النسبية العامة
في عام 1916 نشر اينشتاين بحثه عن نظرية النسبية العامة وكان يمثل هذا البحث عشر سنوات قضاها في التفكير الشديد وكان الدافع لهذه النظرية هو أن نظرية الخاصة تركت المكان و الزمان مبتورين و لأن اينشتاين يرى أن الطريق إلى الوصول لتوحيد القوى الفيزيائية كان يجب أن تكون نظرية صامدة نسبيا و لأن النظرية الخاصة لم تكن كذلك حاول أن يتمها بالعامة لأن الخاصة لا تنطبق إلا على المراقبين الذي تحرك أحدهم بالنسبة للأخر بسرعة ثابتة .
و لما وجد عيب في نظريته الخاصة و لأنه كان يؤمن أن جميع المراجع بغض النظر عن حركتها تتكافأ لدى الطبيعة و لابد لها أن تنظم الحركة بتسارعات مختلفة ، فقد بدأ اينشتاين عند بناء نظريته النسبية العامة بملاحظات عامة كلن غاليليو أول من توصل إليها وهي أن جميع الأجسام التي تسقط سقوطاً حراً من ارتفاع متحرك بتأثير ثقالة الأرض بتسارع واحد مهما كانت كتلها كما لاحظ أن جميع الأجسام المتحركة في مرجع متسارع تستجيب إلى هذا التسارع بالطريقة نفسها مهما كانت كتلتها و من هاتين الملاحظتين اعتمد مبدأ من أهم المبادئ الفيزيائية و هو مبدأ التكافؤ الذي ينص على أنه لا يمكن تمييز قوى العطالة من قوى الثقالة فأصبح هذا المبدأ أساس نظرية النسبية العامة لأنه نفى إمكان تعيين حالة الشيء الحركية بملاحظة قوى العطالة أو اكتشافها سواء أكان مرجعنا متسارع أم لا ، يمكن أن نتابع تفكير أينشتاين بتجربة فكرية شهيرة و هي تخيل فيها أن مراقبا في مصعد و كان في هذا المصعد أجسام مشدودة إلى أسفل و كان في بداية الأمر معلق فوق الأرض ساكناً ففي هذه الحالة سوف تكون جميع التجارب التي يجريها المراقب تتفق تماماً مع تجارب مراقب خارج المصعد على الأرض سوف يستنتجان قوة الثقالة .... الخ ، دعونا ننتقل مع المراقب الذي في المصعد بتسارع ( 9.8 متر / ثانية ) متجه ألى أعلى عكس قوة الثقالة و بنفس تسارع الأجسام على الأرض إذا كان منطقياً مع نفسه سوف يبقى على استنتاجه بأن جميع الأجسام سوف تبقى على نفس تصرفها عندما كان المصعد معلق على الأرض و هذا هو مبدأ التكافؤ فهو يجنب المرء أن يستنتج بأنه موجود في مرجع متسارع لأن كل الآثار الناجمة عن هذا التسارع تماثل الآثار الناجمة عن الثقالة في مرجع ساكن أو يتحرك حركة مستقيمة منتظمة في حقل ثقالي و هكذا يدعم هذا المبدأ نظر اينشتاين بأنه لا يمكن ان يكون هناك فرق بين الحركة المتسارعة و الغير متسارعة لأن قوى العطالة الناجمة عن التسارع هي نفسها ناجمة عن الثقالة فلا يستطيع المراقب أن يفرق و من هنا لا يوجد فرق حول ماذا يرصد المراقب هل يرصد الأجسام المادية من الناحية التحركية أو الحركة أو انتشار الضوء مما أدى باينشتاين إلى استنتاج مهم جداً بشأن سلوك الضوء فحينما تمر حزمة ضوئية عبر المصعد المتسارع في اتجاه عمودي على تسارعة تبدو أنها تسقط نحو أرض المصعد