انحناء الفضاء والنسبية العامة
تعرف الهندسة المستوية بالهندسة الإقليدية, نسبة إلى إقليدس الذي عاش حوالي عام 300ق.م وبواسطة هذه الهندسة يمكن توصيف أي شكل هندسي بواسطة نظام الإحداثيات الكارتيزية, أي استخدام الأسطح المستوية في توصيف الخطوط المنحنية والمجسمات الفراغية. والفضاء طبقا لهذه الهندسة هو فضاء مستو. ولم تكن تلك هي الهندسة الوحيدة الممكنة, فقد طرح لوباتشفسكي عام 1828 هندسة لاإقليدية ذات أسطح منحنية مفتوحة معتمدة على منحنى القطع الزائد. ثم طرح برنارد ريمان عام 1850 هندسة لاإقليدية معتمدة على السطح الكروي المنغلق, وطورها ويليام كليفورد عام 1870 وافترض احتمال أن يكون الفضاء الكوني رباعي الأبعاد ينطوي على تشوّهات وتضاريس تشابه تضاريس سطح الأرض. ولم يكن ينقص تصور كليفورد سوى التفسير الفيزيائي الصحيح حتى يتطابق مع نظرية النسبية العامة, التي طرحت بعد 45 عاما. فالبعد الرابع في الفضاء لم يكن سوى الزمن وتشوّهات الفضاء لم تكن سوى التأثيرات الجذبوية للأجسام.
وبتقديم آينشتين لنظرية النسبية الخاصة عام 1905 والتي وضع فيها معادلات حركة الأجسام في فضاء مستو رباعي الأبعاد, وبوجود الهندسة اللاإقليدية منذ زمن ثم طرحه لفكرة التواء الزمان والمكان بتأثير الجاذبية, تكونت لدى آينشتين المادة الخام لنظرية متكاملة للجاذبية يمكن أن تكون بديلاً لنظرية نيوتن. ولما لم يكن آينشتين بارعًا في الرياضيات فقد لجأ إلى صديقه في الدراسة مارسيل جروسمان, وكان قد أصبح آنذاك عميدًا لمعهد البوليتكنيك بزيوريخ, وكان بارعًا في الهندسة اللاإقليدية, ووجد الحل في هندسة ريمان للأسطح المنحنية المغلقة. وقدمت الصورة النهائية للنظرية في ثلاث جلسات في أكاديمية العلوم في برلين عام 1915, وطبعت عام 1916.
وكان من أهم نتائج النسبية العامة تغير نظرتنا إلى الكون, فالمكان والزمان ليسا خلفية ثابتة للأحداث, وإنما هما مساهمان نشيطان في ديناميات الكون. والفكرة الأساسية هي أنها تضم (بعد) الزمان إلى أبعاد المكان الثلاثة لتشكّل ما يسمى بمتصل (الزمكان). وتدمج النظرية تأثير الجاذبية بأن تطرح أن توزيع المادة والطاقة في الكون (يحني) و(يشوه) الزمكان بحيث أنه لا يكون مسطحا, ولما كان (الزمكان) منحنيا فإن مسارات الأجسام تظهر منحنية, وتتحرك كما لو كانت متأثرة بمجال جذبوي. وانحناء (الزمكان) لا يؤدي فقط إلى انحناء مسار الأجسام ولكنه أيضًا يؤدي إلى انحناء الضوء نفسه. وقد وجد أول برهان تجريبي لذلك عام 1919 حينما تم إثبات انحناء الضوء الصادر من أحد النجوم عند مروره بجوار الشمس بتأثير مجاله الجذبوي. وتم ذلك بمراقبة الموقع الظاهري للنجم خلال كسوف الشمس ومقارنته بموقعه الحقيقي. فالزمكان ينحني بشدة في حضور الأجسام ذات الكتلة الضخمة, ويعني ذلك أن الأجسام تنحرف في المكان أثناء الحركة وكذلك تنحني في الزمان بأن تبطئ زمنها الخاص نتيجة للتأثير الجذبوي لتلك الكتلة. فإذا تصوّرنا فضاء رباعي الأبعاد له ثلاثة أبعاد تمثل المكان وبعدا رابعا للزمان ورسمنا خط الحركة المنحنية للجسم مع تباطؤ الزمن على المحور الرابع, ظهر لنا (الزمكان) منحنيا بتأثير الكتلة الجاذبة.
