النظرية النسبية

كما قلنا فإن النظرية النسبية جاءت لإعطاء إجابة عن مشكلة لم يتمكن الفيزيائيون من إيجاد حل لها وهي:

لماذا لا يوجد دليل على وجود الأثير؟

لقد كان الفيزيائيون قبل نظرية النسبية يعلمون أن الضوء يتحرك بشكل موجي .. أي أنه يتحرك كما تتحرك الأمواج .

أي شيء يتحرك بشكل موجي لابد له من وسط مادي يتموج فيه .

فالأصوات تصلنا من مصدر الصوت على شكل أمواج .. والهواء هو الوسط المادي الذي تتموج فيه الأصوات.

والماء هو الوسط المادي الذي تتحرك في موجات الماء .

لذا فقد كان الفيزيائيون يعتقدون أن الضوء يتحرك في وسط  مادي هو الأثير

وقد كانوا يعتقدون أن هناك مادة ما موجودة في كل مكان في الكون تسمى الأثير والضوء يصلنا من النجوم عن طريق تموّج الأثير .

فإذا لم يكن هناك أثير أو شيء شبيه فيه فبماذا تتحرك موجات الضوء؟ كيف تصلنا من النجوم؟

لقد أصبح وجود الأثير ضرورة للفيزيائيين لهذا السبب و المشكلة أن التجارب التي قاموا بها لإثبات وجودة لم تثبت شيء .

 لم يتمكن الفيزيائيون من إيجاد دليل تجريبي على وجود الأثير.

لقد جاءت النظرية النسبية لتقول بأنه لا يوجد شيء اسمه الأثير ولا يوجد شيء شبيه فيه..

فما هو الوسيط الذي تتحرك بالنسبة إليه موجات الضوء إذاً؟

إن الإجابة التي أعطتها لنا النظرية النسبية عن هذا السؤال أدت إلى تغيير فهمنا عن طبيعة المكان والزمان والطاقة والمادة ..

فكيف تغير مفهومنا للمكان والزمان؟

في المكان والزمان

كل شيء موجود في الكون لا بد أن يقع في مكان وزمان ما

بهذا يكون كل من المكان والزمان أشبه بمسرح تحدث داخله الأحداث وتوجد به الأشياء..

أي شيء تقوم به الآن يحدث داخل الغرفة التي تجلس بها وأنت تقرأ هذه السطور ..

 وبهذا تكون الغرفة التي تجلس بها الآن أشبه بالمسرح الذي يحدث داخله كل شيء تقوم به .. وكما أن الغرفة التي تجلس بها لها طول وعرض وارتفاع ثابت لا يتغير أي أن أبعادها لا تتغير..

كان يظن الجميع كذلك أن أبعاد المكان للكون كله ثابتة لا تتغير ..

كان يظن الجميع أن أبعاد المكان ثابتة لا تتغير ..أي أن المكان مطلق.

وأنت تجلس في غرفتك الآن يمر بك الزمان ساعة بساعة ودقيقة بدقيقة ، الساعة تمر بنفس السرعة ..الدقيقة تمر بنفس السرعة بالنسبة لك ولكل إنسان آخر.

إذا وضعنا ساعة على الأرض أو في قطار متحرك أو في صاروخ أو على كوكب آخر سيمر الزمان بها بنفس السرعة .

سرعة مرور الزمان هي سرعة ثابتة لا تتغير ..

أي أن حركة الزمن هي حركة ثابتة لا تتغير .. أي أن الزمان مطلق .

هكذا كان يظن الجميع ..

 أن الزمان والمكان هما ثابتان مطلقان لا يتغيران تماماً كما أن أبعاد غرفتك وسرعة حركة الساعة لديك هما ثابتان لا يتغيران .

وكذلك كان يظن الجميع أن المكان شيء منفصل عن الزمان .. المكان شيء والزمان شيء آخر مختلف .. الغرفة التي تجلس بها شيء والزمان الذي يمر عليك وأنت تجلس في الغرفة هو شيء مختلف ومنفصل .

لقد جاءت النظرية النسبية لتقول أن المكان يتغير وسرعة مرور الزمان تتغير وأن هذا التغير في المكان والزمان تحدده سرعة الراصد الذي يتحرك داخل المكان والزمان.

ولتوضيح ذلك:

تصور أنك تذهب من منزلك إلى عملك بالسيارة وأن الرحلة تستغرق ساعة ، لكنك تفاجأ بأنك عندما تعود من عملك إلى منزلك على نفس الطريق وبنفس السرعة فإن الرحلة تستغرق نصف ساعة!

