء هذه الظاهرة فافتراض وسط ينقل هذه الموجات الضوئية وأطلقوا على هذا المولود الجديد .. اسم الأثير .
وطبعا لابد من تنشأت هذا المولود حسب الأصول ...لذا بدأ العلماء يسبغون عليه صفات تتفق مع نوع العمل الذي وجد من أجله .. فقالوا أنه يملأ الكون كله ، ويتخلل الأجسام المادية الأخرى ، وتسبح فيه الكواكب والنجوم والمجرات وأنه يأخذ صفات صلبة لانتقال الضوء خلاله وصفات سائلة ليمكن الأجرام من السباحة فيه ....... الخ لن نستطيع مجاراة العلماء أبدا مهما فعلنا .

الآن دعونا نوجه منظار رحلتنا إلى الأرض ونرى ما يحدث لها في أثناء سباحتها في هذا البحر الأثيري .
فسباحتها هذه لا بد أنها تولد تيارا أثيريا على جانبيها مثلها مثل باخرة تمخر عباب الماء في محيط واسع قد لا تتمكن من الإحساس بحركة السفينة هذه وأنت عليها فهي ستبدو ساكنة بالنسبة لمن هم فوق ظهرها ، لكن لو أدليت بعصا لتلامس الماء فسترى عند إذ تيارا يجري على جانبيها في الجهة المعاكسة لحركة الباخرة وسرعته كسرعتها.

وهذا ما يحدث لأرضنا تماما ..تمخر عباب الأثير فينشأ تيار يتجه عكس اتجاه سيرها ، وسرعته هي سرعتها نفسها في دورانها حول الشمس أي 18.5 ميلا في الثانية .

فهل هناك إثبات على هذا ؟؟
طبعا لابد من ذلك ..وهذا ما حاولت تجربة ميكلسون ومورلي إثباته ..

انتظر من فضلك ... !

لكن مهلا لا تستعجلوا الأمور فهناك أشياء يجب أن نفهمها قبل خوض غمار هذه التجربة .ووعدا مني أن نتحدث عنها بعد وضع النقاط على الحروف .

الآن سنتحدث عن شيء مسلي .
برأيكم ... لو كان لديكم قارب جميل وأردتم قطع نهر عرضه 1000 متر ذهابا وإيابا بالعرض ... وقطع المسافة ذاتها على طول النهر ذهابا وإيابا مع التيار مرة وعكسه مرة أخرى فأي المسافتين تستهلك وقتا اقل ؟

قد تفكرون أنكم بقطع هذه المسافة بالطول ستكون مع التيار تارة يساندك وعكسه تارة ويعيقك، أما قطع المسافة بالعرض فستكون مجانبا للتيار في الذهاب والإياب ويعيقك دائما ، إذا فمن البداهة أن نفكر أن الحل الأول هو الأجدى لتوفير الوقت .

لكن عذرا ...لا أود أن أخيب أملك، ولكن الحل الثاني هو الحل الصحيح برأي العلماء وحساباتهم الدقيقة ..
ولتوضيح الأمر بشكل أكبر دعونا نفترض التالي ..
لو أردنا حساب الزمن في هذا المثال لنرى الفارق فسنقوم ما يلي :
في البداية ..
[align=center][img][/img][/align]

الآن الزمنين اللذين يستغرقهما القارب في الذهاب والإياب مع التيار وعكسه :
t1:عكس التيار .
t2: مع التيار.

[align=center][img][/img][/align]

الآن نجمع كلا الزمنين لنحصل على الزمن الكلي ...

[align=center][img][/img][/align]

نقوم بعمل توحيد للمقامات فنحصل على :

[align=center][img][/img][/align]

الآن العلاقة
(2d/v1) تعبر عن الزمن الذي يستغرقه القارب في قطع النهر ذهابا وإيابا مع عدم وجود تيار ولإيجاد الزمن المستغرق حقيقة مع تأثير التيار نضربها بالقيمة [img][/img] وتسمى عامل التأخير.

أي أن سرعة جسم يسير في تيار أو ريح ما وكانت له سرعة v ، وكان التيار يساعد الجسم في نص الرحلة ويعيقه في نصفها الآخر تحسب بهذه العلاقة :
[img][/img]

هذا كما قلنا إذا كان القارب أو أي جسم يسير مع التيار أو الريح أو أي شيء آخر معه وضده ..
لكن كيف سيكون عامل التأخير في حالة جسم يسير مجانبة مع تيار ما ؟

هنا نستخدم حساب المثلثات ونحتاج إلى حساب أكثر من الذي أجريناه سابقا لكن خلاصة كل تلك الحسابات تتلخص في ظهور الجذر التربيعي للعامل السابق أي ... [img][/img]-

وهذا الدليل الدامغ يؤكد صحة ما قلنا عن قصر الزمن في قطع المسافة بشكل جانبي ..

ونعود لنقول أن هذا ما ينطبق على الضوء في أثناء عبوره للأثير كذلك وبشكل لا يدعو إلى الشك بتاتا ولماذا الشك والأثير حقيقة لا يشق لها غبار.
هنا ندخل إلى قلب رحلتنا .

فقد قرر عالمان وبكل براءة أن يتحققا من هذا الأثير ليس لشيء أو لشك في صحته ...فقط هكذا من أجل تعزيز وتوطيد هذه الفكرة.. وحصلا على النتيجة أو ... اللانتيجة !!
كيف ذلك ؟ دعونا معا ..

كانت الفكرة في صنع جهاز يسير فيه الضوء مرة مع تيار الأثير ويعود عكسه ، ومرة أخرى يمشي مجانبا له في الذهاب والإياب ، فإن تحقق ذلك فسندرك الفرق بين سرعتي الضوء في الحالتين ، ووقتها نثبت وجود الأثير الذي لا شك في وجوده!
وأحسن طريقة لاكتشاف هذا الفرق هي أن نأتي بشعاعين يختلفان سرعة ونجعلهما يتقابلان في نقطة ونرى النتيجة الحتمية لهذا التقابل وهذا هو أساس الاختبار.

هنا نتحدث عن التجربة التي قام بها عالمان عظيمان هما : ميكلسون و مورلي .

[align=center][/align]
[align=center][/align]
[align=center][/align]

نبدأ ... مستعدون ؟؟

التجربة بها القليل من البلبلة لكن لنركز قليلا لنفهم ..أقرءوا وتمعنوا بالرسم المرفق جيدا ..وستصلون إلى بر السلامة إن شاء الله.
يتكون جهاز التجربة من مائدة كبيرة من الصخر مستوية السطح يتوسطها لوح زجاجي "B" طلي بغشاء رقيق من الفضة نصف الشفاف بحيث إذا ما وقعت أشعة الضوء على اللوح انعكس نصفها وسمح للنصف الآخر بالمرور من خلال اللوح إلى الجهة الأخرى .

[align=center][/align]
[align=center][img][/img][/align]
[align=center]صورة للتجربة الأصلية لميكلسون ومورلي[/align]
[align=center][/align]

يوجد في النقطة "A"مصدر يرسل أشعة الضوء ، وفي النقطة "C" ، ونقطة "D" وضعت مرآتان على أبعاد متساوية تماما من اللوح الزجاجي "B" بحيث إذا ما صدر شعاع من "A" اتجاه اللوح الزجاجي فإنه يعكس نصفه إلى المرآة "D" ويسمح للنصف الآخر بالمرور منه إلى المرآة "C".

أما نصف الشعاع الذي وصل إلى "D" فإنه ينعكس على سطح المرآة ويعود إلى اللوح الزجاجي مرة أخرى فينقسم إلى قسمين ، قسم ينعكس عن "B" ويذهب إلى "A" والقسم الآخر يخترق اللوح الزجاجي "B" ذاهبا إلى عين المشاهد.

وكذلك فقد قلنا أن الشعاع الصادر من "A" ينقسم إلى قسمين على سطح اللوح الزجاجي "B" ، وتحدثنا عن القسم الذي ينعكس من "B" ويذهب إلى "D" . أما القسم الآخر فإنه يمر خلال اللوح الزجاجي "B" ويذهب للمرآة "C" حيث ينعكس عليها ويعود للوح الزجاجي مرة أخرى فينقسم إلى قسمين : قسم يخترق اللوح ويذهب إلى "A" والقسم الآخر ينعكس ذاهبا إلى عين المشاهد وهكذا ..

ملاحظة : ليست معقدة إن تتبعت الكلام مع الرسم التالي..جربوا .

[align=center][/align]

[align=center][img][/img][/align]

أو هذا ......

[align=center][img][/img][/align]

[align=center][/align]

والمقصود من وراء هذا الاختبار أن نكون شعاعين صادرين من مصدر واحد ، كل منهما يقطع الآخر عموديا عليه. ولما كان الجهاز كله قد وضع بحيث تنتقل الريح الأثيرية سائرة من "C" إلى "A" كما هو مبين في الشكل ، كان معنى ذلك أن الأشعة من "A" إلى "C" تذهب عكس الأثير وتعود من "C" إلى "A" مع الأثير ، وأن الشعاع السائر من "D" إلى عين المشاهد سيقطع الريح الأثيرية مجانبة في ذهابه وإيابه .

وبما أن التأخير الذي يحدث في الاتجاه من "C" إلى "A" هو أكبر من التأخير الذي يحدث في الاتجاه "D" إلى عين المشاهد ، فيجب أن يكون هناك اختلاف في سرعة الضوء بين الحالتين ـ كما شرحنا في المثال المتعلق بالنهر لا أظنكم نسيتموه ـ .
وعند تقابل الشعاعين المتعامدين في "B" وتنعكس أقسام منهما على عين المشاهد ، فستظهر للمشاهد ظاهرة معروفة في علم الضوء اسمها التداخل Interference . ونتيجة هذا التداخل كما هو معروف بريقا في جهات وهبوطا في شدة اللمعان يقارب الظلمة في جهات أخرى .

فاصل .. تذكيري:

وكما هو معلوم فالتداخل يحدث لموجات الضوء عند التقاءها .. وهو على ثلاث أنواع تعتمد على تراكب القمم والقيعان مع بعضها ..نذكرها باختصار كتذكير لم نسيها:

الحالة الأولى : عند التقاء قمة موجة ضوء مع قمة موجة أخرى أو قاع موجة مع قاع موجة أخرى ، وهذا النوع يسمى بالتداخل البناء ويزداد به لمعان الضوء في عين المشاهد.

الحالة الثانية : أن لا يحدث انسجام تام بين القمم والقيعان لموجات الضوء وعندها يقل اللمعان ، وتسمى هذه الحالة التداخل الجزئي.

الحالة الثالثة : يحدث فيها تعاكس للموجات حيث تلتقي القمم بالقيعان والعكس كذلك فيتلاشى الأثر الضوئي ، وتسمى هذه الحالة بالتداخل الهدام.

نعود لموضوعنا بعد هذا التذكير السريع لنعرف ما الذي توقع ميكلسون مورلي رؤيته ؟..
الآن قلنا أن شعاعي التجربة سينعكسان على عين المشاهد بسرعتين مختلفتين .. وتوقعا حدوث ظاهرة التداخل.
وعندما نظرا إلى اللوح الزجاجي ... تصوروا الصدمة !!
كان الضوء يسير أمام عينيهما بلمعانه العادي ! ولم يشتد لمعانه ولم تشبه شائبة من الظلمة.
غيرا اتجاه الجهاز ، ثم قاما بإجراء الاختبار في أوقات مختلفة في الليل والنهار وفي الصيف والشتاء وحاولا جهدهما أن يخرجا بنتيجة إيجابية لكن كل الجهود ذهبت أدراج الرياح .
ليس هذا فحسب فقد قام العلماء بإجراء هذه التجربة في بقاع مختلفة من الكرة الأرضية وبأوقات مختلفة كذلك لكن دون طائل فنتيجة الحيود لم تظهر . وذهبت جهود ميكلسون ومورلي والعلماء الآخرين عبثا في تحقيق تلك النتيجة.

وفي النهاية أحب أن انوه أن هذه التجربة لم تكن بلا أدنى فائدة كما هو ظاهر ..بل يمكن أن نقول كما قلنا في البداية أنها كانت فاتحة الخير للنظرية النسبية وتخطينا بها البرزخ الذي يفصلها عن الفيزياء الكلاسيكية .ولكن ما العلاقة ؟؟ الأمر يطول شرحه جدا ويدخل في صميم النسبية وقوانينها ونحن لا نريد الحديث هنا إلا عن هذه التجربة فحسب .. أي أننا فصلنا الباب ولم ندلف إلى الغرفة !!

كلمة أخيرة :

أقول كلمة أخيرة قبل أن انهي وعذرا على الإطالة .. التجارب مهما كانت هي بوابتنا لفهم ما يحيط بنا والذي تعجز حواسنا المتواضعة عن إدراكه .. نحن نسبر الكون ونمتلكه بتجاربنا وأبحاثنا وجهودنا، مهما كانت بسيطة أو لم تثبت صحتها تماما .. وأتذكر هنا مقولة لشكسبير أعجبتني جدا يقول فيها :

" ربما يتحدد مكاني داخل قشرة لجوزه ...لكني أعد نفسي ملكا لمكان بلا حدود "
وبعلمنا وتجاربنا ..نفهم عالمنا اللامحدود ونملكه..

أتمنى في الناهية أن أكون قد وضحت هذه التجربة بشكل مفهوم للجميع .. وشكرا على صبركم في فهمها بطريقة عرضي لها ...

وهذه هدية فوق الموضوع .. وهي عروض جافا متعلقة بالتجربة .. رحلة سعيدة..

http://video.google.com/videoplay?do...arch&plindex=0

http://video.google.com/videoplay?do...arch&plindex=2



تحياتي .
لوووووووووووووووولي