علوم

مائة عام على ولادة النسبية

السياسة لزمن اللحظة.. أما ايجاد معادلة فهي للزمن السرمدي

* نجاح كاظم

صادف في 18 نيسان/ ابريل من عام 2005 الذكرى الخمسين لوفاة البرت اينشتاين، الفيزياوي الشهير، وتمثل 2005 مرور قرن على ولادة النظريات الفيزيائية المهمة كالنسبية وغيرها محتفية بها من قبل العلماء المعاصرين لتسمية العام السابق بـ (السنة العالمية للفيزياء).

مرادف اينشتاين، للفيزيائيين وغيرهم، هو رمز العبقرية واستحقاقه لذلك بأسبقيته لاكتشافات عديدة في النسبية العامة والخاصة والضوء وغيرها ناهيك عن معادلته الصغيرة والبسيطة التي تربط الطاقة مع الكتلة لتطبيقات عملية، سلبية وايجابية، في المجتمع البشري. وبعض هذه الاكتشافات اصبحت جزءاً لا يتجزأ من نسيج علوم الفيزياء ودفعت كذلك إلى سرعة خطى تطور علوم الفيزياء والالكترونية مع انعكاسات هائلة على العلوم الأخرى فضلاً عن مدنية الانسان وحضارته. لكن محاولات اينشتاين المستمرة في صياغة معادلة رياضية تجمع بين نظرية الكم (Quantum) والفيزياء الكلاسيكية، بكلمات أخرى توحيد (النسبية العامة) مع قوانين الكهرومغناطيسية باءت بفشل ذريع. ما جعلته ان يكون مدعاة للانتقاد الشديد من العلماء والآخرين لعدم انتاجه أي شيء يذكر في العقدين أو الثلاثة الأخيرة من حياته بسبب انهماكه العميق في هذه المحاولات. هذا فضلاً عن موقفه السلبي من نظرية الكم ونقده الشديد لها وايمانه المتواصل بأن الكون يعمل بشكل منظم مما حدا به إلى قولته المعروفة (ان الله لا يلعب بالنرد God does not throw a dice) اشارة للاحتمالات الرياضية ودورها البالغ الأهمية في نظرية الكم.

العام 1905

على الرغم من فشل اينشتاين في السنين الأخيرة من حياته لأية انتاجات علمية تذكر لكن يصعب تجاوز الانجازات الهيولية التي جاء بها في العام 1905 حيث تمكن في غضون ثمانية أشهر من كتابة خمس أوراق علمية غيرت مسيرة علوم الفيزياء. وأول هذه البحوث كانت في مجالات الحركة (Brownian Motion) بعدها دراساته للفوتوكهربائي (Photoelectric) فضلاً عن بحوثه العميقة في النسبية العامة والخاصة. لم تعتمد الأوراق العلمية المقد مة للنشر العام 1905 على كثير من الرياضيات، كما هو سائد، في البحوث الفيزيائية أو قائمة على المنحى (الأدلة) التجريبي لكن اسلوب العرض فيها ودقة نقاش الملاحظات مع استنتاجات حدسية جعلت هذه الأوراق متميزة عن الأخريات وعكست طريقة التفكير المختلفة لاينشتاين.

بحوثه في الحركة وفرت الاطار النظري للتجارب العملية لاثبات ان الذرات حقيقة فعلية في وقت كان كثير من العلماء لم يؤمنوا بوجودها. وناقش حركة الجسيمات الصغيرة اثناء تصادمها في سوائل مستقرة واشتقاقه لمعادلة تجمع بين طاقاتها الكامنة وديناميكية الهيدروجين في السوائل مع اعتبار لعامل الزمن. والبحوث هذه كانت قائمة على أعمال روبرت براون، بدايات القرن التاسع عشر، وقياسها لحركة الجسيمات بعد ملايين التصادمات منها في السوائل المستقرة مكنت الآخرين فيما بعد من اثبات الحقيقة الوجودية للجزيئات والذرات.

بحوثه في النسبية غيرت أفكار العلماء حول الزمان والمكان متمكناً من جمع الاثنين ومستخدماً لبحوث الديناميكية الالكترونيـــــــــــــــــــــة (Electrodynamics) ليصبح الوقت بعداً رابعاً يضاف للأبعاد الثلاثة. كانت الفيزياء، قبل اينشتاين، معتمدة على قوانين اسحاق نيوتن في الحركة والقائمة على نقطة أو شيئاً (Frame) مرجعياً في الشعاع يتحرك بسرعة ثابتة وتسير في خط مستقيم.

