في العام 1905 قدر لتاريخ العلم أن يشهد حدثا علميا عظيما فتح الباب على مصراعيه لفتوح علمية كبيرة. كان ذلك ظهور النظرية النسبية التي ابتدعها عقل العالم الكبير ألبرت آينشتاين، وهي النظرية التي كانت مسئولة عن تغيير تفكير الانسان، ولانزال نشهد ذلك التأثير العظيم لهذه النظرية الفذة حتى اليوم. في هذه الوقفة نترك المجال للاختصاصيين للحديث عن هذه النظرية والأسس التي قامت عليها.

يقول محمد العثمان: "تعتبر النظرية النسبية "النظرية الخاصة في النسبية المنشورة العام 1905 والنظرية العامة في النسبية المنشورة في العام 1915 مع نظرية الكم التي تطورت وأصبحت ميكانيكا الكم" الدعامتين الأساسيتين لما نسميه الفيزياء الحديثة، واللتين من خلالهما بدأنا نفهم هذا الكون العجيب. فعرفنا حقيقة النجوم "بما في ذلك شمسنا" ومن ذلك موقعنا في هذا الكون الشاسع، كذلك فسرت لنا نتائج عدة تجارب وبطريقة أنيقة جدا. فمثلا موضوع الأثير، كان هناك إشكال في فهم بعض نتائج النظرية الكهرومغناطيسية، ما أدى بالبعض في القرن التاسع عشر إلى اقتراح وجود الأثير كوسط لانتقال الموجات الكهرومغناطيسية، ولكن جميع التجارب التي أجريت لاثبات وجود الأثير أعطت نتائج سلبية، مثل تجربة "مايكلسون" و"مورلي". وكانت هناك عدة تفسيرات لهذه النتائج لم تحصل على ذلك النجاح، حتى نشرت النظرية الخاصة في النسبية العام 1905 وألغت مفهوم الأثير. طبعا من الأخطاء العلمية الفادحة ما يقوله المذيعون "تأتيكم موجاتنا عبر الأثير بتردد كذا وكذا!" فلهذا ولكثير من المفاهيم التي قدمتها لنا هذه النظرية نستطيع أن نعتبرها مفترق طرق ومعلما من معالم الفكر الانساني".

اللوم على المؤسسات العسكرية

ويضيف العثمان "ان تطبيقات الاكتشافات العلمية بعضها يخدم البشرية والآخر يسيء إليها، وحال معادلة تكافؤ المادة والطاقة "التي هي أساس مفهوم القنبلة الذرية" كبقية الاكتشافات. فمثلا الليزر، وهو من الموضوعات التي أسهم آينشتاين في بلورتها، له عدة استخدامات في العسكرية "كما هو الحال بما يسمى القنابل الذكية؟" وهناك عدة استخدامات تخدم البشرية في الطب والاتصالات وأجهزة الحاسوب التي يستخدمها أكثرنا للأقراص المدمجة. وان كان هناك من يلام فالمؤسسة العسكرية التي أنشأت مشروع منهاتن، وربما العلماء الذين ساهموا في هذا المشروع".

فتح جديد

وهيب الناصر يقول شارحا النظرية: "قدم آينشتاين الجديد الذي لم يسبقه اليه انسان. فقد كان فيزيائيا ورياضيا فذا، حين لاحظ أن المراقبين لحدث ما موجودون في أماكن مختلفة يشاهدون الحدث مختلفا. في نظرية النسبية الخاصة وعلى رغم المراقبات والملاحظات المختلفة فان هذه الملاحظات والمراقبات تعتمد على منشأ الرصد لها أو "مرجعها"، وان هؤلاء المراقبين سينتهون الى القوانين الفيزيائية في الطبيعة نفسها. فالنظرية النسبية الخاصة تتناول المراقبين الذين لا ينشأ بينهم متسارع "مثل أن تجلس في سيارة وزميلك في سيارة أخرى فتتحركان بالسرعة نفسها". أما النظرية النسبية العامة فتتناول المراقبين في أي مرجع، أي بمعنى آخر أنها تتناول أي اطار مرجعي سواء كان متسارعا أو غير متسارع بالنسبة إلى مرجع آخر".

مخرجات النظرية

وعن مخرجات النظرية النسبية يضيف "هناك ثلاثة مخرجات لنظريتي آينشتاين في النسبية: الأول أن مبدأ النسبية التي قام بتأسيسها آينشتاين قبل قرن من الزمان، هو أن الزمن المحسوب أو المقاس في ساعة معينة مرتبط بنسبته الى الإطار المرجعي "المكان" أي انه ربط بين الزمان والمكان "الزمكان". فالوقت المقاس في ساعة متحركة يبدو أكثر تمددا "أبطأ" بالمقارنة مع ساعة أخرى في إطار ساكن. أي ان الساعة المتحركة تكون دقات ثوانيها أبطأ من الساعة الساكنة، ولو كانت الساعة قريبة من سرعة الضوء "اذ انه بحسب نظرية آينشتاين الثابت الوحيد الذي يمكن قياسه في كل أرجاء الكون" فان الزمن يتباطأ ليقترب من الصفر. ففي حياتنا اليومية ستكون ملموسة فقط عندما تتحرك الساعة بسرعة تقارب سرعة الضوء اذ نرى أن الزمن قد تمدد واتسع الوقت بوضوح تام. لذلك فان رائد الفضاء الذي يتحرك في مركبة بسرعة عالية جدا سيبدو أصغر سنا من ذلك القاطن على الأرض".

"أما المخرج الثاني من نظرية النسبية فهو أن الجسم المتحرك بسرعة تقارب سرعة الضوء سيبدو منكمشا في اتجاه تحركه نفسه، ولو قاربت سرعة هذا الجسم سرعة الضوء فان هذا الجسم سيكون طوله معدوما، أي صغيرا جدا. أما المخرج الثالث من النظرية فهو أن الجسم المتحرك يبدو أكثر ضخامة، ولو زادت سرعته لتقارب سرعة الضوء فان كتلته ستكون من الكبر فيما لا نهاية. المخرج الرابع هو الوصول الى المعادلة الشهيرة التي أوصلت الى إنتاج القنبلة النووية واستخدام الذرات لانتاج الطاقة الكهربائية وغيرها. هذه المعادلة هي الطاقة تساوي الكتلة "الكتلة الساكنة - فارق الكتلة" مضروبا في مربع سرعة الضوء.

ان المبدأ العام للنظرية النسبية ينص على أن التسارع "أو التعجيل" والجاذبية مرتبطان مع بعضهما بعضا. ففي هذا الكون تؤثر الأجسام الهائلة في الكتلة في الزمان والمكان وتؤثر على حركة الأجسام".

الملاحظات المستخلصة

وعن الملاحظات المستخلصة من النظرية يضيف الناصر "تم استخلاص ثلاث ملاحظات واقعية من هذه النظرية: الأولى أن الضوء ينحني اذا اقترب من جرم هائل كالشمس، وهذا يعني أن ضوء النجوم البعيدة في طريقه إلينا مارا بالشمس ينحني. الثانية هناك تغيرات في مسار كوكب عطارد في فلكه بسبب تأثير كتلة الشمس عليه. الثالثة هناك انزياح في التردد والطول الموجي للضوء عند مروره في مجال الجاذبية".

وأكد الناصر عدم تعارض النظرية مع قوانين نيوتن بقوله: "وللعلم لم تتعارض نظرية آينشتاين مع قوانين نيوتن الكلاسيكية، لأن نظريات نيوتن تتعلق بالأجسام المتحركة بسرعة أقل بكثير من سرعة الضوء. وفيما يأتي توضيح بأهمية الإطار المرجعي أو "محل الرصد" في النظرية النسبية من خلال هذه الأمثلة البسيطة وهي: لو قذف شخص في القطار كرة بسرعة 5 كم في الساعة والقطار يتحرك بسرعة 50 كم في الساعة فان الرجل "وهو في القطار" سيلاحظ أن سرعة الكرة هي 5 كم في الساعة، أما الشخص الذي على الرصيف أو الواقف خلف القطار فانه سيرى الكرة تتحرك بسرعة 55 كم في الساعة. كما أن نظرية آينشتاين تشير الى أن كرة بحجم كرة السلة ستبدو في شكل قرص المقلاة. والجسم الوحيد الذي يمكنه أن يتحرك بسرعة الضوء هو "الفوتونات"، وهو أصغر تمثيل للضوء اذ يسير بسرعته وله طاقة ولكنه معدوم الكتلة. وعندما تتحول المادة الى طاقة في الانشطار النووي فالعامل الثابت الوحيد في هذا التعامل هو مربع سرعة الضوء".

