ما هو الأثير في علم الفيزياء
تعريف الأثير بعلم الفيزياء
في الماضي، كان يعتقد أن هناك حاجة إلى وسيط لنقل أي موجة، على سبيل المثال، يمكن نقل الموجة الصوتية عبر جميع الوسائط بما في ذلك الأجسام الصلبة والسوائل والغازات، ولكن لم يتم العثور على وسائط مماثلة لنقل الموجات الضوئية. لذلك، اقترحت فكرة الوسائط الأثيرية كحلا افتراضيا. تم منح الأثير خصائص متناقضة، حيث يتمتع بمرونة عالية ولكن كثافة منخفضة. تم تسمية هذا الافتراض بفرضية الأثير، وأجريت العديد من التجارب لإثبات هذه الفرضية ولكن جميعها فشلت. تم إجراء التجربة الشهيرة مايكلسون-مورلي للمساعدة في ذلك، لكنها أثبتت عدم صحة الفرضية تماما. أظهرت هذه التجربة أن الموجات الكهرومغناطيسية لا تحتاج إلى أي مادة للانتشار والانتقال. عندما قام جيمس كلارك ماكسويل بتطوير نظريته الكهرومغناطيسية للضوء، افترض من قبل علماء فيزياء النيوتن أن الأثير هو الوسيلة التي تنقل الموجات الكهرومغناطيسية. تم اعتبار الأثير غير مرئي ولا رائحة له، وله طبيعة لا تتداخل مع حركة الأجسام في الفضاء. كان الهدف من هذا المفهوم ربط نظرية الموجات الميكانيكية النيوتنية بنظرية مجال ماكسويل.
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.
تأتي الأمواج في شكل نوعين، فهناك موجة طولية تتذبذب متوازية لاتجاه الانتشار، ومثال معروف على ذلك هو الموجة الصوتية في الهواء، ويمكن تحفيز حركات اهتزازية لجزيئات الهواء في اتجاه الموجة المتقدمة، وتتكون الموجات العرضية من اضطرابات تحدث عند زوايا مستقيمة على اتجاه الانتشار، على سبيل المثال، عندما تنتقل الموجة أفقيا في مادة سائلة، يتذبذب سطحها صعودا وهبوطا.
ما مكان موجات الأثير
الأثير هو مصطلح فيزيائي ينقل الضوء والموجات الكهرومغناطيسية في الكون، وهو عبارة عن نسيج يشكل جزءا من كوننا ويتألف من جسيمات صغيرة تنقل الطاقة على شكل موجات. يتم تعريف هيكلها وخصائصها في الزمكان، وتتميز بكثافتها داخل ثوابت الموجة في معادلات الطاقة، وبدون وجود الأثير أو هذه الكثافة، لا يمكن تنفيذ أي عمليات حسابية في هذه النظرية. لذا، من الضروري أن يتم تفسير تجربة ميشيلسون-مورلي الفارغة إذا كان الأثير متاحا.
بعد سنوات من نشر تجارب ميشلسون مورلي، اقترح هندريك لورنتز أن جهاز التجربة فشل في الكشف عن تقلص الطول في اتجاه الحركة، وفيما بعد أصبح يُطلق على هذا التقلص اسم “عامل تقلص لورنتز” باسمه،وتمت ملاحظة أن المادة تتقلص، ومع ذلك، تم تجاهل هذا التفسير داخل تجربة ميكلسون مورلي.
يتوفر حاليا كتابة محاكاة الكمبيوتر التي تأخذ في الاعتبار انكماش الطول في نحو الحركة واستخدام عامل لورنتز في ذراع واحدة من مقياس التداخل، وبدون مراعاة عامل لورنتز، فإن النتائج هي نفس نتائج ميكلسون ومورلي، حيث أن الأثير غير موجود مع انكماش الطول، ولكن يحدث تحول داخل الطور، مما يشير إلى وجود الأثير.
معلومات عن نظرية الأثير
عندما تم الكشف عن تشابه بعيد المدى في النصف الأول من القرن التاسع عشر بين خصائص الضوء وخصائص الموجات المرنة داخل أجسام يمكن رؤيتها، ظهرت فرضية الأثير كدعم جديد. ويبدو بشكل واضح أنه يجب تفسير الضوء على أنه عملية اهتزازية في وسط مرن وخامل يملأ الفضاء العام، ويبدو أيضا أن الضوء قادر على الاستقطاب، وهذا يفرض أن الوسط (الأثير) يكون جسما صلبا، لأن الموجات لا تنتشر في السوائل وإنما فقط في المواد الصلبة. وبالتالي، يجب أن يكون الأثير المضيء “شبه صلبا”، حيث لا يمكن لأجزائه القيام بأي حركة نسبية باستثناء التشوهات الصغيرة 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.
تطور نظرية الكهرباء على طول المسار الذي فتحه ماكسويل ولورينتز أدى إلى تغيير مفاهيمنا المتعلقة بالأثير بشكل غير متوقع. وبالنسبة لماكسويل نفسه، فإن الأثير لا يزال يمتلك خصائص ميكانيكية بحتة، على الرغم من أنه أكثر تعقيدا من الخصائص الميكانيكية للأجسام الصلبة الملموسة. ولكن لم يتمكن ماكسويل ولا أتباعه من تطوير نموذج ميكانيكي للأثير يمكن أن يوضح القوانين المتعلقة بالمجال الكهرومغناطيسي بطريقة مرضية. كانت القوانين واضحة وبسيطة، ولكن التفسيرات الميكانيكية كانت غير متماسكة ومتناقضة.
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.
تم اعتماد الإجراء على مقياس تداخل ميكلسون، وهو جهاز بصري حساس يقوم بمقارنة أطوال المسار البصري للضوء أثناء تحركه في اتجاهين متعامدين بصورة متبادلة. وقد استنتج ميكلسون أنه إذا كانت سرعة الضوء ثابتة بالنسبة للأثير المفترض الذي يتحرك به الأرض، فيمكن اكتشاف هذا التحرك عن طريق مقارنة سرعة الضوء في اتجاه حركة الأرض وسرعة الضوء بزوايا قائمة مع الأرض، ولكن لم يتم العثور على فرق. وأدت هذه النتيجة الفارغة إلى زعزعة مصداقية نظريات الأثير وفي النهاية أدت إلى اقتراح ألبرت أينشتاين في عام 1905 أن سرعة الضوء ثابتة في جميع الأنظمة الإطارية.
تم حل عدد من التأثيرات الضوئية المحيرة، التي لوحظت لأول مرة في نصف القرن السابع عشر، عندما تم فهم الضوء كظاهرة موجية وتم الكشف عن اتجاهات اهتزازه، وتم اكتشاف أول ما يعرف بتأثير الاستقطاب من قبل الطبيب الدنماركي إيراسموس بارثولين في عام 1669، حيث 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 لبعضهما البعض.