فإذا حدثت هذه الظاهرة لإنسان لاشك إنه سيصاب بالدهشة وسيحاول أن يفهم كيف يحدث ذلك؟

حقاً ..كيف يحدث ذلك؟

نفس الطريق .. نفس المسافة .. نفس السرعة ..

ومع هذا عندما تذهب تأخذ الرحلة ساعة وعندما تعود تأخذ الرحلة نصف ساعة ..

فما هو التفسير؟ كيف يحدث ذلك؟

لا يوجد إلا تفسير من اثنين:

التفسير الأول: هو إنه عندما نقيس المسافة عند الذهاب ثم نعيد القياس عند العودة فإن الطريق عند قياسه في العودة ينكمش أو يتقلص إلى النصف.. ينكمش الطريق وينكمش كل شيء نقيس الطريق به .. البعد المكاني نفسه ينكمش إلى النصف .

أي إنه إذا قست الطريق عند الذهاب باستخدام أداة ما ووجدتها مثلاً 10 كيلومترات ثم قست المسافة عند العودة فستجدها 5 كيلومترات لأن الأداة التي تقيس بها تنكمش فجأة للنصف ..

الطريق والأداة التي تقيس بها الطريق تنكمش فجأة إلى النصف في طريق العودة!

هذا الذي يمكن أن يفسر لماذا تختلف المسافة عند الذهاب والعودة لنفس الطريق ، فإذا رفضت هذا التفسير فلن يكون أمامك إلا التفسير الثاني ..

التفسير الثاني: على الرغم أن الساعة التي نقيس بها زمن الرحلة عند الذهاب هي نفسها التي نقيس بها زمن الرحلة عند العودة إلا إنه يبدو أن الزمان يتحرك ببطيء أكثر عند العودة فتظهر النصف ساعة عند العودة كأنها مساوية للساعة عند الذهاب ..

لا يوجد خلل في الساعة بل إن اختلاف التوقيت بين الرحلتين سببه أن سرعة مرور الزمن نفسها تتباطأ إلى  النصف .

عندما تذهب من المنزل إلى العمل تأخذ الرحلة ساعة وعند العودة تأخذ الرحلة نصف ساعة لا يوجد تفسير لذلك إلا إنه إما إن المكان ينكمش أو أن الزمان يتباطأ .. لا يوجد تفسير آخر.

لقد أثبتت النظرية النسبية إن كلا التفسيرين صحيح..!

المكان ينكمش إلى الربع والزمان يتباطأ إلى الربع لذلك تظهر رحلة الذهاب إنها أطول من العودة بالنصف.

وذلك لأن البعد الزماني والبعد المكاني لا يظلان ثابتان بل يتغيران .

سرعة مرور الزمان تتباطأ والبعد المكاني ينكمش ، وتفسر نظرية النسبية أن هذا يحدث نتيجة لثبات سرعة الضوء بالنسبة لجميع الراصدين.

ثبات سرعة الضوء يمثله في مثالنا أعلاه الطريق الذي لا يتغير والذي نتيجة لذلك لا يمكن تفسير الظاهرة في المثال إلا بانكماش المكان وتباطأ الزمان، لقد تم القيام بآلاف التجارب للتأكد مما تقوله نظرية النسبية وأثبتت جميعها إنها صحيحة.

المكان والزمان ليسا شيئان ثابتان .. بل هما متغيران.

المكان والزمان ليسا مطلقان .. بل نسبيان .

كما أن المثال الذي ذكرناه يثبت شيء آخر..

وهو أن المكان والزمان مترابطان وليسا شيئان منفصلان عن بعضهما البعض .. عندما يتغير الزمان يتغير المكان .

لا يمكنك أن تفصل طول غرفتك عن ارتفاعها عن عرضها ، الطول والعرض والارتفاع هم ثلاثة أبعاد يمثلون وحدة واحدة لا تنفصل .

والمثال الذي ذكرناه يثبت ترابط المكان والزمان وبذلك يكون الزمان بعداً إضافياً لا يمكن فصله عن أبعاد المكان الثلاثة .. الزمان هو بعد رابع.

المكان والزمان هما وحدة واحدة لا تنفصل سميت الزمكان أو المتصل المكاني الزماني .

كما إنه لا يمكنك أن تفصل طول غرفتك عن عرضها كذلك لا يمكن أن تفصل أبعاد غرفتك عن الزمان الذي يمر بك داخل الغرفة ، هما وحدة واحدة لا تنفصل .. هما مسرح تحدث داخله كل الأحداث .. مسرح مكون من أربعة أبعاد.

