آينشتين والنسبية

ولد ألبرت أينشتين في 14 مارس 1879 في ألمانيا في مدينة صغيرة تسمى أولم وبعد عام انتقلت أسرته إلى ميونخ. كان والده هرمان صاحب مصنع كهر وكيميائي. وكانت والدته بوليين كوخ من عشاق الموسيقى وكان له أخت تصغره بعام. تأخر آينشتين عن النطق وكان يحب الصمت والتفكير والتأمل ولم يهوى اللعب كأقرانه. لم يكن يعجبه نظام المدرسة وطريقة التعليم فيها التي تحصر الطالب في نطاق ضيق ولا تدع له مجالاً للإبداع وإظهار إمكانياته . .
العديد من العلماء بلغوا مراتب علمية عالية نتيجة لمجهودهم الفكري أو الفني فمثلاً إديسون وبيكاسو وأبن سينا والمتنبي اجمع الناس على تفوقهم وعبقريتهم لأنهم لمسوا ورأوا قيمة ما يقدمون من اكتشافات واختراعات. وهذا لم يحدث مع آينشتين حيث كانت عبقريته من نوع مختلف فما هو الذي قدمه آينشتين؟ وعن ماذا كانت عبقريته؟ وما قيمة ما قدمه؟ وعن أي شيء تتحدث. كل ما هو معروف أنه وضع النظرية النسبية. فإذا ما حاول المرء قراءة النظرية النسبية إلا وجد نفسه غارقاً في بحر من الألغاز لدرجة انه شاع القول بأن هناك عشرة في العالم يفهمون النظرية النسبية وهنا يجب أن اؤوكد أن هذا غير صحيح وسوف نقوم من خلال هذه الحلقة تقديم شرح مبسط للنظرية النسبية لتكون قريبه للفهم لطلاب الفلسفة .


نحتاج قبل الدخول إلى مفاهيم النظرية النسبية تعريف مفهوم الأبعاد المكانية والزمنية حيث أن كثيرا ما تعرف النظرية النسبية على أنها نظرية البعد الرابع. فما هي هذا الأبعاد الأربعة وكيف نستخدمها ولماذا اينشتين العالم الأول الذي أكد على ضرورة استخدام البعد الرابع (الزمن) بالإضافة إلى الأبعاد الثلاثة التي اعتمد عليها جميع العلماء من قبله... .
آينشتين هو العالم الوحيد الذي فكر في البعد الرابع (الزمن) وقال إن الكون الذي نعيشه ذو أربعة أبعاد وهي الطول والعرض والارتفاع والزمن. وادخل البعد الرابع في جميع حساباته. يستطيع الإنسان تخيل البعد الواحد والبعدين ويمكن رسمهما ولكن البعد الثالث يحتاج منه إلى قدرات تخيلية إضافية ولكن من الصعب التفكير والتخيل بالأبعاد الأربعة معا وخصوصا أن البعد الرابع وهو الزمن لا يمكن رؤيته ولكننا نعيشه وندركه كمسلمة من مسلمات الوجود. فإذا اعتبرنا أن هندسة الكون تعتمد على أربعة أبعاد فإن حساباتها ستكون غاية في التعقيد ونتائجها غير متوقعة وهذا ما فعله آينشتين في نظريته النسبية.
إن المقاييس من مساحات و حجوم وكتل وتحديد المكان والزمان والسرعة هي مقاييس معروفة في نظر الفيزياء الكلاسيكية (فيزياء جليلو ونيوتن) فكلنا نقيس المسافات والزمن بنفس الطريقة والكيفية ولا يختلف في ذلك اثنان إذا كانت مقاييسهما معايرة بدقة وهذا يعني أننا سلمنا بأن هذه المقاييس مطلقة ولكن هذا يخالف النظرية النسبية التي تقوم على أنه لا وجود لشيء مطلق في كل هذه الأشياء أنما هي نسبية، فالدقيقة (60 ثانية) التي نقيسها بساعاتنا يمكن أن يقيسها آخر على أنها أقل من دقيقة أو أكثر وكذلك المتر العياري طوله متر بالنسبة للشخص الذي يحمله ولكن بالنسبة لآخر يتحرك بسرعة كبيرة بالنسبة لذلك الشخص يجد المتر 80 سنتمتر وكلما زادت سرعته كلما قل طول المتر ليصبح طول المتر صفر إذا تحرك الشخص بسرعة الضوء (سنجد انه من الاستحالة الوصول لسرعة الضوء) وهذا لا يعود لخطأ في القياسات بين الشخصين أو خلل في آلات الرصد التي يستخدمونها فكل منهما يكون صحيحا ولكن بالنسبة له ولهذا سميت بالنظرية النسبية والكثير من الأمور المسلم بها في حياتنا والتي نعتبرها مطلقة تصبح نسبية في عالم النسبية.
