( قليل من التحذيرات) الغشاء المطاطي لا يكفي: تحذيرات لفهم الزمكان المعوج
المؤلف:
برايان غرين
المصدر:
الكون الأنيق
الجزء والصفحة:
ص90
2025-05-25
526
يعد التشبيه بالغشاء المطاطي وكرة البولينغ قيماً لأنه يعطينا صورة مرئية يمكن بواسطتها أن ندرك ما نعنيه بالاعوجاج في نسيج العالم. ويستخدم علماء الفيزياء غالباً هذه التشبيهات وتشبيهات أخرى مماثلة لترشد حدسهم بالنسبة للجاذبية والتحدب. وعلى الرغم من فائدة التشبيه بالغشاء المطاطي وكرة البولينغ إلا أنها ليست كاملة، وللتوضيح سنلفت الانتباه لبعض نقاط الضعف.
فأولاً، عندما تسبب الشمس اعوجاج نسيج الفضاء المكان من حولها فإن ذلك لا يرجع إلى "شدها إلى أسفل بواسطة الجاذبية كما في حالة كرة البولينغ، التي تسبب اعوجاج الغشاء المطاطي لأنها مشدودة في اتجاه الأرض بالجاذبية. أما في حالة الشمس فلا يوجد أي جسم آخر ليقوم بعملية الشد". وفي المقابل فقد علمنا آينشتاين أن اعوجاج الفضاء المكان هو نفسه الجاذبية. ويتسبب مجرد وجود جسم ذي كتلة في اعوجاج الفضاء كرد فعل وبالمثل لا تحتفظ الأرض بمدارها لأن هناك بعض الأجسام الخارجية التي تمارس عليها شدا جاذبياً على طول وديان الوسط الفضائي المعوج، كما في حالة الكرة الصغيرة على الغشاء المطاطي المعوج، وبدلاً . من ذلك فقد بین آينشتاين أن الأجسام تتحرك خلال الفضاء المكان خلال الزمكان بدقة أكثر) على طول أقصر المسارات الممكنة - أي أسهل" المسارات الممكنة، أو أقلها مقاومة. فإذا كان الفضاء معوجاً فإن مثل هذه المسارات ستتحدب. وهكذا، وعلى الرغم من أن نموذج الغشاء المطاطي وكرة البولينغ يعطينا تشبيهاً مرئياً جيداً للكيفية التي يمكن بها لجسم مثل الشمس أن يسبب اعوجاج الفضاء من حوله، وبالتالي يؤثر في حركة الأجسام الأخرى، إلا أن الآلية الفيزيائية التي تحدث بها تلك التشوهات مختلفة تماماً. وتروق الآلية الأولى لحدسنا عن الجاذبية في الإطار التقليدي لنيوتن، بينما تعيد الآلية الثانية صياغة الجاذبية بمدلول تحدب الفضاء.
وتنبع نقطة الضعف الثانية للتشبيه بالغشاء المطاطي وكرة البولينغ من كون الغشاء المطاطي ذا بعدين. وفي الواقع، مع أنه أمر يصعب تخيله، إلا أن الشمس (وكل الأجسام ذات الكتلة الكبيرة الأخرى تسبب اعوجاجاً للفضاء ذي الأبعاد الثلاثة المحيط بها والشكل رقم (1 محاولة بدائية لتصور هذا؛ فالفضاء المحيط بالشمس يعاني نفس نوع التشوه سواء كان أسفل، أو على الجوانب، أو أعلى. ويصور الشكل رقم (1) تخطيطاً لعينة جزئية لذلك. وينتقل جسم مثل الأرض خلال الوسط الفضائي ثلاثي الأبعاد المعوج الناتج من وجود الشمس. وربما تجد أن هذا الشكل مربك فلماذا لا تندفع الأرض إلى الجزء الرأسي من الفضاء المكان المحدب في الصورة؟ ولتأخذ في اعتبارك أن الفضاء ليس حاجزاً مادياً مثل الغشاء المطاطي. وبدلاً . من ذلك، فإن الشبكات المعوجة في الصورة ليست سوى شرائح دقيقة تتخلل الفضاء ثلاثي الأبعاد المعوج الذي تنغمس فيه تماماً وتتحرك بحرية أنت والأرض وكل شيء آخر. وربما تجد أن هذا الأمر يزيد من صعوبة المشكلة : لماذا لا تشعر بالفضاء إذا كنا منغمسين داخل نسيجه؟ لكننا نشعر به نحن نشعر بالجاذبية، وبأن الفضاء هو الوسط الذي تنتقل بواسطته قوة الجاذبية. وكما كان يقول عالم الفيزياء المتميز جون ويلر Wheeler John واصفاً الجاذبية: "تمسك الكتلة بالفضاء المكان لتخبره كيف يتحدب، بينما يمسك الفضاء المكان بالكتلة ليخبرها كيف تتحرك .
أما نقطة الضعف الثالثة في هذا التشبيه فهي أننا أهملنا بعد الزمن. وقد فعلنا ذلك لتوضيح الرؤية، لأنه بالرغم من ادعاء النسبية الخاصة بأننا يجب أن نفكر في البعد الزماني جنباً إلى جنب مع الأبعاد الفضائية الثلاثة المألوفة، إلا أنه من الصعب تماماً "رؤية" الزمان. غير أنه وكما صورنا في مثال لعبة التورنادو، فإن التسارع - وبالتالي الجاذبية - تسبب اعوجاج كل من | الفضاء والزمان. (في الحقيقة، تبين رياضيات النسبية العامة أنه في حالة حركة جسم بطيء نسبياً مثل دوران الأرض حول نجم نموذجي مثل الشمس، فإنه في الواقع يكون لاعوجاج الزمان تأثيراً على حركة الأرض أكثر كثيراً من اعوجاج الفضاء). وسنعود لمناقشة اعوجاج الزمان بعد الفقرة التالية. وطالما أنك تحتفظ في ذاكرتك بهذه التحذيرات الثلاثة الهامة، فإنه من المقبول تماماً أن نستخدم صورة الفضاء المكان المعوج التي تزودنا بها كرة البولينغ فوق الغشاء المطاطي كموجز حدسي لرؤية آينشتاين الجديدة للجاذبية.
الشكل رقم (1)
عينة للفضاء ثلاثي الأبعاد المعوج الذي يحيط بالشمس.
الاكثر قراءة في أشباه الموصلات
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة
