لماذا يتباطأ الزمن في العربات المتحركة؟

لقد كانت الفيزياء علم مباشر وواضح فدخل اينشتين وغير كل شيء واثار ضجة حول كل ما كنا نعرفه عن الكون. تتعامل نظريات اينشيتن مع اشياء لا يمكن ان ندرسها في المختبر. فقد استعان اينشتين بمخيلته المدهشة لاجراء تجارب فكرية معقدة. ومن خلال هذه التجارب توصل إلى استنتاجات ملفتة للنظر. لقد اثبت لنا كيف نسافر عبر الزمن، وكيف نحسب الذرات، وكيف تتغير الاشياء وتتحول إلى ضوء، وكيف يتحول الضوء إلى مادة، واذا نظرت إلى السماء فسوف تكون قادرا على رؤية مؤخرة رأسك. ومع كل هذه الامور العجيبة فان اعمال اينشتين ومساهماته العلمية تعد هامة للغاية.

في المقال التالي سوف نركز على جزء بسيط من اعمال اينشتين وهو كيف ان الزمن يتحرك بشكل ابطء في العربات المتحركة.

مفهوم النسبية لاينشتين

من السهل فهم نظرية النسبية لاينشتين. انها تنص باختصار على ان الحالة الوحيدة للحركة في الكون هي الحركة النسبية. هذا يعني انه من المستحيل ان نحدد اذا ما كان الجسم يتحرك او ما هي سرعته. هذا لان كل شيء في الكون في حالة حركة بالنسبة لكل شيء اخر.

مثال توضيحي

عندما يخبرك شخص ما ان السيارة تتحرك بسرعة 10m/s فانك على الفور تفترض ان هذه السرعة بالنسبة للارض. ومن الممكن ان يتدخل فيزيائي في النقاش ويخبرك بان الارض ايضا تتحرك بسرعة 30,000m/s بالمقارنة مع الشمس. وقد يخبرك الفيزيائي بان السيارة ساكنة بالنسبة لمسبحة معلقة في مرآة السيارة.

كل العبارات السابقة صحيحة لنفس السيارة. انها مسألة وجهة نظر. انها تماما مثل ان تسأل هل انا اطول منك ام انت اقصر مني؟

مبدأ النسبية

من احد التجارب الفكرية التي تخيلها اينشتين مركبة فضاء تتحرك بسرعة الضوء. ماذا يحدث لو انك التفتت إلى الخلف لتنظر نحو مؤخرة المركبة الفضائية؟

سوف تعتقد انك لن ترى شيء على الاطلاق. هذا لان المركبة تتحرك بسرعة الضوء، وهذا يعني ان الضوء القادم من مؤخرة العربة لن يصل إلى عينيك لانك انت ايضا تتحرك بسرعة الضوء.

اذا الان لدينا طريقة واضحة لتحديد اذا ما كنت في حالة حركة ام لا، هل يعني هذا ان اينشتين كان على خطأ؟

ليس تماما!

لم يعتقد اينشتين ان التجربة اعلاه يمكن ان تتحقق. اولا، من المستحيل ان يتحرك اي كان بسرعة الضوء. ثانيا، ليس بهذه الطريقة يتصرف الضوء. على سبيل المثال لنفترض ان لاعبا قذف كرة وهو يجري فان سرعة الكرة تساوي السرعة الابتدائية مضافا اليها سرعة اللاعب. لكن اذا افترضنا ان اللاعب كان يمسك مصباح ضوء وقام باشعال الضوء وهو يجري فان سرعة الضوء لن تكون مساوية لسرعة الضوء مضافا اليها سرعة اللاعب.

تبقى سرعة الضوء ثابتة لا تتغير عن القيمة 300 مليون متر في الثانية مهما كان سرعة اللاعب. لهذا فانك تستطيع رؤية مؤخرة المركبة الفضائية التي تتحرك بسرعة الضوء لان الضوء الذي يغادر منها إلى عينك سوف تبقى له نفس السرعة ثابتة لا تتغير. ويمكننا ان نقول ان الضوء يتجاهل تماما سرعة المركبة الفضائية.

التأخير الزمني

جعلت الملاحظة اعلاه اينيشتين يفكر في ثبات سرعة الضوء وعلاقته التي لا تنفصل عن شيء اخر يتحرك بمعدل ثابت وهو الزمن. وحتى يوضح لنا اينشتين ما يقصده قام باجراء تجربة فكرية اخرى.

تخيل ان هناك ساعة خاصة. هذه الساعة عبارة عن مرآتين متقابلتين لبعضهما البعض بينهما شعاع ضوء. يرتد الشعاع الضوئي عن المرأتين ذهبا وايابا بمعدل ثابت. سنعتبر في هذه الساعة الخاصة عقرب الثواني للساعة هو حركة الشعاع الضوئي ذهبا وايابا بين المرآتين.

الان اذا تخيلنا ان العربة التي تحتوي على تلك الساعة الخاصة تتحرك في الظلام وبسرعة كبيرة، فانك لن ترى منها الا شعاع الضوء المرتد عن المرآتين ولكن هنا لان العربة تتحرك بالنسبة لك فانك سوف ترى مسار الشعاع الضوئي مختلفا عن المسار الرأسي الذي كان قبل ان تتحرك العربة. وسيصبح مسار الشعاع الضوئي هو مسار متعرج كما هو موضح في الشكل وكلما كانت سرعة العربة اكبر كلما كان مسار رحلة الذهاب والاياب للشعاع الضوئي اطول.

تذكر ان المسافة العمودية بين المرآتين ثابتة لا تتغير وان المسافة الافقية تزداد مع زيادة سرعة العربة.

مع زيادة المسافة هل يعني ذلك انه كلما ازدادت سرعة المركبة الفضائية كلما كان الشعاع الضوئي يتحرك اسرع! لكن هذا مستحيل! سرعة الضوء دائما ثابتة لا تتغير. وهذا يتركنا مع استنتاج واحد فقط وهو ان شعاع الضوء مجبر ان يأخذ فترة زمنية اطول ليكمل رحلة ذهاب واياب واحدة. بمعنى اخر ان الساعة اصبحت تؤخر او انها تتباطأ.

كل شييء في العربة يصبح ابطأ. اما بالنسبة للشخص الموجود داخل العربة فانه ثابت بالنسبة للساعة وان الشعاع الضوئي بالنسبة له يقطع رحلة الذهاب والاياب في مسار رأسي. هذا يعني ان  الاشخاص داخل العربة مهما كانت  سرعتهم فانهم لن يلاحظوا او يشعروا باي تغير على الاطلاق! فقط الاشخاص خارج العربة قادرين على رضد تباطئ الزمن داخل العربة. كما انه بالنسبة للاشخاص داخل العربة سوف يبدو لهم كل شيء خارج العربة يتباطأ.

هذه كانت البدايات بالنسبة لاينشتين عندما اصبح يفكر في نظرية النسبية ويشرحها للناس. واستمر في هذا النهج والاكتشاف ودخل في اعماق الزمان والمكان بشكل لم يسبقه اي عالم من قبل او حتى من بعد.