طورت مفاهيم الديناميكية الالكترونية اساساً من قبل روبرت ماكسويل، في القرن التاسع عشر، عارضاً فيها (مبدأ النسبية) لأنها اقترحت ان الأمواج الكهرومغناطيسية تتحرك بنفس السرعة. وهذه البحوث لم تصل إلى اية نتيجة في وقتها لأنها اعتقدت أن ظاهرة أو مفاهيم الديناميكية الالكترونية خطأ أو ان نيوتن كان على خطأ أو وجود بعد اثيري آخر تتموج فيه الأشعة.

لكن اينشتاين، بطريقته المعهودة، ألغى تفسير بعد (الأثير الأضافي)، افترض انه من غير المهم كم هي سرعة حركة النقاط أو الأشياء (Frames) لأن الضوء دائماً يتحرك بنفس السرعة، كما رآها اينشتاين، وهو الثابت الطبيعي الذي لا يمكن تجاوزه ما يتطلب من قوانين الفيزياء ان تكون متطابقة مع جميع استمرارية الأشياء غير المتعجلة (بدون تعجيل). وشيد اينشتاين نظرية جديدة بالكامل كشف فيها ان ميكانيكية نيوتن تقريبية لأنها تعمل فقط بالسرعات الاعتيادية لحياة الانسان. وتطورت هذه النظرية لتصبح فيما بعد بالنسبية الخاصة.

وتسمى بالنسبية الخاصة لأنها تطبق فقط على الأشياء أو الاجسام غير المتحركة أو المتعجلة (اعتبار لاستمرارية الأشياء والأجسام) بسرعة ثابتة في الأمواج المغناطيسية.

أما النسبية العامة فهي مشابهة للنسبية الخاصة لكنها تعمل بشكل عام على الأشياء أو الأجسام المتحركة وادراك بأن الزمان والمكان مرتبطان الواحد بالآخر، ولأنهما مترابطان فان طول الأشياء يصبح قصيراً عند سفرها بسرعة ثابتة، والساعة المتحركة مع هذه الأشياء تكون ابطأ من الساعة الثابتة. وقد أثبتت هذه الافتراضات صحتها في كثير من التجارب في المائة سنة الماضية. ولأجل فهمها لنعتبر المثال الآتي:

اذا كان هناك توأمان كل منهما بعمر 25 عاماً، واحد يبقى على الأرض والآخر يرحل في مركبة فضائية لمدة عشرين عاماً، وفي فترة زمنية في حدود 9.0 x سرعة الضوء، فعند عودته إلى الأرض يكون قد استغرق 20 عاماً من الوقت ليصبح عمره بذلك 45 عاماً، بينما أخوه الذي كان على الأرض يعتقد ان أخاه ذهب لمدة 46 عاماً لأن عمره قد أصبح 71 عاماً. فتعجيل (Acceleration) الأشياء أو الأجسام هو الذي يقلل من عمر ووزن الأشياء أو الأجسام.

وتبعات النظرية النسبية، هو انتاج معادلة بسيطة أصبحت الأكثر شهرة في تاريخ العلوم، وهي ان الطاقة تساوي الكتلة x مربع سرعة الضوء. أي ان الكتلة يمكن لها ان تتحول الى الطاقة والعكس صحيح أو الكتلة والطاقة واحدة ونفس الشيء. واعتبرت في حينها، وفيما بعد كما سنرى بعد قليل، واحدة من الانجازات الهائلة للفيزياء.

الانجاز الهائل الآخر والمساهم في حصوله على جائزة نوبل فيما بعد (1921) هو بحوثه في خواص الضوء وملاحظاته عن الانحاء في حركة الضوء وتكونه، كما اقترحها قبله ببضعة سنين ماكس بلانك، من وحدات صغيرة ومستقلة من الطاقة تسمى بالفوتونات (Photons). وعولجت هذه الفرضية بشكل سريع من قبل بلانك لكن اينشتاين أكدها مع اضافات مهمة بل جوهرية لتحرر الاعتقاد بأن الضوء ذو طبيعة موجية فقط. فالنظرية تقول ان الضوء نصف موجي ونصف الكتروني. واستخدمت هذه الفكرة في شرح ماهية الاشعاع الضوئي أو الكهرومغناطيسي في تحرير الالكترونات من المعادن خلال قراءته لظاهرة الفوتوكهربائي (Photoelectronic) .