الثقوب السوداء
في العام نفسه الذي ظهرت فيه النسبية العامة 1916 وطرح فكرة انحناء (الزمكان), أثبت الفلكي الألماني كارل سفارتسشيلد أنه إذا ضغطت كتلة (ك) في حدود نصف قطر صغير بما فيه الكفاية, فإن انحراف (الزمكان) سيكون كبيرا بحيث لن تتمكن أي إشارة من أي نوع من الإفلات, بما فيها الضوء نفسه, مكونا حيّزا لا يمكن رؤيته, سمي فيما بعد (الثقب الأسود). ويحدث ذلك عند انهيار نجم تتجاوز كتلته كتلتين شمسيتين, حيث ينضغط ويتداخل بفعل قوته الجاذبة حتى تكون كل مادة النجم قد انضغطت في نقطة ذات كثافة لامتناهية, تسمى نقطة التفرد الزمكاني. وأي شعاع ضوء (أو أي جسم) يرسل داخل حدود الثقب الأسود, ويسمى أفق الحدث, يسحب دون هوادة إلى مركز الثقب الأسود. ومن الناحية النظرية يبدو أنه عند الاقتراب من الثقب الأسود تتزايد انحناءة (الزمكان) حتى تبلغ أفق الحدث, الذي لا نستطيع أن نرى ما وراءه. ورغم أن فكرة وجود نجم بهذه المواصفات ترجع إلى العالم جون ميتشيل الذي قدمها في ورقة بحث عام 1783, إلا أن مساهمة سفارتسشيلد تكمن في أنه قدم حلولا للمعادلات التي تصف انهيار النجم إلى ثقب أسود على أساس نظرية النسبية. واتضح لاحقًا أن سفارتسشيلد لم يصل إلى حل واحد للثقب الأسود, وإنما إلى حلين, وهو شيء يشابه الحل الموجب والحل السالب للجذر التربيعي. فالمعادلات التي تصف الانهيار النهائي لجسم يقتحم الثقب الأسود تصف أيضا, كحل بديل, ما يحدث لجسم يخرج من الثقب الأسود (يطلق عليه في هذه الحال أحيانا (الثقب الأبيض)). وبذلك يبدو أننا إذا ما تابعنا انحناء الزمكان داخلالثقب الأسود يبدو لنا وكأنه ينفتح مرة أخرى على زمكان آخر, فكأنما الثقب الأسود يربط (زمكان) كوننا (بزمكان) مختلف تمام الاختلاف, ربما (زمكان) لكون آخر.
ولكن المشكلة كانت في أن أي مادة تدخل مثل هذا الثقب الأسود ستسقط حتمًا في التفردية المركزية لتنسحق بشكل يخرج عن فهمنا. ولكن مع تقدم الأبحاث وجدت هذه المشكلة حلا, فقد ثبت أن كل الأجسام المادية في الكون تدور سواء كانت مجرات أو نجوما أو كواكب, ومن ثم فإننا نتوقع أن تدور الثقوب السوداء بالمثل. وفي تلك الحال يمكن أن يدخل جسم ما إلى الثقب الأسود ويخرج من الناحية الأخرى دون أن يمر بالمفردة ويتحطم, وذلك بتأثير دوران الثقب الأسود. وفي عام 1963 نشر روي كير حلول آينشتين لمعادلات المجال المتعلقة بالثقوب السوداء الدوّارة, وبينت أنه ينبغي أن يكون من الممكن من حيث المبدأ الدخول إلى ثقب أسود دوار من خلال ممر يتجنب التفردية المركزية (نقطة الانسحاق) ليظهر على ما يبدو في كون آخر, أو ربما في منطقة (زمكان) أخرى في كوننا ذاته, ويتحول بذلك الثقب الأسود إلى ما يسمى بالثقب (الدودي). وبذلك تثير هذه النتيجة بشكل قوي إمكان استخدام الثقوب السوداء بوصفها وسيلة للسفر إلى الماضي بين أجزاء مختلفة من الكون والزمان.