مثلما تسقط الجسيمات المادية لآن أرضه تتحرك حركة متسارعة و لما كان مبدأ التكافؤ ينص على أن لا فرق بين آثار التسارع و الثقالة لذلك توقع اينشتاين أن تسقط الحزمة الضوئية في الحقل الثقالي كما تسقط الجسيمات المادية و قد ثبت هذا التوقع بحذافيره و في أثناء كسوف الشمس الذي حدث عام 1919 فقد شوهد أن الحزمة الضوئية تنحرف نحو الشمس عندما تمر بجوارها و كان مقدار الانحراف متفقا مع ما توقعه اينشتاين و نلاحظ أنه لا خلاف بين النظرية العامة و النظرية الخاصة في أنهما مبنيتان على زمكان رباعي الأبعاد و العامة تشمل الخاصة و لكنها تختلف عنها في أن هندسة النسيبة العامة لا إقليدية و هذا الجانب هو الذي يقود إلى مبدأ التكافؤ و كي نفهم الفضاء اللا إقليدي دعونا نعود إلى المصعد قليلا .... و نتخيل الآن أن المصعد يسقط سقوط حر نحو الأرض ففي هذه الحالة يسقط المراقب و كل شي داخل المصعد بسرعة واحدة كما أن الشيء المقذوف يتحرك عبر المصعد حركة مستقيمة كما يرها المراقب أي لا يوجد هنا حقل ثقالي أما بالنسبة للمراقب الواقف على الأرض فلا يرى المقذوفات تتحرك حركة مستقيمة و أنما على هيئة قطوع مكافئة لذلك لا وجود للثقالة بالنسبة للمراقب الذي في المصعد بينما موجودة للمراقب الذي على الأرض فكيف نخرج من هذا التناقض لقد رأى اينشتاين أن الحل يكمن في إعادة فهم القوة الثقالية لأن مفهوم نيوتن لها ليس مفهوما مطلقاً تغير من مرجع إلى أخر كما حدث في التجربة السابقة و لذلك قام اينشتاين بإعادة قانون نيوتن الأول ليشمل هذا المفهوم و أصبح القانون هو ( أن الأجسام تتحرك دائما في خطوط مستقيمة سواءً أكانت في حقل ثقالي أم لا ) و لكن يجب إعادة تعريف الخطوط المستقيمة كي ينتهي الأشكال و تشمل خطوطا ليست مستقيمة بالمعنى الأقليدي و قام اينشتاين بذلك و بين كيفية هندسة الزمكان الأقليدية في الفضاء المليء بالكتل و هندسة الاقليدية في الزمكان الخالي من الكتل و أصبح السبب في حركة الأجسام في الحقل الثقالي هو أتباع الأجسام للانحناء الزمكاني و تعد هذه الحركة في الهندسة اللا إقليدية حركة في خطوط مستقيمة لأنها اقصر مسار في هذه الهندسة و كان لهذه الدراسة التي قدمها عبقري هذا القرن نتائج كثيرة من انحراف حزمة الضوء وظاهرة ( مبادرة حضيض الكواكب ) و أيضاً ظاهرة ( الإنزياح الاينشتايني نحو الأحمر ) .
و أيضا تتنبأ هذه الهندسة الناشئة عن وجود أجسام ذات كتل هائلة كالنجوم تتوقع بأن يتباطأ الزمن بالقرب من هذه النجوم أضف إلى ذلك تقلص الأطوال وكان أعظم إنجاز حققته النسبية العامة كان في مجال علم الكوسمولوجية علم نشوء الكون فقد طبق اينشتاين نظريته الثقالية على الكون بمجملة و توصل على نموذج سكوني لا يتوسع و لا ينهال على نفسه ثم أثبت باحثون إن النظرية تؤدي إلى نموذج لا سكوني متوسع و هكذا ساهمت هذه النظرية في إثراء علم نشوء الكون .
اينشتاين و في معرض كلامه و شرحه عن نظرية النسبية , أكد و بشكل علمي قاطع فكرة أن الكون في حركة مستمرة و متسارعة لا تهدأ , و إننا و بالنسبة لاجرام و كواكب أخرى و مجرات لا متناهية أصبحنا في زمان ماض و بعيد , لان حركة تسارع تلك المجرات و الكواكب الأخرى تسير أسرع بكثير من حركتنا و لذلك أصبحت في زمن كوني ابعد , و سبقتنا بسنوات ضوئية فلكية بينما نحن مازلنا في زمن سحيق بالنسبة لهم و هذا الزمن متباعد و طويل جدا بحيث لا يمكن اللحاق بهم . لأننا لا يمكن أن نعيش حتى نصل لذلك الزمن , و بالتالي تكون هي أيضا بحكم التسارع قد وصلت إلى زمن أخر , و هكذا في متوالية متصاعدة لا تنقطع و لا تتوقف ابدا , فقد اصبحوا في زمن مستقبلي آخر . و لذلك نحن - بالنسبة لتلك الأجرام و الكواكب - في حكم الأموات تاريخيا , فهم و على سبيل المثال قد قطعوا 10000 سنة ضوئية بينما لازالت مجرتنا في السنة الـ 6000 و هذا يعني وجود 4000 سنة فرق و تخلف زمني بالنسبة لهم . أن كلام هذا الرجل - برأيي - على الأقل منطقي و مقبول حتى الآن , لأن العلم الحديث و الاكتشافات العظيمة بنيت على أساس من نظرياته , و هو كان يجري حسابات رياضية و فلكية و معادلات ليخبرنا انه من الأن و بعد كذا دقيقة أو ساعة أو يوم أو شهر أو سنة سيصطدم هذا النيزك بذاك الشهب أو الكوكب بالآخر , و كانت كل حساباته تثبت صحتها ودقتها .
و الرائع في النظرية النسبية هو اكتشاف العلاقات الكبرى بين قوانين الوجود ، و هكذا استطاعت النسبية أن تدمج المكان بالزمان ، ليتحول مفهوم الزمن إلى البعد الرابع ، و تتحول علاقة الزمان - المكان إلى كينونة واحدة ، و ليدمج بين الطاقة و المادة ، فتتحول كل منهما إلى الأخرى وفق معادلة صغيرة ، لم يعد هناك زمن مطلق كما اعتبرته الفيزياء التقليدية ، كما نسف مفهوم المكان المطلق ، و لكن كيف يمكن فهم تغير الزمن ؟ هل اليوم مثلاً في كوكب آخر هو غير اليوم على الأرض ؟ الجواب نعم فإن ( سنة ) الكوكب عطارد هي 88 يوماً ، و يومه قريب من ذلك ، فلا فرق بين اليوم و السنة على ظهره ، فهو يدور حول نفسه بقدر دورانه حول الشمس في حين أن سنة الكوكب ( بلوتو ) 238 سنة ( مما نعد نحن ) ثم أن الزمن يتعلق بالسرعة ، فالسرعة تضغط الزمن ، فكلما ازدادت السرعة انضغط الزمن أكثر ، فإذا وصلت السرعة إلى سرعة الضوء ، و هي مستحيلة لأي سرعة غير سرعة الضوء حسب معطيات العلم الحالي ، توقف الزمن . لما كان هذا الزمن يتناول جسم الإنسان كله فيمكننا أن نستنتج أن الشخص المتحرك حركة بطيئة ( يشيخ ) قبل الشخص المتحرك حركة سريعة ، بل إن الشخص الذي يتحرك بسرعة الضوء يعيش خارج الزمن ، أي لا يشيخ أبداً ، و لكي نوضح ذلك بطريقة محسوسة و نصور التحول العظيم الذي طرأ على علم الفيزياء نقتبس المثل الآتي من ( لونجفين ) فقد تخيل هذا العالم رحالة فلكياً غادر الأرض بسرعة تساوي 1 / 20000 من سرعة الضوء ، و قفز في المستقبل قفزة إلى الأمام ليرى ما تكون عليه الأرض بعد سنتين من سنينه هو ، و لما آب راجعاً إلى مستقره على الأرض وجد أن السنتين اللتين قضاهما عبر الفضاء ذهاباً و إياباً تعدان قرنين من عمر الأرض ، و وجد الأرض آهلة بسكان جدد و عادات جديدة و وجد حضارة لا عهد له بها قبل منطلقه .
استطاع آينشتاين بومضة عبقرية أن يكتشف علاقات الكون الأساسية و يربطها ببعض ، فالمكان ذو ثلاثة أبعاد : طول و عرض و ارتفاع ، و لكن الزمن هو بعد رابع ، إلا أننا لا نستطيع تصوره بسبب طبيعة تركيب عقولنا ، و المركب ( الزمان - المكان ) مرتبط بدوره مع السرعة ، و أعظم سرعة في هذا الوجود هي سرعة الضوء ، فآينشتاين اعتبر أنه لاشيء ثابت في هذا الوجود إلا سرعة الضوء ، و سرعة الضوء فقط ، و بذلك مسح في أول ضربة نظرية الأثير القديمة ، و أعطى التعليل الراسخ للتجربة التي قام بها عالمان جليلان هما ( ميكلسون و مورلي ) أجرياها بكل دقة من أجل قياس سرعة الضوء في كل الاتجاهات ، و هكذا فالضوء ينتشر و بسرعة ثابتة ، و مهما كانت سرعة حركة المصدر ، و تبين أن سرعة الضوء رهيبة ، حيث بلغت ( 300 ) ألف كم / ثانية ، فلا غرابة إذاً إذا اعتبر ديكارت أن سرعة الضوء غير متناهية ، أو فشل غاليلو في قياس سرعته ، لأنه كان كمن يقيس الكرة الأرضية بالشبر , و هكذا فالضوء يلف الكرة الأرضية سبع مرات و نصف خلال ثانية واحدة ، و لا غرابة أن نتحدث مع من هم في أقصى الأرض بنفس اللحظة ، كما يصل ضوء القمر في ثانية و ثلث فقط ، في حين أن ضوء الشمس يغمر الأرض بعد انطلاقه بثماني دقائق .
و نظراً للأبعاد الكونية الشاسعة فقد استخدمت هذه الوحدة في القياس ، فكلمة ( سنة ضوئية ) تعني المسافة التي يقطعها الضوء في مدة سنة كاملة ( أي ستة ملايين مليون ميل أو حوالي 9 مليون مليون كم ) و علينا أن نعلم أن قطر المجرة اللبنية التي ننتسب إليها هي في حدود 100 ألف سنة ضوئية ، و هي مجرة متواضعة فمجرة المرأة المسلسلة مثلاً يصل إلى 150 ألف سنة ضوئية , و أقرب مجرة إلينا تبعد حوالي مليونين من السنين الضوئية ، و لأخذ فكرة عن سعة الكون الذي نعيش فيه ، فما علينا سوى وضع التصور التالي و المنقول عن كتاب الكون لكارل ساغان ( ص 167 ) : في قبضة اليد الواحدة من رمل الشاطئ حوالي عشرة آلاف حبة ، و في الكون من النجوم ما هو أكثر من كل رمال الشواطئ في بحار الدنيا أجمعين.انطلقت النظرية النسبية من علاقة السرعة بالأشياء الأخرى ، و بذلك سجلت النسبية الخاصة الخطوات الأولى لعلاقة السرعة بالكتلة و الزمان و المكان , فماذا يحدث لو زادت السرعة في علاقتها بالكتلة ؟ ,, ترى النسبية أنه مع السرعة يحدث تبدل في ثلاثة اتجاهات :-
الأول :- تزداد الكتلة .
الثاني :- هو انضغاط الزمن .
الثالث :- هو انضغاط الطول .
