هل يمكن أن يتوقف الزمن؟

هشام غصيب

الحوار المتمدن-العدد: 3595 - 2012 / 1 / 2 - 08:21
المحور: الطب , والعلوم
    

كيف استفاد آينشتاين من مبدأ التكافؤ وكيف سخره مفتاحا يلج به قارة النسبية العامة؟

للإجابة عن هذا السؤال، نبدأ بالتذكير بنص مبدأ التكافؤ، الذي وضعه آينشتاين عام 1991، والذي ينص على أن التسارع يكافىء الجاذبية تماماً وفيما يتعلق بجميع أصناف الظاهرات الطبيعية. ولتوضيح هذا المبدأ، فلنتدبر مرجعي إسناد مغلقين تماماً (مثلاً غرفتين). وليكن الأول مرجع إسناد يتسارع بالنسبة إلى مراجع الإسناد القصورية بتسارع الجاذبية الأرضية على سطح الأرض (9.8 م/ث2)، بحيث تسقط فيه الأجسام بهذا التسارع بغض النظر عن كتلها. وليكن الثاني مرجع إسناد مثبتا على سطح الأرض وخاضعاً، بالطبع، للجاذبية الأرضية، بحيث تسقط الأجسام جميعاً بتسارع الجاذبية الأرضية (9.8 م/ث2) بغض النظر عن كتلها أيضا. وينص مبدأ التكافؤ على أن المرجعين متكافئان تماماً ولا يمكن لأي تجربة تجرى فيهما أن تميز بينهما. فالعلاقات والظاهرات التي تظهر في الأول لا بدّ أن تظهر بصورة مماثلة تماماً في الثاني. فلا نستطيع التمييز مطلقا بينهما على أساس التجارب والمشاهدات التي تجري فيهما. وعليه، فإذا سلك شيء ما سلوكا معينا في أحدهما، فلا بدّ أن يسلك السلوك ذاته في الآخر. ولنركز على بعض الظاهرات والتجارب في المرجع المتسارع، لكي نستنتج سلوك الأشياء تحت تأثير الجاذبية الأرضية. ولنبدأ بالبحث في سلوك الزمن في المجال الجاذبي.

ولنتصور أننا حصلنا على ساعتين مماثلتين لبعضهما، أي صنعتا بالطريقة ذاتها، وأننا وضعنا واحدة على أرض الغرفة المتسارعة والأخرى عند سقفها. ولنفترض أن هناك مشاهداً عند كل من الساعتين، وأن المشاهدين يتبادلان المعلومات بالإشارات الضوئية. ولنفترض أنه عند كل حركة لعقرب الثواني تنطلق إشارة ضوئية صوب الساعة الثانية. وبمقارنة الفترة المنصرمة بين إشارتين يستطيع أن يقارن كل مشاهد بين زمن ساعة زميله وبين ساعته. وهنا نورد ملاحظتين مهمتين: (1) إن سرعة الضوء ثابتة ولامتغيرة بغض النظر عن سرعة مصدرها. (2) إذا انطلقت إشارة ضوئية من الأرض صوب السقف، فإن السقف يتباعد عن هذه الإشارة الصاعدة بمعدل متزايد بالنظر إلى أن الغرفة متسارعة. وعليه، فإن إشارة ضوئية ستأخذ وقتا أطول من سابقتها حتى تصل إلى سقف الغرفة، حيث إن سرعة ابتعاد السقف عن الإشارة الضوئية الصاعدة يتزايد باستمرار بالنظر إلى تسارع الغرفة. وهكذا، تصل الإشارات الضوئية إلى السقف بمعدل أبطأ من معدل تغير الزمن وفق ساعة السقف. لذلك تبدو ساعة أرض الغرفة أبطأ من ساعة سقفها بالنسبة إلى المشاهد عند السقف. وهذا ما يشاهده أيضاً المشاهد عند أرض الغرفة. فأرض الغرفة تسرع بصورة متزايدة صوب الإشارات الضوئية القادمة من سقف الغرفة. لذلك تبدو ساعة السقف أسرع من ساعة الأرض بالنسبة إلى المشاهد عند الأرض. بذلك فهما يتفقان على أن الزمن أبطأ عند أرض الغرفة منه عند السطح، أي إن الزمن عند السقف يمضي بسرعة أكبر منه عند الأرض.

هذه نتيجة مذهلة في حدّ ذاتها. لكن تطبيق مبدأ التكافؤ عليها يجعلها تقترب من عالم الخيال العلمي، برغم أنها أضحت حقيقة مختبرة. فإذا كان الزمن يمضي بسرعة أكبر عند سقف الغرفة المتسارعة منه عند أرضها، فلا بدّ أن يكون كذلك أيضا في الغرفة الثابتة المثبتة على سطح الأرض. هذا ما يحتمه مبدأ التكافؤ. فتكافؤ الغرفتين يحتم هذه النتيجة الخارقة للمألوف. وهو يعني أن الزمن يمضي بصورة أبطأ بالنسبة إلى القاطنين في الطابق الأرضي منه في الطوابق العليا. نتيجة مذهلة بحق، لكنها تنبع بالضرورة من مبدأ التكافؤ الذي يؤكده منطق الميكانيك والتجربة العلمية. وبالطبع، فإننا لا نلاحظ ذلك على سطح الأرض لأن الفرق بين الزمنين لا يذكر في حال جاذبية الأرض الضعيفة جداً. لكن النتيجة واضحة لا لبس فيها. إن المجال الجاذبي يبطىء الزمن. ويكون هذا الفرق كبيراً في حال الأجرام التي تولد مجالات جاذبية كبيرة وسريعة التغير، كما هو الحال مع النجوم الكثيفة المادة، أي الكبيرة الكتلة والصغيرة الحجم (الأقزام البيضاء، النجوم النيوترونية، الثقوب السوداء). فالزمن يسير بتثاقل شديد على سطح نجم نيوتروني بالنسبة إلى الزمن على سطح الأرض مثلاً. لكن الأغرب من ذلك أن الزمن يتوقف كليا على سطح ثقب أسود (أي عند ما يسمى أفق الأحداث). أجل! إنه يتوقف أو يتجمد كليا بالنسبة إلى مشاهد خارج الثقب الأسود. فإذا اقترب جسم من سطح ثقب أسود، فإننا لا نشاهده يخترق هذا السطح مهما انتظرنا. إنه يقترب ببطء من هذا السطح ويظل يقترب منه، لكنه لا يخترقه، لأن الزمن يتوقف كليا هناك بالنسبة إلى المشاهد الخارجي.

#هشام_غصيب (هاشتاغ)      

---

اشترك في قناة ‫«الحوار المتمدن» على اليوتيوب
حوار مع الكاتبة انتصار الميالي حول تعديل قانون الاحوال الشخصية العراقي والضرر على حياة المراة والطفل، اجرت الحوار: بيان بدل	حوار مع الكاتب البحريني هشام عقيل حول الفكر الماركسي والتحديات التي يواجهها اليوم، اجرت الحوار: سوزان امين

كيف تدعم-ين الحوار المتمدن واليسار والعلمانية على الانترنت؟

تابعونا على:

الفيسبوك

التويتر

اليوتيوب

RSS

الانستغرام

لينكدإن

تيلكرام

بنترست

تمبلر

بلوكر

فليبورد

الموبايل

كيفية إشراك-إيصال مواضيعكم أو مواضيع تهمكم  إلى اكبر عدد ممكن من القراء والقارئات