حقيقة السفر في الزمان
هل يمكننا أن نسافر إلى الماضي, أو نرحل إلى المستقبل? سؤالان أجابت عنهما أساطير الشعوب وقصص الخيال العلمي. لكنهما لم يكونا أبدًا بعيدين عن اهتمام البحث العلمي المتقدم.
في عام 1971 قام العلماء بتجربة حول نسبية الزمان, فتم وضع أربع ساعات ذرية من السيزيوم على طائرات نفاثة تقوم برحلات منتظمة حول العالم, في اتجاهات شرقية وغربية. وبمقارنة الأزمنة التي سجلتها الساعات على الطائرات مع الزمن الذي سجل بمرصد البحرية الأمريكية, وجد أن الزمن المسجل على الطائرات أبطأ منه على الأرض بفارق ضئيل يتفق مع قوانين النسبية الخاصة. وفي عام 1976 وضعت ساعة هيدروجينية في صاروخ وصل إلى ارتفاع 10000 كيلومتر عن سطح الأرض, حيث أصبحت الساعة على الصاروخ في مجال جاذبي أضعف منه على سطح الأرض. وقورنت إشارات الساعة على الصاروخ بالساعات على الأرض, فوجد أن الساعة على الأرض أبطأ منها على الصاروخ بحوالي 4.5 جزء من عشرة آلاف مليون من الثانية, بما يتفق مع تنبؤات النسبية العامة بدقة عالية. والساعة الهيدروجينية الحديثة تعمل بدقة يعادل فيها الخطأ ثانية واحدة في كل ثلاثة ملايين سنة. وهذه القياسات تثبت - بلاشك - الظاهرة المعروفة (بتمدد) الزمن, والتي تعد أهم تنبؤات النظرية النسبية. فالتجربة الأولى تثبت أن الزمن (يتمدد) كلما ازدادت سرعة الجسم, أما التجربة الثانية فتثبت أن الزمن (يتمدد) إذا تعرض الجسم لمجال جاذبي قوي.
و(تمدد) الزمن في هذا السياق ليس مفهومًا فيزيائيًا نظريًا خاصًا بالأجسام الدقيقة دون الذرية, وإنما هو (تمدد) حقيقي في الزمن الذي يحيا فيه الإنسان. فلو زادت سرعة إنسان ما (في سفينة فضاء مثلا) إلى حوالي 87% من سرعة الضوء, فإن الزمن يبطؤ لديه بمعدل50%. فلو سافر على السفينة لمدة عشرة أعوام - مثلا - فسيجد ابنه المولود حديثًا قد أصبح عمره عشرين عامًا, أو أن أخيه التوأم يكبره بعشرة أعوام. إن (تمدد الزمن) والسفر في الزمن, بهذا المعنى, هو حقيقة مثلما أن الأرض كروية وأن المادة تتكون من ذرات وأن تحطيم الذرة يطلق طاقة هائلة. كما أن السفر بسرعة تقترب من سرعة الضوء هو أمر ممكن فيزيائيا وتكنولوجيا, فقد اقترح أحد العلماء تصميم سفينة فضائية تعتمد على محرك دمج نووي يستخدم المادة المنتشرة في الفضاء كوقود, وأن يتم التسارع بمعدل 1ج (وهو معدل التسارع على الكرة الأرضية). وفي تصميم كهذا يمكن أن تصل سرعة السفينة إلى سرعة قريبة من سرعة الضوء خلال عام واحد, وبالتالي يبطؤ الزمن إلى حد كبير, وبالنظر إلى التطور المستمر للتكنولوجيا حاليًا يصبح من المعقول تمامًا افتراض وصول تكنولوجيتنا في المستقبل إلى بناء مثل هذه السفينة النجمية. ويرى عالم الفلك كارل ساجان أن هذا يمكن أن يحدث خلال عدة مئات من السنين. وبناء على ذلك كون مجموعة من العلماء يرأسها الأمريكي كيب ثورن والروسي إيجور نوفيكوف ما أسموه بـ(كونسورتيوم) روسي - أمريكي لتحقيق تقنية تسمح بتكوين آلة للسفر في الزمان.
فماذا تعني هذه الحقائق بالنسبة لغير المتخصص في الفيزياء? هل تعني أن مفهومنا (الطبيعي) عن الزمن قد تغير? وكيف يمكن أن يكون العالم في ظل إمكان السفر عبر الزمان? وهل هذا مجرد خيال علمي? أم أنه يمكن أن يحدث فعلاً في المستقبل? هذه ليست سوى بعض التساؤلات التي تفرضها تلك الحقائق العلمية المحيرة.
ما الزمن؟
لا يمثل الزمن بالنسبة للإنسان العادي سوى تتابع المواقيت الناتج عن شروق الشمس وغروبها وعن دوران الأرض حول الشمس, والقمر حول الأرض. أما الزمن عند العلماء فهو مفهوم أساسي لابد منه لضبط التجربة العلمية. ففي عصر العلم الحديث أصبح من الضروري طرح تصوّر للأسلوب العلمي يكفل إجراء التجربة العلمية بواسطة علماء مختلفين وتحقيق النتائج نفسها, وذلك يستلزم وجود مقياس دقيق للزمن ومرجعية ثابتة له بالنسبة لجميع العلماء. وكان هذا التصوّر هو التصوّر النيوتوني للزمن المطلق, فحسب اسحق نيوتن (الزمان المطلق الحقيقي, الرياضي, ينساب من تلقاء نفسه وبطبيعته الخاصة, باطراد دون علاقة بأي شيء خارجي, ويطلق عليه اسم الديمومة). وفي واقع الأمر كانت النظرة النيوتونية للكون ذي الزمان والمكان المطلقين ناجحة في تفسير 99% من حقائق الكون, وتمكنت من تحقيق تقدم كبير في العلم الحديث. ولكن مع تقدم العلم وزيادة دقة الملاحظات تكشفت العديد من الظواهر التي أدت إلى الشك في الصحة المطلقة للنظرة النيوتونية. فحسب قوانين نيوتن يجب أن تتغير سرعة الضوء بحسب سرعة واتجاه حركة مصدره, ولكن العلماء اكتشفوا في تجربة مشهورة, هي تجربة (ميكلسون - مورلي) عام 1887, أن سرعة الضوء ثابتة بغض النظر عن سرعة مصدره وعن اتجاه حركته. كما تبين من قياس حركة كواكب المجموعة الشمسية أنها تتفق مع نظرة نيوتن فيما عدا كوكب عطارد, حيث وجد فرق ضئيل جدا بين حسابات ميكانيكا نيوتن وحركته في الواقع, بالإضافة إلى هذا وذاك تعارضت ميكانيكا نيوتن مع نظرية جيمس كلارك ماكسويل عن الموجات الكهرومغناطيسية والتي تتعامل مع الضوء على أنه موجات وعلى أن سرعته ثابتة. ولم يكن هناك مفر من ظهور نظرية النسبية, فقدم ألبرت أينشتين نظرية النسبية الخاصة عام 1905 والنسبية العامة عام 1915.
هل يمكننا أن نسافر إلى الماضي, أو نرحل إلى المستقبل? سؤالان أجابت عنهما أساطير الشعوب وقصص الخيال العلمي. لكنهما لم يكونا أبدًا بعيدين عن اهتمام البحث العلمي المتقدم.
في عام 1971 قام العلماء بتجربة حول نسبية الزمان, فتم وضع أربع ساعات ذرية من السيزيوم على طائرات نفاثة تقوم برحلات منتظمة حول العالم, في اتجاهات شرقية وغربية. وبمقارنة الأزمنة التي سجلتها الساعات على الطائرات مع الزمن الذي سجل بمرصد البحرية الأمريكية, وجد أن الزمن المسجل على الطائرات أبطأ منه على الأرض بفارق ضئيل يتفق مع قوانين النسبية الخاصة. وفي عام 1976 وضعت ساعة هيدروجينية في صاروخ وصل إلى ارتفاع 10000 كيلومتر عن سطح الأرض, حيث أصبحت الساعة على الصاروخ في مجال جاذبي أضعف منه على سطح الأرض. وقورنت إشارات الساعة على الصاروخ بالساعات على الأرض, فوجد أن الساعة على الأرض أبطأ منها على الصاروخ بحوالي 4.5 جزء من عشرة آلاف مليون من الثانية, بما يتفق مع تنبؤات النسبية العامة بدقة عالية. والساعة الهيدروجينية الحديثة تعمل بدقة يعادل فيها الخطأ ثانية واحدة في كل ثلاثة ملايين سنة. وهذه القياسات تثبت - بلاشك - الظاهرة المعروفة (بتمدد) الزمن, والتي تعد أهم تنبؤات النظرية النسبية. فالتجربة الأولى تثبت أن الزمن (يتمدد) كلما ازدادت سرعة الجسم, أما التجربة الثانية فتثبت أن الزمن (يتمدد) إذا تعرض الجسم لمجال جاذبي قوي.