وسائل السفر في الزمان
إن فكرة استخدام الثقوب السوداء في السفر عبر الزمان تعتمد على أنه من الممكن عندما يحدث انحناء شديد (للزمكان) أن يحدث اتصال بين نقطتين متباعدتين في (الزمكان). وبالتالي إذا تحقق مسار مغلق (للزمكان) يمكن العودة إلى نقطة البدء في الزمان والمكان, أي السفر إلى الماضي. ويرى بعض العلماء أن السفر إلى الماضي يحدث حقا ولكن على المستوى الميكروسكوبي, حيث تتكون ثقوب سوداء ميكروسكوبية نتيجة نشوء مجالات تلقائية من الطاقة السلبية كأحد تأثيرات نظرية الكم. وفي هذه الثقوب تتردد الجسيمات/الموجات دون الذرية بين الماضي والحاضر, ولكن هذه الثقوب لا تدوم إلا لأجزاء ضئيلة جدًا من الثانية.
وطرحت فيما بعد عدة أفكار للسفر عبر الزمان تعتمد بشكل أو بآخر على فكرة المسار المغلق للزمكان. فطرح البعض الاعتماد على ما يسمى (بالأوتار الكونية), وهي أجسام يفترض أنها تخلفت عن (الانفجار العظيم) لها طول يقدر بالسنين الضوئية, ولكنها دقيقة جدا إلى حد انحناء (الزمكان) بشدة حولها. فإذا تقابل وتران كونيان يسير أحدهما عبر الآخر بسرعة الضوء تقريبًا تكون منحنى مغلق للزمكان يستطيع المرء اتباعه للسفر في الماضي. وقدم فرانك تبلر عام 1974 فكرة للسفر عبر الزمان تعتمد على أن اسطوانة كثيفة الكتلة سريعة الدوران سوف تجر (الزمكان) حولها مكونة مسارات زمنية مغلقة. وفي عام 1949 أثبت الرياضي الشهير كورت جودل أن الكون يمكن أن يكون دوارًا, بمعدل بطيء جدا, وأنه يمكن أن يترتب على ذلك مسار مغلق في الزمكان.
أما كيب ثورن وزملاؤه فقد وضعوا تصميمًا لآلة للسفر في الزمن تعتمد على تخليق ثقب دودي ميكروسكوبي في المعمل, وذلك من خلال تحطيم الذرة في معجل للجسيمات. ثم يلي ذلك التأثير على الثقب الدودي الناتج بواسطة نبضات من الطاقة حتى يستمر فترة مناسبة في الزمان, ويلي ذلك خطوة تشكيله بواسطة شحنات كهربية تؤدي إلى تحديد مدخل ومخرج للثقب الدودي, وأخيرًا تكبيره بحيث يناسب حجم رائد فضاء بواسطة إضافة طاقة سلبية ناتجة عن نبضات الليزر.
وقد أدت تلك التصوّرات النظرية لإمكان السفر إلى الماضي إلى مناقشة التناقضات الناتجة عن ذلك, كمثل أن يسافر المرء إلى الماضي ليقتل جدته قبل أن تحمل بأمه, أو أن يؤثر على مسار التاريخ فيمنع الحروب مثلا... إلخ. ورأى بعض العلماء أنه يمكن حل تلك المفارقات من خلال مفهوم المسارات المتوازية للتاريخ بحيث يكون لكل إمكان مسار مستقل للأحداث. فيكون العالم بعد تغيير أحداثه في الماضي عالمًا مستقلاً موازيًا. وفي الوقت الحالي لا تمثل تلك المناقشات سوى أفكار تأملية فلسفية وليست علمية, فلم يسافر أحد إلى الماضي حتى الآن. ويؤيد ستيفن هوكنج العالم المشهور بأبحاثه عن الثقوب السوداء ونشأة الكون فكرة حدوث السفر في الماضي على المستوى الميكروسكوبي, ولكنه يرى أن احتمال أن يكون هناك انحناء في الزمكان يكفي لوجود آلة للزمان تسمح بالسفر في الماضي هو صفر. ويرى أن هذا يدعم ما يسميه (حدس حماية التتابع الزمني) الذي يقول إن قوانين الفيزياء تتآمر لمنع الأشياء الميكروسكوبية من السفر في الزمان. ويرى بول ديفيز أن وجود جسر للزمان ما هو إلا مفهوم مثالي لا يضع في حسبانه الموقف الفيزيائي اللاواقعي للثقب الأسود في الكون, وأنه من الأرجح أن هذا الجسر المثالي, لابد أن يتحطم داخل الثقب الأسود. ومع ذلك فإن ما يجري داخل الثقب الأسود سيظل مثيرًا للبحث العلمي والتأمل العقلي, وأنه يستطيع أن يكشف لنا عن مزيد من جوانب الطبيعة التي يتسم بها الزمان.
