أدى ثبات سرعة الضوء إلى إحلال النظرة التقليدية للزمان والمكان كبني جامدة وموضوعية بمفهوم جديد يعتمد فيه الزمان والمكان بشكل خاص على الحركة النسبية بين الراصد والمرصود. ويمكن أن ننهي مناقشتنا هنا بعد أن أيقنا أن الأجسام المتحركة تبطئ من حركتها ويقصر طولها في اتجاه الحركة، وبذا فإن النسبية الخاصة تعطي منظوراً أكثر تجانساً ليحتوي هذه الظواهر.

الشكل رقم (1)

يقصر طول الجسم المتحرك في اتجاه حركته.

وحتى نفهم هذا المنظور، لنتخيل سيارة غير عملية تستطيع أن تصل إلى سرعة فائقة مقدارها 100 ميل في الساعة ثم تظل محتفظة بهذه السرعة لا أكثر ولا أقل إلى أن يتوقف المحرك وتسير متباطئة حتى تتوقف تماماً، ولنتخيل أيضاً أنه نتيجة للشهرة التي حققها سليم كسائق ماهر فقد طلب منه أن يختبر سيارة في طريق طويل مستقيم وعريض موجود في منتصف منطقة صحراوية منبسطة. وحيث أن المسافة بين البداية والنهاية 10 أميال، فإن السيارة ستقطع هذه المسافة في ساعة، أي في 6 دقائق. وسيقوم جيم الذي يشتهر كمهندس سيارات بفحص البيانات المسجلة من العشرات من سائقي اختبار السيارات، وقد انزعج لأنه وجد أن عدداً قليلا من السيارات الأخيرة قد سجل زمناً أطول إلى حد كبير : 6,5، 7، وحتى 7,5 دقيقة، بالرغم من أن معظم السائقين يسجلون 6 دقائق. وقد شك في البداية في وجود مشكلة ميكانيكية، حيث تبين الأرقام الأخيرة للسيارات الثلاث أنها كانت تسير بسرعة أبطأ من 100 ميل في الساعة. لكن بعد فحص دقيق للسيارات اقتنع بأنها في حالة ممتازة. ولعجزه عن تفسير الأزمنة الأطول الشاذة، فإنه استشار سليم وسأله حول الاختبارات القليلة الأخيرة. كان عند سليم تفسير بسيط. قال سليم لجيم، بما أن المضمار يمتد من الشرق إلى الغرب، وكلما تقدم الوقت نهاراً فإن الشمس تصبح في مواجهة عيني.. في حالة التجارب الثلاث الأخيرة كانت الشمس فظيعة لدرجة أنه قاد السيارة من بداية المضمار إلى نهايته منحرفاً بزاوية طفيفة. ورسم شكلاً تقريبياً للمسار الذي اتخذه في التجارب الثلاث الأخيرة كما هو مبين في الشكل رقم (2) أصبح تفسير الأزمنة الأطول للتجارب الثلاث الأخيرة واضحاً تماماً : فعندما تنتقل بزاوية يصبح المسار بين البداية والنهاية أطول لنفس السرعة التي مقدارها 100 ميل في الساعة، وعليه ستحتاج لمزيد من الزمن لقطعها. وإذا وضعنا المسألة بشكل آخر، فإن الانتقال بزاوية يؤدي إلى أن يستهلك جزء من سرعة المائة ميل في الساعة في الانتقال من الجنوب إلى الشمال تاركاً جزءًا أقل من الرحلة بين الشرق والغرب. ويعني ذلك قطع المضمار سيستغرق وقتاً أطول.

الشكل رقم (2)

قاد سليم السيارات الثلاث الأخيرة بزاوية متزايدة بسبب توهج الشمس في وجهه في فترة بعد الظهيرة.

ومن السهل فهم تفسير سليم كما هو مذكور، ويستحق الأمر إعادة صياغة بشكل طفيف من أجل النقلة في المفاهيم التي نحن على وشك اتخاذها. فالاتجاهان شمال - جنوب وشرق - غرب بعدان مکانيان مستقلان يمكن أن تتحرك فيهما السيارة (ويمكن كذلك أن تتحرك رأسياً إذا كانت تصعد جبلاً مثلاً، لكننا لن نحتاج إلى هذه المقدرة هنا). ويصور تفسير سليم أنه بالرغم من أن السيارة تسير بسرعة 100 ميل في الساعة كل مرة إلا أنها قد اقتسمت هذه السرعة بين البعدين المذكورين خلال التجارب القليلة الأخيرة، ولذا فقد بدا أنها تسير بسرعة أبطأ. من 100 ميل في الساعة في اتجاه شرق - غرب. وفي أثناء التجارب الأولى كانت كل سرعة المائة ميل في الساعة مكرسة فقط للحركة في اتجاه شرق – غرب، أما في أثناء التجارب الثلاث الأخيرة فإن جزءا من هذه السرعة قد استخدم في الحركة في الاتجاه شمال - جنوب.

