ما هو المكان والزمان في النسبية؟

المكان في النسبية


إذا سألتك عزيزي القارئ فى هذه اللحظة، هل أنت ثابت أم متحرك؟ فستنظر حولك بكل تأكيد وتقول أنا لست متحركا، فأنا ثابت أمام جهاز الكمبيوتر أو أقرأ كتابا، وهذا صحيح فأنت ثابت بالنسبة للكمبيوتر والأرض [أي الكرة الأرضية] ولكن هذا ليس صحيحا بالنسبة للكون فأنت والكمبيوتر والأرض التى تقف عليها تتحركون، 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 وهلم جرا.

إذاً عندما اعتقدت أنك ثابت فهذا بالنسبة للأشياء حولك ولكن بالنسبة للكون فكل شيء متحرك، وخذ على سبيل المثال هذه الارقام.

سرعة دوران الأرض حول نفسها ربع ميل فى الثانية، وسرعة دوران الارض حول الشمس 18 ميل في الثانية، والشمس والكواكب تسير بالنسبة لجيرانها النجوم بسرعة 120 ميل في الثانية، ومجرة درب التبانة منطلقة فى الفضاء بسرعة تصل إلى 40000 ميل فى الثانية.

تخيل الآن كم هي سرعتك وعدد الحركات التي تتحركها بالنسبة للكون وقدر المسافة التى قطعتها منذ بدء قراءة هذه الكلام! لا أحد 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؟

كذلك يجب أن نؤكد على أن الاتجاهات الأربعة، شمال وجنوب وشرق وغرب والكلمات فوق وأسفل ويمين ويسار هي اصطلاحات لا وجود لها فى الكون فلا يوجد تحت أو فوق ولا شمال أو جنوب.

إن التعامل بهذه المفاهيم الجديدة والنظرة الشاملة للكون بلا شك أمر محيّر ولاسيما اذا أدخلنا البعد الرابع [الزمن] في حساباتنا فكل شيء يصبح نسبيا.
الزمان فى النسبية


لم يكتف آينشتاين بأن أثبت أن المكان نسبي ولكن عمم نسبية المكان على الزمان [البعد الرابع] ايضاً، حيث ذكر انه طالما أننا نعيش فى عالم ذو أربعة أبعاد [وأن الأبعاد المكانية الثلاثة التى تحدد بـ x,y,z نسبية] إذاً لابد وأن يكون الزمان [البعد الرابع] نسبياً أيضا.

هذا هو أينشتاين الذى يفكّر ويضع النظريات ويحلل النتائج فى عقله ويخرج للناس بمفاهيم جديدة لم يستطع أحد أن ينفيها ولا أن يُبطلها ولا أن يصدقها، ولكن كانت نسبية المكان والزمان منذ ذلك الوقت وحتى يومنا هذا تبرهن على صحتها من خلال تفسيرها للعديد من الظواهر الفيزيائية التي حيرت العلماء ولم يكن أمامهم إلا تطبيق نظرية اينشتين ليجدوها تفسر تلك الظواهر.

اعتبر العلماء ومن بينهم نيوتن أن الزمن مطلق ويجري بالتساوي دون أية علاقة بأي مؤثر خارجي، ولكن اينشتاين لم يتقيّد بمن سبقه من العلماء وفكر بالأمر من وجهة نظر مختلفة تشمل الكون الفسيح فكيف ذلك؟

تعودنا نحن سكّان 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 هى 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 مختلفًا بالنسبة لمقاييسنا، فالسنة على كوكب عطارد ثلاثة أشهر من الوقت الذي نقيسه على الأرض بينما السنة على كوكب بلوتو أكبر 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 في أرجاء هذا الكون الفسيح؟ وتجدر الإشارة هنا إلى أن مصطلح فسيح لا يعبّر عن مدى كبر حجم هذا الكون.

مما سبق تبين لنا أن هذا الكون يحتاج إلى طريقة جديدة لتقدير المسافات بين مجراته ونجومه، وذلك لأن استخدام وحدة المتر أو الميل ستقودنا إلى أرقام كبيرة جداً لا يمكن تخيلها.

ولهذا فإن العلماء يستخدمون سرعة الضوء لقياس المسافة حيث أن سرعة الضوء 300 ألف كيلومتر فى الثانية [الضوء يدور حول الأرض 7 مرات فى الثانية أى عندما تقول كلمة واحدة يكون الضوء قد لف حول الأرض سبع مرات].

وإذا حسبنا المسافة التى يقطعها الضوء في السنة نجد أنها مسافة كبيرة جداً [الأرقام الفلكية] فمثلاً نعلم أن أشعة الشمس تصلنا خلال ثمانية دقائق وبهذا يكون بُعد الشمس عنا ثمان دقائق ضوئية وهنا استخدمنا وحدة الزمن لقياس المسافة.

مثال آخر على أقرب نجم إلى المجموعة الشمسية يسمى “ألفا قنطورس” يبعد عنا أربع سنوات ضوئية، والنجوم البعيدة فى مجرتنا تبعد عنا آلاف السنوات الضوئية ويقدر قطر درب التبانة بـ 100 ألف سنة ضوئية [تخيل أن الضوء الذي يصدر عند أحد أطرافها يصل إلى الطرف الآخر بعد مئة ألف سنة] كل هذا فى مجرتنا وبعض التلسكوبات رصدت مجرات تبعد عشرة آلاف مليون سنة ضوئية، وهذ يعني أنه إذا وقع حدث ما فى طرف الكون فإنه لا يصل إلى الطرف الآخر قبل مرور عشرة آلاف مليون سنة!

الأرقام والأبعاد الفلكية السابقة ضرورية لشرح الفقرة التالية، والتي من خلالها سنوضح مفهوم نسبية الزمن لدى آينشتين.

افترض أنك في غرفة مظلمة تماماً وتحرك جسم من مكان إلى مكان آخر فى هذه الغرفة فإنك لا تعلم بذلك [على افتراض أنك لا تعتمد على حاسة السمع] ولكن بوجود الضوء فإن انتقال الجسم أو حركته ترصد من خلال انعكاس الضوء من على الجسم المتحرك إلى العين.

الضوء هو الوسيلة الوحيدة التي نعلم من خلالها عن حدوث فعالية ما في الكون.

وهو أسرع وسيلة لنقل المعلومات بين النجوم والمجرات فحدث ما على الشمس نعلم به على الأرض بعد ثمانية دقائق من وقوعه.

وانفجار نجم “ألفا قنطورس” يصلنا خبره بعد أربع سنوات لأن الضوء القادم منه سيصل الأرض بعد أربع سنوات وكذلك النجوم التى نراها فى الليل قد لا تكون موجودة الآن ولكننا نرى الضوء الذى صدر عنها مُنذ مئات أو آلاف السنوات حسب بعدها عنا، أما التي تبعد عنا ألف مليون سنة ضوئية فإن ضوءها الذى يصلنا الآن يعطينا معلومات عنها قبل ظهور الحياة على الأرض!

وهذا يقودنا إلى أن كلمة “الآن” لا وجود لها إلا على الأرض، هذا كله يدركه الناس ولا غرابة فيه لأننا نعلم كم هذا الكون واسع وفسيح .

لم تقف النظرية النسبية عند هذا الحد فقط، بل تعدته إلى القول بأن الزمن نفسه لا يجري فى الكون بشكل متساو بل يقصر ويطول حسب سرعتنا ومكاننا بالنسبة للحدث.

وليس المقصود هنا أن ذلك مجرد شعورنا بأن الزمن يمر ببطء أو أنه يمر بسرعة حسب حالتنا من حيث السعادة أو التعاسة عندما نقوم بعمل ما.

فنسبية الزمن لا تعتمد على شعورنا ومزاجنا، إنما المقصود فى النظرية النسبية أن الساعة الزمنية التي تدل على فترة معينة من الزمن هي التي تطول أو تقصر حسب السرعة والمكان.