تجارب أينشتاين الفكرية لتكوين فرضياته الثورية

كتابة: علي سندرماير.
ترجمة: ريناد مشعل.
تدقيق: محمد ممدوح.

غيَّر أحد أعظم عقول القرن العشرين وهو ألبرت أينشتاين من مظهر العِلم بتقديمه لمفاهيم ثوريةٍ هزَّت طريقة فهمنا للعالَم الفيزيائي للأبد. وإن واحدة من الصفات الأكثر تعريفاً بأينشتاين هي قُدرته الملحوظة على تصوير أفكارٍ علميةٍ مُعقَّدةٍ عن طريق تخيُّل سيناريوهاتٍ لهذه الأفكار في العالَم الحقيقي. وقد أطلق أينشتاين على هذه السيناريوهات “قيدانكين إكسبيرمينت” والتي هي الكلمة الألمانية لـ “تجارب فكرية”. وفيما يلي سنستعرض بعض التجارب الفكرية التي تُبرهِنُ بعضاً من أكثر اكتشافات أينشتاين رَواداً.

  • تخيَّل أنك تُطارِد شُعاعاً من الضوء.

بدأ أينشتاين بالتفكير بهذا الأمر عندما كان عُمره 16 سنةً فقط. ما الذي سيحصل إذا طاردت شعاع من الضوء خلال انتقاله في الفضاء؟! إذا استطعت بطريقةٍ ما من اللحاق بالضوء، فستكون قادراً على رؤية الضوء متوقِّفاً في الفضاء. ولكن لا يمكن للضوء أن يكون متوقِّفًا في الفضاء! وإلا سيتوقف عن كونه ضوءاً.

في النهاية أدرك أينشتاين أن من غير الممكن أن يتم إبطاء الضوء؛ حيث أنه يجب أن يتحرَّك مبتعداً عنه بسرعة الضوء. بالتالي، يجب أن يتغيَّر شيءٌ آخر. حيثُ توصَّل أينشتاين إلى أن الوقت نفسه يجب أن يتغيَّر، هذا الاستنتاج مَهَّدَ الأرضية للنظرية النسبية الخاصة.

 

  • تخيَّل أنك واقف على قطار.

تخيَّل أنك واقفٌ على قطارٍ بينما صديقك واقفٌ خارج القطار مُراقِباً إيَّاه يَمُرُّ بجانبه. إذا ضرب البرق كِلاً من طرفي القطار، فسيرى صديقك كِلتا الضربتين في نفس الوقت. ولكنك على القطار* ستكون أقربُ إلى ضربة البرق التي يتحرَّك القطار باتجاهها. لذلك سترى هذه الضربة أولاً لأن للضوء مسافةٌ أقصر لقطعها.

هذه التجربة الفكرية تُبيِّن أن الوقت يمضي بشكلٍ مختلفٍ بالنسبة إلى شخص يتحرَّك بالمقارنة مع شخصٍ آخر ثابتٍ، مما يدعم اعتقاد أينشتاين أن الوقت والمكان نسبيان، وأن التزامُن غير موجود. هذا هو حجر الزاوية في النظرية النسبية الخاصة لأينشتاين.

 

  • تخيَّل أن أخيك التوأم في مركبة فضائية.

هذه التجربة الفكرية هي تبايَن معروفٌ جداً لتجربة الساعة الضوئية لأينشتاين، والمرتبطة بمرور الوقت. فلنقُل بأنه لديك توأمٌ وُلِدَ في نفس الوقت الذي وُلِدت فيه تقريباً. ولكنه وُضع في مركبةٍ فضائيةٍ في نفس اللحظة التي وُلِدَ فيها ليتم إطلاقه إلى الفضاء ليسافر خلال الكون بسرعةٍ تُقارِب سرعة الضوء.

طبقاً للنظرية النسبية الخاصة لأينشتاين، ستتقدَّم أنت وتوأمك بالعُمر بشكلٍ مختلفٍ. وذلك لأن الوقت يكون أبطأ كُلَّما اقتربت إلى سرعة الضوء. وبالتالي، سيتقدَّم أخيك التوأم بالعُمر بشكلٍ أبطأ. وعندما تهبط المركبة الفضائية على الأرض، ربما ستكون قاربت التقاعُد بينما أخيك التوأم يحاول أن يتخطَّى سِنَّ البلوغ للتو.