فإذا زادت السرعة مثلاً لعمود يبلغ طوله مترا حتى بلغت نصف سرعة الضوء انضغط الطول إلى حوالي 86 سم ، فإذا وصل إلى حوالي 90% من سرعة الضوء لم يبقى من المتر إلا 45 سم ، فإذا وصل إلى سرعة 99 % من سرعة الضوء انكمش المتر إلى 14 سم فقط ، فإذا وصلت السرعة إلى سرعة الضوء أصبح الطول صفراً , و لا يشعر بهذا الشيء من هو داخل العملية ، بل يشعر بها المراقب من الخارج فقط ، كما أنها تنطبق على كل شيء في هذا الوجود ، و هذه أمور لا يستطيع العقل تصورها ، و لكنها قضايا فجرتها النظرية النسبية ، و بذلك نفهم النسبية و لماذا أخذت هذا الاسم ، فكل ما في الكون في حركة و بسرعات مختلفة ، فالأرض تدور حول نفسها بسرعة ربع ميل في الثانية ، و هي تدور بنفس الوقت حول الشمس بسرعة 5.18 ميل في الثانية ، و الشمس و كواكبها سائرة باتجاه نقطة في المجرة بين مجموعة هرقل ( الجاثي ) و مجموعة اللورا بسرعة 12 ميل في الثانية ، و مجرة درب التبانة التي ننتمي إليها تدور حول نفسها دورة كاملة كل ربع مليار سنة بسرعة 120 ميل في الثانية ، و مجرتنا تبتعد عن أخواتها المجرات الأخرى بسرعة تصل إلى ( 600 - 40000 ميل في الثانية ) ” كُلٌّ فِي فَلَكٍ يَسْبَحُونَ “ ( الانبياء : من الآية 33 ) .
لم يبق ثبات لشيء مطلقاً ، فلا الأحجام تبقى أحجاماً ، و لا الأبعاد أو الزمان أو المكان ، فكل ما في الكون هو في حالة ، فالزمان الذي يتدفق مفكك الأوصال في هذا العالم الذي نعيشه ، و تياره الذي يجري مختلف من مكان إلى آخر ، فالزمن في مكان من الكون هو غير الزمن في مكان آخر ، و يتبع هذا تغير كل شيء من الأبعاد و الأحجام و الأوزان و الحركات ، و كل هذا يتبع السرعة التي يتمتع بها الكوكب أو المكان الذي يتدفق فيه الزمن ، بل هو حتى في الكرة الأرضية اليوم ليس كالغد ، فبعد خمسة مليارات سنة سيكون يوم الأرض 36 ساعة ، كل هذا بفعل تباطؤ حركة الأرض بفعل الاحتكاك ، إذاً يبقى فهم العالم و وضعه بشكل نسبي حسب مكان المراقب ، هذا التحول العقلي هو الذي ألهم صاحبا كتاب العلم في منظوره الجديد أن يقولا أن هناك ثورة في المفاهيم أطاحت بالنظام القديم ، و شقت الطريق إلى فهم جديد للعالم بل رسم معالم حضارة جديدة .
و أما أهم أمرين فتحت الطريق إليهما النظرية النسبية ، التي بدأت تتأكد مخبرياً ، أولاً : ( نظرية الانفجار العظيم ) - ثبت فشلها - في كيفية تشكل الكون الأولي ، و ثانياً : و من خلال معادلة علاقة الطاقة بالمادة الانطلاق في المشروع النووي ، حيث أمكن إنتاج طاقة لم يحلم بها حتى ( الجن ) ، فلأول مرة يضع الإنسان يده على الوقود الكوني , كان هذا من خلال بحث قام به عالمان هما ( كارل فريدريش فوه فايسكر ) و الثاني ( هانس بيته ) ، حيث و من خلال معادلات آينشتاين ، تم الوصول إلى كشف السر عن نوع الوقود الذي يحترق في الشمس و أنه وقود غير تقليدي ، فلو كان مخزون الشمس من الفحم مثلا ً لاستُهلك في مدى 300 عاما ً لا يزيد ، و لكنه من نوع القنابل الهيدروجينية ، التي تنفجر بدون توقف ، قاذفةً أحياناً شواظاً من لهب يتجاوز الـ 500 ألف كم خارج الجحيم الشمسي المستعر .
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق