نظرية نيوتن للجسيم

النظرية النسبية الخاصة من المواضيع المهمة في الفيزياء النظرية فهي تمثل احد الفروع الرئيسية في الفيزياء المتقدمة خلال القرن العشرين. وهكذا نرى ان جذور هذه النظرية قد ثبتت بواسطة ملاحظات دقيقة وعميقة في المختبر لوصف الحالة التي تسلكها الدقائق المختلفة في الطبيعة.

ان نظرية الدقائق قد تم تأسيسها من قبل نيوتن ووجد العلماء ان هذه النظرية استطاعت ان تعطي تعليلا مقنعا لجميع الظواهر المشاهدة ولفترة تزيد عن مائتي عام بعد ظهورها الا انها وبعد تلك الفترة بدأ الشعور بان هذه النظرية غير دقيقة وليست مقنعة. حصل ذلك بعد ان وجد الفيزيائيون انفسهم انهم قادرون على إكمال ملاحظاتهم على الجسيمات الصغيرة كالإلكترونات التي تتألف منها الذرات. ان هذه الجسيمات خفيفة بحيث يمكن تعجيلها الى سرع عالية جدا دون صرف طاقة عالية.

ان قوانين الحركة المتعلقة بالنظرية النسبية الخاصة تتصدر تلك المتعلقة بنظرية نيوتن. اذا ما اخذ بالاعتبار هذه السرع العالية التي لا يمكن الوصول اليها اذا اجريت تجارب على الاجسام الاعتيادية، وحتى الصواريخ الفضائية لا يمكن ان تصل سرعها الى هذه السرع العالية. وهكذا فالنظرية النسبية الخاصة تشترك مع الفيزياء الذرية والنووية ببعد يظهر هذا الانحراف الذي ساعد على دراسة الظواهر التجريبية الرئيسية.

ان الافكار المتعلقة بحركة جسم سبق ان تمت معالجتها بواسطة نظرية نيوتن للحركة ويمكن تطبيقها بصورة متكافئة في النظرية النسبية الخاصة التي تتابع التطور للأفكار الاساسية نفسها كما هو الحال في الميكانيك الكلاسيكي.

من المفيد الان ان نبدأ بمراجعة سريعة تخص النقاط الرئيسية لنظرية نيوتن.

لنعتبر جسيما كتلته السكونية m₀ يمتلك في لحظة ما سرعة مساوية الى ῡ وزخما مساويا الى  فيكون :

      (1.1)

ان زخم الجسيم كما تصفه قوانين نيوتن للحركة هو كمية محفوظة، اي انه يبقى ثابتا ما لم تؤثر على الجسيم قوة خارجية. ولمجموعة مغلقة من جسيمات يحدث تقارن بعضها مع بعض، فان الزخم الكلي للمجموعة يبقى ايضا محفوظا. فاذا كانت  هي القوة المؤثرة على الجسيم يكون :

         (1.2)

   (1.3)

حيث ان  تعجيل الجسيم. يعبر عن الطاقة الحركية للجسيم كالآتي :

  (1.4)

اذا اثرت قوة  على جسيم وكانت ازاحته باتجاه معين مساوية الى  فان الشغل المنجز عليه يساوي التغير في طاقته الحركية اذ يحصل تغير في سرعته من  الى  فيكون