ما هو الأثير في علم الفيزياء

كتابة: ماريان ابونجم آخر تحديث: 07 فبراير 2022 , 07:43

تعريف الأثير بعلم الفيزياء

فيما مضى كان يعتقد أن هناك احتياج إلى وسيط لنقل أي موجة، فعلى سبيل المثال ، يمكن أنقتال الموجة الصوتية في كل الوسائط سواء الصلبة والسائلة والغازية، ولكن لم يتم ايجاد مثل هذه الوسائط لنقل الموجات الضوئية، لذا ، اقترح العالم فكرة افتراضية الوسائط الأثير، وقد تم إعطاء الأثير خصائص متناقضة، من مرونة عالية ولكن كثافة قليلة، كان هذا يعرف بفرضية الأثير، وقد تم عمل الكثير من التجارب لإثبات هذه الفرضية ولكن كلها فشلت، وتم إجراء تجربة Michelson-Morley الشهيرة لمساعدتها ولكنها أبطلت الفرضية تمامًا، فقد أثبتت هذه التجربة أن الموجات الكهرومغناطيسية لا تحتاج أي مادة لتنتشر وتنتقل، عندما طور جيمس كلارك ماكسويل نظريته الكهرومغناطيسية للضوء، قد افترض علماء الفيزياء النيوتونية الأثير على أنه الطريق الذي ينقل الموجات الكهرومغناطيسية، وقد تم اعتبار الأثير غير مرئي، بغير رائحة، وله طبيعة لا تمتزج مع حركات الأجسام في الفضاء، كان الهدف من المفهوم ربط نظرية الموجات الميكانيكية النيوتونية بنظرية مجال ماكسويل.[2]

ما هي موجات الأثير

الأثير وهو الذي يسمى أيضًا الأثير المضيء في علم الفيزياء ، وهو مادة نظرية عامة يقال أن خلال القرن التاسع عشر كانت تعمل كوسيط لنقل الموجات الكهرومغناطيسية وعلى سبيل المثال هو الضوء والأشعة السينية، تمامًا مثل الموجات الصوتية التي تنقل من خلال الوسائط المرنة مثل الهواء، كان من المفروض أن يصبح الأثير بدون وزن ، وشفافًا ، وعديم الاحتكاك ، ولا يمكن اكتشافه كيميائيًا أو فيزيائيًا ، ويدخل حرفيًا كل المادة والفضاء، فقد واجهت النظرية صعوبات كثيرة حيث اضحت طبيعة الضوء وهيكل المادة مفهومة بشكل أحسن، تم إضعافه بشكل كبير (1887) عن طريق تجربة Michelson-Morley ، والتي كونت بالاخص لاكتشاف حركة الأرض عن طريق الأثير والتي وضحت من عدم وجود مثل هذا التأثير.[4]

تأتي الأمواج في صورة نوعين، فيوجد الموجة الطول ية وهي للاضطراب المتذبذب موازيًا لاتجاه الانتشار، والمثال المعروف هو الموجة الصوتية داخل الهواء، وقد يتم تحفيز الحركات المتذبذبة لجزيئات الهواء نحو اتجاه الموجة المتقدمة، كما تتكون الموجات المستعرضة من اضطرابات توجد بزوايا قائمة على نحو الانتشار ، على سبيل المثال ، حين تنتقل الموجة أفقيًا عبر جسم مائي ، يتأرجح سطحها لأعلى ولأسفل.

ما مكان موجات الأثير

الأثير من مصطلحات فيزيائية موجودة ويعد الوسيط لنشر الضوء والموجات الطولية والعرضية الأخرى (الكهرومغناطيسية) في الكون، وهو نسيج كوننا ، ومكون من حبيبات صغيرة تنقل الطاقة على صورة موجات، تم وضع هيكلها وخصائصها في قسم الزمكان، في الحقيقة، لها خاصية كثافة داخل ثوابت الموجة التي تكون في كل معادلات موجات الطاقة، فبدون الأثير ، أو بدون خاصية الكثافة تلك، لن يتوفر امكانية إجراء أي من العمليات الحسابية في تلك النظرية، لذا، يستلزم أن يكون متوفر تفسير لتجربة Michelson-Morley الفارغة إذا كان الأثير متاحاً.

بعد فتة أو سنوات من نشر تجارب ميشيلسون مورلي ، اقترح هندريك لورنتز أن جهاز التجربة فشل في التحقق من انكماش الطول في نحو الحركة، في وقت قادم، تم تسمية عامل تقلص لورنتز باسمه ، وقد ثبت أن المادة تتقلص، ومع هذا، تم تجاهل هذا التفسير داخل تجربة ميكلسون مورلي.