وقد اكتشف آينشتاين أن هذه الفكرة بالضبط - فكرة انقسام الحركة بين أبعاد مختلفة - تكمن في أساس كل الفيزياء المميزة للنسبية الخاصة، طالما أننا موقنون بأنه ليس فقط الأبعاد المكانية هي التي تقتسم حركة الجسم، بل إن البعد الزماني يمكن أن يتقاسم هو الآخر هذه الحركة وفي الحقيقة تقع معظم حركة أي جسم خلال الزمن وليس المكان في أغلب الظروف. دعنا نرى ما الذي يعنيه ذلك؟

نحن نعرف منذ بداية حياتنا مفهوم الحركة خلال المكان. ومع أننا لا نأخذ  الأشياء بمثل هذه المفاهيم إلا أننا نعرف كذلك أننا وأصدقاءنا وممتلكاتنا إلخ نتحرك جميعاً خلال الزمن. وعندما ننظر إلى ساعة حائط أو ساعة يد، حتى لو كنا نجلس في تراخ نشاهد التليفزيون، نرى أن قراءات الساعة تتغير بصورة ثابتة، أي أنها تتحرك للأمام خلال الزمن بصورة ثابتة. فنحن وكل شيء من حولنا نتقدم في العمر، وقدرنا أن ننتقل من لحظة زمنية إلى لحظة تالية. وفي الحقيقة كان كل من عالم الرياضيات هيرمان مينكوفسكي Hermann Minkowski وكذلك آينشتاين في النهاية يدافعان عن فكرة أن الزمن هو بعد آخر للكون – البعد الرابع – وهو يشابه في ذلك بشكل أو بآخر الأبعاد المكانية الثلاثة التي نجد أنفسنا داخلها. ومع ذلك يبدو شيئا مجرداً (Abstract)، إلا أن مفهوم الزمن كبعد آخر مؤكد. فعندما نرغب في مقابلة شخص ما فإننا يمكن أن نخبره أين " في المكان" تتوقع أن نراه - فمثلاً في الطابق التاسع من المبنى الواقع على ناصية شارع 53 والجادة السابعة وتوجد هنا ثلاث معلومات الطابق التاسع والشارع 53، والجادة السابعة) وهي تعكس الموقع المحدد في الأبعاد الثلاثة المكانية في الكون. وعلى نفس الدرجة من الأهمية كذلك تحديدنا للموعد الذي نقابله فيه (متى) وليكن في الثالثة بعد الظهر. وتنبئنا هذه المعلومة أين " في الزمن سيكون لقاؤنا. وبذا فإن الأحداث تتحدد بأربع معلومات: ثلاث في المكان وواحدة في الزمان. وتحدد مثل هذه البيانات موقع الحدث في المكان والزمان أو اختصاراً في الزمكان. وبهذا المعنى فإن الزمن هو بعد آخر.

 وحيث أن هذه الرؤية تتضمن أن الزمان والمكان هما ببساطة مثلان مختلفان للأبعاد، فهل نستطيع أن نتحدث عن سرعة جسم خلال الزمن بطريقة تماثل مفهوم السرعة خلال المكان؟ أجل نستطيع.

ويجيء الحل الكبير لكيفية عمل ذلك من معلومة مركزية تعاملنا معها من قبل. فعندما يتحرك جسم في المكان بالنسبة لنا فإن ساعته ستعمل ببطء مقارنة بساعتنا بمعنى أن سرعة حركته خلال الزمن ستتباطاً وهنا مربط الفرس: يعلن آینشتاين أن كل الأجسام في العالم دائما تنتقل خلال الزمكان بسرعة ثابتة – هي رعة الضوء وهي فكرة غريبة، فقد تعودنا على فكرة أن الأجسام تنتقل بسرعات أقل كثيراً من سرعة الضوء. وقد أكدنا على ذلك مراراً، كسبب لانعدام الألفة مع التأثيرات النسبية في حياتنا اليومية. وكل هذا صحيح، فنحن نتحدث حالياً عن سرعة الجسم المركبة خلال كل الأبعاد الأربعة - ثلاثة للمكان وواحد للزمان - وأن سرعة الجسم من هذا المفهوم العام مساوية لسرعة الضوء، وحتى نستوعب ذلك بشكل كامل ونستوضح أهميته فإننا نشير إلى أن السرعة الثابتة يمكن أن تتقاسمها أربعة أبعاد - أبعاد مكانية وزمانية مختلفة، كما في حالة السيارة ثابتة السرعة غير العملية المذكورة أعلاه، فإذا كان هناك جسم ثابت لا يتحرك (بالنسبة لنا) وعليه فهو لا يتحرك خلال المكان ،بالمرة، إذن، كما هو الحال في الاختبارات الأولى للسيارات تُستهلك كل حركة الجسم للانتقال في بعد واحد - في هذه الحالة البعد الزمني. والأكثر من ذلك، فإن كل الأجسام الساكنة بالنسبة لنا وبالنسبة لبعضها البعض تتحرك خلال الزمن - أي تتقدم في السن - بنفس المعدل أو السرعة. فإذا كان جسم يتحرك خلال المكان، فإن هذا يعني كذلك أن بعضاً من الحركة السابقة خلال الزمن لابد أن يحيد وكما في حالة السيارة التي تنتقل بزاوية فإن اقتسام الحركة يعني أن الجسم سينتقل بسرعة أبطأ من قرائنه الساكنة خلال الزمن، لأن بعضا من حركته يستخدم الآن في التحرك خلال المكان. أي أن ساعته ستدق بصورة أكثر بطءاً إذا تحرك خلال الزمن. وهذا بالضبط ما كنا قد وجدناه سابقاً. ونرى الآن أن الزمن يتباطأ عندما يتحرك جسم بالنسبة لنا لأن ذلك يحول بعضاً من حركته خلال الزمن إلى حركة خلال المكان. وهكذا فإن سرعة الجسم خلال المكان هي مجرد انعكاس لكمية الحركة التي تحولت من حركته خلال الزمان .

 ونرى كذلك أن هذا الإطار يتضمن في التو حقيقة وجود حد للسرعة المكانية للجسم : يصل الجسم إلى سرعته القصوى خلال المكان إذا تحولت كل حركته خلال الزمان إلى حركة خلال المكان ويحدث ذلك عندما تتحول كل حركته السابقة التي لها سرعة الضوء خلال الزمن إلى حركة بسرعة الضوء خلال المكان ولأنه يكون قد استخدم كل حركته خلال الزمن فإن هذه السرعة خلال المكان ستكون هي السرعة القصوى التي يمكن أن يصل إليها أي جسم، ويماثل جنوب. وكما أنه لا ذلك حالة السيارة التي خضعت للاختبار في اتجاه شمال-جنوب  و كما انه لا تتبقى سرعة للحركة في اتجاه البعد شرق - غرب، فإن أي شيء يتحرك بسرعة الضوء خلال المكان لن يتبقى له من السرعة ما يسمح بالحركة خلال الزمن، ولذا فإن الضوء لا يتقدم في العمر؛ فعمر الفوتون الذي انطلق لحظة الانفجار الهائل هو نفسه عمره الآن فالوقت لا يمر عند سرعة الضوء.

مواضيع ذات صلة

النسبية العامة في مواجهة ميكانيكا الكم

المكان والزمان وعين الراصد

هل هي موجة أم جسيمة؟

الحاجة إلى نظرية جديدة النسبية العامة في مواجهة ميكانيكا الكم

(التأثير في الزمن) تأثير الحركة على مرور الزمن: الساعة الضوئية وتباطؤ الزمن

تموجات في نسيج الزمكان: حين لحقت الجاذبية بالضوء (حل التناقض)

مرة أخرى اعوجاج الزمان(حين يتباطأ الزمن تحت ثقل الجاذبية)

التسارع واعوجاج المكان والزمان

عن الاعوجاجات والتموجات( في الزمكان )

أكثر أفكار آينشتاين إشراقاً

(الانشغال بالحياة) تأثير الحركة القريبة من سرعة الضوء على معدل انحلال الميونات وفق النسبية الخاصة

نظرية النسبية