مئة عام من التطورات ... خيال ما قبل وما بعد النظرية النسبية

مئة عام من التطورات ... خيال ما قبل وما بعد النظرية النسبية
الذكرى المئة للنظرية النسبية الخاصة 1905 م





حدثت هذه القصة ... أو ربما قد تحدث ... عام 2105 م عندما طلب الأب بهاتف الهولوغرام المرئي في دمشق إبنه في حلب للقدوم صباح يوم ما ليراه ... وبالفعل ما هي إلا دقائق معدودة من المكالمة المرئية حتى قرع الإبن الباب ودخل وجلس مع والده المريض ... وقبل أن يحتسي الشاي سأله والده ... كيف كانت رحلتك اليوم من حلب لدمشق ...؟ قال الإبن راداً ... لقد شعرت بغثيان طاقي بسبب الإنتقال البعدي من حلب إلى دمشق ,, صحيح أن التذكرة بهذه الوسيلة ما تزال رخيصة نوعاً ما .. لكني ما أزال أفضل السفر عبر الإنتقال النفقي ... الأسرع بالرغم من تذكرته الغالية . ولكنك كما تعلم يا أبي أن هذه الوسيلة تستخدم فقط للسفر إلى المحطات الفضايئة المنتشرة عبر المجرة ...



أخي القارئ ... أختي القارئة ... لست بصدد سرد ما حصل بعد هذا النقاش غير الواقعي إذ أن بعضكم قد لا يكمل حتى قراءة هذا المقال بسبب بعده الشاسع عن واقعنا الحالي .



ما أود قوله أو سرده في هذا المقال الموجه لكل طلاب علم الفيزياء في سوريا خاصة وفي الوطن العربي عامة هو :



مئة عام تفصلنا عن أحداث هذه القصة (سواء قد تحدثت أم لا ) وكل ما فيها بالنسبة لقارئ على أرض الواقع إنما هو طلاسم من الخيال الذي قد يشعرنا بالغثيان لبعده عن واقعنا الحالي ... وهذا صحيح ...



لكن طالما سمحت لنفسي للسفر بأفكاري لمئة عام قادمة ... فإنه قد يحق لي أيضاً العوده بكم إلى الوراء مئة عام مضت من أرض الواقع الذي عشناه أو عاشه أجدادنا جميعاً ... عام 1905 م ولنقص أو لنسرد إحدى القصص أو الأحداث التي حدثت فعلاً في زمننا الحاضر أو تحدث في هذه اللحظة إلى شخص عاش قبل مئة عام .



إخوتي القراء ... من منا يستطيع إقناع شخص ذلك الزمان 1905 م أن السفر من حلب إلى دمشق يستغرق بما يعرف الآن بالطائرة على الأكثر ساعة ...! من منا يستطيع شرح آلية نقل رسالة إلكترونية email من دمشق إلى باريس في ثلاث ثواني إلى شخص ذلك الوقت .



وما دمنا في عام 1905 م ... من منا إخوتي يستطيع أن يبسط أمر هبوط الإنسان على القمر بعد حوالي أربع وستين سنة لشخص من ذلك الزمان ينظر ويتأمل القمر . هل يمكنه إستيعاب أن أكثر من مئة ألف شخص سيهلكوا عام 1945 م في مدينة هيروشيما اليابانية في دقائق معدودة .



إذاً حيرة ذلك الشخص قد توازي حيرتنا ودهشتنا من أحداث القصة الأولى في مطلع هذا المقال من العام 2105 م ، لكننا في هذه القصة أمكننا التنبأ بها وبأحداثها المستقبلية البعيدة عن حاضرنا الحالي وذلك لسبب واحد ومهم ... وهو أنه نحن سكان أرض الواقع الحالي لدينا أداة ووسيلة أمكنتنا من التنبؤ بذلك . إنها أداة الفيزياء الحديثة ... تلك البوابة التي جعلت إنسان القرن العشرين يتوه في معادلاتها ورياضياتها المعقدة وفلسفتها المبهمة في حين كانت مغزً للتطور التقني المتلاحق خلال مئة عام والذي يصب بسرعة كبيراً في علم الفيزياء الحديثة . في حين أن وتيرة التطور التقني كانت أبطأ ما يكون قبل القرن العشرين . فعصر السرعة والطاقة بدأ مع بداية القرن العشرين .