حالياً، يتوفر كتابة محاكاة الكمبيوتر التي تأخذ في الاعتبار انكماش الطول في نحو الحركة واستعمال عامل لورنتز في ذراع واحدة من مقياس التداخل، ودون اعتبار عامل لورنتز ، فإن النتائج هي ما قد سجله ميكلسون ومورلي، الأثير غير موجود مع مراعاة انكماش الطول ، هناك تحول داخل الطور ، مما يدل إلى إمكانية وجود الأثير.[3]

معلومات عن نظرية الأثير

حين تم الكشف في النصف الأول من القرن التاسع عشر عن تشابه بعيد المدى والذي يوجد بين خصائص الضوء وخصائص الموجات المرنة داخل أجسام يمكن التأمل فيها، قد وجد فرضية الأثير دعمًا جديدًا، بينما يبدو بما لا يترك مجالاً للشك أنه يستلزم تفسير الضوء على أنه عملية اهتزازية في منتصف مرن وخامل يملأ الفضاء العام، يبدو أيضًا أنه نتيجة إلزامية لحقيقة أن الضوء قادر على الاستقطاب ، يستلزم أن يكون هذا الوسط ، الأثير ، من طبيعة الجسم الصلب ، لأن الموجات المستعرضة غير متمكنة داخل السائل ، ولكن فقط في المادة الصلبة، وهكذا كان لا بد للفيزيائيين من الوصول إلى نظرية الأثير المضيء “شبه الصلب” ، الذي لا يمكن لأجزائه القيام بأي حركات نسبيًا مع بعضها البعض باستثناء الحركات الصغيرة للتشوه التي تتوافق مع موجات الضوء.

وعلاوة على هذا ، وجدت هذه النظرية التي تعرف أيضًا نظرية الأثير المضيء الثابت، أن دعمًا قويًا في تجربة لها أهمية رئيسية أيضًا في النظرية النسبية الخاصة، أما تجربة Fizeau، والتي كان على الشخص أن يستنتج منها أن الأثير المضيء لا يشارك في حركات الاجسام وظاهرة الانحراف فضلت أيضًا نظرية الأثير شبه الجامد.

منح تطوير نظرية الكهرباء على طول المسار الذي فتحه ماكسويل ولورينتز تطور أفكارنا المرتبطة بالأثير منعطفًا غريبًا وغير متوقع، اما بالنسبة لماكسويل ذاته، لا يزال الأثير يملك بالفعل خصائص ميكانيكية بحتة، على الرغم من كونه أكثر تعقيدًا من الخصائص الميكانيكية للأجسام الصلبة الملموسة، لكن لم يحقق ماكسويل ولا أتباعه نجاح في تطوير نموذج ميكانيكي للأثير قد يمنح تفسيرًا ميكانيكيًا مرضيًا لقوانين ماكسويل للمجال الكهرومغناطيسي، كانت القوانين واضحة وبسيطة ، والتفسيرات الميكانيكية خرقاء ومتناقضة.[1]

تجربة ميشيلسون مورلي والاثير

تجربة ميشيلسون مورلي تعتبر محاولة لاكتشاف سرعة الأرض فيما يتعلق بالأثير المضيء الافتراضي ، وهو الطريق في الفضاء يقال أنه يحمل موجات الضوء، عرض لأول مرة في ألمانيا عام 1880 و1881 من خلال الفيزيائي أ. Michelson ، وقد تم تحسين الاختبار لاحقًا في عام 1887 من خلال Michelson و Edward W. Morley في الولايات المتحدة.

اعتمد الإجراء على مقياس تداخل Michelson ، وهو جهاز بصري حساس يقوم بمقارنة أطوال المسار البصري للضوء المتحرك في الاتجاهين متعامدين بصورة متبادلة، وقد استنتج ميكلسون أنه إذا كانت سرعة الضوء ثابتة بالنسبة إلى الأثير المقترح الذي تتحرك الأرض عن طريقه، فيمكن اكتشاف هذه الحركة عن طريق مقارنة سرعة الضوء في ناحية حركة الأرض وسرعة الضوء بزوايا قائمة مع الأرض، ولم يتم العثور على فرق. أدت هذه النتيجة الفارغة إلى تشويه مصداقية نظريات الأثير وتسببت في النهاية إلى اقتراح ألبرت أينشتاين في عام 1905 بأن سرعة الضوء هي ثابت عالمي.[5]

تم حل عدد من التأثيرات الضوئية المحيرة ، التي لوحظت لأول مرة في نصف القرن السابع عشر، حين تم فهم الضوء على أنه ظاهرة موجية وتم الكشف عن اتجاهات اهتزازاته، وقد تم اكتشاف أول ما يعرف بتأثير الاستقطاب من خلال الطبيب الدنماركي إيراسموس بارثولين في عام 1669، وقد لاحظ بارثولين الانكسار المزدوج ، أو الانكسار ، في الكالسيت وهو شكل بلوري شائع من كربونات الكالسيوم، عندما يمر الضوء عبر الكالسيت ، تقوم البلورة بتقسيم الضوء ، مما ينتج عنه صورتان متوازنتان عن بعضهما البعض.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى