الزمكان، ما معنى ان يكون المكان ذو تأثير بالزمان اوالعكس ؟ , من ماذا يتكون الفضاء الخارجي , و هل هو فارغ حقا ؟
… كانت هذه الأسئلة من اهم الأسئلة التي تمت الإجابة عنها بعد اكتشاف مفهوم الزمكان و بالتكلم عن اكتشافه فلم يكن من السهل فعل ذلك قديما مع وجود المفاهيم التقليدية السائدة , لكن بتطور مفاهيم العلم من أدوات فلقد تغيرت كل هذه المفاهيم جذريا و أدت الى نتائج مذهلة , في هذا المقال نحاول إيضاح مفهوم الزمكان و أهميته في البحث العلمي الحالي .
في منتصف القرن التاسع عشر , و بعد مفاهيم العلم المتعلقة بالموجات و وسائط تنقلها فلقد لاحظ العلماء الى ضرورة وجود وسط مادي معين يجعل سفر الضوء من مصدرها في الفضاء وصولا الى الأرض ممكنا , لكن لدراسة هذه المسألة ادرك العلماء الى الحاجة الملحة لفهم طبيعة الضوء نفسه فيما اذا كان عبارة عن موجة ام جسيمات , و بعد ملاحظات علمية تخص طبيعة الضوء فلقد توصل العلماء انه يتطلب نقل الضوء بصورة موجة فهذا يتطلب ان تكون طبيعة الوسط الناقل موجية , اطلقوا اسم الايثر على هذا الوسط الناقل و الذي تضمن ان المكان و الزمان منفصلان , أي ان كل منهما بمعزل عن الاخر , نتيجة التأثر بمفاهيم إسحاق نيوتن و الذي تضمنت نظرياته المتعلقة بالجاذبية بأن يكون الفضاء عبارة عن مكان مطلق – مسطح ذو ثلاث ابعاد – و زمن مطلق – غير نسبي – أيضا , أي ان الحدث الفيزيائي يكون لحظيا في كل نقطة من الفضاء و لا يوجد ترابط من أي نوع بينهما .
لكن مع فشل المحاولات لوضع خصائص مادة الايثر , و ظهور العديد من المسائل الفيزيائية التي لم يستطيع هذا الوسط تفسيرها مثل ظاهرة الزيغ الضوئي و التي تختص بتفسير انحراف الضوء الصادر من نجم عن مساره اذا ما تحركت الارض بسرعة معينة او مسألة زمن سرعة الضوء و لحظيته إضافة الى ملاحظات النسبية الخاصة و العامة , فلقد تبين انه لابد من وجود مفهوم جديد يمكن استبداله بالمفهوم القديم .
الزمان و المكان في مفاهيم إسحاق نيوتن , حيث يتضح لنا عدم تأثره بالكتل – أي ان المكان و الزمان مطلقان –
من خلال الأنظمة الرياضية و المعادلات الرياضية بمساهمة كل من هندريك لورنتز , هنري بوانكاريه و ألبرت أينشتاين إضافة الى تفسيرات النظرية النسبية فلقد توصلوا الى وجود ما يسمى بالزمكان , لكن ما هو الزمكان و من ماذا يتكون ؟ ان الزمكان هو عبارة عن نسيج كوني يمكن وصفه من خلال نماذج رياضية عديدة , حيث يضم الابعاد الثلاثة المكانية – الطول , العرض و الارتفاع – إضافة الى بعد رابع جديد هو الزمن , أي ان الزمكان يتم وصفه بأستخدام أربعة ابعاد و الزمن من ضمنهم و باثبات النظريات الرياضية وجد عالم الرياضيات مينكوسكي ان نظام الاحداثي الرابع – الزمن – لا يمكن ان يعمل من دون نظام احداثيات المكان .
لكن من ماذا يتكون نسيج الزمكان نفسه ؟ هل هو مجرد نظرية رياضية ام شيء ملموس ؟
يمكن الإجابة عن هذا السؤال بالقول ان الزمكان ليس مصنوع من شيء , ببساطة هو وسط ناقل او نظام احداثيات هندسي , فلو ننظر الى نظام الاحداثيات الديكارتي فهو ليس مصنوع من شيء أي انه مجرد نموذج رياضي هندسي يمثل وسطا لدراسة الاجرام فيه و تأثيراتها , ففي النظرية النسبية ينظر للزمكان على انه نموذج رياضي و الذي أساسا يمثل الوسط المادي للفضاء الخارجي .
توضيح لمرونة الزمكان في الاستجابة لتأثير للكتلة
و ما يلفت النظر هو ان نسيج الزمكان كان حلا لعديد من الأسئلة الفيزيائية و لقد ساعد في تفسير مفاهيم النسبية الخاصة و العامة إضافة الى حركة الاجرام السماوية الضخمة , لذا فلقد ساعدنا على كشف الكثير من الغموض حولنا , و هذا ما يبين لنا ان صياغة مفهوم الزمكان كانت عبارة عن صياغة رياضية هندسية بحتة قد خضعت لقوانين الفيزياء لاحقا و التي تم من خلالها ادخال مفهوم الكتلة و الطاقة فيها إضافة الى مفاهيم أخرى مثل تكافؤ الكتلة و الطاقة و حديثا كما في اقتراحات نظريات الاوتار الفائقة .
اقرا ايضاً: كم يبلغ عمر الارض؟ و على ماذا أستند العلماء في تقديره و حسابه؟
فواحدة من نتائج الزمكان هي استبدال الفكرة التي سادت سابقا بان الكواكب تنجذب لبعضها بواسطة قوة الجذب المتبادلة لحظيا حسب قانون نيوتن للجذب العام , لكن بوجود الزمكان فلقد وفر إجابة بديلة و التي اندرجت تحت نظرية النسبية العامة , حيث تفسر الجاذبية على انها انبعاج نسيج الزمكان نتيجة تأثير الكتلة , هذا ما سوف نناقشه بالتفصيل في مقالة خاصة إضافة الى نظرية النسبية الخاصة , و لكن لبيان التأثير الكبير في علم الفيزياء لمفهوم الزمكان , فهو قد مثل نسيجا كونيا و اصبح الوسط الذي تتم فيه الظواهر الفيزيائية على أنواعها , من الجاذبية بين الكواكب الى انحراف الضوء عن مساره الى دوره الكبير في نظرية النسبية العامة , و الذي اعطى المفهوم على ان الفضاء – الزمكان – ليس مسطحا فحسب , بل قابل للانحناء , أي ان هندسة نسيج الزمكان أصبحت ضمن قوانين الهندسة الغير اقليدية حيث لا تنطبق مسلمة اقليدس الخامسة .
لكن هل يمكن للزمكان و الذي يمثل الفضاء الخارجي , بأن يكون فارغا ؟ في الحقيقة ان الفضاء – الزمكان- لا يعتبر فارغا , ذلك لاحتوائها على شبكة من الجسيمات المترابطة فيما بينها بفعل قوى الجاذبية و التي تملئ الفضاء , و تتحرك هذه الجسيمات تبعا لجاذبية الكتل الكبيرة في الزمكان , إضافة الى ان تفسيرات نظرية الكم بهذا الشأن توضح انه لا يمكن للفراغ النقي بأن يتكون بسبب تولد التدفقات الكمية و التي تكون المادة و تلغي الفراغ .
انشاء و ترجمة و تحرير : حسين التميمي
المصادر :
