آينشتاين كان محقًّا في اعتقاده أن تمدد الزمن حقيقي وغير حقيقي في آن واحد

ما الزمن في الأساس؟ تتناول الكاتبة كارميلا بادافيتش-كالاهان هذا السؤال المحيِّر والمربك، من خلال استكشاف الأدلة المتاحة على أن تمدد الزمن يُعد ظاهرة فيزيائية ونفسية في الوقت ذاته.

منذ 53 دقيقة

بقلم كارميلا بادافيتش-كالاهان

يبدو أن مرور الزمن هو أكثر الأشياء القابلة للتغير في العالم؛ فقد تبدو الدقيقة أطول بكثير عندما يُطلب منك الحفاظ على وضعية الثبات (بلانك) Plank في أثناء حصة رياضية، بينما قد تمضي الساعة بسرعة البرق وأنت تتبادل أطراف الحديث مع صديق. في هذه الحالات، يتغير إدراكك للزمن. ولكن يحدث أيضًا تمدد حقيقي وفيزيائي للزمن؛ فوفقًا لنظرية النسبية Theory of relativity لألبرت آينشتاين Albert Einstein، تدق الساعات الموجودة في مجال جاذبية أقوى، مثل الساعات عند مستوى سطح البحر، أبطأ من الساعات الموجودة على ارتفاع أكبر. ويحدث تباطؤ مماثل عندما تتحرك الساعة فعليًّا بسرعة هائلة.
لا شك في أن هذا الأمر يبدو غريبًا، إلا أن عقودًا من التجارب لم تنجح في دحضه. ومع ذلك، فإن تحديد المعنى الدقيق لكون تمدد الزمن Time dilation حقيقيًّا، وما يعنيه أصلًا أن يكون تأثيرًا فيزيائيًّا حقيقيًّا، قد أثار نقاشات فلسفية مستمرة منذ أن وضع آينشتاين نظريته في العام 1905.
في الواقع، وخلال مؤتمر أسس الفيزياء Foundations of Physics الذي عُقد في يونيو 2026 في مدينة إرفين بولاية كاليفورنيا، استمعتُ إلى ماركو جيوفانيلي Marco Giovanelli وهو يناقش كيف يكون تمدد الزمن حقيقيًّا وظاهريًّا في آن واحد. قد يبدو الأمر متناقضًا، ولكن عندما تواصلت مع جيوفانيلي، وهو مؤرخ للفلسفة والعلوم في جامعة تورينو University of Turin بإيطاليا، لمناقشة هذه المسألة، بدأت أدرك أنها تعكس جوانب من عالمنا المادي كان آينشتاين أول من كشف عنها في أعماله.

« تدق الساعات الموجودة في مجال جاذبية أقوى، مثل الساعات عند مستوى سطح البحر، أبطأ من الساعات الموجودة على ارتفاع أكبر»

