CALM/arwiki huggingface dataset:
وسنة (1921) بذل عالم الاقتصاد «جون ماينار كينز» (1883 - 1946) أول محاولة لإعادة احياء مفهوم الاحتمال القديم في كتابه «مقال في الاحتمال» ((337))، وتلاه الجغرافي والفلكي الإنجليزي «هارولد جفريز»(1891 - 1989) عام (1939 م) في كتابه «نظرية الاحتمال» في رفضه لمفهوم الاحتمال الإحصائي، وإلى جانبهم الشاب «فرانك رامزي» (1903 - 1930) متصديا لمحاولات «هيوم» في هدم التجريبية والاستقراء. وقد شكل هؤلاء حركة عرفت باسم «البيزية» نسبة إلى العالم متقدم الذكر «توماس بايز». وكان «رامزي» شديد النقد ل«رسل» و«وايتهيد» في كتابهما «اصول الرياضيات»، وقد جمعت مقالاته بعد وفاته ونشرت عام(1931) تحت عنوان «اسس الرياضيات وبحوث منطقية أخرى».
وكان للعالم السوفييتي «أندريه كولموغوروف» (1903 - 1987) عام 1933 دور بارز في تحديد أنظمة العد التي تعتمد عليها نظرية الاحتمال، إضافة إلى تحديده شروطا يجب أن يحققها الاحتمال، فتحدث عن «الفضاء العيني» و«الاحداث».. وقد عد عمل «كولموغوروف» مساهمة هامة في تطور نظرية الاحتمال.
وفي العام التالي، أي (1934 م)، يطلع علينا فيلسوف العلم النمساوي - الإنجليزي «كارل پوپر» (1902 - 1994) بكتابه «منطق البحث» أو «منطق الكشف العلمي» - كما اسماه في طبعته الإنجليزية - ،والذي لم ير فيه ان الاستقراء دليل مفيد لليقين، بل اعتقد أن الصعوبات المتعددة للمنطق الاستقرائي لا يمكن تخطيها.وكان «پوپر» شديد التحامل على الاستقراء حتى لا تكاد تخلو مقالة أو محاضرة له من هجوم على الاستقراء الذي كان يعده خرافة.
وفي العام (1935)، ينشر «هانز رايشنباخ» المتقدم الذكر كتابه «نظرية الاحتمالات»، والذي يبحث فيه حول الاستقراء.
وفي هذه الفترة توالت أعمال مجموعة من العلماء عملوا على التاسيس لبدهيات ((338)) الاحتمال، وكان منهم «فردريك وايزمان» سنة (1931)، «ستيفان مازركيوز» عام (1932)، «جنينا هوزياسون» (1940) و(1941)، «كوپمان» (1940)، «رايت» (1941).
وفي عام (1941) انصرف الفيلسوف الألماني «رودولف كارناپ» (1891 - 1970) إلى دراسة الاستقراء ومشكلاته.
وفي هذه الفترة تمكن الفيلسوف الإنجليزي «تشارلي دنبر برود» (188ؤرلاىة وزلاتنوم7 - 1971) من التاسيس لبدهيتي «الاتصال» و«الانفصال» واللتين نقلهما عنه «رسل» في كتابه الاتي.
وفي سنة (1945)، طلع «كارناپ» بمقالة له تحت عنوان «في المنطق الاستقرائي» نشرها في مجلة «فلسفة العلم»، وأخرى عام (1947) تحت عنوان «في تطبيق المنطق الاستقرائي».
وفي عام (1948 م)، يعود «برتراند راسل » إلى الساحة مع كتابه «المعرفة الإنسانية.. مداها وحدودها» والذي خصص حوالي (80) صفحة منه للبحث حول نظرية الاحتمال. وقد لعب هذا الكتاب دورا بارزا في نقل أفكار القارة الغربية إلى الشرقية كما ياتي ان شاء الله.
وفي العام نفسه قدم الفرنسي «پوي سيرفيان» ثلاثة أعمال له حول الاحتمال: «الاحتمالات والفيزياء»، «الاحتمال والكمات» و«الصدفة والرياضيات» (مقال).
ثم اعقبهما «وليم نيل» بعمله «الاحتمال والاستقراء» عام (1949).
وعام (1950) ظهرت إحدى اعمق الدراسات حول الاحتمال والاستقراء، وذلك في كتاب «كارناپ» «الاسس المنطقية للاحتمال» الذي تناول فيه المسالة بعمق وتخصص، بعد أن كان «كارناپ» - كما ذكرنا سابقا - قد انصرف إلى مشاكل الاحتمال والاستقراء منذ (1941).
وبعد ذلك بعام (1951) نشر «كارناپ» «الطبيعة وتطبيق المنطق الاستقرائي». وفي العام نفسه نشر الدكتور المصري زكي نجيب محمود (1905 - 1993) كتابه المعروف «المنطق الوضعي» الذي تعرض في الفصل الأخير منه إلى حساب الاحتمالات، ذاكرا بعض ما عند القوم من نظريات، لكن دون أن ياتي بجديد في المضمار.
وفي عام (1952) اردف «ردولف كارناپ» كتابه السابق ب«سلسلة المناهج الاستقرائية». كما وبحث الفيلسوف الإنجليزي المعاصر «پيتر فريديريك ستراوسون» (1919 -..) مشكلة الاستقراء، محاولا الغاءها في فصل من كتابه «مقدمة نحو النظرية المنطقية».
ولم يكتف «كارناپ» بذلك، فاضاف عام (1955) إلى جهوده جهدا آخر في «الاحتمال الإحصائي والاحتمال الاستقرائي».
وعام (1957 م) كتب «سلمون» مؤلفه أي «هل علينا محاولة تبرير الاستقراء؟».
وعام (1965 م) كتب «هاكينغ» مؤلفه «اثبات سلمون للاستقراء»، ثم ناقش «ليفي» «سلمون» و«هاكينغ» معا في «هاكينغ وسلمون حول الاستقراء».
وفي عام(1966) كتب«سكايرمس» مقدمة حول مشكلة «التدليل»، وجمع «فوستر» و«مارتن» معظم المقالات في هذا المجال في كتابهما «Probability, Confirmation and Simplicity».
وفي العام نفسه كتب د. محمود زيدان - الذي صدرت عنه عام (1978 م) الترجمة الموجزة لكتاب «الاسس المنطقية للاستقراء» إلى اللغة الإنجليزية - كتابه «الاستقراء والمنهج العلمي».
وعام (1967 م)، ناقش «اسحاق ليفي» قواعد القبول الاستقرائية في كتابه «المقامرة مع الحقيقة».
وفي عام (1972م) كتب محمد باقر الصدر كتابه (الأسس المنطقية للاستقراء)والذي طور فيه نظرية الاستقراء وذكر نظريته الجديدة التي أطلق عليها اسم (المذهب الذاتي).
تاريخ الهندسة المعمارية تُشير إلى اثار تغيرات العمارة في مختلف البلدان والعصور.
عبر التاريخ تتكون حضارات وأمم تسعى لايجاد هوية وطابع مميز لها وإن لم تكن تسعى لهذا فإنه يصل إلينا عبر الزمن ما نطلق عليه التراث الحضاري لهذه الأمم، فنستطيع عن طريق ما وصلنا من مختلف الحضارات المقارنة بينهم واستخلاص الطابع المميز لهم ويستفاد بهذه الدراسات في أوجه كثيرة من الحياة.
و من الدراسات التي تفيدنا، دراسة الطابع المعماري لفترات التاريخ المختلفة منذ بدء الخليقة وحتى الآن وربط التغير الحادث بالأحداث المعاصرة لهذه الفترة ومنها الأحداث السياسية المتعلقة بالإنسان.
و من العوامل المؤثرة في العمارة والتي لا دخل للأنسان بها العوامل الطبيعية مثل المناخ والجغرافيا والاراضة (الجيولوجيا) للمكان، وتأتي بعد ذلك العوامل البشرية مثل الحالة الاقتصادية والاجتماعية والسياسية للبلد. فنجد أنه بالضرورة يتغير الطابع المعماري للبلد بتغير أيا من العوامل السابقة.
تاريخ العمارة كشكل من أشكال دراسة التاريخ عرضة لكثير من الاحتمالات والمحددات التي تحده كمنهج للدراسة والمقارنة ولذلك فقد نشأت وجهات نظر كثيرة لدراسة العمارة عبر تاريخها، ومعظم الدراسات التي أجريت والناهج التي تطبق، غربية المنشأ.
تم فهم ودراسة العمارة مثلا في القرن التاسع العشر من الوجهة الشكلية بالتأكيد على الخصائص الشكلية والمواد المستخدمة بالإضافة إلى الإسلوب المتبع في البناء. شهدت هذه الفترة أيضا بدء وجود المعماري بذاتيته بدلا من فرض الشكل عليه وانطلاقه نحو حركة فنية جديدة. ولذلك نجد أن التاريخ المعماري يعتبر جزأ من تاريخ الفن، يهتم بدراسة التطور التاريخي الخاص بتصميم المباني وتخطيط المدن.
نشأت العمارة مع بدء البشرية عندما اقتضت الحاجة ليحمي نفسه من الأخطار التي كانت المحيطة بها فبنى له المسكن أو استخدم الموجود أمامه لسكنه واستعماله كمأوى، فبدأ الصيادون الأوائل إلى سكن الكهوف الطبيعية والمغارات الصخرية التي كان يعيش فيها الحيوانات مع سد فتحاتها بقطع كبيرة من الأحجار طالبين الدفء والأمان. أما المزارعين فقد احتموا بالأشجار التي أوصلته إلي فكره تجميعها بعد قطعها وتحويلها إلى أكواخ ومساكن قابلة للاحتماء بها، ورعاة الأغنام لجؤوا إلى إقامة الخيام من جلود الأغنام بعد شدها إلى قوائم خشبية وإتخاذها مأوى لهم.
و بعد ذلك تطورت هذه الأشكال من العمارة إلى أشكال أكثر ملائمة للبيئة وتطويعها لخدمة الإنسان، ولعبت في هذا التطور الدور الأكبر، العقائد الدينية والعبادات في كل الحضارات القديمة نتيجة ارتباط الإنسان القديم بعبادة الأوثان والألهة وتطلب ذلك منهم إنشاء المعابد والأبنية لعبادتهم وتجميل واجهاتها بأشكال فنية كما نرى هذا في العصر الحجري الحديث. ونرى في هذه العاطفة الدينية والغموض الكوني المحيط بالإنسان الدافع الرئيسي لبداية الإنسان للفن التشكيلي وتشييد المباني الحجرية للعبادة، ويمكن القول بان التكوينات الحجرية للعبادة تعتبر الأشكال الأولى للعمارة المنظمة التي تأخذ طابعا أو على الأقل ترتبط بفكرة معينة، ان عمارة ماقبل التاريخ لاتعدوا كونها سوى عمارة ساذجة وبكر تمهد للتطور العمارة في العصور اللاحقة لتنتقل من عمارة المستوطنات إلى عمارة المدن الكبيرة، وتأخذ عدة أشكال فمنها المكون فقط من قوائم حجرية ضخمة ذات أوضاع مختلفة فتكون قوائم بنفسها أو تحمل أعتابا من الحجر ولايزال بعضها قائما حتى يومنا هذا والبعض تهدم بالطبع بفعل الزمن ولهذه التكوينات أسماء معينة أطلقت عليها مثل: المانهير Menhirs والدولمن Dolmens والجروملش Gromlechs.
معناها كتلة حجرية واحدة، وهي عبارة عن أعمدة حجرية على شكل مسلة غير منتظمة من كتلة واحدة قائمة بذاتها، ومن أمثلتها في بريطانيا يبلغ ارتفاعها 11 متر
عمارة العصر الحجري الحديث.
بدأت الحضارة في العصر الحجري في الجنوب الشرقي لقارّة لأسيا في سنة 10,000 قبل الميلاد ومنها انتشرت إلى الشرق والغرب .
الفترة المبكرة لهذه الحضارة كانت في جنوب شرق منطقة الأنضول في بلاد ما بين النهرين «سوريا والعراق حالياً» سنة 8000 قبل الميلاد، وعثر على بعض الأثار في جنوب شرق أوروبا تعود لسنة 7000 قبل الميلاد، وفي وسط أوروبا سنة 5500 قبل الميلاد .
المحطة الحرارية هي محطة توليد طاقة كهربائية تعمل باندفاع البخار، فالمحطة الحرارية تعمل على تسخين المياه وتحويله إلى بخار مضغوط. ويُوجَّهُ ذلك البخار في ضغط عالي إلى تدوير توربين بخاري ويكون ذلك التوربين موصولًا بمولد كهربي، أو تقوم بأي شغل ميكانيكي آخر كتحريكِ السفنِ مثلًا. بعد أن يخرج البخار من التوربين يتم تكثيفه في مكثف حراري ويعاد تدويره مرة أخرى إلى الغلاية البخارية لتسخينه من جديد، وتسمى هذه الدورة بدورة رانكن.
تُستغلُّ الحرارة لتوليد طاقة حركية بواسطةِ آلةٍ تدور، وتتصل تلك الآلة بمولد كهربائي، فهذه العملية هي عملية تحويل للطاقة .
معظم المحطات الحرارية هي محطات بخارية لإنتاج الطاقة الكهربائية. ولكن توجد أيضًا أشكال أخرى للآلات البخارية المختلفة عن التوربين البخاري مثل الآلة البخارية القديمة، أو آلاتٍ لا تحتاجُ إلى الماء أو البخار مثل محرك الديزل أو المحرك الغازي أو محطات توليد غازية. العامل المشترك في المحطات الحرارية المختلفة هي الدورات الترموديناميكية لمادة التشغيل والتي تكون مغلقة في المحطات الحرارية البخارية، ومفتوحة في محطات التوليد الغازية.
تنتج المحطات الحرارية في معظم بلاد العالم الطاقة الكهربائية بنسب بين 60% - 100% (ماعدا النرويج و سويسرا و النمسا فهي دول تعتمد على السدود المائية لتوليد الكهرباء) . ويعود السبب في ذلك هو وجود الوقود بكميات كبيرة مثل الفحم الحجري و البترول و الغاز الطبيعي واستغلال تلك الموارد لفترة طويلة . وتكتسب طرق أخرى لتوليد الطاقة أهمية متزايدة بسبب محدودية الوقود الأحفوري ، ولتلافي مشاكل الانحباس الحراري.
مبدأ عمل المحطة الحرارية كالآتي:
ثم تعاد الخطوة الأولى، وتكون العملية عملية دورية. وخلالها يضيع جزء كبير من الحرارة في الهواء، أو أحيانًا يستغل بواسطة توليد مشترك
حيث يستفاد من بقية الحرارة.
مصــدر الحرارة.
تُنتِج معظم المحطات الحرارية الحرارة بنفسها عن طريق حرق الوقود أو عن طريق استغلال الحرارة الناتجة من تفاعل نووي في محطة نووية. كما يمكن استغلال مصادر طبيعية مثل الأشعة الشمسية أو طاقة حرارية أرضية.
في المثال المجاور هنا الذي يعمل بالطاقة الشمسية تركز مرايا كثيرة حول البرج أشعة الشمس على قمة البرج، ويوجد في أعلى البرج خزان فَيَسخَنُ الماءَ فيه ويتحول إلى بخار.
كفاءتها.
يعتمد عمل المحطة الحرارية على دورة كارنو الترموديناميكية التي تحدد كمية الكهرباء الناتجة، وطبقًا لذلك فتعاني الدورة من فقد في الحرارة كبير لا يتحول إلى كهرباء. يرجع ذلك إلى قوانين طبيعية تتحكم في العملية، ونفهمها عن طريق دراسة علم الترموديناميكا.
تبلغ درجة حرارة البخار حاليًا نحو 600 درجة مئوية. وطبقًا للكفاءة الحرارية التي نحصل عليها من دورة كارنو فهي تبلغ (600 - 40)/(600 + 273) = 64 % .
الكفاءة الحرارية = T1 - T2)/ T1 )
وتنطبق تلك المعادلة بوضع درجة الحرارة بالكلفن وليس بالدرجة المئوية .
بناء على ذلك يكون:
والنتيجة هي :
الكفاءة = 560 / 873 = 64%
أي أن نحو 36% من الطاقة الحرارية يضيع في الجو في تلك الحالة ولا يمكن تحويله إلى طاقة كهربائية . ويمكن استغلال الطاقة الحرارية عن طريق توليد مشترك ينتج الكهرباء وفي نفس الوقت يستغل الماء الساخن الخارج من العملية ويضخها في شبكة أنابيب لتوزيع الماء الساخن في درجة حرارة نحو 70 درجة مئوية لتدفئة البيوت وامداد البيوت بالماء الساخن. بهذا يمكن رفع كفاءة المحطة إلى نحو 70 إلى 80 %.
تَستخدمُ كثيرًا من المحطات الحرارية ماءَ نهرٍ بجوارها للتبريد. فهذا يوفر بناءَ برج تبريدٍ لتبريد البخارِ الخارجِ من التوربينات. إلا أن ماءَ النهرِ يسخن وتضع الجهات المسؤولة حدودًا لدرجة حرارة النهر، بحيث لا تتأثر البيئة. وقد يؤدي ارتفاع درجة حرارة الماء في النهر صيفًا إلى توقيف المحطة. كما توجد طريقة باستخدام برج تبريد لخفض تسخين مياه النهر. بعض المحطات تعمل بطريقة توليد مشترك لإنتاج المياه الساخنة وضخها في شبكة توزيع على البيوت المجاورة أو تستغل في تدفئة الدفيئات الزجاجية الزراعية.
نموذج محطة حرارية تعمل بالفحم.
مثل تلك المحطة تنتج طاقة كهربائية بقدرة 200 ميجا واط .
من حيث المبدأ يتكون مفاعل نووي لانتاج الطاقة من نفس تلك الأجزاء، ماعدا الغلاية فهي تكون غلاية ذاتَ جدارٍ من الفولاذ السميك تحوي الماء وقضبان اليورانيوم التي يتم فيها تفاعل الإنشطار النووي. تنتج من الانشطار النووي حرارة تقوم بتسخين الماء في الغلاية، فينتج البخار الذي يقوم في المحطة بإنتاج الكهرباء.
المفاعل النووي لإنتاج الكهرباء.
مكونات المحطة الحرارية هي نفسها مكونات المفاعل النووي الذي ينتج الكهرباء، ماعدا الغلاية. تستبدل الغلاية في المحطة الحرارية بغلاية كبيرة سميكة الجدران من الفولاذ.
في المفاعل النووي يوجد في الغلاية ماء وقضبان من اليورانيوم (نحو 100 طن من اليورانيوم تكفي لإنتاج قدرة 1200 ميجاواط طاقة كهربائية لفترة 3 سنوات). يقوم التفاعل النووي لليورانيوم بإنتاج الحرارة اللازمة لتسخين الماء، وينتج البخار الذي يقوم بدوره بتدوير توربين بخاري و يدير التوربين البخاري مولد كهربائي فتُنتَجُ الكهرباء وتُوزَّعُ في الشبكة. تُستبدلُ من قضبان اليورانيوم المخصب الثلث كل سنة ويوضع قضبان من اليورانيوم الجديدة بدلًا من 1/3 القضبان المستهلكة.
لعدم تلوث الماء في الدورة التي تنتج البخار بالإشعاع، تصمم دورة تسخين الماء في المفاعل النووي بدورتين: الدورة الابتدائية مغلقة لا يخرج منها الماء الملوث بالإشعاع ويبقى فيها، وفيها توجد قضبان اليورانيوم، ودورة ثانوية للماء تنتج البخار ولا تلامس قضبان اليورانيوم، وتتصل الدورتين في الوسط بمبادل حراري. يقوم المبدل الحراري بنقل حرارة الماء من الدورة الابتدائية إلى الدورة الثانوية من دون اختلاط لماء الدورتين.
تجربة ميكلسون ومورلي هي واحدة من أهم التجارب في حقل الفيزياء قام بها ألبرت مايكلسون وإدوارد مورلي، وتعتبر من أولى الأدلة القوية المعارضة لنظرية الأثير.
في عام 1886 بدأ ميكلسون ومورلي بتجاربه عن انتشار الضوء وسرعته في الفضاء. وكان يعتقد أنه يستطيع تعيين هذه السرعة عن طريق تعيين سرعة الأرض في الأثير أثناء دورانها حول الشمس. وكان اعتقاد العلماء أن "'الأثير" هو الوسط الذي يملأ الفراغ، أي موجود في كل مكان، مثل الهواء الذي يحيط بنا، بخلاف أن الأثير يجب أن يوجد في كل الكون ليبرر حركة الضوء في الفضاء.
وكانت نظرية ماكسويل الكهرومغناطيسية قد أثبت أن الضوء ينتشر في الفراغ على صورة موجات؛ فهي إذن تحتاج إلى وسط يحملها، افترض أنه الأثير الحامل للضوء. وكان المثل في ذلك هو مثال الصوت الذي يحتاج إلى مادة مثل الهواء أو الماء للانتشار فيه.
فكر ميكلسون بأن يثبت وجود الأثير بمقارنة سرعة الضوء المتحرك في اتجاه حركة الأرض بسرعته في اتجاه متعامد مع حركة الأرض. وعندئذ لن يبرهن الفرق بين السرعتين فحسب، بل إنه سيحدد فعليًّا سرعة الأرض في مدارها حول الشمس، باعتبار أن الأثير هو الإطار المرجعي المطلق في الكون - أي يشكل حالة السكون المطلقة.
وقد بنيت هذه التجربة على أساس نظري هو أنه إذا وجد الأثير فإن حركة الأرض فيه تولد تيارًا أثيريًّا معاكسًا لسرعة الأرض مثلما تولد المركبة تيارًا هوائيًّا يجري معاكسًا لحركتها؛ فحين تقاس سرعة الضوء على الأرض فإن تأثرها بتيار الأثير يتوقف على حركة الضوء هل هي موازية لحركة الأرض أو معاكسة أم هي متعامدة مع التيار.
تشبه هذه التجربة بسباحين اثنين يسبحان في نهر واحد؛ وفي حين يسبح أحدهما مع النهر ذهابًا وإيابًا، فإن الآخر يبدأ من نفس النقطة الأولى ويسبح في عرض النهر ذهابًا وإيابًا ويقطع نفس المسافة التي يقطعها الأول يقطعها هو وفي نفس الوقت ويتضح من قانون جمع السرعات انه لا يمكن أن يعود السابحان في نفس الوقت لان السابح العرضي يصل أولاً؛ وهذا هو الأمر بالنسبة للضوء أيضًا.
تم إعداد جهاز يقوم على فصل شعاع ضوئي قادم من مصدر واحد، وتوجيهه في اتجاهين متعامدين على أن يكون أحدهما موازياً لمحور دوران الأرض حول الشمس والآخر متعامداً معه. وبهذا الشكل فإن أحد الشعاعين سيستفيد بقدر ما من حركة الأرض فيصير أسرع، أما الثاني فهو متعامد مع حركة الأرض وبالتالي يفترض أن سرعته لن تتغير. بعد ذلك سيعاد دمج الشعاعين مع بعض ويتم إسقاطهما على سطح مقابل، فإذا ما حصل أي تغيير في سرعة أي من الشعاعين فسيؤثر ذلك على شكل الارتسام الخاص بهما على السطح المقابل، ورغم حساسية هذا الجهاز العالية جدا إلا أنه لم يسجل أي فرق بين سرعتي الشعاعين.