لقد بقيت البشرية على النار والحطب وعلى الجمال والأحصنة كأسرع وسائل التنقل منذ بدء تسجيل التاريخ أي قبل خمسة آلاف عام بل وقبل ذلك بكثير . منها مئة عام كانت الفيصل في الحضارة الإنسانية بمسيرتها وتطورها ، وهذه المئة عام لا توازي أبداً خمسة آلاف عام ... بل فاقتها بأكثر من ذلك بكثير .



أين كان الفكر البشري خلال خمسين قرناً من الزمان وأكثر ؟ ألا يدعوا ذلك للدهشة والتساؤل ؟



لم المئة عام الماضية وازت جميع التطورات خلال خمسين قرناً ؟ صحيح أن إكتشاف النار كان من أهم الأكتشافات المسجلة على الإطلاق إلا أن مصدر الطاقة هذا بقي دون تطوير آلاف السنين ....!



وسائل المواصلات بقيت من نفس النوع منذ آلاف السنين ...!



وسائل البريد والمراسلات بقيت دون تغيير منذ آلاف السنين...! ربما تطورت ألية الحمام الزاجل منذ بضعة آلاف من السنين كبريد ممتاز (إكسبرس ) في ذلك الزمان . وكم من حمامة أكلها الصقر مع الرسالة ....!



حتى آلاة الحرب خلال الـخمس آلاف عام شهدت نفس الآلية والأسلوب ...! ففي حين كانت آلاف الأرواح تحصد خلال أسابيع وأيام ... إلا أن آلة الحرب أيضاً طالها التطور خلال المئة عام موضوع النقاش ... ففي القرن العشرين ربما تحصد مئات الألوف من الأرواح خلال ... دقائق .



طبعاً الحديث يطال التطور اللاحق بمجال الطب والهندسة والكيمياء والفلك .... إلخ .



ففي مجال الكيمياء مثلاً ... ظهر خلال مئة عام ما يعرف بالتحليل الآلي ... فالعينة التي كانت تتطلب أيام لتحليل شامل ... أضحت بواسطة التحليل الآلي تنجز خلال دقائق معدودة .



تعتبر نظرتي النسبية Relativity والكم Quantum بذرتي التطور التقني الحاصل في القرن العشرين وما سوف يلحق من تطورات . وإن أردنا معرفة ما هو الحد الفاصل بين الخمسة آلاف سنة الماضية والمئة سنة الأخيرة ( القرن العشرين ) لقلنا بما لا يدع مجال للشك إنهما نظريتي النسبية والكم .



حتى أوائل عام 1905 م كانت العقلية البشرية لا تزال تعيش ضمن الحقبة القديمة ... إلى أن نشر ألبرت آينشتاين بحثه في مجلة Annalen der physik من نفس العام والذي تحدث عن علم جديد بأسلوب رياضي غريب فأحدث صدمة عارمة طالت كل طبقات الناس على الإطلاق من عامة و علماء . إن وقع الخبر كان قاسياً حين تحول الخيال إلى واقع أو ربما كان الواقع أبعد عن الخيال .



صحيفة من النمسا عبرت عن صدمة الشارع بمقال نشر في عدد لها بعنوان :



الدقيقة في خطر – نبأ هام في العلم الرياضي

" وذكر المقال أن عالم رياضي إستطاع بشعوذة رياضية أن يلعب في الساعات وأضاف المقال : إن من شأن هذه الفكرة أن تقلب نظام علاقتنا بالكون رأساً على عقب " . لم يقبل المجتمع العلمي آنذاك بالنظرية النسبية لأنها كانت ضرب من الخيال الذي يفوق التصور . ومع أن آينشتاين نشر في ذلك العام ثلاث بحوث إلا أن بحث النظرية النسبية كان له أكبر صدً ومع هذا فقد نال بحثه في المفعول الكهروضوئي جائزة نوبل عام 1921 م وليس على بحث النظرية النسبية إذ إفتقر الأخير لتطبيق مفيد في ذلك الوقت .