يوضح جيوفانيلي أن الأمر، من ناحية آينشتاين، كان يتمحور حول العصي والساعات؛ فلنفترض أنك وصديقك تمتلكان ساعة متطابقة وعصا يبلغ طولها مترًا واحدًا. تقف أنت ثابتًا في مكانك، بينما يستقل صديقك مركبة فضائية فائقة السرعة وينطلق في رحلة. مقارنة بساعتك، ستعمل ساعته بوتيرة أبطأ وسينكمش طول عصاه. وإذا أردت معرفة مقدار ذلك، فإن آينشتاين قد تكفل بالأمر؛ إذ أجرى تلك الحسابات قبل أكثر من قرن. ولو صادف أن كان لديك صديق ثانٍ يمتلك مركبة فضائية أبطأ قليلًا، ومجموعة خاصة به من الساعات والعصي، فستنطبق القاعدة ذاتها، مع فارق أن ساعته ستتباطأ، وعصاه ستنكمش بدرجة أقل؛ مقارنة بصديقك الأسرع. وأخيرًا، إذا حصلت أنت أيضًا على مركبة فضائية ولحقت بأيٍّ من صديقيك، فستعود ساعاتكما للعمل بالوتيرة نفسها، وستبدو عصواكما التي يبلغ طول كل منها مترًا واحدًا متساويتي الطول مرة أخرى.
لمناقشة هذه التأثيرات، يستخدم الفيزيائيون مصطلح الأطر القصورية Inertial frames، فيمكن اعتبار الغرفة إطارًا مرجعيًّا قصوريًّا، كما يمكن اعتبار المركبة الفضائية التي تتحرك بسرعة ثابتة إطارًا قصوريًّا آخر .وفي أطركم الخاصة، يمكن لكل منكم تحديد نظام إحداثيات، أي تلك الشبكة المألوفة المكونة من العرض والعمق والارتفاع. وستتطابق أنظمة الإحداثيات لديكم عندما تكونون جميعًا في حالة سكون، أو عندما تتحرك مركباتكم الفضائية جنبًا إلى جنب، وبالسرعة ذاتها.
غير أنه عندما يتحرك أحدكم بسرعة أكبر، تُظهر النسبية الخاصة أن نظام إحداثياته سيبدو منكمشًا في اتجاه الحركة. وهذه بالتحديد هي التفصيلة التي أقلقت معاصري آينشتاين؛ إذ بدا أن التغير في طول العصا مرتبط ارتباطًا مزعجًا بالتغيرات التي تطرأ على نظام الإحداثيات المستخدم لتحديد موقعها. وقد جادل النقاد بأن أي تأثير يعتمد على نظام الإحداثيات لا يمكن أن يكون حقيقيًّا؛ ففي نهاية المطاف، تُعد أنظمة الإحداثيات نفسها ذات واقع مشكوك فيه، إذ تبدو مجرد أدوات ابتكرها البشر لمساعدتهم على تنظيم نظرياتهم وملاحظاتهم بشأن العالم المادي.
في العام 1911، جادل الفيزيائي فلاديمير فاريتشاك Vladimir Varićak بأن انكماش طول العصا «ليس سوى حقيقة نفسية لا فيزيائية؛ أي أن جسم العصا لم يطرأ عليه أي تغيير فعلي». ويروي جيوفانيلي قصة أخرى حدثت في السبعينيات، حين استطلع الفيزيائي جون ستيوارت بيل John Stewart Bell آراء زملائه في مختبر سيرن CERN لفيزياء الجسيمات حول ما إذا كان انكماش الطول كفيلًا بقطع خيط يصل بين مركبتي فضاء تتسارعان بالمعدل ذاته. وقد رأى معظم الفيزيائيين أن الخيط لن ينقطع، مؤيدين بذلك فكرة عدم حدوث أي تغيير فيزيائي في ذرات الخيط. هل كان من الممكن أن يكونوا على خطأ؟ لقد أثار هذا الأمر حيرتي وأربكني.
أعترف بأنني لم أكن يومًا طالبة جيدة في دراسة النسبية؛ إذ لم أتعلمها إلا بالقدر الكافي لاجتياز الامتحانات التمهيدية في الدراسات العليا. ومع ذلك، فأنا على يقين بأنني تعلمتُ سابقًا أن ظاهرتي تمدد الزمن وانكماش الطول – وفقًا للنسبية – حقيقتان لا تقبلان الشك؛ فنحن ندرك صحتهما من خلال تجارب الحياة اليومية؛ إذ تعمل الساعات الدقيقة الموجودة على أقمار نظام تحديد المواقع العالمي GPS بمعدلات زمنية تختلف عن تلك الموجودة على الأرض. ويعود ذلك جزئيًّا إلى سرعتها العالية، وكذلك إلى تأثيرات الجاذبية التي شرحها آينشتاين في نظريته النسبية العامة General theory of relativity. ولضمان دقة نظام تحديد المواقع، لا بد من تصحيح هذا الاختلاف في معدلات عمل الساعات؛ فإهمال ذلك قد يؤدي إلى عواقب ملموسة، كأن ينتهي بي المطاف في الفناء الخلفي لمنزل خاص، بينما أحاول استخدام هاتفي للوصول إلى مقهى أو مكتبة. ولكن النقطة الجوهرية هنا هي أن دقة ساعات أقمار نظام تحديد المواقع تعتمد على التحكم الكمي Quantum control في الذرات بدلًا من التروس الميكانيكية التقليدية؛ لذا يبدو من المستغرب جدًّا، بل ومن غير المنطقي، القول بأن تمدد الزمن لا يُحدِث أي تأثير فعلي في الذرة.
يخبرني جيوفانيلي بأن آينشتاين نفسه كان يفكر في هذا الأمر أيضًا. وفي الواقع، كان هناك تأثير ذري في صلب نقاش دار في العام 1906 بينه وبين يوهانس شتارك Johannes Stark، وهو فيزيائي حاز جائزة نوبل لاكتشافه كيف تؤثر المجالات الكهرومغناطيسية في مستويات الطاقة في الذرات. كان شتارك يدرس ذرات مشحونة تتحرك بسرعة عالية، وأدرك آينشتاين أن هذه التجارب قد تُظهر تأثير دوبلر المستعرض Transverse Doppler effect؛ فتمامًا كما تتغير نبرة صوت صفارة الإنذار عند اقترابها منك، بسبب تغير تردد موجاتها الصوتية، يمكن أن يحدث تأثير مماثل نتيجة ظاهرة تمدد الزمن. ويقول جيوفانيلي إن هذا التنبؤ يُعد سمة مميزة للنسبية الخاصة، وهو تأثير لا وجود له في النظريات الأخرى.
في حالة تأثير دوبلر العادي Standard Doppler effect، نعلم أنه يمكننا إلغاء تأثيره بملاحقة سيارة الشرطة، وأن ما يحدث ليس ناتجًا عن تغير في آلية عمل مكبر الصوت داخل السيارة. وقد طُرِح السؤال نفسه فيما يتعلق بتأثير دوبلر المستعرض؛ إذ يقول جيوفانيلي: «فكَّر شتارك، ببساطة قد تبدو ساذجة ولكنها طبيعية، أن شيئًا ما يحدث داخل الذرة ذاتها؛ وهو ما يعادل – في مثالنا السابق – أن يتغير مكبر الصوت الموجود في السيارة فعليًّا. لكن آينشتاين رفض هذا الطرح، وافترض أن جميع الذرات تظل كما هي، وأن آلياتها الداخلية لا تتأثر بالحركة، فكان تمدد الزمن هو التفسير الوحيد. ومع أن الأمر قد يبدو بدهيًّا، إلا أنه واجه هنا اختبارًا تجريبيًّا حقيقيًّا.

«أجد نفسي مضطرة إلى التعامل مع حقيقة مفادها أنه لا وجود لما يُسمى الزمن المطلق»

ومن المفارقات أنه عندما تم التحقق تجريبيًّا من تأثير دوبلر المستعرض في العام 1938، كان أحد الفيزيائيين المشاركين هو هربرت آيفز Herbert Ives الذي لم يقتنع يوما بصحة النسبية الخاصة؛ فقد اعتقد آيفز أنه عثر على أدلة تشير إلى وجود الأثير الضوئي Luminiferous aether، وهي مادة افتراضية كان بعض الباحثين يعتقدون أنها تملأ الكون، وتوفر إطارًا مرجعيًّا واحدًا حقيقيًّا ومتميزًا. غير أن وفرةً من الأدلة التجريبية الأخرى التي وُجد كثير منها حتى قبل أعمال آيفز، استبعدت هذا الاحتمال تمامًا، لتصير النسبية الخاصة هي النظرية الوحيدة المعتمدة. وعلى الرغم من كل الجدل المثار حول غرابة هذا التأثير المرتبط بمنظور المراقب، وهو تأثير أراد العديد من الفيزيائيين استبعاده؛ فقد صمد مفهوم تمدد الزمن أمام اختبار الزمن؛ ففي العقود التي تلت ذلك، لم تكشف الساعات الذرية التي تزداد دقتها باستمرار، عن أي دليل يشير إلى حدوث شيء آخر أكثر «واقعية». وفي رأي جيوفانيلي، لم يكن ما حدث مجرد خلاف حول الفيزياء، بل كان صدامًا بين الفيزياء والفلسفة؛ فخلف المسألة الشائكة المتعلقة بما إذا كان تمدد الزمن حقيقيًّا أم لا، تكمن مسألة فلسفية أكثر تعقيدًا: ما الذي يعنيه أن يكون الشيء حقيقيًّا؟
يقول جيوفانيلي: «في مرحلة ما، لا يمكن تجنب هذه المسألة. ولذا، اضطر آينشتاين إلى معالجتها من منظور فلسفي. حسنًا، لنضع تعريفًا دقيقًا: كلمة ’ظاهري’ Apparent تعني أن الظاهرة تزول من منظور المراقب المتحرك مع الجسم، بينما تعني كلمة ’حقيقي’ Real أنها قابلة للاختبار التجريبي». ويقول إنه، من منظور ما، ما كان ينبغي للأمر أن يتعقد إلى هذا الحد؛ فالنظريات العلمية تقدم فرضيات قابلة للاختبار، وهذا هو الغرض الأساسي من تصميمها، وقد اجتازت النسبية الخاصة كل اختبار خضعت له، فما الذي يمكن للمرء أن يطلبه أكثر من ذلك في نظرية ما؟
يقول جيوفانيلي إنه يصعب استيعاب الأمر حدسيًّا. حتى آينشتاين نفسه كانت لديه تساؤلات، تمحورت – بشكل أساسي – حول مدى يقينه من إمكان تطابق ساعتين، أو ذرتين تعملان عمل الساعات، تطابقًا تامًا على نحو موثوق. ومع أن ظهور ميكانيكا الكم Quantum physics قدّم بعض الطمأنينة، إلا أن آينشتاين كانت لديه تحفظات عليها، وقضى وقتًا طويلًا وهو قلق بشأنها، بما يتجاوز مجرد تطبيقاتها على العصي والساعات. ومع ذلك، يضيف جيوفانيلي، لم يشكك آينشتاين قط في الحقيقة التجريبية لظاهرتي تمدد الزمن وانكماش الطول.
وبينما كنا نتحدث، تساءلت عما إذا كان افتقاري الواضح للحدس النسبي، على غرار منتقدي آينشتاين، هو السبب في صعوبة استيعابي مفهوم تمدد الزمن. ربما كان من الأسهل تَقبُّل فكرة أن حركة الذرات داخل ساعة، أو عصا، بسرعة معينة تؤدي إلى تغييرها فيزيائيًّا عبر آلية مجهولة حتى الآن؛ مما يسبب تمدد الزمن وانكماش الطول. لكن بدلًا من ذلك، أجد نفسي مضطرة إلى التعامل مع حقيقة مفادها أنه لا وجود لما يُسمى الزمن المطلق.
ومع ذلك، وبصفتي دارسة للفيزياء الحديثة، لا يفاجئني مصطلحًا «ظاهري» و«حقيقي». لقد تشكّل حدسي حول سلوك الأجسام الفيزيائية من خلال التعامل مع أشياء مألوفة، مثل الأقلام والبرتقال وكرات القدم، وليس مع أجسام متناهية الصغر، أو شديدة البرودة، أو فائقة السرعة. لقد علمتني نظرية الكم التي تحكم عالم الأشياء الدقيقة والباردة، أنه لا يمكنني دائمًا أن أتوقع أن تكون أي سمة واحدة من سمات جسم ما محددة تحديدًا قاطعًا لا لبس فيه في اللحظة الواحدة؛ لأن نظرية الكم تقول إن السمات قد تكون في تراكب، أي تحمل قيمتين متناقضتين معًا. وعليه، فالأجسام الكمومية يمكن أن توجد في حالات تشبه سحبًا احتمالية تنطوي على خيارات متناقضة تمامًا. وببساطة، فإن الدقة المطلقة واليقين المطلق أمران غير واردين. ولعل النسبية الخاصة تُلقّنني درسًا مشابهًا فيما يتعلق بالزمن.

الوسوم