كمية

معامل لورنتز

معامل يصف كيفية تغير الزمن والطول والكتلة النسبية لجسم يتحرك بسرعة عالية.
9 مقالات ذات صلة · 6 صيغ

الوصف

معامل لورنتز، الذي يُرمز له بـ γ (غاما)، هو القلب الرياضي للنسبية الخاصة. فهو يحدد مقدار تباطؤ الزمن، وتقلص الأطوال، وزيادة الكتلة النسبية لجسم يتحرك بالنسبة لراصد. عند السرعات اليومية، تكون قيمة γ تقريبًا 1، مما يعني أن التأثيرات النسبية لا تُذكر؛ ومع اقتراب السرعة من سرعة الضوء، تزداد γ بلا حدود، مما يجعل هذه التأثيرات جذرية. يظهر هذا المعامل في كل معادلة نسبية تقريبًا، من علاقة الطاقة-الزخم E = γmc² إلى تحويل المجالات الكهربائية والمغناطيسية.

التاريخ

قدّم هندريك لورنتز هذا المعامل في عام 1904 كجزء من نظريته عن الإلكترونات، ثم أدرجه أينشتاين لاحقًا في النسبية الخاصة عام 1905. اشتقّه لورنتز لتفسير النتيجة الصفرية لتجربة ميكلسون-مورلي، على الرغم من أن اشتقاق أينشتاين من المبادئ الأساسية كان أكثر جوهرية.

كيف يعمل

يُعرَّف المعامل بالعلاقة γ = 1 / √(1 − v²/c²)، حيث v هي سرعة الجسم و c هي سرعة الضوء. عندما تكون v صغيرة مقارنة بـ c، يكون المقام قريبًا من 1، لذا γ ≈ 1. ومع اقتراب v من c، يتقلص المقام نحو الصفر، فتقفز قيمة γ بشكل كبير. هذا الرقم الواحد يضبط الفترات الزمنية (تمدد الزمن)، والأطوال (تقلص الأطوال)، والزخم بطريقة متسقة، مما يضمن ثبات سرعة الضوء لجميع الراصدين.

في التطبيق

معامل لورنتز ضروري لتصحيح إشارات الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع (GPS)، وتصميم مسرعات الجسيمات (مثل تلك الموجودة في سيرن)، وحساب طاقة الأشعة الكونية.

حقيقة طريفة

عند 99.999999% من سرعة الضوء، يبلغ معامل لورنتز حوالي 7,000، مما يعني أن الزمن بالنسبة لجسيم يسير أبطأ بمقدار 7,000 مرة مقارنة براصد ثابت.

Concept graph →

صيغ

$$K > (\gamma - 1) m c^2$$
Particle kinetic energy exceeds rest mass energy threshold.
ما في الصيغة
Kمتغيرkinetic energy — طاقة حركية joule
γمتغيرLorentz factor — معامل لورنتز
mمتغيرrest mass — كتلة kilogram
cمتغيرspeed of light — سرعة الضوء metre per second
cثابتThe speed of light in vacuum, a fundamental constant of nature. — سرعة الضوء = 299792458 metre per second
$$L = 4\pi R^2 n \gamma m c^3$$
Limits luminosity from kinetic energy flux.
ما في الصيغة
LمتغيرLuminosity (total power emitted) — لمعان watt
RمتغيرRadius of the emitting region — نصف قطر metre
nمتغيرNumber density of particles — number density per cubic metre
γمتغيرLorentz factor of the particles — معامل لورنتز
mمتغيرParticle rest mass — كتلة kilogram
cثابتSpeed of light in vacuum, the maximum speed for any particle. — سرعة الضوء = 299792458 metre per second
$$\Gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - \beta^2}}$$
Factor relating time dilation and length contraction in relativity.
ما في الصيغة
ΓمتغيرLorentz factor — معامل لورنتز
βمتغيرspeed in units of c — سرعة
$$\nu_c = \frac{3}{2}\gamma^2 \frac{e B}{2\pi m_e c}$$
Frequency of radiation from relativistic electrons in magnetic field.
ما في الصيغة
\nu_cمتغيرCritical synchrotron frequency — تردد hertz
\gammaمتغيرLorentz factor of electron — معامل لورنتز
eمتغيرElementary charge — الشحنة الأولية coulomb
BمتغيرMagnetic field strength — كثافة التدفق المغناطيسي tesla
m_eمتغيرElectron rest mass — كتلة الإلكترون kilogram
cمتغيرSpeed of light in vacuum — سرعة الضوء metre per second
$$\delta = \frac{1}{\Gamma (1 - \beta \cos\theta)}$$
Relativistic Doppler factor for a moving source.
ما في الصيغة
\deltaمتغيرDoppler factor — doppler factor
\GammaمتغيرLorentz factor — معامل لورنتز
\betaمتغيرvelocity in units of c — سرعة
\thetaمتغيرangle between source velocity and line of sight — زاوية radian
$$-\frac{dE}{dx} = \frac{4\pi N_A r_e^2 m_e c^2 \rho z^2}{A \beta^2} \left[ \ln\left(\frac{2m_e \gamma^2 v^2 W_{\text{max}}}{I^2}\right) - 2\beta^2 - \delta - 2\frac{C}{Z} \right]$$
Energy loss of charged particles due to ionization in matter.
ما في الصيغة
EمتغيرKinetic energy of the charged particle — طاقة joule
xمتغيرPath length in the material — طول metre
\rhoمتغيرDensity of the absorbing material — كثافة kilogram per cubic metre
zمتغيرCharge number of the incident particle — charge number
AمتغيرAtomic mass number of the absorber — atomic mass number
\betaمتغيرSpeed of the particle relative to the speed of light — velocity ratio
\gammaمتغيرLorentz factor of the particle — معامل لورنتز
vمتغيرSpeed of the particle — سرعة metre per second
W_{\text{max}}متغيرMaximum energy transfer in a single collision — طاقة joule
IمتغيرMean excitation potential of the absorber — طاقة joule
\deltaمتغيرDensity correction factor — density correction
CمتغيرShell correction factor — shell correction
ZمتغيرAtomic number of the absorber — atomic number
N_AثابتNumber of constituent particles per mole — ثابت أفوجادرو = 6.02214076e23 per mole
r_eثابتRadius of a classical electron — نصف قطر الإلكترون الكلاسيكي = 2.8179403262e-15 metre
m_eثابتRest mass of the electron — كتلة الإلكترون = 9.1093837015e-31 kilogram
cثابتSpeed of light in vacuum — سرعة الضوء = 299792458 metre per second
-\frac{d}{dx}مؤثرNegative derivative with respect to path length — negative derivative
\lnمؤثرNatural logarithm — لوغاريتم طبيعي

مقالات ذات صلة · 9

جدل المادة مع الفضاء: كيف نزيل الغموض في الجاذبية المعدّلة
ميزان لا يوزن جسماً، بل الفضاء المحيط به. هكذا تعمل معادلات أينشتاين في النسبية العامة: فهي تربط انحناء الزمكان بما يحتويه. في الطرف الأيمن من المعادلة — حيث توجد «المادة» — عادةً ما نعوّض إما بكثافة الطاقة أو بالضغط. في النظرية الكلاسيكية لا فرق: النتيجة واحدة.
عندما تهمس الجسيمات وداعًا: ذيول كمية في عوالم متعددة الأبعاد
تصادمت كرتان مشحونتان وتطايرتا في اتجاهين متعاكسين. قد يبدو أن كل شيء انتهى، لكن الضوء المنبعث من وداعهما لا يزال يجوب الفضاء لفترة طويلة. في عالمنا العادي، هذه ظاهرة معروفة منذ زمن طويل: الشحنة المتسارعة تشع دائمًا موجات كهرومغناطيسية.
حرارة من الفراغ: كيف نلتقط توهج التسارع
في الغرفة، يلامس الهواء الجلد ونشعر بحرارته. لكن إذا انطلق الجسم فجأة بتسارع هائل، فستأتي الحرارة حتى من الفراغ المطلق. هذا ليس خيالًا، بل نتيجة صارمة لنظرية المجال الكمومي: بالنسبة لمراقب يتسارع، يصبح الفراغ حمامًا دافئًا. التأثير الذي تنبأ به ويليام أونرو في عام 1976، ظل حتى الآن بعيدًا عن الملاحظة المباشرة.
صدى الجاذبية للثقب الأسود
في مراكز العديد من المجرات تختبئ الثقوب السوداء — مناطق ذات جاذبية شديدة لدرجة أن الضوء نفسه لا يستطيع مغادرتها. وغالبًا ما تدور حولها نجوم، وأحيانًا يكون أحدها نجمًا نابضًا، وهو منارة كونية ترسل نبضات راديوية دورية بدقة متناهية. عندما يمر مثل هذا النجم النابض في حركته خلف الثقب الأسود، تصل إشاراته إلينا متأخرة.
كيف نسمع دفء الفراغ
الفراغ ليس فارغًا كما يبدو. إذا تحرك راصد بتسارع، فإن الفراغ من حوله يسخن — هذا ما تنبأ به ويليام أونروه في سبعينيات القرن العشرين. التأثير يشبه إشعاع الثقب الأسود، لكن في فضاء مسطح.
كيف تتعلم الجاذبية من الكم: ضبطٌ خفي للقوى
وتر الغيتار يقرر بنفسه مدى شده عندما يعزف الموسيقي وترًا في أوكتافات مختلفة. تقريبًا هذه هي الصورة التي يرسمها الفيزيائيون عندما يحاولون الربط بين الجاذبية — أضعف القوى لكنها الأكثر انتشارًا — والقوانين الغريبة للعالم الصغير. في العمل الجديد، طبق العلماء طريقة تشبه ضبط المجهر: أزالوا تدريجيًا التفاصيل الأصغر غير المرئية بالعين، وراقبوا كيف تتغير قواعد اللعبة.
علم الكون2026-04-151 دarXiv:2604.14327سريع
الجاذبية على مسطرة كونية
إذا أخذت كرتين ثقيلتين وباعدت بينهما مسافة متر واحد، فسوف تتجاذبان بقوة تضعف أربع مرات عند مضاعفة المسافة. هذا القانون اكتشفه نيوتن، وهو يعمل في الغرفة، وفي النظام الشمسي، وفي المجرة. لكن هل يظل صحيحًا عندما يتعلق الأمر بمئات الملايين من السنوات الضوئية؟ وجد علماء الفلك طريقة لاختبار ذلك مباشرة.
رقصة نجمية تختبر تناظر الجاذبية
النجم S2 يكمل دورة حول الثقب الأسود في مركز درب التبانة كل 16 عامًا، مسرعًا إلى 7650 كيلومترًا في الثانية. مداره عبارة عن قطع ناقص ممدود، وفي أقرب نقطة يقترب النجم من الثقب الأسود بمسافة تعادل 120 ضعف المسافة بين الأرض والشمس. راقب علماء الفلك هذه الرقصة على مدى عقدين من الزمن، مسجلين موقع النجم بدقة كافية لرصد انحرافات تصل إلى بضعة عشرات من الكيلومترات.