و(تمدد) الزمن في هذا السياق ليس مفهومًا فيزيائيًا نظريًا خاصًا بالأجسام الدقيقة دون الذرية, وإنما هو (تمدد) حقيقي في الزمن الذي يحيا فيه الإنسان. فلو زادت سرعة إنسان ما (في سفينة فضاء مثلا) إلى حوالي 87% من سرعة الضوء, فإن الزمن يبطؤ لديه بمعدل50%. فلو سافر على السفينة لمدة عشرة أعوام - مثلا - فسيجد ابنه المولود حديثًا قد أصبح عمره عشرين عامًا, أو أن أخيه التوأم يكبره بعشرة أعوام. إن (تمدد الزمن) والسفر في الزمن, بهذا المعنى, هو حقيقة مثلما أن الأرض كروية وأن المادة تتكون من ذرات وأن تحطيم الذرة يطلق طاقة هائلة. كما أن السفر بسرعة تقترب من سرعة الضوء هو أمر ممكن فيزيائيا وتكنولوجيا, فقد اقترح أحد العلماء تصميم سفينة فضائية تعتمد على محرك دمج نووي يستخدم المادة المنتشرة في الفضاء كوقود, وأن يتم التسارع بمعدل 1ج (وهو معدل التسارع على الكرة الأرضية). وفي تصميم كهذا يمكن أن تصل سرعة السفينة إلى سرعة قريبة من سرعة الضوء خلال عام واحد, وبالتالي يبطؤ الزمن إلى حد كبير, وبالنظر إلى التطور المستمر للتكنولوجيا حاليًا يصبح من المعقول تمامًا افتراض وصول تكنولوجيتنا في المستقبل إلى بناء مثل هذه السفينة النجمية. ويرى عالم الفلك كارل ساجان أن هذا يمكن أن يحدث خلال عدة مئات من السنين. وبناء على ذلك كون مجموعة من العلماء يرأسها الأمريكي كيب ثورن والروسي إيجور نوفيكوف ما أسموه بـ(كونسورتيوم) روسي - أمريكي لتحقيق تقنية تسمح بتكوين آلة للسفر في الزمان.
فماذا تعني هذه الحقائق بالنسبة لغير المتخصص في الفيزياء? هل تعني أن مفهومنا (الطبيعي) عن الزمن قد تغير? وكيف يمكن أن يكون العالم في ظل إمكان السفر عبر الزمان? وهل هذا مجرد خيال علمي? أم أنه يمكن أن يحدث فعلاً في المستقبل? هذه ليست سوى بعض التساؤلات التي تفرضها تلك الحقائق العلمية المحيرة.
ما الزمن؟
لا يمثل الزمن بالنسبة للإنسان العادي سوى تتابع المواقيت الناتج عن شروق الشمس وغروبها وعن دوران الأرض حول الشمس, والقمر حول الأرض. أما الزمن عند العلماء فهو مفهوم أساسي لابد منه لضبط التجربة العلمية. ففي عصر العلم الحديث أصبح من الضروري طرح تصوّر للأسلوب العلمي يكفل إجراء التجربة العلمية بواسطة علماء مختلفين وتحقيق النتائج نفسها, وذلك يستلزم وجود مقياس دقيق للزمن ومرجعية ثابتة له بالنسبة لجميع العلماء. وكان هذا التصوّر هو التصوّر النيوتوني للزمن المطلق, فحسب اسحق نيوتن (الزمان المطلق الحقيقي, الرياضي, ينساب من تلقاء نفسه وبطبيعته الخاصة, باطراد دون علاقة بأي شيء خارجي, ويطلق عليه اسم الديمومة). وفي واقع الأمر كانت النظرة النيوتونية للكون ذي الزمان والمكان المطلقين ناجحة في تفسير 99% من حقائق الكون, وتمكنت من تحقيق تقدم كبير في العلم الحديث. ولكن مع تقدم العلم وزيادة دقة الملاحظات تكشفت العديد من الظواهر التي أدت إلى الشك في الصحة المطلقة للنظرة النيوتونية. فحسب قوانين نيوتن يجب أن تتغير سرعة الضوء بحسب سرعة واتجاه حركة مصدره, ولكن العلماء اكتشفوا في تجربة مشهورة, هي تجربة (ميكلسون - مورلي) عام 1887, أن سرعة الضوء ثابتة بغض النظر عن سرعة مصدره وعن اتجاه حركته. كما تبين من قياس حركة كواكب المجموعة الشمسية أنها تتفق مع نظرة نيوتن فيما عدا كوكب عطارد, حيث وجد فرق ضئيل جدا بين حسابات ميكانيكا نيوتن وحركته في الواقع, بالإضافة إلى هذا وذاك تعارضت ميكانيكا نيوتن مع نظرية جيمس كلارك ماكسويل عن الموجات الكهرومغناطيسية والتي تتعامل مع الضوء على أنه موجات وعلى أن سرعته ثابتة. ولم يكن هناك مفر من ظهور نظرية النسبية, فقدم ألبرت أينشتين نظرية النسبية الخاصة عام 1905 والنسبية العامة عام 1915.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق