النسبية

هنا يجدر بنا ان نقف قليلاً نستعرض أفكارنا التقليدية الخاصة بالزمان والمكان، فمنذ القدم والناس يعتبرونهما شيئين مستقلين ومنفصلين تماماً بعضهما عن بعض. وفي هذا المعنى يقول نيوتن (واضع أسس علم الميكانيكا التقليدية):

المكان المطلق: في طبيعته الخالصة ومن غير الرجوع إلى شيء خارجي يظل ابد الدهر متشابهاً وساكناً.

الزمان المطلق : (في حد ذاته) من طبيعته ان يسرى بانتظام على الدوام دون الرجوع إلى شيء خارجي.

وبينما يتطلب تعريف نيوتن للمكان ضرورة وجود جهاز خارجي مطلق يتخذ مرجعاً للحركة بالنسبة إليه، يتضمن تعريفه الخاص بالزمان وجود جهاز مطلق للتوقيت، هو "التوقيت العالمي الكوني" ، إلا أن هذه الفكرة الخاطئة قضت عليها النسبية قضاء مبرماً.

فمن روائع النسبية ما أحدثت من تغييرات جوهرية في أسس علم الميكانيكا التقليدية القديمة وظهور وعلم "ميكانيكا النسبية" الذي يتضمن:

1. الربط ما بين الزمان والمكان بماب يسمح بتبادلهما ولو جزئياً على الأقل، بحيث إن أي حادثتين يفصل بينهما فاصل مكاني يحث في جهاز معين يمكن أن يؤدي بهما هذا الانفصال المكاني إلى وجود فرق زمني بينهما عند ما يرصدان من جهاز آخر يتحرك بالنسبة للجهاز الأول.
2.  ظاهرة "التمدد الزمني" ، أو الإبطاء الساعات عندما ترصيد من جهاز متحرك. ولقد شوهدت ظاهرة إبطاء جميع العمليات الطبيعية التي تصاحب الأجهزة السريعة الحركة بطريقة مباشرة في حالة اضمحلال الميسونات التي تكون جانباً هاماً من الأشعة الكونية، وكما يتمدد الزمن يتقلص أو ينكمش المكان .
3. ومن طرائق نتائج النسبية إدخال البعد الرابع على أبعاد المكان الثلاثة ومن ثم الحصول على المكان الزماني، فعندما استعملت صيغ رياضية خاصة تحقق وجود اتحادين، الزمان والمكان. وتستطيع الآن اعتبار الحوادث كافة كأنها تم في عالم من المكان الزماني الرباعي الأبعاد.

ولقد خلصتنا النسبية كذلك من فكرة عالم الأثير التقليدي القديم المناقض لحقيقة الوجود الذي تعيش فيه، واستعاضت عنه بفكرة المجال الكهرمغناطيسي العام أو الممدوح الذي يسبغ على ذلك العالم الغامض شيئاً من الحقيقة.

ولو لم يكن في الوجود أثير عالمي يملأ أرجاءه، لما كانت هناك حركة مطلقة يحال من الأحوال (كحركة الضوء مثلاً) . ولهذا يقول أينشتين: إننا نستطيع الكلام فقط عن حركة أي جسم مادي بالنسبة إلى جسم آخر، أو أي مجموعة من المحاور يمكن الرجوع إليها بالنسبة إلى محاور أخرى. ويحق للراصدين اللذين ينتمي أحدهما يمكن الرجوع إليها بالنسبة إلى محاور أخرى. ويحقق للراصدين اللذين ينتمي أحدهما إلى مجموعة من هذه المحاور، وينتمي الآخر إلى المجموعة الاخرى، أن يقول أي منهما دون تمييز : "إني في حالة السكون، أما ذلك الشخص الآخر فهو يتحرك".

ومعنى هذا كله أنه إذا لم يكن هناك أثير عالمي يمدنا بجهاز كوني كأصل يمكن أن يرجع إليه في حالة الحركة عبر الفضاء، لا تعدمت الوسيلة التي نميز بها مثل تلك الحركة، وتكون أي عبارة متعلقة بها هي في الواقع بمثابة الهراء الفيزيائي.

ولهذا السبب أخفقت التجارب التي قصد بها إيجاد السرعة المطلقة للأرض بالنسبة للأثير العالمي باستخدام سرعة الضوء، فيما يعرف باسم تجربة "ميلكسون ومورلى" .

وتقول النسبية بأن الشحنات الكهربائية أو المغناطيسيات يلزم أن تحاط بنوع من المادة الحقيقية التي لها ثقل صغير جداً، وهذا النوع من المادة مهما يبلغ من الحفة يكون كثيفاً نسبياً بجوار تلك الشحنات أو المغناطيسيات، ثم تقل كثافة إلى أن تبلغ العدم على البعد الذي تخفى فيه القوى الكهربية أو المغناطيسية. وكذلك صورت النسبية أشعة الضوء على هيئة مجار متذبذبة دافقة من تلك "المادة، تنبثق من الأجسام المضيئة (تماماً كما تنبثق مجاري المياه من خراطيم الحديقة) مندفعة عبر فضاء فارغ تماماً.

وهكذا يرى القارئ أنه بينما افترض العلماء أولاً أن الأثير العالمي إنما يوزع توزيعاً منتظماً ومتجانساً في الفضاء الكوني، وصوروا لنا المجالات الكهربية والمغناطيسية كمجرد تشويه طارئ على هذا التوزيع، عادوا فاعتبروا وجود "المادة الاثيرية" الجديدة مقصوراً على المناطق التي توجد فيها القوى الكهربية والمغناطيسية، وهي لا تعتبر حاملة لتلك القوى بقدر ما تعتبر بمثابة القوى نفسها متجسدة. ولا سبيل إلى إظهار الصفات الطبيعية لتلك المادة باستخدام تعبيراتنا القديمة التي على غرار المرونة واللزوجة والتوتر السطحي ... ونحوها مما لا يستخدم إلا في وصف الأجسام المادية المبنية من الذرات والجزيئات .ولكن باستخدام معادلات مكسويل التي تصف لنا جميع دقائق التأثيرات الكهرمغناطيسية وتحرر العقل البشري من نير التركيب المادي للضوء.

ومن روائع النسبية معادلتها الكتلة بالطاقة. فالطاقة التي تصحب حزمة من الإشعاع المنطلق على هيئة ضوء مثلاً يمكن ان تساوي:

ك.|²   

حيث ك هي كتلة هذا الاشعاع، وا هي سرعة الضوء.

ويدعى بعض الناس، خصوصاً ممن دأبوا على تبسيط العلوم، أنه كان من نتائج النسبية وقانون أينشتين هذا المشهور والمعروف باسم (قانون معادلة الكتلة بالطاقة) أن خطأ البشر سريعاً نحو  صناعة القنابل الذرية. ونحن تبعاً لما جاءت به النسبية نستطيع أن نقرر أن الطاقة الكلية التي تنطلق من قنبلة ذرية من ذوات العشرين ألف طن (من الديناميت) تزن نحو جرام واحد فقط، وأن هذه الكتلة الصغيرة تنتج من الطاقة قدراً يكفى لإحداث الدماء الذي يحدثه عشرون ألف طن من الديناميت!، ولكن لم تكن هذه المعادلة هي الخطوة الأصلية في صناعة القنابل الذرية، ولم يكن الدور الذي لعبه أينشتين في هذا الصدد هو العلاقة :

 ى = ك|2

إلى أخرجها للناس، وإنما كانت هنالك توجيهات أخرى ومحاولات وآمال إبان الحرب العالمية الثانية تمخضت عن استغلال الطاقة الذرية.

وعند ما درست خصائص الفضاء الكوني فسر أينشتين الناجمة عن الجاذبية بأنحاء  الفضاء، وبذلك وضع أسس النظرية النسبية العامة. ومن أهم نتائج نظرية أينشتين للجاذبية:

1. زحزحة الضوء عن مساره في خط مستقيم في مجال الجاذبية.
2. دراسة كافة حركات الأجسام المادية في عالم الأبعاد الأربعة، وهو عالم ينحني حيثما توجد مجالات الجاذبية. ويلزم ان تكون الخطوط التي تمثل تاريخ حركة أي جسم مادي في عالم الأبعاد أي "الخطوط العالمية" للجسم .. نقول يلزم أن تكون هذه الخطوط "مسيحية" أي إنها أقصر الخطوط، ويمكن حسابها على أساس نظرية النسبية الخاصة بمجال الجاذبية.

وتم النصر المبين لنظرية النسبية عندما أمكن في ضوئها تفسير الخلاف الحادث بين قياس الحلل أو الاضطراب الذي تحدثه الكواكب على مسار عطارد، وحساب هذا الاضطراب على أنه قلقة بحسب قوانين نيوتن في الجاذبية.

وهكذا نرى ان نتائج أعمال أينشتين التي أمضى فيها حياته تمخضت عن تحويل جانب كبير من الفيزياء إلى هندسة. فالزمن صار رفيقاً رابعاً لأحداثيات المكان الثلاثة ولا يفارقها، وفسرت قوى الجاذبية على أنها نتيجة لانحناء عالم الأبعاد الأربعة هذا، ولكن بقيت القوى الكهربية والمغناطيسية خارج إطار هذه الفكرة الهندسية.

وحاول أينشتين دون جدوى حتى موته عام 1955 أن يصل إلى حل ما يطلق عليه اسم "نظرية المجال الموحد" أو النظرية التي توحد مجال الجاذبية والكهرمغناطيسية على أساس هندسي واحد.

وتؤدي ميكانيكا النسبية إلى الاحتمال الرياضي بوجود عالمين مختلفين ؛ أحدهما "طبيعي" والثاني عالم غريب "بليد" فيه كتلة الأجسام سالبة، ونحن نستطيع أن تعتبر هذا العالم الأخير مجرد خيال أو تصور تمخض عنه حل معادلات أينشتين، إلا أن المسألة تعقدت عندما ظهرت نظرية الكم التي سيأتي ذكرها فيما بعد، ونجح موريس ديرالك في توحيد النظريتين النسبية والكم والجمع بينهما.