كانت هذه خيبة أمل لهما إذ بدا وكأن التجربة فشلت أو ضمت خللاً ما، وأهمل ميكلسون هذه التجربة. لكن ويبدو أنه بعد التحقق من سلامة بناء الجهاز ومعاودة التجربة عدة مرات على يد مختلف العلماء، خرجوا بنتيجة مفادها، بأن سرعة الضوء ثابتة بغض النظر عن سرعة المنبع أو أي سرعة مضافة، ولا علاقة لها بسرعة المراقب، فهي ثابتة في كل الأحوال.
قام الفيزيائي هندريك أنتون لورنتس بإجراء محاولة لتفسير هذه النتيجة أو اللا نتيجة ضمن إطار الفيزياء التقليدية. وقدم تحليلا رائعا جدا ولكنه معقد (وليس صحيحاً)، وأهم ما في تحاليله هو أن الإلكترون الكروي يتفلطح عندما يتحرك نوعا ما في اتجاه حركته بسبب خواص حركته الكهربائية وأنه كلما أسرع كلما زاد تفلطحه. فكر لورتنز بأن المادة لكونها مؤلفه من إلكترونات تتفلطح إلى حد ما على طول حط حركتها. استخدم هذا التفسير في تفسير تجربة ميكلسون ومورلي وأعلن أن الضوء الموازي لحركة الأرض نحو المرآة ذهابا وغيابا يتقلص في خط حركته بقدر يساوي بالتحديد الكمية الصحيحة اللازمة لإبطال التأخير الناتج عن تيار الأثير، ويعرف هذا الأثر باسم فتزجيرالد- لورنتز في التقلص ولم ُتأخذ هذه الفرضية مأخذ الجد وبقيت كذلك إلى أن فسرها ألبرت أينشتاين عندما أعلن عن ظهور النسبية الخاصة.
التجربـــة.
كانت فكرة ميكلسون ومورلي هو قياس السرعة النسبية لحركة الأرض حول الشمس بالنسبة إلى أثير ساكن. ومثل الطائرة التي تتحرك في الهواء، فكان من المفترض ملاحظة ريح أثيرية مقابلة، حيث أن الأرض تسبح في فلك حول الشمس بسرعة "v" = 30 km/s = 3·104 m/s (وهي سرعة لا تزال صغيرة بالمقارنة بسرعة الضوء التي تبلغ c=3·108 m/s).
وكان تخيل الفيزياء الكلاسيكية أن تأثير الأثير سيكون مماثلا لتأثير تيار الماء في نهر يسبح فيه سباح بسرعة ثابتة "c" بين نقطتين، أولا مع التيار ثم راجعًا ضد التيار.
فإذا كان اتجاه السباح مع التيار فإن سرعته ستزيد بمقدار سرعة سريان الماء "v" أولا، ثم تقل بنفس المقدار في الاتجاه المضاد. ويكون زمن الذهاب والإياب لقطع مسافة "L" :
ومع اعتبار أن النسبة formula_2 ستكون صغيرة جدا (نحو formula_3) ، حيث "v" سرعة الأرض و "c" سرعة الضوء.
وإذا كان اتجاه السباح عموديا على اتجاه تيار الماء لقطع مسافة مماثلة، فلا بد من معادلة اتجاهه قليلا (بزاوية صغيرة) للعودة إلى هدفه. فيكون زمن قطع المسافة العمودية على تيار الماء formula_4, :
ويكون الزمن الكلي للذهاب والإياب عموديا على التيار أصغر قليلا عن الزمن الكلي للذهاب والإياب مع وضد التيار.
وهكذا كان من المفترض أن يكون تصرف الضوء (الذي يتحرك بالسرعة "c") ، أن يذهب ويعود في زمن أقصر في الاتجاه العمودي على "ريح الأثير" بمقارنته بزمن الذهاب والإياب مع ريح الأثير وضده.
ويكون الفرق الزمني بين الشعاعين :
أكبر كلما زادت المسافة"L". فإذا اختيرت L" == 1 " متر فيكون الفرق الزمني بالتعويض عن سرعة v الأرض في الأثير
formula_7 ثانية بالمقارنة بزمن الذهاب والإياب للضوء المرئي البالغ
formula_8 ثانية. ويبلغ هذا الفرق
formula_9 نحو 3 % ، وهو فرق زمني يمكن لجهاز ماكسويل ومورلي الدقيق قياسه بسهولة.
واستخدم ميكلسون ومورلي في تجربتهما عام 1887 ضوءا ذو طول موجة محددة، انعكس جزء منه على مرآة نصف عاكسة واستمر الجزء الأخر في مساره، ثم انعكسا ليدخلان المقياس الحساس. يتداخل الشعاعين في المقياس ويظهران في شكل خطوط تداخل، وهي حساسة لأي تغير في المسار الضوئي لهما. وكان من المتوقع أن مساري الشعاعين في الأثير سوف يختلف ويختلف تداخلهما عند تدوير الجهاز.
فعند إدارة التجربة بزاوية 90 درجة تتبادل قيم المعادت للزمنين formula_10 وformula_11,
ونحصل على فرق الزمن :
أي يكون فرق الزمن المقاس في التجربة formula_13.وهذا يعادل فرقا في طول المسافة قدره:
باعتبار أن المسافة L" == 11 " متر في تجربة عام 1887. وتعادل الإزاحة في خطوط التداخل عند استخدام ضوء ذو طول موجة formula_15
ازاحة قدرها :
ولكن نتائج التجربة مع معاودة إجرائها مرات عديدة عام 1887 وجددت فرقا لا يزيد عن 02 و0. ونظرا لصغر تلك القيمة بالنسبة للقيمة المتوقعة فقد اعتبر أن النتيجة كانت سلبية، وأنه لا وجود لما يسمى أثير.
أعيدت تجربة ميكلسون ومورلي عدة مرات باستخدام دقة أكبر، أتى معظمها بنتيجة مقاربة للصفر (منها تجارب نينيدي، وتجارب إلينجورث، وتجارب يوس).
وتجربة هامار عام 1935
. مع ملاحظة أن تجربة ميكلسون ومورلي اعتبرت سرعة الأرض حول الشمس 30
كيلومتر في الثانية فقط وهي أصغر كثيرا من سرعة المجموعة الشمسية حول مركز المجرة التي تبلغ 220 كيلومتر في الثانية.
تقلص الأطوال للورنتز.
مثلما بيّنا أعلاه أنه بافتراض وجو أثير يكون زمن ذهاب الضوء وعودته في اتجاه الحركة أطول من زمن الذهاب والعودة في الاتجاه العمودي. ولكي نجعل الزمنين متساويان - بغرض انقاذ افتراض وجود أثير - قدم جورج فيتزجيرالد " عام 1889 وهندريك لورنتز فكرة تقلص المسافة في اتجاه الحركة.
أي أنهما افترضا أن افة التجربة في اتجاه الحركة بالنسبة للأثير تقصر بنسبة
formula_17. فإذا عوضنا في معادلاتنا أعلاه عن formula_18 بالمسافة المقطوعة L وضربناها في هذا المعامل، نحصل على الزمن الآتي:
ويقصر الزمن بالمثل في اتجاه الحركة فيصبح مساويا لزمن الذهاب والإياب في الاتجاه العمودي، وبذلك تكون النتيجة السلبية لتجربة ميكلسون ومورلي قد فسرت.
نظرية لورنتز للأثير.
مقال تفصلي: نظرية لورنتز للأثيرلاقى التفسير الذي قدمه لورنتز نقدا شديدا من العلماء فحاول تعميق افكاره وصياغتها في نظرية.
وتقدم لورنتز (1889 ، 1904) وهنري بوينكاري1905 بتطبيق تحويل لورينتز على الزمن أيضا على أساس أن الزمن المقاس في الأثير هو "زمن مطلق" مثلما في ميكانيكا نيوتن الكلاسيكية في حين عتبار "الزمن نسبي" عند التعامل مع الأنظمة المتحركة، كما لوكان هناك زمن محلي، وهو افتراض ليس له أساس فيزيائي يمكن قياسه. بالتالي يتحايل لكون مطابقا مع مبدأ النسبية وثبات سرعة الضوء ولكن الأثير الذي ينتشر فيه الضوء وهو أساس الفكرة لا يمكن قياسه بأي طريقة. لذلك رفضت تلك النظرية رغم صحة معادلاتها.
قدم ألبرت أينشتاين النظرية النسبية عام 1905 على أساس افتراضين اثنين : أولا، صحة مبدأ النسبية وثبات سرعة الضوء بالنسبة لحركة الجسم الصادر منه الضوء وليس سرعته في الأوساط المختلفة. وفي ذلك قام بتفسير تحويلات لورنتز على أساس أن "المكان" و"الزمن" متشابكان فيما يسمى زمكان وضرب بفكرة الأثير عرض الحائط.
وبعدم وجود أثير، وثبات سرعة الضوء، فبافتراض نظامٍ متحركٍ بسرعة v ويوجد به جهاز ميكلسون ثابتا يكون زمني شعاعي الضوء متساويا. أي أنه إذا كنا نشاهد من إطار مرجع جهاز ميكلسون يتحرك بالسرعة v ونفترض ثبات سرعة الضوء وعدم تغيرها فإن النتيجة السلبية للتجربة يمكن تفسيرها بتقلص لورينتز المحسوب أعلاه. ويعتبر هذا التفسير هو التفسير المتفق عليه الآن.
نسبية التزامن أو نسبية الاقتران الزمني تمثل المبدأ الثاني في النسبية الخاصة الذي يتحدث عن ثبات سرعة الضوء إلى نسبية تزامن حدثين.
هذا يعني أن حدثين متزامنين بالنسبة لمرجع مقارنة (إطار مرجعي) لن يكونا متزامنين بالنسبة لمرجع مقارنة آخر.
ليكن لدينا مسار مستقيم يرتبط به مرجع مقارنة S ومقطورة طويلة يرتبط بها مرجع مقارنة S' والتي تتحرك على المسار المستقيم بحركة منتظمة سرعتها v. وليكن في منتصف المقطورة منبع ضوئي Z وفي كل من طرفي المقطورة مرآة مستوية A، B.
في لحظة معينة يصدر المنبع الضوئي إشارة ضوئية فيلاحظ المراقب الموجود في مرجع المقارنة S' (المقطورة) أن الإشارة الضوئية تسقط على المرآتين بآن واحد لأن الضوء قطع المسافة نفسها في الحالتين وبسرعة c. وبذلك يكون الحدثان بالنسبة له قد وقعا في مكانين مختلفين وبآن واحد.
أما المراقب الموجود في مرجع المقارنة S (المسار) يلاحظ بأن الإشارة الضوئية لا تسقط على المرآتين بآن واحد مع أن سرعة الضوء في مرجع 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 وبزمنين مختلفين..
لنحلل بشكل أدق ما يشاهده مراقب موجود في مرجع المقارنة S المرتبطة بالمسار المستقيم.
ليكن طول المقطورة formula_1 فيكون الزمن formula_2 اللازم لوصول الضوء إلى حائط المقصورة الأمامي معطى بالمعادلة :
formula_4 هي المسافة التي يقطعها الضوء خلال زمن formula_2
formula_6 هو بعد الحائط الأمامي عن المنبع في لحظة إصدار الإشارة
formula_7 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 &lt; t1 وبالتالي فإن سقوط الإشارة الضوئية على كل من الحائط الأمامي والخلفي 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 وبذلك يمكن لحدثين في جملتي مقارنة مختلفتين أن يكونا متزامنين فقط إذا وقعا في مكان واحد بالنسبة لجملتي المقارنة.
تجربة القطار.
لنفرض أن هناك راصدين أحدهما في عربة قطار متحركة بسرعة 185000 ميل في الثانية من اليسار إلى اليمين طولها 186000 ميل ، والأخر في عربة قطار ثابتة وطولها نفس طول الأولى وكلا الراصدين يريد أن يقيس سرعة الضوء في عربته . ونفرض أن عملية القياس تبدأ عندما تتطابق بداية العربتين وأن شعاعا ليزريا آتيا من اليمين إلى اليسار وبدأت عملية القياس فما هي النتيجة التي سوف يجدها كلا من الراصدين ؟
سيجد الراصد الثابت انه عندما دقت ساعتة ثانيه واحدة وصل الضوء من مقدمة العربة إلى مؤخرتها أي ان سرعة الضوء 186.000 ميل في الثانية . وسوف يجد الراصد المتحرك نفس السرعة في عربته . ولو كنت تراقب على الرصيف وأنت لا تعرف سوى قوانين نيوتن سوف يبدو لك أن الراصد المتحرك مخالف للمنطق ولكي نفسر تصرفه هذا سوف نتجه إلى الطرف الأيمن من العربة ونقول انه عندما مرت ثانيه تكون العربة المتحركة متقدمة على الثانية 18500 ميل وانه يتبقى على الإشعاع هذه المسافة كي يقطعها لذلك نرفض تساوي السرعة ولإزالة الشك والغموض عن هذه التجربة نعيدها ولكن على الراصد الثاني 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 (الزمكان) عند الراصد المتحرك ليس هو نفسه المرجع المتحرك عنده ولهذا تتقلص القضبان المتحركة وتبطئ ميقاتيات الحركة النسبية من مرجع لأخر.
نسبية التزامن والسببية.
في الشكل الأيسر :
لنفترض وجود حدثين A وB في نفس الجملة المرجعية وفي نفس المكان ضمن هذه الجملة لكن بفاصل زمني (يشتركان بالموقع المكاني ويختلفان بالإحداثي الزمني) كما نفترض وجود حدثين B وC ضمن جملة مرجعية واحدة بحيث يحدثان آنيا (أي في وقت واحد) لكنهما يقعان في موقعين مختلفين. (يشتركان بالإحداثي الزمني ويختلفان بالإحداثيات المكانية).
في الجملة المرجعية الأولى يمكن لـ A أن يسبق B فعندئذ يكون A سابقا لـ B في كل الجمل المرجعية ومن الممكن للمادة أن تنتقل من A إلى B بحيث نعتبر A سببا وB نتيجة فتكون هناك علاقة سببية بين A وB. في الواقع لا وجود لأي جملة مرجعية تقلب هذا الترتيب السببي.