فالعلماء في واقع الأمر يختلفون في تقدير إمكان السفر في الماضي, وإن كانت الغالبية ترى أن هذا غير ممكن. ويذكر ستيفن هوكنج أن كيب ثورن يعتبر أول عالم جاد يناقش السفر في الزمان كاحتمال عملي. وهو يرى أن ذلك له فائدة في كل حال, فعلى الأقل سيمكننا من أن نعرف لم لا يمكن السفر في الماضي? وأن فهم ذلك لن يتأتى إلا بعد الوصول إلى نظرية موحدة للكم والجاذبية (النظرية الموحدة للقوى), وسيظل تفسير ما يحدث للمادة داخل الثقب الأسود أو في مسار زمكاني مغلق مبهمًا بالنسبة إلينا.
عودة إلى انحناء الزمكان
كما هو واضح فإن فكرة (السفر في الماضي) طبقا لنظرية النسبية تعتمد بصفة أساسية على تكوين منحنى مغلق (للزمكان) يسمح بالعودة إلى نقطة البدء في الزمان والمكان. ولذلك فمفهوم (الزمكان) هو القضية الأساسية عند بحث نسبية الزمن والسفر في الماضي. فما هو المعنى الواقعي (للزمكان), وهل له وجود مستقل أم لا?
تخبرنا فلسفة العلم المعاصرة أن هناك نظرتين أساسيتين للمفاهيم والتصورات العلمية, الأولى أن هذه المفاهيم تعبر عن حقائق عن العالم الخارجي, فالنموذج المعياري للذرة والكوارك والثقب الأسود ومنحنى الزمكان هي حقائق عن العالم. أما النظرة الثانية فتخبرنا أن هذه المفاهيم ليست سوى أدوات جيدة للتعامل مع العالم, ولا تعبر عن حقائق واقعية عنه. أو على الأقل هي حقائق تقريبية عن العالم لا نضمن صحتها المطلقة ولكن نستخدمها لأنها تفيدنا في التعامل مع العالم. ومفهوم (الزمكان) ينطبق عليه هذا الوصف نفسه, فهو ليس حقيقة من حقائق العالم ولكنه أداة جيدة للتعامل معه. فالموجود على الحقيقة هو الأجسام التي تتحرك في الفضاء, وقيمة مفهوم (الزمكان) هي في أنه يمكننا بفاعلية من توصيف هذه الحركة بشكل دقيق.
فإذا أخذنا ذلك في الاعتبار سنجد أن استحالة السفر في الماضي ليست بسبب تواطؤ الطبيعة, كما ذهب هوكنج, ولا بسبب ما يترتب عليها من تناقضات في التاريخ, كما رأى آخرون, وإنما بسبب التجاوز في استخدام مفهوم (الزمكان) كأداة للنظر إلى العالم. ويتمثل هذا التجاوز في تحويل هذا المفهوم من مجرد تصور ملائم لوصف حركة الأجسام إلى موضوع للبحث يتغير لينتج وقائع جديدة. وتحويل الأداة إلى موضوع هو أمر غير صحيح, وإنما الصحيح هو أن يكون موضوع تصوراتنا هو الأجسام نفسها حتى لو كان ذلك غير مباشر من خلال المفاهيم والأدوات العلمية. فالقول بانحناء الزمكان هو قول مجازي يقصد به أن الأجسام تسلك في حركتها مسارا منحنيا بتأثير جاذبية الأجسام حسب نظرية النسبية. ولكن ليس هناك في الحقيقة زمكان حتى ينحني. ولذلك فالقول إن الزمكان ينحني حتى ينغلق على نفسه, إذا أخذ حرفيا, هو قول في الواقع لا يعني شيئا, إذ مفهوم الزمكان ليس موضوعا. فإن شئنا اعتباره تعبيرا مجازيا وجب تحويله إلى معنى مباشر مرتبط بحركة الأجسام. وفي هذه الحالة تكون أقصى درجات انحناء الزمكان هي بمعنى الوصول إلى البطء في التغير في حركة الجسم حتى التوقف النهائي عن الحركة, وهي حالة تتوقف عندها القوانين الطبيعية. فالحديث عما يمكن أن يحدث عند هذه الحالة, والتي توصف مجازيا بانغلاق منحنى الزمكان, هو كمثل الحديث عن الحالة عند بدء الكون. أما الحديث عما قد يحدث بعد دخول الجسم في حالة انغلاق منحنى الزمكان فهو كمثل الحديث عما قد يكون قد حدث قبل بدء الكون, وهو حديث لا يمكن أن يكون علميا بالمعنى التجريبي المعروف.
