1. كيف بدأت القصة؟

قبل أينشتاين، كانت الفيزياء تعتمد على قوانين نيوتن، التي وصفت الحركة والميكانيكا بدقة عالية. ولكن في أواخر القرن التاسع عشر، ظهرت مشكلات لم تستطع هذه القوانين تفسيرها، مثل نتائج تجربة “ميكلسون ومورلي” التي فشلت في إثبات وجود “الأثير”، وهو الوسط الذي كان يُعتقد أن الضوء يحتاجه للانتشار.

ألبرت أينشتاين، في عام 1905، وهو في سن 26، قدّم نظرية النسبية الخاصة، التي أحدثت ثورة في فهمنا للزمان والمكان. ثم، بعد عشر سنوات من التفكير العميق، نشر نظرية النسبية العامة، التي أعادت تعريف الجاذبية نفسها.

أولًا: النسبية الخاصة (1905)

أهم فكرتين في النسبية الخاصة:

1. ثبات سرعة الضوء: الضوء يسير بسرعة ثابتة (≈ 300,000 كم/ثانية) في الفراغ، بغض النظر عن سرعة المصدر أو المراقب.
2. النسبية المطلقة: قوانين الفيزياء هي نفسها في جميع الأطر المرجعية التي تتحرك بسرعة ثابتة بالنسبة لبعضها البعض.

كيف غيرت النسبية الخاصة مفاهيمنا؟

أ. تباطؤ الزمن (تمدد الزمن)

كلما زادت سرعة الجسم، تباطأ الزمن بالنسبة له.
🔹 مثال: إذا سافرت في مركبة فضائية بسرعة قريبة من سرعة الضوء، فإنك ستشيخ ببطء مقارنة بشخص على الأرض. هذه الظاهرة تم إثباتها بتجارب على الجسيمات الذرية التي تتحلل ببطء عند تحركها بسرعات عالية.

ب. انكماش الطول

كلما زادت سرعة الجسم، بدا طوله أقصر بالنسبة للمراقب الخارجي.
🔹 مثال: إذا كنت داخل سفينة فضائية تتحرك بسرعة قريبة من الضوء، فإن طول السفينة سيبدو أقصر لمراقب خارجي على الأرض.

ج. تكافؤ الكتلة والطاقة (E=mc²)

المادة يمكن أن تتحول إلى طاقة والعكس. هذه المعادلة الشهيرة تفسر كيفية إطلاق الطاقة الهائلة في التفاعلات النووية.
🔹 مثال: القنابل النووية ومحطات الطاقة النووية تعتمد على هذه العلاقة، حيث تتحول كمية صغيرة من الكتلة إلى طاقة هائلة.

ثانيًا: النسبية العامة (1915) – الجاذبية ليست قوة، بل انحناء في الزمكان

بعد عشر سنوات من نشر النسبية الخاصة، أدرك أينشتاين أن الجاذبية لا تتناسب مع النموذج التقليدي لنيوتن. وهكذا، توصل إلى النسبية العامة.

الفكرة الأساسية: الجاذبية = انحناء الزمكان

بدلًا من أن تكون الجاذبية قوة سحب بين الأجسام كما تصورها نيوتن، وصفها أينشتاين بأنها تأثير ناتج عن انحناء الزمكان بسبب الكتلة. الأجسام الضخمة، مثل الشمس، تحني الزمكان حولها، مما يجبر الكواكب على التحرك في مدارات منحنية.

كيف يمكننا تخيل ذلك؟

🔹 تخيل نسيجًا مطاطيًا (الزمكان) وعليه كرة ثقيلة (الشمس).
عندما توضع الكرة على النسيج، ينحني النسيج حولها، وإذا وضعت كرة أصغر (مثل الأرض)، فإنها ستتحرك في مسار منحنٍ حول الكرة الكبيرة، كما تفعل الأرض حول الشمس.

أدلة على صحة النسبية العامة

1. انحناء الضوء بواسطة الجاذبية (اختبار 1919)
   أثبت عالم الفلك “آرثر إدينجتون” أن الضوء القادم من النجوم البعيدة ينحني عند مروره بجوار الشمس، كما تنبأت النسبية العامة. كانت هذه أول تجربة تثبت صحة النظرية.
   🔹 تخيل أن الضوء مثل سيارة تسير في شارع مستقيم، لكن عندما يمر الطريق فوق تل، فإن السيارة تتبع التموجات في الطريق بدلاً من التحرك في خط مستقيم.

2. الزمن يسير أبطأ في الجاذبية القوية (تمدد الزمن الجذبوي)
   الزمن يمر أبطأ بالقرب من الأجسام الضخمة. هذه الفكرة تُستخدم اليوم في أنظمة GPS، حيث تصحح الأقمار الصناعية اختلافات الزمن الناتجة عن اختلاف قوة الجاذبية بين الأرض والفضاء.
   🔹 الساعة على قمة جبل تدق أسرع من ساعة عند مستوى البحر.

3. الثقوب السوداء وتموجات الزمكان (الموجات الثقالية)
   في 2015، رصدت تجربة LIGO موجات ثقالية (تموجات في الزمكان)، تمامًا كما تنبأت النسبية العامة. هذه التموجات نشأت من تصادم ثقوب سوداء، مما أكد صحة النظرية.

ردود فعل المجتمع العلمي

عندما نشر أينشتاين النسبية الخاصة، وجد مقاومة في البداية لأنها بدت غير منطقية وفقاً للمفاهيم الكلاسيكية. ولكن بعد سنوات قليلة، تأكدت تجريبياً، وأصبحت مقبولة على نطاق واسع.

أما النسبية العامة، فقد استقبلت بتشكك أكبر، ولكن بعد تجربة إدينجتون عام 1919، أصبح أينشتاين نجماً عالمياً، وأُعيدت كتابة كتب الفيزياء بناءً على نظريته.

اليوم، لا تزال النسبية تُستخدم في العديد من التطبيقات العملية، مثل الأقمار الصناعية وأنظمة تحديد المواقع GPS، والبحث في أسرار الكون مثل الثقوب السوداء والطاقة المظلمة.

ختامًا: كيف غيرت النسبية مفهومنا للكون؟

• لم يعد الزمن والمكان ثابتين، بل يمكن أن يتمددوا وينكمشوا.
• الجاذبية ليست قوة تقليدية، بل نتيجة انحناء الزمكان.
• المادة والطاقة وجهان لعملة واحدة.

هل انتهت القصة؟

لا، لا تزال هناك ألغاز لم تُحل، مثل كيفية دمج النسبية مع ميكانيكا الكم. العلماء اليوم يسعون نحو “نظرية كل شيء”، التي يمكن أن توحد جميع قوانين الفيزياء.