 

  • تخيَّل أنك داخل صندوق.

تخيَّل أنك تعومُ بداخل صندوقٍ من دون أن تكون قادراً على رؤية ما يحدُث خارج هذا الصندوق. فجأةً، تصطدم بأرضية الصندوق. ما الذي يحدُث؟ هل الصندوق يتمُّ سحبه إلى الأسفل بفعل الجاذبية؟ أم أن الصندوق يتسارع بواسطة حبلٍ يسحبه إلى الأعلى؟ إن حقيقة انتاج هذين التأثيرين لنفس النتائج قاد أينشتاين إلى استنتاجٍ بأنه لا فرق بين الجاذبية والتسارع، فهُما نفس الشيء.

الآن ضَع في اعتبارك تأكيد أينشتاين السابق بأن الوقت والمكان ليسا شيئين مُطلَقَيْن. فإذا كانت الحركة تستطيع التأثير على الوقت والمكان، وكان الجاذبية والتسارع هما نفس الشيء، فهذا يعني أن الجاذبية تستطيع فعلًا التأثير على الوقت والمكان. إن قُدرة الجاذبية على حني نسيج الزمكان تُشكِّلُ جُزءاً كبيراً من النظرية النسبية العامة لأينشتاين.

 

  • تخيَّل أنك تقذف عملةً نقديةً مزدوجة الجانبين.

لم يكُن أينشتاين أكبر مُشجِّعٍ لنظرية الكم. في الحقيقة، كان دائماً ما يأتي بتجارب فكريةٍ محاولاً دحض هذه النظرية. ولكن هذه التجارب الفكرية هي التي شجِّعت روَّاد نظرية الكم لأن يتقنوها وصولاً إلى أدق تفاصيلها. وكانت أحد تجارب أينشتاين الفكرية مرتبطةً بالتشابُك الكمي، وقد أطلق عليها أينشتاين اسم “الفعل الشبحي عن بُعد”.

تخيَّل أنه لديك عُملةٌ نقديةٌ مزدوجة الجانبين، والتي يمكن قسمها إلى نصفين بسهولةٍ. تخيَّل أنك ستقذف العُملة لتعطي أحد الجانبين إلى صديقك، وتُبقي على الجانب الآخر من العُملة النقدية لنفسك بدون أن تنظر. بعد ذلك سيذهب صديقك على متن مركبةٍ فضائيةٍ إلى رحلةٍ فضائيةٍ عبر أرجاء الكون.

عندما تنظر إلى عملتك النقدية وتدرك أن ما معك هو وجه العُملة، ستعلم على الفور أن صديقك الذي يبعد عنك مليارات السنين الضوئية في تلك اللحظة يُمسِك بالجانب الخلفي من العُملة.

إذا اعتبرت جانبي العُملة غير مُحدَّدَيْن، فإن العُملة النقدية تستطيع التحايُل على سرعة الضوء بحيث يؤثر أحدهما على الآخر على الفور بغض النظر عن مقدار السنين الضوئية التي تفصلهما عن بعضهما البعض. بمعنى أنهما يتغيَّران على الدوام ما بين الوجه والجانب الآخر حتى اللحظة التي تنظر فيها إلى أحد الجانبين.

 

المصدر (sciencealert)

توضيح من المترجم: في هذه التجربة الفكرية، الشخص الواقف على القطار واقفٌ في منتصف القطار.

علي سندرماير (ALI SUNDERMIER)
بِزنِس إنسايدر (BUSINESS INSIDER)
ألبرت أينشتاين (Albert Einstein)
تجارب فكرية (thought experiments)
النظرية النسبية الخاصة (special theory of relativity)
الجاذبية (gravity)
التسارُع (acceleration)
الزمكان (spacetime)
النظرية النسبية العامة (general theory of relativity)
نظرية الكم (quantum theory)
التشابُك الكمي (quantum entanglement)
الفعل الشبحي عن بُعد (spooky action at a distance)
سنة ضوئية (light year)
التشابك الكمومي (quantum entanglement)
الساعة الضوئية (Light clock)

Comments are closed.