الأثير، نشأت فكرته بعد اكتشاف الخصائص الموجية للضوء، وهذا ما ظهر نظريًّا بتوحيد الكهربائية والمغناطيسية؛ فالضوء عبارة عن موجاتٍ كهرومغناطيسيّةٍ، وعمليًّا بتجربة الشق المزدوج، فكما تنتشر الموجات المائيّة على سطح المياه، والموجات الصوتية عبر الهواء، فلا بدّ أن تمتلك الموجات الضوئية وسيطًا ماديًّا تنتشر خلاله، هذا ما يُطلق عليه بالأثير المضيء.

وبالتالي تعتمد سرعة الضوء على سرعة الأثير النسبية، كما هو الحال في الموجات المائية، فسرعتها في تيارٍ مائيٍّ أكبر للموجات التي تمشي مع التيار مقارنةً بالموجات التي تمشي عكس التيار.

في أواخر القرن التاسع عشر، حاول كلٌّ من  ألبرت ميكيلسون (Albert Michelson) وإدوارد مورلي (Edward Morley) قياس سرعة الأثير، بتجربة قياس سرعة الضوء في اتجاهاتٍ مختلفةٍ، اعتقادًا منهم باختلاف سرعة الضوء في اتجاه مدار الأرض عن سرعته عكس اتجاه مدار الأرض، كانت الفكرة أنّه بما أنّ الأرض تدور حول الشمس، فلا بدّ أنّها تتحرك بالنسبة إلى هذا الأثير، تمامًا كما يمكننا التحرّك عبر الهواء، ولكن كانت النتيجة معاكسةً لتوقعاتهم؛ فلم يجدوا أيّ تحوّلٍ ملحوظٍ في سرعة الضوء.

ثم كانت النظرية النسبية للعالم أينشتاين (Einstein)، التي دحضت وجود الأثير، مُعتبرةً أنً للضوء سرعةً مطلقةً في جميع الإطارات المرجعية، وأصبحت تجربة ميكلسون ومورلي دليلًا على عدم وجود الأثير.

على الرغم من إلغاء صحة نظرية الأثير عبر النظرية النسبية، إلا أنّه بقي هناك عددٌ قليلٌ من مُحبّي نماذج الأثير، المتمسّكين بتجربةٍ تُعرف باسم تأثير سانياك -نسيةً لتجربة العالم جورج سانياك (Georg Sagnac) في عام 1913م- والتي تعتمد على تقسيم شعاعٍ من الضوء، بحيث يدور نصف الضوء حول مسارٍ باتجاه عقارب الساعة، والنصف الآخر بعكس اتجاه عقارب الساعة، ثمّ يُدمج شعاع الضوء ممّا يخلق نمط تداخلٍ، فأيّ تحوّلٍ في سرعة الضوء سيؤدي بعد ذلك إلى تحولٍ في نمط التداخل، وهذا ما لاحظه سانياك، بعد إعادة التجربة لمرّات لا تحصى، أيّ أنّ تأثير سانياك حقيقي، في ذلك الوقت كانت التجربة صعبة التطبيق، ولكن أمكن حاليًّا القيام بها بسهولةٍ بالاعتماد على الليزر والمعدّات الحديثة.

تجربة سانياك لإثبات وجود الأثير

اعتقد سانياك في هذه التجربة وجود الأثير، ودحض النظرية النسبيّة، بعد إثباته للتحوّل في نمط التداخل، وهو بالضبط ما يتوقّعه نموذج الأثير، لكنه أمرٌ خاطئٌ وفقًا للنسبية الخاصة، التي تتوقع أيضًا حدوث هذا التحول في النمط، كما تنبّأ ماكس فون لاو (Max von Laue) قبل عامين من تجربة سانياك، فعندما تنظر إلى جهاز التجربة من الأعلى سترى شعاع الضوء باتجاه الدوران ينتقل مسافةً أطول من شعاع الضوء عكس اتجاه الدوران، لذا تتوقع النسبية أيضًا حدوث التحول في نمط التداخل.

وفقًا للمعادلة الأشهر لنسبية أينشتاين E = mc2 حيث:

  • E  طاقة الضوء.
  • M الكتلة.
  • C سرعة الضوء.

تفرض النسبية الصحيحة وجود ارتباطٍ بين الكتلة والطاقة، أمّا في حال خطأ نسبية أينشتاين، فإنّ أشياءً مثل الطاقة النووية لن تعمل، ولكن بما أنّ الكثير من الناس يعتمدون على الطاقة النووية كلّ يوم ، فيمكن إعلان أنّ النسبية هي الفائز.

لذلك كان الأثير فكرةً نظريّةً لم تجد دعمًا تجريبيًا أبدًا، فقد أشار أينشتاين في نسبيته الخاصة إلى كيفية الحفاظ على تناسبية وتناسق معادلات ماكسويل دون الإشارة إلى الأثير على الإطلاق، فتحوّلت الفكرة إلى سلة مهملات التاريخ العلمي، فالأثير هو مفهومٌ فيزيائي قدّمه الفيزيائيون لأسباب نظرية، والذي مات لأنّ توقعاته التجريبية اُستبعدت بالملاحظة.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هو الأثير ؟"؟