القرن العشرون مرتع خصب

من جانبه يمهد شوقي الدلال للحديث عن النظرية النسبية بقوله: "كان مطلع القرن العشرين مرتعا خصبا لظهور الكثير من النظريات بعد المأزق الكبير الذي واجهه العلماء نهاية القرن التاسع عشر. ففي مطلع الثمانينات والتسعينات من ذلك القرن اكتشف العلماء عددا من الظواهر الجديدة التي أرقتهم، وعلى رأسها الأشعة السينية التي لم يعرفوا كنهها. كما اكتشفوا الظاهرة الكهروضوئية ولم يجدوا تفسيرا لها، فهي ظاهرة تتعارض مع جميع النظريات المعروفة آنذاك عن طبيعة الضوء، كما أن العلماء لم يستطيعوا تفسير ما يعرف بطيف الجسم الأسود، وهي ظاهرة تتعلق بالطاقة التي يشعها جسم ما عند أطوال الموجات المختلفة وفي درجات حرارة معينة. وزاد الأمور تعقيدا ما يعرف بتجربة "ميكلسون" و"مورلي" التي أثبتت عدم وجود الأثير الذي كان يعتقد أنه الوسط الناقل للموجات الكهرومغناطيسية، وكان لابد أن يجد العلماء مخرجا لهذا المازق. فالاخفاق في تفسير كل هذه الظواهر يلغي بعض النظريات التي كانت سائدة في ذلك الوقت، ويضع علامات استفهام على مدى فهمنا لطبيعة الأشياء في هذا الكون".

ثورة علمية

ويردف "لقد شهد مطلع القرن العشرين ثورة علمية قادها نخبة من العلماء وحمل رايتها عالم لم يعرف التاريخ له مثيلا، وهو آينشتاين. ووضعت آراؤه وأبحاثه لبنات جديدة لبناء متين صمد أمام أقسى الاختبارات التي عرفها تاريخ العلم. وقد تمخض جهد العلماء عن ظهور نظريتين شكلتا الأساس لكل معارفنا العلمية اليوم. ففي العام 1900 وضع "ماكس بلانك" اللبنة الأولى لنظرية ميكانيكا الكم، وقدم تفسيرا رياضيا غاية في الجمال لظاهرة الجسم الأسود، ولكنه أخفق في فهم طبيعة التفاعل بين الإشعاع والمادة الذي نتجت عنه هذه الظاهرة".

ويضيف "كان العام 1905 منعطفا في تاريخ الانسان، إذ قدمت مجموعة من الأبحاث التي غيرت مسار العلم وطبيعة فهمنا للأشياء. وقد شملت نظرته مزيجا من البصيرة والفلسفة، اذ تناول البحث الأول الذي نشره آينشتاين ما يعرف بالحركة البراونية الذي قاده للتنبؤ بالبنية الذرية والجزيئية للمادة. وتناول البحث الآخر تفسيرا للظاهرة الكهروضوئية الذي قاده لاستحداث النظرية الجسيمية للضوء "نظرية الفوتون". وقد اختلف آينشتاين مع الكثيرين من معاصريه عند استحداث هذه النظرية. ولم تقتصر هذه النظرية على تفسير الظاهرة الكهروضوئية ولكنها فسرت أيضا طيف الجسم الأسود وطبيعة التفاعل بين الاشعاع والمادة المسئولة عن هذه الظاهرة".

أعظم بحث

ويوضح الدلال "أما البحث الثالث الذي نشره آينشتاين في 1905 تحت عنوان "حول التحريكيات الكهربية للأجسام المتحركة" فيعد واحدا وربما أعظم الأوراق علمية في تاريخ العلم، فهو مجرد من المراجع التي تعطي عادة وزنا لقيمة البحث. ولو قدر لهذا البحث أن يرسل الآن الى أي مجلة محكمة لرفض، فقط لأنه يفتقر الى المراجع التي تعتبر العنصر الأساس في كل بحث. وبعد نشر هذا البحث وقف العالم مشدوها، فما جاء فيه يعد نسفا لكل المفاهيم التي جاء بها العلماء من قبله، فهو ثورة على مفهوم الزمان المطلق والمكان المطلق الذي كان يعد أساسا لكل النظريات العلمية آنذاك. وعلقت مجلة "The Time" على ذلك في مقالة نشرتها: "إنه ثورة على الحس السليم". وقد غيرت النسبية الخاصة بشكل حاسم جميع الأفكار التقليدية التي كانت تؤمن بها الغالبية المطلقة من العلماء. من جهة أخرى قدمت النظرية النسبية الخاصة وصفا دقيقا لطبيعة الكون. وبعد مئة عام على هذه النظرية كتبت مئات الآلاف من المقالات والتحليلات بشأنها وكيف أنها رسمت التاريخ العلمي والسياسي للقرن العشرين. وقد تدفق الحبر خلال قرن كامل لتحليل ومعرفة من أين جاء آينشتاين بهذه الفكرة. أما النظرية النسبية الخاصة نفسها فقد تنبأت بمجموعة من الظواهر الجديدة التي لم تكن معروفة حينها، وفسرت ما كان مستعصيا على العلماء لفهم طبيعة الحركة. ومن هذه الظواهر تقلص طول الجسم المتحرك في اتجاه الحركة، وان السرعة النسبية لجسمين متحركين لا يمكن أن تفوق سرعة الضوء حتى لو ابتعد كل منهما عن الآخر بسرعة الضوء".

نسبية الزمان والمكان

وعن نسبة الزمان والمكان يقول الدلال: "والظاهرة الثالثة هي نسبية الزمان والمكان، فلهذين الكميتين مفهوم نسبي، وقد انبثق عن هذا المفهوم ما يعرف بـ "محيرة التوأمين"، التي حيرت بدورها العلماء. وفي هذه المحيرة ينطلق أحد التوأمين في الفضاء بسرعة كبيرة تقارب سرعة الضوء، ولكنه عندما يعود من رحلته الفضائية بعد عامين من تقويمه المحلي، على سبيل المثال، يجد أن أخاه قد غلبه الدهر وأصبح طاعنا في السن بينما لايزال هو "المسافر" في ريعان شبابه. وقد أخضع العلماء هذه المحيرة للتجربة ولكنهم استبدلوا الجسيمات الأولية بالتوأمين. فللجسيمات الأولية مثل الباي ميزون، عمر محدد. وتساءل العلماء ماذا يحدث لعمر الباي ميزون اذا أطلق بسرعة قريبة من سرعة الضوء ثم حرف ثانية ليعود لمكانه الأصلي، وقد وجد العلماء بالفعل أن عمره يقصر بمقدار ما تتنبأ به تماما النظرية النسبية الخاصة".

التكافؤ بين المادة والطاقة

وعلى المنوال ذاته يتحدث الدلال عن معادلة التكافؤ بين المادة والطاقة: "أما المعادلة التي غيرت التاريخ السياسي للانسان في القرن العشرين، فهي تعنى بالتكافؤ بين المادة والطاقة "m=mc2" التي استخدمها العلماء لصناعة أول قنبلة ذرية، وكانت نتيجتها تدمير هيروشيما ونجازاكي واستسلام اليابان. ولكن يجدر بنا في هذا السياق أن نذكر أن هذه المعادلة هي أيضا التي تستخدمها الشمس في تفاعلاتها النووية لتعطينا الدفء ولتنتعش الحياة على كوكب الأرض".

"ومن الأسس الراسخة التي جاءت بها النظرية النسبية الخاصة هو مفهوم "الزمكان"، فالمكان والزمان وحدتان مرتبطتان تشكلان نسيجا متكاملا يغمر الكون بأجرامه ومجراته. وفكرة الزمان مرتبطة بشكل وثيق بالمادة وتوزيعها في الكون. وقد بلور "منكوويسكي"، وهو عالم من أصل روسي، فكرة "الزمكان" لتكون الأساس الذي بنى عليه آينشتاين لاحقا نظرية النسبية العامة "1916"".

النظرية النسبية للمرة الأولى

يقول شوقي الدلال: "عند الحديث عمن جاء بفكرة النظرية النسبية لأول مرة، تقفز الى أذهاننا أربعة أسماء لعلماء كانوا عمالقة في زمانهم. العالم الأول هو "فيتزجيرالد" الذي قدم تفسيرا لتجربة ميكلسون ومورلي، بأن افترض انكماش الأجسام في اتجاه الحركة. والعالم الثاني هو لورنتز الذي فسر هذه التجربة أيضا بأن وضع مجموعة من المعادلات لايجاد العلاقة بين الأطوال والزمن في هياكل عطالية تتحرك بسرعة نسبية ثابتة. والعالم الثالث هو بوانكاريه الذي رفض فكرة الزمان المطلق منطلقا من أسس فلسفية. والعالم الرابع هو مكسويل الذي وحد نظريتي الكهربية والمغناطيسية. ويؤكد آينشتاين أنه لم يكن يعلم بتجربة ميكلسون ومورلي وبفرضية فيتزجيرالد أو معادلات لورنتز حين وضع نظريته.

من ناحية ثانية على رغم الشبه الكبير أو التطابق بين معادلات وما جاء في النظرية النسبية الخاصة، فإنه كان يوجد اختلاف جذري في تفسير هذه المعادلات وطريقة اشتقاقها. يقول لورنتز: "لم أتصور أبدا أن الزمان والمكان كميتان نسبيتان. واعتقدت أن ما جاءت به معادلاتي هو مجرد فكرة رياضية". من جهة أخرى قدم بوانكاريه فكرته عن الزمان والمكان في أحد المؤتمرات عندما كان آينشتاين في سن التاسعة عشرة ولم يحضر ذلك المؤتمر في حينه. أما ماكسويل فكان له شأن آخر. فطبعا لا يبدو لأول وهلة وجود علاقة وطيدة بين ما جاء به ماكسويل وما جاءت به النظرية النسبية الخاصة. ويقول آينشتاين في هذا الشأن: "ما لفت نظري هو ان النظرية الكهرومغناطيسية لا تتطرق الى الهياكل العطالية، اذ ان سرعة الموجات الكهرومغناطيسية تظهر في هذه المعادلات ثابتة. وخلاصة القول ان المؤرخين يجمعون على أن آينشتاين جاء بالنظرية النسبية الخاصة من دون الاستعانة بأفكار من سبقوه، وأن فكرة النسبية وانعكاساتها على فهمنا لطبيعة الكون الذي نعيش فيه كانت منعطفا حاسما في تاريخ العلم".

... وحقائق عن النظرية النسبية

يقول وهيب الناصر: "ان المسافات تنكمش وطول الأجسام المتحركة تأخذ في القصر "الانكماش" عندما تتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء.

تعتمد كتلة الجسم على سرعته فكلما زادت سرعته صار أكثر ضخامة ولو كانت سرعته قريبة من سرعة الضوء فانه سيكون من الضخامة بما لا يتصوره العقل "ما لا نهاية".

ان الجاذبية والتسارع بحسب النظرية العامة هما قوتان متكافئتان، أي ان الزمن والمكان يتشوهان - أي يضطربان - بالأجسام السماوية الهائلة. فالنظرية النسبية غيرت تفكير الانسان واستخدمها وفهمها وأنتج منها الكثير من الصناعات من الطاقة إلى الاستفادة من جاذبية الأجرام السماوية الى تحديد مواقع الأجرام السماوية بدقة. وهذا جزء من عقلية آينشتاين وفكره، اذ يجب ألا ننسى انجاز آينشتاين في نظريته بالتأثير الكهرومغناطيسي التي حصل بموجبها على جائزة نوبل