كما قدم اينشتاين فهماً جديداً للجاذبية، بعد شرحه للنسبية ونظريته الجديدة لترابط الابعاد الثلاثة للمكان (Space) المترابطة سوية مع البعد الرابع ـ الزمان (Time)، وذلك بتموج أو ترقرق الجاذبية، من خلال بنية الزمان- المكان، بنفس سرعة الضوء. اي تحرك قوة الجاذبية بنفس سرعة ابعاد الزمان والمكان. وكان اختلاف اينشتاين الأساسي مع نيوتن حول ماهية سفر الجاذبية بالكون.

واعتقد بانتظام صورة الكون ووحداته وفقاً لما سماه (حافز الله). وكان يحاول جاهداً رسم الصورة الكاملة للكون أو بناء نظرية عامة موحدة لجميع القوى (الجاذبية، الكهرومغناطيسية، النووية.. الخ) من خلال معادلة رياضية رئيسية واحدة تطمح إلى قدرتها الكبيرة في شرح مكونات وأعمال الكون. وبدأ بصياغة معادلات رياضية للنظرية التي غدت تسمى فيما بعد بنظرية (كل شيء) (Theory of everything). وكانت النظرية في العقدين أو الثلاثة الأخيرة من عمره، شغله الشاغل، بحيث أصبح مفصولاً عن الفيزياء لعدم قراءته أعمال الآخرين أو القيام ببحوث جديدة أو الاتيان بانتاجات جديدة.

وفشل في نهاية المطاف في تحقيق حلمه في الوصول إلى توحيد نظريتي الجاذبية والكهرومغناطيسية.

وتزامنت هذه الأعمال أو بعدها بقليل مع تطور آخر وكبير وهو ولادة نظرية الكم في العقد الثاني من القرن العشرين واقترحت النظرية الجديدة ان الأمور المؤكدة أصبحت شيئاً قديماً، ولتفسير الأمور على المستوى الذري أو تحت الذري (مستوى الميكروسكوب) والتنبؤ بحدوث شيء، كما تقول النظرية، في المستوى الذري هو أمر غير مؤكد (Uncertainty). وتبعاً للنظرية الجديدة فان قوانين أو نظريات نيوتن تنطبق، وبشكل دقيق، على الكون والطبيعة في احجامها الكبيرة ولكنها فشلت في العمل في الأمور الصغيرة المايكروسكوبية.. يثبت هذا ان نظرية الكم وتنبؤاتها تنطبق بدقة متناهية على المستوى المجهري.

وبعد 80 عاماًَ لازال فهم الفعاليات الفيزياوية على مستوى عالم المهجر يجري وفق نظرية الكم. كل شيء يحكم من قبل الاحتمال ولا يوجد، كما تدعي النظرية، احتمال واحد أو محدد للحدوث ولا يوجد في المستوى الذري شيء خطأ أو غير واقع، وانما كل الاحتمالات ممكنة الوقوع.

أخطاء اينشتاين

المعادلة الرياضية الشهيرة المصاغة من قبل اينشتاين (الطاقة = الكتلة x مربع السرعة) اثبت فيما بعد سلبيتها وايجابيتها في تطبيقاتها العملية، مما دعا بسبب استعمالاتها إلى تسميتها بمعادلة الخراب والخلق.

فهي معادلة الخراب لدورها الأساسي في تطوير الاسلحة النووية وما تبعها من سباق للتسلح وخطر استخداماتها على الانسان ومستقبل الحضارة الانسانية.

وخوفاً من احتمال الألمان لتطور واستخدام الأسلحة الذرية في حربهم العالمية الثانية على الحلفاء كتب اينشتاين رسالة العام 1939 إلى الرئيس الأمريكي روزفلت يدعوه إلى تطوير هذه الأسلحة قبل انتاج الألمان لها. أدت هذه الرسالة إلى سلسلة من الأحداث انتهت بحريق أو الدمار الكامل لمدن هيروشيما وناكازاكي اليابانيتين.

وكتب اينشتاين رسالة قبيل رحيله بقليل وبعد حملته المشهورة للتخلي عن الأسلحة النووية (ان كتابة الرسالة للرئيس الأمريكي روزفلت كانت واحدة من أخطاء حياتي).

الجانب الخلاق من المعادلة كما بدأ يفهمه العلماء هو قدرتها على تفسير بداية الكون ونظرية الحياة Big Bang لامكانية تكثيف الطاقة إلى كتلة. فتفرد (Singularity) الطاقة الصغيرة تحولت إلى مادة ( أو كتلة) متمثلة في كل شيء نراه اليوم من طاقات الكون والمجرات وغير ذلك.

رؤية اينشتاين لبعد المكان، كما بينا، هو عدم ثباته أو تمطيه مما يمكنه من توفير بنية غير اعتيادية سميت (Worm Hall). وهي عبارة عن نفق أو جسر تستخدم كطريق مختصر بابعاد الزمان- المكان بين مناطق الفضاءات الواسعة. واستخدام هذا المفهوم في قصص بعض أفلام هوليود السينمائية في العقد الماضي كـ Stargate على سبيل المثال لا الحصر. من ناحية علمية ولتحقيق هذا النفق فانه يتطلب شق ثقب في الفضاء وهذا مستحيل حسب النظرية النسبية بسبب تمطي بعد المكان (أو الفضاء) في عمله ولأجل عمل ذلك فالحاجة تدعو إلى وجود ابعاد اضافية. وخطأ نظرية اينشتاين يمكن علاجه بنظرية الوتر (String Theory) التي تتكهن، مع الاثباتات الرياضية، بوجود ابعاد اضافية أو أكوان أخرى متوازية (Parallel Universe).

وادعى بعض العلماء في العقد أو الاثنين الأخيرين انهم استطاعوا قياس بعض الأشياء بسرعات تتعدى سرعة الضوء وهو يعتبر من الثوابت في رأي اينشتاين.

الانعكاسات المادية والذهنية

التطورات الهائلة في المائة سنة الماضية لعلوم الفيزياء من قبل اينشتاين وماكس بلانك وتومسون (مكتشف الالكترون) وغيرهم وتبلورها في مجالات جديدة كالالكترونية وغيرها كان لها افرازات عملاقة في النواحي العملية لحياة الانسان. فاكتشاف الالكترون أدى إلى فهم خصائص الكهربائية المبهمة، سيل من حركات متناقضة للشحنات السالبة والموجبة، وانتاج وفق هذا التضاد المفيد التيار ليكون نبض الحياة العصرية.

تكنولوجيا الالكترون افرزت علم الدوائر المنطقية (Logic Circuits) وهي جوهر الالكترونية الرقمية Digital Electronics. وهذه التكنولوجيا لم تتطور الا بعد فهم الضد وطرفه في وضع الأسس الرياضية والنظرية لعلم الدوائر.

والتطبيقات العملية الالكترونية والعلوم الحديثة مملوءة بالتضادات الايجابية في ذات العلوم والأمور العملية للانسان. فالتجارة سابقاً كانت ملموسة من خلال مقايضة بضائع ذات أحجام ملموسة يتم بيعها وشراءها لعمل الأرباح من خلال رأس المال، النقود. أما اليوم في العالم المصنع فهناك دور رئيسي للتجارة الالكترونية وفي كثير منها هي محاولة مقايضة ( أو بيع وشراء) الأمور الذهنية غير الملموسة، المعلومات ( أو المعرفة بشكل أدق) ، لتصبح رأس المال الجديد. والتكنولوجيا الرقمية القائمة على أرقام الاحادات والأصفار وعملها في الدوائر الكهربائية للرقائق الالكترونية أو غيرها من التطورات الحديثة هو كحالة واحدة فقط في ان واحد من خلال عملها كمفاتيح. أي ان فتح أو غلق أو حالة الاحادات أو الأصفار ولا يمكن جمع الاثنين في ذات اللحظة.

نظرية الكم خصوصاً في بحوثها المتقدمة لما يسمى بـ (كومبيوترات الكم) يكون اساس عملها على حدوث الاثنين في حالة واحدة في ذات اللحظة أو وجود التضادات لخلق التناسقات والافرازات الذهنية لهذا الأمر كثيرة.

فطبيعة الحركة داخل المجتمع تتم وفق قوانين التضاد (التناقض) والتناسق. فالتنوع داخل المجتمع البشري ذو أهمية قصوى لحركة توافقه وعوامل التطور فيه.

ويخلق التنوع التزاحم والتنافس وهي سمة المجتمعات الحية الذي يعيش في داخله معسكران متناقضان (متضادان) نتيجة التنافس والتزاحم، ويعمل على افراز الافكار ونقدها وولادة أفكار أخرى وهكذا في داخل وحدات المجتمع. والتناسق في التماسك الاجتماعي يتم عن طريق المعرفة والتواصل بين وحداته عن طريق المعلومات. فالاتصالات، على سبيل المثال، تعمل على ترابط وحدات المجتمع بشكل لا مثيل له في السابق. والتجديد وعملية الافكار هذه تزيد من تناسق وشد وحدات نسيج المجتمع الانساني. وفق التناقض يتم التناسق. فالكهربائية، نبض الحياة، تولد نتيجة التضاد المفيد بين الشحنات السالبة والموجبة كما ذكرنا، وحركتها في الدائرة الكهربائية أو سبيل انجرافها يكون التناسق المطلوب، والذرات، المكونات الأساسية للوجود والكون والحياة لا يمكن ان تقوم اذ لا يوجد هناك توزان بين الالكترونات الموجودة حول نويات الذرات من جانب واحد والبروتونات في داخل النويات من جانب آخر.

فالتناقض يقود للحركة والعمل ثم التناسق. هكذا تبدو سنة الحياة، كما ترغب ارادة الله، فان المختلفات مع المتغيرات تقود إلى أسس الترتيبات.

التنظيم يأتي من الحركة المستمرة للتضادات والتناسقات في اعطاء حالات أخرى أو جديدة. فقد يكون وجودها على شكل واحد مقابل الآخر (أو التضاد مقابل التناسق) كما تفترض الالكترونية الرقمية وتطبيقاتها العملية. أو قد يكون حدوث الحالتين (التضاد والتناسق) في آن واحد أو ذات اللحظة كما تتكهن نظرية الكم.

فاحتمال حدوث الشيء أو عدمه لا يعني اللاتنظيم أو الصدفة كما يعتقد كثير من الناس أو عدم وجود هدف من وراء هذا الكون. فكما أن تطور العلم الحديث أثبت لنا ان الانماط أو النماذج الرياضية الداعمة له اذا لم تكن صحيحة فهي ليست بالضرورة خطأ، فوجود التضادات واللاتضادات (التناسقات) في ذات اللحظة في بعض الحالات، و (عاملة الواحدة عن الأخرى) بشكل مستقل في حالات أخرى يعني افراز أوضاع أو حالات جديدة أو احتمالات جديدة، فالنسبية في عدم حدوثها لا تنفي بالمقابل مطلق حدوثها.

فالنسبية في ادراك أو فهم الحالات الجديدة لا ينفي أصل المطلق أو السرمدي، وكلام اينشتاين عن النسبي والسرمدي كان مشابهاً للسياسة والعالم.

فالسياسة في نظره (لزمن اللحظة) أما (ايجاد معادلة فهي للزمن السرمدي). فاستمرار انتاج المعادلات (وتطور العلم) هي مسألة سرمدية بلا شك أما بقاء معادلة واحدة سرمدية فهذه مسألة فيها نظر.

أهم محطات حياة اينشتاين

1879 الولادة- ألمانيا.

1905 حصوله على الدكتوراه- زيورخ ـ سويسرا، فضلاً عن خمس أوراق علمية

1915 يكمل النظرية النسبية العامة- ألمانيا.

1921 جائزة نوبل لخدماته في حقل الفيزياء وخصوصاً في بحوث الضوء- ألمانيا.

1933 رحيله من ألمانيا للاستقرار في اميركا.

1935 هجوم على نظرية الكم من خلال ورقة علمية معRosen & Poldolsky - أميركا.

1939 يوقع رسالة إلى الرئيس الاميركي روزفلت حول خطر القنبلة الذرية- أميركا.

1946 يصبح رئيس لجنة الطوارئ لعلماء الذرة في تطوير القنبلة الذرية- أميركا.

1952 رفض أن يصبح رئيساً لدولة اسرائيل- أميركا.

1955 يطلب من الأمم والدول التخلي عن الأسلحة النووية- أميركا.

1955وفاته في 18/4 بأميركا.

_______________________________________________________________

* استاذ جامعي.