بمفهوم اينشتين والتعامل مع الزمن على أنه بعد من الأبعاد يصبح كل شيء نسبياً فمثلاً نعرف أن الكتلة هي كمية المادة الموجودة في حجم معين مثل كتلة الماء في حجم سنتيمتر مكعب هي واحد جرام وكتلة الماء هذه ثابتة ولكن وزنها هو الذي يتغير تغيرا طفيفا نتيجة لتأثير الجاذبية عليها فيقل الوزن قليلا في المرتفعات ويزيد في المنخفضات نتيجة لتغير تأثير الجاذبية حسب بعدنا أو قربنا من مركز الأرض وهذا التغير يكون في حدود جرام واحد فقط، ولكن آينشتين يبين أن الكتلة تتخلى عن تأثير الجاذبية وتتغير في حدود أكبر بكثير قد تصل إلى الآلاف ولا علاقة لتغير الكتلة بالجاذبية. إن ثبوت المقاييس والأبعاد عند آينشتين في الكون لا وجود له حسب نظريته النسبية.

لتفصيل الموضوع أكثر سوف نقوم بشرح أوسع لمفهوم المكان في النسبية ومن ثم شرح مفهوم الزمن في النسبية.

أولاً - المكان في النسبية :
إذا سألت نفسك عزيزي القارئ في هذه اللحظة هل أنت ثابت أم متحرك، فستنظر حولك بكل تأكيد وتقول أنا لست متحرك فأنا ثابت أمام جهاز الكمبيوتر وعلى الأرض وهذا صحيح فأنت ثابت بالنسبة للكمبيوتر والأرض (أي الكرة الأرضية) ولكن هذا ليس صحيح بالنسبة للكون فأنت والكمبيوتر والأرض التي تقف عليها تتحركوا وهذه الحركة عبارة عن مجموعة من الحركات منها حركة الأرض حول نفسها وحركة الأرض حول الشمس وهناك حركة للشمس والأرض داخل مجرة درب التبانة ومجرة درب التبانة تتحرك بالنسبة إلى الكون.. إذا عندما اعتقدت انك ثابت فهذا بالنسبة للأشياء حولك ولكن بالنسبة للكون فكل شيء متحرك. وخذ على سبيل المثال هذه الأرقام .
سرعة دوران الأرض حول نفسها ربع ميل في الثانية وسرعة دوران الأرض حول الشمس 18 ميل في الثانية والشمس والكواكب تسير بالنسبة لجيرانها النجوم بسرعة 120 ميل في الثانية ومجرة درب التبانة منطلقة في الفضاء بسرعة تصل إلى 40000 ميل في الثانية. تخيل الآن كم هي سرعتك وعدد الحركات التي تتحركها بالنسبة للكون. وقدر المسافة التي قطعتها منذ بدء قراءة هذه الحلقة حتى الآن.
لا احد يستطيع أن يحدد هل مجرة درب التبانة هي التي تبتعد عن المجرات الأخرى بسرعة 40000 ميل في الثانية أم أن المجرات هي التي تبتعد عنا بهذه السرعة. فعلى سبيل المثال إذا أراد شخص أن يصف لنا سفره من مطار دمشق إلى مطار دبي الدولي فإنه يقول غادرت الطائرة مطار دمشق في الساعة الثالثة ظهرا واتجهت شرقا لتهبط في مطار دبي الدولي الساعة السادسة مساءً.. ولكن لشخص أخر في مكان ما في الكون يرى أن الطائرة ارتفعت عن سطح الأرض في دمشق وأخذت تتباطأ حتى وصلت مطار دبي لتهبط فيه. أو أن الطائرة ومطار دبي تحركا في اتجاهات مختلفة ليلتقيا في نقطة الهبوط.. وهنا يكون من المستحيل في الكون الواسع تحديد من الذي تحرك الطائرة أم المطار.
كذلك يجب أن نؤكد أن الاتجاهات الأربعة شمال وجنوب وشرق وغرب والكلمات فوق وتحت ويمين وشمال هي اصطلاحات لا وجود لها في الكون فلا يوجد تحت أو فوق ولا شمال أو جنوب.
إن التعامل بهذه المفاهيم الجديدة والنظرة الشاملة للكون بلا شك أمر محير ولاسيما إذا أدخلنا البعد الرابع في حساباتنا فكل شيء يصبح نسبي.

ثانياً - الزمان في النسبية :
لم يكتف آينشتين بأن أثبت أن المكان نسبي ولكن عمم نسبية المكان على الزمان (البعد الرابع) حيث أنه قال طالما أننا نعيش في عالم ذو أربعة إبعاد ووجد أن الأبعاد المكانية الثلاثة التي تحدد بـ x,y,z هي نسبية لا بد وان يكون الزمان (البعد الرابع) نسبياً أيضا . .
اعتبر العلماء ومن بينهم العالم نيوتن أن الزمن مطلق ويجري بالتساوي دون أية علاقة بأي مؤثر خارجي. ولكن اينشتين لم يتقيد بما سبقه من العلماء وفكر بالأمر من وجهة نظر مختلفة تشمل الكون الفسيح كيف ذلك؟؟...
تعودنا نحن سكان الكرة الأرضية على تقدير الزمن من خلال اليوم وأجزائه (الساعة والدقيقة والثانية) ومضاعفاته (الأسبوع والشهر والسنة والقرن) ويومنا هو مقدار الزمن اللازم للأرض لتدور حول نفسها دورة كاملة والسنة هي مقدار الزمن اللازم للأرض لإكمال دورة كاملة حول الشمس وتساوي 365 يوم وربع اليوم. ولكن ماذا عن اليوم والسنة على كوكب عطارد أو كوكب بلوتو لا شك أن ذلك سيكون مختلف بالنسبة لمقاييسنا فالسنة على كوكب عطارد ثلاثة أشهر من الوقت الذي نقيسه على الأرض بينما السنة على كوكب بلوتو فهي اكبر من ذلك بكثير وتساوي 248 سنة من سنوات الأرض.. الأمر عند هذا الحد معقول ولكن ماذا عن المجرات الأخرى كيف تقدر اليوم والسنة عندها؟ وهل يمكن استخدام الأزمنة الأرضية كمقياس للزمن على أرجاء هذا الكون الفسيح؟ وتجدر الإشارة هنا إلى أن مصطلح فسيح لا يعبر عن مدى كبر حجم هذا الكون ...