وبقيت جموع العلماء في عداء كبير من مذهب النظرية النسبية الجديد مع أن إطارها الرياضي والفيزيائي كانا قويين . إلى أن جاء عام 1940 م عندما إنطلقت بحوث الطاقة النووية بفريق العلماء في لوس ألاموس بالولايات المتحدة الأمريكية أثناء الحرب العالمية الثانية وذلك إنطلاقاً من معادلة آينشتاين الجديدة في الطاقة E = mc2 كأول تطبيق فعلي للنظرية النسبية الخاصة .





لقد أصبحت النظرية النسبية نظرية شاملة تلزم الكثير من النظريات كي تكون ثابتة نسبوياً طبقاً للنظرية النسبية ... فحتى نظرية الكم ... يجب أن تكون ثابتة نسبياً ... إلى درجة أنه هنالك ما يعرف بالميكانيك الكمي النسبوي . إلا أن الوجه العام للتناقضات التي غلفت النظرية النسبية جعلتها موضع الشك والرهبة أو على الأقل من الناحية الفلسفية ... ولكني أعود للتأكيد أن رياضيات النظرية النسبية الخاصة 1905 م ومن بعدها العامة 1914 م غاية في التعقيد هذا صحيح ولكنها من منطلق آخر غاية في الدقة والسحر ... والتي أنقذت هذه النظرية من الإندثار .



فمثلاُ ... الحسابات التي تقوم على أساس معادلة الطاقة لآينشتاين تنبأت بإمكانية حساب طاقة الإرتباط النووي قبل توصل العلماء لهذه الحسابات بأكثر من ثلاثين عاماً ... إذ بقيت تلك المعادلة دون إستخدام على أساس أنها نتيجة رياضية صرفة منذ عام 1905 م حتى عام 1939 م ، ومنها إنطلقت شرارة مشروع منهاتن للقنبلة النووية .



ماذا أعطتنا النظرية النسبية الخاصة ( منذ عام 1905 م ) من معلومات أدت إلى تطور هائل للبشرية ؟؟

لو استعرضنا مسلمات النظرية النسبية الخاصة لوجدناها رياضية فيزيائية فلسفية صرفة تخلو من أي تطبيق عملي في الظاهر . وللوهلة الأولى لا يمكن ربط أي حرف منها بأي تطبيق عملي .



المسلمة الأولى : لا يمكن بأية تجربة فيزيائية كانت ، تجري في أي نظام System ، تحديد فيما إذا كان هذا النظام ساكناً أم متحركاً بانتظام واستقامة . وإن كل قوانين الفيزياء تحافظ على شكلها في جميع الجمل العطالية .



المسلمة الثانية : إن سرعة الضوء ثابت عالمي c بالنسبة لكافة المراقبين في أي جملة عطالية متحركة كانت أم ساكنة .



تعتبر المسلمة الأولى تعميم لمبدأ نسبية غاليليو ويتبع لها قانون نيوتن الأول في الحركة . وهو أساس علم الحركة .

لكن المسلمة الثانية حقيقة فريدة من نوعها وهي بالتحديد ما أضفت على النظرية النسبية صفة الغموض .



إليكم أحد إشكالات المسلمة الثانية الخاصة بثباتية سرعة الضوء :



إن الأحداث التي تكون متزامنة في مرجع عطالي ما ، فإنها ليست بالضرورة متزامنة في المراجع الأخرى ... وعليه فإن موضوع التزامن أصبح غير مطلق بل نسبي أيضاً حسب النظرية النسبية الخاصة .



وأحد أهم التطبيقات السحرية لهذه المسلمة ، تقتضي وجود عربة قطار تسير في خط مستقيم وبانتظام بسرعة تقارب سرعة الضوء . ويفترض وجود شخصين لإنجاز هذه التجربة ... شخص يحمل جهاز يرسل إشارات ضوئية في مركز العربة ... وشخص ساكن يراقب ذلك من خارج العربة وهي تتحرك . يرسل الشخص من داخل العربة إشارة ضوئية مزدوجة صادرة من مركز العربة في كلا الاتجاهين الأمام والخلف لفتح بوابتين كهربائيتين في مقدمة العربة ومؤخرتها .

يقول المراقب المتحرك من داخل العربة : أرى البوابتين تفتحان بشكل آني وفي نفس الوقت تماماً طالما جهاز الإشارة الضوئية في مركز العربة .



لكن ما يقوله المراقب الساكن من خارج العربة يعتبر مناقض لما سبق إذ يقول ... رأيت البوابة الخلفية تفتح قبل البوابة الأمامية ...!

من منهما على صواب ... ؟



كلاسيكياً ... أحدهما ربما نظره ضعيف ...!

نسبوياًً .... كلاهما على صواب .



إن تطبيقات النظرية النسبية الخاصة غير مألوفة أبداً للكلاسيكيين ... وفيما يلي نستخرج نتائج النظرية النسبية الخاصة وذلك بغض النظر عن كيفية الوصول لها رياضياً :



تمدد الزمن Time Dilation

تقلص الأطوال Length Contraction

الطاقة النووية Nuclear Energy



تمدد الزمن : في رأيي تعتبر هذه الفكرة أعظم فكرة طرحها الإنسان على الإطلاق والتي تمثل في دورها روعة فكر وتفكير العقل البشري . إن هذه الفكرة من السحر الذي عجز الكثير ومنهم فيزيائيين عن قبول تلك النتيجة والتي انبثقت من صلب المسلمة الثانية للنظرية النسبية الخاصة ، ولو كنت سأعيش أكثر من مئة عام لأثبت لكم أن التطور القادم والذي يتضمن طلاسم القصة الأولى من المقال سيكون مآله هذه النتيجة ...! ربما لا يوجد تطبيق لها ملموس جدير باهتمام الصحف والأخبار ... لكن على علماء القرن الثاني والعشرين والثالث والعشرين إدخال تعديلات خاصة بمعاملات تمدد الزمن في الأجهزة الإلكترونية بمركبات الفضاء النووية وهذا لن يكون ضرب من الخيال ... فمن لا يؤمن بتمدد الزمن كنتيجة من نتائج النظرية النسبية ... فهو بالتالي غير جدير بفهم سلسلة من التطورات اللاحقة لتلك النظرية وعلى رأسها الطاقة النووية وعلوم الفضاء .



إن كافة التشويهات التي تعرضت لها النظرية النسبية الخاصة خلال الثلاثين أو الأربعين سنة الماضية مآله لأفلام الخيال العلمي التي لعبت دورها السلبي والمؤسف في طمس حقيقة هذه الفكرة الرائعة .



لفهم تلك النتيجة يجب التفريق أولاً بين الزمن المحلي Local Timeوالزمن الخاص Proper Time فالزمن المحلي أو الوقت هو زمن الساعات التي في أيادينا ... هو زمن توقيت غرينتش ... هو الفرق بين زمن دمشق وواشنطن ( سبع ساعات ) ... هو وقت المحاضرة في كلية العلوم ... هو وقت الامتحان صباحاً أو مساءً ... هو الزمن الجغرافي .



لكن المعنى الأشمل للزمن يتجسد في الزمن الخاص أو الحقيقي وهو الذي يحوي الوقت أو الزمن المحلي في طياته ... والأخير حالة جزئية من الزمن الخاص ككل .



الزمن الخاص هو عمر الإنسان ... عمر التاريخ ... عمر أحفورة ... عمر ما هو موجود وله صفة المادة ...وهذه الأزمنة لا تسابق بعضها بعضاً كما هو الحال في الوقت المحلي ... فمثلاُ لا يمكن في الحالة العادية أن يسابقني صديق لي يصغرني بثلاث سنوات ليتجاوزني بخمس سنوات . هنالك حدود فاصلة بين الأزمنة الخاصة المختلفة وفي العمليات الحياتية العادية تكون هذه الحدود ثابتة ولا تتغير وتعمل بإيقاع ثابت الدقة . على غرار الزمن الجغرافي أو الوقت فهو لا يتغير فحسب وإنما يتذبذب ... فالتوقيت الصيفي يتقدم ساعة عن التوقيت الشتوي ... ففي الصيف يقدم كل الناس في سوريا ساعاتهم ساعة واحدة ... وهذا فقط وقت جغرافي أو محلي يخضع للمكان .



إن المعجزة في فكرة تمدد الزمن هو إتاحة الفصل العجيب بين الأزمنة الخاصة ... فلو كان الفرق بيني وبين فلان ثلاث سنوات كما أسلفنا ( أصغر مني بثلاث سنوات ) فإن النظرية النسبية بمسلمتها الثانية تعطي الحق في أن يتجاوزني فلان ويصبح أكبر مني بخمس سنوات أو أكثر .

في الواقع ... كما قلت لا يوجد إلى الآن تطبيق يرتقي للنشر في الصحف أو التلفاز قد يحدث بلبلة كخبر الموسم يثبت تجريبياًَ صحة مفارقة التوائم المعروفة لعموم الناس . حيث يسافر أحد التوائم عبر الفضاء وحين يعود يرى أن أخاه التوأم أكبر منه بثمانين عام . وقد تناقلت أفلام الخيال العلمي لفترة طويلة من تاريخ السنيما تمدد الزمن والعبث بالوقت وآلة الزمن الشهيرة .



إن آلة الزمن إخوتي القراء حقيقة وليست خيال ... مع الأسف ... ولكنها ليست بالطبع كما تصورها أفلام الخيال العلمي . فهنالك طريقتين لإنتاج آلات الزمن ... إما إنشاء مسار دائري يتم فيه التحرك عبره بسرعة قريبة من سرعة الضوء ... أو ربما السفر بسرعة عالية قريبة من سرعة الضوء بطريق مستقيم عبر الفضاء ومن ثم العودة .



رياضيات تمدد الزمن تتجسد في العامل السحري :





وهي نتيجة رياضية معقدة إثباتها أكبر من مساحة هذا المقال المتواضع . وهذا العامل هو من أعطى الإذن لفلان ليتجاوزني بالعمر بعد أن كنت أكبره بثلاث سنوات . ولكن العبث بالأزمنة الخاصة وزحزحتها عن موضعها الطبيعي له ثمن باهظ فإذا كان علي أن أسمح لفلان أن يسبق عمري فعلي السفر بسرعة عالية ولمدة معينة من الزمن .



فلو سافرت مع بعثة علمية إلى الفضاء بمركبة متطورة تعمل بالطاقة النووية وتسير بسرعة 288000 كيلو متر في الثانية ولمدة سنتين لعدت لأرى أن صديقنا فلان الذي كان يصغرني بثلاث سنوات أصبح أكبر مني بأربع سنوات .

ولو أنني سافرت على مركبة أخرى أسرع مع نفس الرحلة العلمية ولمدة سنتين ولكن بسرعة 299999 كيلو متر في ثانية لعدت لأجد أن فلاناً العزيز لم يمت فحسب بل أن أكثر من سبع مئة عام مضت على وفاته وأنا ما زلت شباباً .

وهكذا أكون قد حققت فصلاً متبايناً واضحاً في زمني الخاص عن جميع الأزمنة الموحدة والتابعة لجملة كوكب الأرض .

وتبقى الأزمنة الخاصة واحدة طالما كانت الحركة من فئة السرعات العادية والمألوفة لدينا .



للآن لا يمكن إيجاد فائدة علمية أو حياتية ترجى من قانون تمدد الزمن ، فمنذ مئة عام وهذا القانون عبارة عن تطبيق رياضي صرف لفكرة تمدد الزمن بسرعات كبيرة جداً ... ولكنه ومع هذا اسبق القوانين التي وضعت للآن ، فهو لم يوضع لخدم أرض الواقع ، وإنما وجد لخدمة مستقبل أخشى أنه ليس ببعيد كبعد 50 قرناً من الزمان . و لربما تعاصره أجيال تأتي من بعدنا تكون مؤمنة أن قانون تمدد الزمن قد عمم نسبية غالييه ونيوتن على حد سواء ,,, و لربما سيكون الميكانيك الكلاسيكي في ذلك الوقت الموضة القديمة في فيزياء المستقبل غير البعيد .

merci ridwan @