قياس وتَتَبُع معدل جريان الزمن وفق قوانين النظرية النسبية، على هيئة الساعة التناظرية – ساعة الزمكان نموذجاً

Abstract: This research aims to find a time measurement tool that enables us to track the relative time flow rate according to the variables defined by the theory of relativity. The research problem was the absence of an analog clock that gives a continuous measurement the rate of time flow according to the laws of relativity, and the absence of a law that can be applied to analog clocks so that its indicators give a measurement the rate of time flow according to the variables defined by the theory of relativity. I started the research from the hypothesis that there is a symmetry between the regular circular motion of two objects within the space of classical mechanics, and the rates of time dilation; So that it can be used to measure relative time. I followed the experimental and descriptive method and mathematical proof to test this hypothesis. So I derived the mathematical equations that achieve this symmetry, and employed them to formulate a law that controls the motion of these two objects, and restricts this motion to the values ​​of the variables found in Albert Einstein’s theory of relativity. I conducted a laboratory experiment on an analog clock in order to test the validity of this law. I applied the limits of the values ​​of the velocity variable between 10000 km/s and the speed of light in a vacuum. The clock was also tested at large values ​​of the mass variable (the mass of the Sagittarius A* black hole as a model) and at the values ​​of radii that are relatively close to Schwarzschild radius of those blocks. So I got a movement of the parts of the clock in which the time indicators pass over the degrees of measurement at the rate of time flow that an external observer observes at those values. 

Keywords: spacetime, special theoryof of relativity, time dilation, clock, anolog clock, classical mechanics.

المستخلص: يهدف هذا البحث إلى إيجاد أداة قياس زمنية تُمكِّننا من تَتَبُع معدل تدفق الزمن النسبي وفق المتغيرات التي حددتها النظرية النسبية. تمثلت مشكلة البحث في عدم وجود ساعة تناظرية تعطي قياس متصل مستمر لمعدل جريان الزمن وفق قوانين النظرية النسبية، وعدم وجود قانون يُمكِن تطبيقهُ على الساعات التناظرية بحيث تعطي مؤشراتها قياس معدل جريان الزمن وفق المتغيرات التي حددتها النظرية النسبية. ابتدأتُ البحث من فرضية تقتضي وجود تناظر بين حركة دورية دائرية منتظمة لجسمين ضمن فضاء الميكانيكا الكلاسيكية، وبين معدلات تباطؤ الزمن؛ بحيثُ يُمكن الاستفادة منها لقياس الزمن النسبي. اتبعتُ المنهج التجريبي والوصفي والبرهان الرياضي لاختبار هذه الفرضية. فاشتققتُ المعادلات الرياضية التي تحقق هذا التناظر، ووظفتَها لصياغة قانون يتحكم في حركة هذين الجسمين، ويُقيِّد هذه الحركة بقيم المتغيرات الموجودة في النظرية النسبية لألبرت أنشتاين. وأجريتُ تجربة معملية على ساعة تناظرية من أجل اختبار صدق هذا القانون. وطبقتُ حدود قيم متغير السرعة بين km/s 10000 وسرعة الضوء في الفراغ. وكذلك اختبرت قراءة الساعة عند قيم كبيرة لمتغير الكتلة (كتلة الثقب الاسود Sagittarius A* أنموذجاً) وعند قيم أنصاف أقطار قريبة نسبياً من نصف قطر (Schwarzschild) لتلك الكتل. فتحصلت على حركة لأجزاء الساعة تَمُر فيها مؤشرات قياس الزمن على درجات القياس بمعدل جريان الزمن الذي يرصده مراقب خارجي عند تلك القيم.

الكلمات المفتاحية: الزمكان، النظرية النسبية الخاصة، تباطؤ الزمن، النظرية النسبية العامة، الساعة، الساعات التناظرية، الميكانيكا الكلاسيكية.