مما سبق تبين أن هذا الكون يحتاج إلى طريقة جديدة لتقدير المسافات بين مجراته ونجومه لأن استخدام وحدة المتر أو الميل ستقودنا إلى أرقام كبيرة جدا لا يمكن تخيلها ولهذا فإن العلماء يستخدمون سرعة الضوء لقياس المسافة حيث أن سرعة

الضوء 300 ألف كيلومتر في الثانية (الضوء يدور حول الأرض 7 مرات في الثانية أي عندما تقول كلمة واحدة يكون الضوء قد لف حول الأرض سبع مرات) وإذا حسبنا المسافة التي يقطعها الضوء في السنة نجد أنها مسافة كبيرة جدا (الأرقام الفلكية) فمثلا نعلم أن أشعة الشمس تصلنا خلال ثمانية دقائق وبهذا يكون بعد الشمس عنا ثماني دقائق ضوئية وهنا استخدمنا وحدة الزمن لقياس المسافة. مثال أخر على اقرب نجم إلى المجموعة الشمسية يسمى ألفا قنطورس يبعد عنا أربعة سنوات ضوئية والنجوم البعيدة في مجرتنا تبعد عنا آلاف السنوات الضوئية ويقدر قطر درب التبانة بـ 80 ألف سنة ضوئية (تخيل أن الضوء الذي يصدر عند احد إطرافها يصل إلى الطرف الآخر بعد ثمانين ألف سنة) كل هذا في مجرتنا وبعض التلسكوبات رصدت مجرات تبعد عشرة آلف مليون سنة ضوئية ذلك يعني أنه إذا وقع حدث ما في طرف الكون فإنه لا يصل إلى الطرف الأخر قبل مرور عشرة آلاف مليون سنة!!! وسنعلم أيضا أن الكون لا زال يتمدد وبسرعات هائلة...
نظرية النسبية ليست كلها معادلات وإنما لها جوانب فلسفية .
ونبدأها بالأسئلة التالية :
هل نحن نرى الدنيا على حقيقتها ؟
هل هذه السماء زرقاء فعلا . . وهل الحقول خضراء . . وهل الرمال صفراء ؟
وهل العسل حلو .. والعلقم مر ؟
هل الماء سائل . . والجليد صلب ؟
وهل الخشب مادة جامدة كما تقول لنا حواسنا ؟
وهل الزجاج شفاف كما يبدو لنا . . والجدران صماء كما نراها ؟
وهل الخط المستقيم هو اقصر مسافة بين نقطتين كما تقول لنا الهندسة التقليدية التي تعلمتاها . . وهل مجموع زوايا المثلث تساوي 2قا ؟
وهل أحداث الكون كلها ممتدة في زمن واحد . . بحيث يمكن أن تتواقت بعضها مع بعض في آن واحد في أماكن متفرقة . . كما يتوافت خروج الموظفين مثلا من مختلف الوزارات في ذات الوقت والساعة . . فنقارن إحداثا تجري في الأرض مع أحداث تجري في المريخ والزهرة وسديم الجبار . . ونقول إنها حدثت في وقت واحد أو أن احدها كان قبل الأخر . . وهل يمكننا أن نقطع في يقين أن جسما ما من الأجسام يتحرك وأن جسما لا يتحرك ؟

كل هذه الأسئلة التي يخيل لك انك تستطيع الإجابة عنها في بساطة والتي كان العلماء يظنون أنهم قد انتهوا منها من زمن . .
قد تحول الآن إلى الغاز . .
لقد انهار اليقين العلمي القديم والمطرقة التي حطمت هذا اليقين ، وكشفت لنا عن انه كان يقينا ساذجا ، هي عقل اينشتين الجبار . .
ونظريته التي غيرت الصورة الموضوعية للعالم . . نظرية النسبية .
نظرية النسبية ليست كلها معادلات وإنما لها جوانب فلسفية .

وحتى المعادلات الرياضية . . يقول اينشتين أنها انبعثت في ذهنه نتيجة شطحاته التي حاول فيها أن يتصور الكون على صورة جديدة .
وأما هذه الشطحات الفلسفية سوف نقف قليلا تاركين المعادلات الرياضية لأربابها من القادرين عليها ، محاولين أن نشرح بعض ما أراد ذلك العالم العظيم أن يقول :
وسوف نبدأ من البداية . . من قبل اينشتين من الأسئلة التي أوردت في بداية البحث . . هل كانت الأسئلة حقيقة ؟
لا ..
ليست هذه هي الحقيقة . .
هذا ما نراه . . وما نحسه بالفعل . . ولكنه ليس كل الحقيقة .
فالنور الأبيض الذي نراه . . إذا مررناه خلال منشور زجاجي . . يتحلل إلى سبع ألوان هي ألوان الطيف المعروفة الأصفر و البرتقالي و الأحمر و الأخضر و الأزرق و البنفسجي الخ...
فإذا حاولنا أن ندرس ماهية هذه الألوان لم نجد أنها ألوان . . وإنما وجدناها موجات لا تختلف في شيء إلا في طولها – ذبذبات متفاوتة في طولها (و هذه هي كل الحكاية ) – ولكن عيننا لا تستطيع أن ترى هذه الأمواج كأمواج . . ولا تستطيع أن تحس بهذه الذبذبات . . و إنما كل ما يحدث أن الخلايا العصبية في قاع العين تتأثر بكل نوع من هذه الذبذبات بطريقة مختلفة . . و مراكز البصر في المخ تترجم هذا التأثير العصبي على شكل ألوان . . ولكن هذه المؤثرات الضوئية ليست ألوان ، و إنما هي محض موجات و اهتزازات ، و المخ بلغته الاصطلاحية لكي يميزها عن بعض يطلق عليها هذه التعريفات التي هي عبارة عن تصورات – وهذه هي حكاية الألوان - .
فمثلا الحقول التي نراها خضراء ليست خضراء . . و إنما كل ما يحدث أن أوراق النباتات تمتص كل أمواج الضوء بكافة أطوالها ما عدا تلك الموجة ذات الطول المعين التي تدخل عيننا و تؤثر في خلاياها فيكون لها هذا التأثير الذي هو في اصطلاح المخ (( أخضر )) . . وبالمثل أي لون ليس له لون وإنما هو مؤثر يفرقه المخ عن غيره بهذه الطريقة الاصطلاحية بأنه لون .
فالعسل في فمنا حلو ولكن دودة المش لها رأي مختلف تماما في العسل بدليل أنها لا تقربه أو تتذوقه الحلاوة إذا لا يمكن أن تكون صفة مطلقة موضوعية في العسل ، وإنما هي صفة نسبية نسبة إلى أعضاء التذوق في لساننا . .
فإذا جئنا للسؤال الثالث لنسأل أنفسنا هل الماء سائل و هل الجليد صلب فإن المشكلة تتضح أكثر . .
فالماء و البخار و الجليد مادة كيميائية واحدة تركيبها الكيميائي ( اتحاد الهدرجين بالأوكسجين 2 : 1 H2O ) . . و ما بينها من اختلاف ليس اختلافا في حقيقتها وإنما هو اختلاف في كيفيتها .
فحينما نضع الماء على النار فإننا نعطيه حرارة ، أو بمعنى آخر طاقة ، فتزداد حركة جزيئاته و بالتالي تتفرق نتيجة اندفاعها الشديد في كل اتجاه و يكون نتيجة هذه التفرقة عند لحظة معينة أن تتفكك و تتحول إلى جزيئات سابحة بعيدة عن بعضها ( غاز) . . فإذا فقدت هذه الحرارة الكامنة التي أخذتها عن طريق النار فإنها تعود فتبطئ من حركتها وتتقارب إلى بعضها عن طريق النار حتى تصل في لحظة إلى درجة من التقارب هي التي نترجمها بحواسنا على أنها حالة شبه متماسكة ( سيولة ) . . فإذا سحبنا منها الحرارة وبردناها أكثر وأكثر فإنها تبطئ أكثر وأكثر وتتقارب أكثر حتى تصل إلى درجة من التقارب نترجمها بحواسنا على أنها ( صلابة ) . .
الحالة الغازية والسائلة والصلبة هي ظواهر كيفية لحقيقة واحدة هي درجة تقارب الجزيئات من بعضها البعض لمادة واحدة هي الماء . .
وشفافية الماء وعتمة الثلج سببها أن جزيئات الماء متباعدة لدرجة تسمح لنا بالرؤية من خلالها . .
إنها جميعا أحكام نسبية تلك التي نطلقها على الأشياء ( نسبة إلى حواسنا المحدودة ) ولست أحكاماً حقيقية . . والعالم الذي نراه ليس هو العالم الحقيقي . . وإنما هو عالم اصطلاحي بحت نعيش فيه متعلقين في الرموز التي يختلقها عقلنا . . ليدلنا على الأشياء التي لا يعرف لها ماهية أو كنها .