إن الزمن هو (التغير), والسبب في شعورنا بانسياب الزمن هو الانتظام الكامن في الطبيعة الذي يظهر في صورة انتظام للحركة. ويكون مقياس الزمن لجسم ما هو معدل (تغيره) منسوبا لتغير جسم آخر منتظم (كدقات الساعة مثلا). وتخبرنا نظرية النسبية العامة بأن الزمن الخاص بالجسم (أي معدل تغيره) يكون أبطأ إذا تحرك بسرعة أكبر أو إذا تعرض لمجال جاذبي قوي, أي إذا تأثرت طاقته الكلية. وذلك في حين تخبرنا النظرية المعيارية للذرة بأن مكونات الذرة, (وبالتالي كل الأجسام) تتراوح ما بين الحالة الجسيمية والحالة الموجية. فإذا كان الزمن الخاص بالجسم هو معدل تغيره, فإن الارتباط بين طاقة الجسم ومعدل تغيره, كما تخبرنا نظرية النسبية العامة, يكون أمرا مقبولا. كما أن تأثر المسافات داخل الذرة (وبالتالي طول الجسم) بتغير طاقة الجسم يكون أمرا مقبولا أيضا.
فإذا اقتصر تصورنا على أن الزمن ليس إلا تعبيرا عن قياس معدل التغير لجسم ما أصبح واضحا أن هذا التغير لا يمكن الحديث عنه بعد حدوثه كأنه موجود يمكن الذهاب إليه (في الماضي). ولا يمكن أيضا الحديث عنه باعتباره موجودا في المستقبل وأننا يمكننا الذهاب إليه. والسبيل الوحيد للحديث عنه هو باعتباره معلومات محفوظة في الذاكرة لا تتمتع بأي وجود, مستقل لا في الماضي ولا في المستقبل. فواقع ان (التغير) في ظروف معينة يمكن أن يكون أسرع منه في ظروف أخرى لا يعني أن الانتقال من هذه إلى تلك ثم العودة يعني السفر إلى المستقبل إلا بمعنى مجازي. فالسفر على متن سفينة فضاء تسير بسرعة تقترب من سرعة الضوء ثم العودة إلى الأرض بعد أن يكون قد مر عليها عشرة آلاف عام مثلا لا يعني سوى أن التغير على متن السفينة أبطأ منه على ظهر الأرض بهذه الفترة. والسبب في وجود هذا النوع من التصورات (مثل السفر إلى الماضي والمستقبل) والمرتبطة بالنسبية العامة, هو أن النسبية العامة نظرية مرتبطة بظواهر الأجسام فقط, وليست مرتبطة ببنية وجودها المادي, كما هي الحال في نظرية الكم. فنسبية الزمن هي (ظاهرة) ولكن سببها المباشر المرتبط ببنية الوجود دون الذري لا يزال مجهولا, وذلك بسبب غياب النظرية الموحدة للكم والجاذبية. وبسبب غياب هذه النظرية تسود نظريات الخيال العلمي والتي لا ترقى لأن تكون نظريات علمية تجريبية, وبسبب غياب هذه النظرية أيضا تختلف الآراء بين العلماء.
فباعتبار أن الزمن هو (التغير) وأنه ليس له وجود مستقل ولا لمنحنى الزمكان المغلق, فإنه لا يكون من معنى للسفر إلى المستقبل إلا بمعنى مجازي. فنحن نسافر في المستقبل بمعدل يوم واحد كل يوم, ونستطيع أن نسافر بمعدل أبطأ من ذلك إذا تحركنا بسرعة أكبر. أما بالمعنى الحرفي الواقعي فنحن لا يمكننا السفر في الزمان لا في الماضي ولا حتى في المستقبل.
موضوع: السفر فى الزمن !! 
السبت 2 أغسطس - 9:33:40