هذا المسرح أبعاده ليست ثابتة كما كنا نظن بل متحركة متغيرة .

الأمر هنا أشبه بالتالي :

عندما تتحرك داخل غرفتك فإن جدران وأرضية وسقف الغرفة تتحرك .. تتغير.. تنكمش وتتقلص بحركة يحددها وزنك و سرعتك داخل الغرفة كلما تحركت أسرع كلما تقلصت وانكمشت أبعاد الغرفة أكثر ..

أي أن غرفتك تصبح وكأنها كلها مصنوعة من مطاط ليّن تتغير أبعاده تبعاً لحركتك .

ليس ذلك فحسب ، بل إنك عندما تتحرك داخل الغرفة فإن الساعة التي تقيس مرور الزمان تتباطأ على حسب حركتك .. كلما تحركت أسرع كلما تباطأت الساعة أكثر.

معنى ذلك إنك عندما تتحرك داخل غرفتك فإن أبعاد الجدران والسقف والأرضية والزمن الذي يمر بك كلها تتغير أيضاً .

عندما تكون جالساً في غرفتك ثم تقوم وتتحرك داخل الغرفة فإن أي شخص يراقبك من النافذة يستطيع أن يقول أنك كنت جالساً ثم بعدها قمت وتحركت .

ولكنك عندما تجلس في غرفة تتغير أبعادها المكانية ويتغير مرور الزمن فيها فلا يمكن لشخص يراقبك من النافذة وهذا الشخص غرفته هو أيضاً تتغير أبعادها المكانية وسرعة الزمن الذي يمر بها تبعاً لحركته هو .. لا يستطيع هذا الشخص أن يعلم ما الذي حدث قبل ماذا؟!

لأن كل شيء يعتمد به على القياس يتغير أيضاً ..

 أبعاد غرفتك تتغير وأبعاد غرفته تتغير بطريقة مختلفة عنك ، سرعة مرور الزمن لديه تمر بطريقة تختلف عن سرعة مرور الزمن لديك ..كل شيء يمكن أن يقيس به يتغير ..

فلا يمكن له إذاً أن يعلم إن كنت تجلس ثم تحركت أم إن كنت تتحرك ثم جلست بعد ذلك !

التزامن في الأحداث بينك وبينه لا يعود له معنى ، لأنه لا يوجد مقياس مشترك ثابت للزمان والمكان بينك وبينه .

الزمان والمكان يتغيران لكل منكما بطريقة مختلفة تبعاً للحركة التي تقومان بها وبالتالي التزامن لدى كل منكما مختلف، أنت تراقبه وتجده قام من كرسيه أولاً هو يراقبك ويجدك أنك أنت من قمت قبله!

كل منكما يعتمد على مقاييسه هو للمكان والزمان (إحداثيات الرصد) وهذه المقاييس تختلف لكل منكما عن الآخر ولا معنى للقول أيهما صحيح لأنه كل منهما صحيح بالنسبة لمقاييسه .

ولتوضيح ذلك :

فمثلاً أنت تسير على طريق وهناك شجرة على يمينك وعندما تعود من نفس الطريق تصبح الشجرة على يسارك.. فهل الشجرة "فعلياً" هي على يمينك أم يسارك؟

لا معنى لهذا .

لأن موقع الشجرة لا يمكن تحديده إلا استنادا إلى مقياس للاتجاه مختلف عند الذهاب والعودة ..

كذلك فإنك والرجل الذي يراقبك كل منكما يعتمد على مقاييس مختلفة للمكان والزمان ، لذا فلا معنى للسؤال عن أي منهما هو الصحيح لأن لكل منكما مقاييس مختلفة .

لا توجد مقاييس ثابتة مطلقة للمكان والزمان ، المكان والزمان هما بعدان متغيران وهما يتغيران على حسب حركة الراصد داخلهما وهما أيضاً لا ينفصلان ..

هذا ما تقوله النظرية النسبية عن المكان والزمان.

وكما غيرت النظرية النسبية فهمنا للمكان والزمان فهي مرة أخرى تجبرنا على إعادة النظر في مفهومنا للطاقة والكتلة .

في الطاقة والكتلة .

فكيف غيرت النظرية النسبية فهمنا للطاقة والكتلة؟

الجميع يظن أن هناك فارق أساسي بين الأشياء ..الأحجار .. الأشجار  وبين الطاقة.

الأشياء المادية هي أشياء يمكن رؤيتها ولمسها بالحواس الخمسة ، أما الطاقة فهي قوة .. قدرة للقيام بعمل ما .. هي شيء أشبه بالمفهوم .. هي شيء لا يمكن رؤيته أو لمسه لكننا نعلم إنها موجودة لأننا نلمس ونرى آثارها .

النظرة التقليدية للكون تفرض أن هناك فارق أساسي بين المادة والطاقة.

ونظرية النسبية مرة أخرى تفرض علينا إعادة النظر في هذه النظرة .

الطاقة والمادة هما شيئان لا ينفصلان .. هما أشبه بوجهان لعملة واحدة لأنه يمكن تحويل أحدهما للآخر.

المادة هي بشكل أو آخر تبدو كتركيز للطاقة ..

يمكن تحويل الطاقة إلى مادة بتكثيفها ويمكن تحويل المادة إلى طاقة بتحطيمها .

يتم تحطيم مادة كاليورانيوم  والحصول على طاقة هائلة يحدث ذلك في المفاعلات النووية ..

 ويتم تكثيف طاقة كبيرة في مكان محددة فتظهر مادة على شكل جسيمات دون ذرية ويحدث ذلك في المصادمات النووية.

إذاً كل شيء مادي يمكن اعتباره نوع من تجسيد وتكثيف لطاقة هائلة .. الطاقة تمثل مجال والمادة هي نوع من التكثفات في هذا المجال.

الأمر أشبه بسائل كثيف متجانس توجد على سطحه تجعّدات بسيطة هنا و هناك ، هذا السائل يشبه الطاقة والمادة هي التجعّدات الموجودة على سطحه.

كل طاقة أو مادة لا بد أن تكون في زمان ومكان ما ، والنظرية النسبية تقول أن المكان والزمان هما شيء واحد لا ينفصل وأن هذا الشيء – الزمكان- قابل للتغير والتبدل في أبعاده وتقول أن المادة والطاقة الموجودان فيه تؤثر عليه.

الطاقة و المادة يعملان على ثني الزمكان .. كما تنثني الإسفنجة عندما تضع عليها حجر صغير.

كلما زادت كتلة المادة كلما زاد انحناء الزمكان حولها ..

المكان نفسه ينثني والزمان نفسه ينثني !

الإسفنجة تنثني بشكل أكبر عندما تضع عليها حجراً كبيراً والنظرية النسبية تقول أن الجاذبية هي ليست قوة بل هي نفس هذا الانحناء في المكان والزمان.

عندما تجذب الشمس الأرض فهذا لا يحدث بسبب قوة ما ترسلها الشمس وتجذب بها الأرض بل إن ذلك يحدث لأن الشمس تقوم بثني الزمكان والأرض تتحرك باتجاه هذا الانحناء.

وهكذا فإن كل شيء موجود في الكون يقوم بثني الزمكان ، كلما زادت كتلة هذا الشيء كلما زاد الانحناء وعندما تزداد كتلة أو طاقة هذا الشيء عن حد معين فإنه يحدث ثقب في الزمكان ...

ثقب في المكان والزمان !

وأي شيء يدخل هذا الثقب لن يخرج منه حتى الضوء لذا يسمى هذا الثقب بالثقب الأسود ..

 قد يؤدي الدخول إلى الثقب الأسود إلى نقطة أخرى في الزمكان .. أي إلى مكان و زمان آخرين .. وهنا تظهر الأسئلة عن إمكانية اختصار مسافات شاسعة بالدخول عبر ثقب أسود .. كما تظهر الأسئلة عن إمكانية الانتقال إلى زمن آخر في الماضي أو المستقبل أو حتى إلى أكوان أخرى .. والأبحاث العلمية للإجابة عن هذه الأسئلة مازالت تدور حتى اليوم .

من الواضح أن النظرية النسبية لا تعطي إجابات نهائية عن كل شيء ولكن الإجابات العميقة التي تعطيها لنا تجبرنا على إحداث تغيير هائل في نظرتنا للكون والمكان والزمان والطاقة والكتلة .

وأي كانت النظرة التي نقبل بها فهي لا شك بعيدة كلياً عن النظرة التقليدية التي تتبادر إلى الأذهان .

كل شيء نراه حولنا ليس كما يبدو ..

هناك أعماق مجهولة لا أحد يعلم حدودها ولا أحد يعلم إن كان لها حدود أم لا .   >>