أينشتاين - الرجل الذي بدأ بإخراجنا من المصفوفة (الجزء الثاني)

لقد عرضت في الجزء الأول إحدى الرؤى الرئيسية للنظرية النسبية الخاصة التي نشرها أينشتاين عام 1905، وسنتناول هذه المرة أيضًا النظرية النسبية العامة

وهذا هو استمرار لمرحلة ما بعد أينشتاين - الرجل الذي بدأ بإخراجنا من المصفوفة (الجزء الأول)
لقد غيرت النظرية النسبية لأينشتاين الطريقة التي نفهم بها الواقع من حولنا. كما هو الحال في فيلم Matrix، فهو يوضح لنا أن الواقع الذي نعيش فيه يختلف تمامًا عن حياتنا اليومية وعن ما نستطيع أن نتخيله. وبمساعدة هذه الفهمات بدأ أينشتاين في إخراجنا من الوهم الذي نعتقد أننا نفهم فيه العالم من حولنا نحو فهم الواقع الحقيقي والغريب الذي نعيش فيه (انظر الروحانية العلمانية – هل هناك معنى لعالم بدون الله؟ (في هذه العملية، يوضح لنا أيضًا ما هي المصفوفة التي نعيش فيها، أو البنية التحتية التي نعيش عليها. ومن خلال فهم المصفوفة التي نتواجد فيها، يمكننا أيضًا البدء في التحقق مما إذا كان من الممكن الخروج منه وإلى أين سننتهي؟

قدمت في الجزء الأول إحدى الرؤى المركزية للنظرية النسبية الخاصة التي نشرها أينشتاين عام 1905، وهي أن الزمن لا يتدفق من الماضي، عبر الحاضر إلى المستقبل، بل هو بعد رابع. اتجاه آخر لا يمكن رؤيته وفيه توجد جميع الأزمنة الماضي والحاضر والمستقبل في وقت واحد. كل ما قمنا به وكل ما سنفعله موجود بالفعل في نفس الوقت. لذلك، من حيث المبدأ، من الممكن محاولة تغيير تقدمنا ​​على طول اتجاه الزمن وبالتالي الوصول إلى المستقبل بشكل أسرع أو العودة إلى الماضي. ربما سنكون قادرين في المستقبل على تطوير آلة الزمن والقيام بذلك. المصفوفة التي نعيش فيها تسمى الزمكان وهي البنية التحتية لكوننا. نحن "مرسومون" على سطح الزمكان وبالتالي لدينا ثلاثة أبعاد مكانية وبعد زماني واحد. فلو لم نكن جزءًا من هذا الزمكان، لما كانت لدينا هذه الأبعاد الأربعة. لدينا وجود فقط لأننا جزء من الزمكان بطريقة مشابهة للبالون الذي يرسم عليه الناس والنجوم. كما أن الرسومات الموجودة على البالون ليس لها معنى خارج مقدمة البالون، كذلك ليس لدينا أي معنى خارج الزمكان، وكما أن الأشخاص المرسومين على سطح البالون لا يمكنهم التحرك إلا على سطح البالون و لا يمكننا رؤية ما يوجد خارج مقدمة البالون، لذلك لا يمكننا أيضًا معرفة ما إذا كان هناك أي شيء آخر خارج الفضاء.الوقت الذي نحن "عالقون" فيه. وبالتالي فهي مصفوفة كوننا.

وبتعبير أدق، لم يكن أينشتاين هو من أدرك أن الزمن هو بعد رابع، بل فيزيائي آخر اسمه هيرمان مينكوفسكي. قرأ مينكوفسكي مقالة أينشتاين التي يصف فيها النظرية النسبية الخاصة وأدرك أن هناك فكرة عميقة مخبأة هنا. ورأى أنه وفقًا للنظرية النسبية، فإن الطول والزمن لهما خصائص رياضية تتوافق تمامًا مع الحالة التي يكون فيها الوقت مجرد بُعد آخر بالإضافة إلى الطول. لاحظ أن هذا لا يتعلق فقط بحجمين يؤثران على بعضهما البعض، ولكن لهما خصائص إضافية تشير ضمنًا إلى أنه يجب التعامل مع الزمن باعتباره بُعدًا حقيقيًا يضاف إلى أبعاد الفضاء الأخرى التي نعرفها. كتب مينكوفسكي عن هذا الأمر إلى أينشتاين، لكن أينشتاين لم يكن معجبًا بهذه اللعبة الرياضية. فقط بعد وقت آخر حاول فيه أينشتاين توسيع النسبية الخاصة لتشمل الحالة الأكثر عمومية الممكنة، أدرك أن مينكوفسكي ربما كان على حق ويجب التعامل مع الوقت باعتباره بعدًا رابعًا. وبمجرد أن فعل أينشتاين ذلك، استطاع أن يمد النظرية النسبية الخاصة إلى النظرية النسبية العامة، ويدفع بالميكانيكا النيوتونية التي سيطرت على الفيزياء لمدة ثلاثمائة عام، ويصل إلى رؤى إضافية مذهلة حول المصفوفة التي نعيش فيها.
لكن هل الزمن فعلا بعد رابع وهل يوجد فعلا شيء حقيقي اسمه الزمكان، أم ربما كل الآلهة مجرد ألعاب رياضية اخترعناها، لا وجود لها في الواقع؟

هيرمان مينكوفسكي (من ويكيبيديا)
واستغرق أينشتاين عشر سنوات أخرى واصل فيها تطوير نظريته، وفي النهاية نشر نظرية النسبية العامة التي بموجبها يعتبر الزمكان كيانًا فيزيائيًا حقيقيًا مثل المادة. اتضح أن هناك تفاعلًا بين المادة والزمكان. نحن لسنا مجرد شخصيات مرسومة عليها، بل نؤثر أيضًا على شكلها. وبما أن المادة تتمتع بكتلة أكبر (أو بشكل أكثر دقة، كثافات كتلة وطاقة أكبر)، فإنها تشوه الزمكان رباعي الأبعاد حولها! ليس لدينا كتلة كبيرة، وبالتالي فإننا نشوه الزمكان بدرجة ضئيلة للغاية، والأرض لديها بالفعل كتلة كبيرة بما يكفي لتشويه دائرة الزمكان بشكل كبير، والشمس لديها كتلة أكبر بكثير من الأرض وهو يشوه البيئات المصفوفية التي نعيش فيها أكثر من ذلك بكثير.
كيف نعرف بوجود شيء ما؟ ونفترض أنه إذا كان من الممكن استشعاره أو التفاعل معه، فمن المحتمل أنه موجود. أنا، على سبيل المثال، أرى لوحة المفاتيح على يساري بفضل التفاعلات بين الضوء الذي يصل إلى شبكية العين والخلايا الحساسة للضوء. أشعر أيضًا بلوحة المفاتيح في يدي بمساعدة التفاعلات بين البلاستيك الخاص بلوحة المفاتيح والنهايات العصبية في أصابعي. وهكذا، بحسب حاسة اللمس وحاسة البصر، أفترض أن لوحة المفاتيح موجودة. وبنفس الطريقة، وبفضل العلاقة المتبادلة بين المادة والزمكان، من المفترض أن نفهم أن الزمكان ليس مجرد مفهوم رياضي فحسب، بل هو شيء فيزيائي حقيقي يتغير وهو في علاقات متبادلة مع المادة "المرسومة". عليه. صحيح أننا لا نستشعر العلاقات المتبادلة مع الزمكان بمساعدة إحدى حواسنا، لكن ذلك لأن كتلتنا صغيرة والانحناء الذي نحدثه في الزمكان من حولنا لا يكاد يذكر. ومع ذلك، يمكننا قياس تأثير التفاعل بين الكتل الأكبر حجمًا والزمكان المحيط بها، وبالتالي معرفة أنه موجود بالفعل.
المثير في الأمر أن الزمكان المنحني يجعل المادة "المرسومة" فيه تتحرك في خطوط منحنية بحيث يبدأ الجسمان الموجودان في بيئته بالاقتراب من بعضهما البعض كما لو أنهما يمارسان قوة جذب بين بعضهما البعض . أدرك أينشتاين أنه في الواقع لا يوجد شيء اسمه الجاذبية ولكن هناك كتلة تشوه الزمكان حولها وبالتالي يبدو أن الأجسام تنجذب لبعضها البعض في هذه البيئة. هذه الرؤية تتناقض تمامًا مع ميكانيكا نيوتن وما تعلمناه منذ الصغر. لقد تعلمنا أن الحجر الذي رميناه في الهواء سيعود إلى الأرض لأن الله يمارس عليه قوة الجاذبية، وهنا يأتي أينشتاين ويبين لنا أنه لا توجد قوة جاذبية على الإطلاق. كدهوا يشوه الزمكان رباعي الأبعاد حوله وهذا يجعل الحجر يقترب من كدوا مرة أخرى. رفض أينشتاين الجاذبية باعتبارها قوة حقيقية، واستبدلها بالهندسة. هندسة الفضاء المنحني حيث تقترب الخطوط المتوازية من بعضها البعض حتى تلتقي في النهاية. كلما زادت كتلة الجسم، كلما زاد تشويه الزمكان والزمكان المحيط به وسنراه كما لو أن هناك قوة جاذبية أقوى هناك.

יחסי הגומלין בין החומר לבין המרחב-זמן מתחילים עם חומר שמעקם את המרחב-זמן וממשיכים בכך שהחומר חייב לנוע במרחב-זמן, אין לא אפשרות אחרת (הוא הרי “מצוייר” עליו), ולכן הוא נע במרחב-זמן בצורה עקומה שנראית לנו כמו כוח جاذبيه. هذه هي الطريقة التي يؤثر بها الزمكان على المادة مرة أخرى. يمكننا رؤية هذا التفاعل بين النجوم والزمكان، وقياسه والتحقق مما إذا كان يناسب حسابات النسبية العامة. وحتى الآن، وفي جميع الاختبارات التي تم إجراؤها، تطابقت النتائج التجريبية تمامًا مع النتائج التي تنبأت بها النظرية النسبية العامة. وبهذه الطريقة نعرف أن الزمكان كيان حقيقي.
إحدى النتائج الغريبة التي تظهر من هذه الرؤية هو أنه يمكن أن تكون هناك نجوم ذات كتلة كبيرة لدرجة أنها ستشوه الزمكان من حولها إلى ما لا نهاية، مما يؤدي بشكل أساسي إلى تمزيق الزمكان (أو المصفوفة) التي توجد فيها! نحن نسمي هذه النجوم الغريبة الثقوب السوداء. من المعروف اليوم أن هناك العديد من الثقوب السوداء وأنه يوجد ثقب أسود عملاق في منتصف كل مجرة، بما في ذلك مجرتنا (لا تقلق، فهي بعيدة جدًا عنا). ماذا يحدث داخل مثل هذا الثقب الأسود؟ ماذا يعني الوصول إلى منطقة يتمزق فيها الزمكان؟ هل يمكن لمثل هذا الصدع أن يأخذنا إلى مناطق مختلفة من زمكاننا؟ فهل من الممكن أن ننتقل عبره إلى زمكان مختلف عن زمكاننا وبالتالي ننتقل إلى مصفوفة أخرى؟ هذه كلها أسئلة ممتازة ومازلنا لا نملك حلاً لها. النظرية النسبية لا تعرف ماذا يحدث داخل الثقب الأسود ولهذا علينا أن ننتظر النظرية التالية التي ستعرف كيفية التعامل مع الأحجام اللانهائية التي تظهر في النسبية العامة بمجرد حساب ما يحدث في المركز من الثقب الأسود.
عندما رأى أينشتاين الحل الرياضي من النظرية النسبية التي تتنبأ باختراع الثقوب السوداء، لم يعتقد أنها موجودة بالفعل وأن هذه مجرد نتيجة رياضية دون واقع فيزيائي. استغرق الأمر عدة عقود قبل أن يتمكنوا من تأكيد هذا الحل واكتشاف الثقوب السوداء في جميع أنحاء الكون. وهذا مثال رائع على قوة الرياضيات ولماذا تعتبر لغة الطبيعة وكيف أنها أقوى حتى من أولئك الذين طوروها ووجدوا الحل الرياضي المناسب. كل نظرية عن الطبيعة تبدأ من فكرة، وتتحول إلى الرياضيات المناسبة، ومنها تظهر رؤى رائعة وجديدة لم نفكر فيها من قبل. والشيء المذهل هو أن كل هذه الألعاب الرياضية تصف الطبيعة، ونرى مرارًا وتكرارًا كيف أن الحلول الرياضية، مهما كانت غريبة، يتبين أنها صحيحة في التجارب المعملية.

ولكن كيف نعرف أن الزمن هو بعد رابع؟ كيف يمكنك التأكد من وجود زمكان رباعي الأبعاد؟ لاحظ أن من استنتاجات الجزء الأول من النظرية النسبية (ما يسمى بالنظرية النسبية الخاصة) أن الزمن بعد آخر، رابع في العدد مثل الطول والعرض والارتفاع الذي لكل جسم. فقط بعد هذا الفهم استطاع أينشتاين مواصلة النظرية النسبية وتوسيعها وشرح بمساعدتها ما هي قوة الجاذبية (النسبية العامة). وهكذا نجحوا في التنبؤ بوجود الثقوب السوداء، وبداية الكون بالانفجار الكبير، وغيرها الكثير من التنبؤات التي أكدتها التجارب الدقيقة. تم تطوير كل هذه النبوءات بمساعدة الاستنتاج القائل بأن الزمن هو بعد رابع وأن الزمكان هو كيان مادي حقيقي يتفاعل مع المادة ويؤثر في المادة. بدون هذا الاستنتاج كان من المستحيل تطوير نظرية النسبية العامة، وبالتالي نظرًا لأن هذه التنبؤات تتحقق حاليًا في جميع التجارب، فمن المحتمل أن تكون الاستنتاجات القائلة بأن الزمن بعدًا رابعًا وأن هناك زمكانًا هي أيضًا صحيح.

بعد أن نشر أينشتاين النظرية النسبية العامة عام 1915، والتي ناقضت فيها ميكانيكا نيوتن تمامًا، حاول العلماء في جميع أنحاء العالم إجراء اختبار تجريبي لمعرفة من كان على حق، نيوتن أم أينشتاين. وفقا لنيوتن هناك قوة جذب بين الكتل، ووفقا لأينشتاين لا توجد قوة جاذبية ولكن الفضاء المكاني المنحني رباعي الأبعاد بين الكتل. وهذان الوصفان يعطيان نتائج مختلفة قليلا لبعض الظواهر، لذلك حاول العلماء العثور على هذه الظواهر وقياسها. وفي عام 1919، وفي منتصف الحرب العالمية الأولى، تمكنت عدة مجموعات من العلماء من قياس مثل هذه الظاهرة وإظهار أن التنبؤ النسبي أكثر دقة من تنبؤ نيوتن. لا توجد جاذبية، هناك انحناء في المكان والزمان. كان هذا أول تأكيد للنظرية النسبية، وبعد ذلك أصبح أينشتاين أول المشاهير في القرن العشرين، وتبع ذلك العديد من التأكيدات.

تأكيد آخر مثير للإعجاب يتعلق بالسؤال، ما هو الزمن المنحني بالضبط؟ من الممكن أن نفهم ما هو الفضاء المنحني، ولكن ما هو الزمن المنحني؟ وكما رأينا فإن الزمن هو اتجاه آخر، وبالتالي فإن الزمن المنحني يعني أن هذا الاتجاه منحني أيضاً. هل يمكن إثبات ذلك؟ ففي نهاية المطاف، لا يمكننا رؤية البعد الرابع، فكيف نعرف أن الوقت يتشوه حقًا؟

تُظهر رياضيات النسبية أنه يمكن قياس انحناء الزمن ببساطة عن طريق قياس الزمن. عندما نقيس المدة التي يستغرقها حدث ما ليحدث في منطقة يكون فيها الزمن منحنيًا، فسنقيس أن الحدث يستغرق وقتًا أطول مما ينبغي. يبدو لنا الزمن وكأنه يطول عندما يكون هناك انحناء في الزمن. على سبيل المثال، برنامج تلفزيوني يستغرق 25 دقيقة على الأرض سيبدو لنا أطول بكثير عندما نحاول معرفة المدة التي يستغرقها التلفزيون لرواد الفضاء الموجودين على سطح كوكب المشتري، وهذا لأن كوكب المشتري يدور حول أكبر من الأرض بـ 300 مرة، وله كتلة أكبر، وهو أكثر انحناءًا للزمكان حوله من الأرض. بالنسبة لرواد الفضاء على كوكب المشتري، سيبدو كل شيء طبيعيًا وسيظهر لهم البرنامج 25 دقيقة بالضبط، ولكن عندما ننظر إليهم، نظرًا لأن بيئتهم أكثر انحناءً من بيئتنا، سيبدو أن الوقت هناك يتحرك ببطء أكبر.

إذا كان الأمر كذلك، يمكنك قياس الانحناء والوقت والتحقق مما إذا كانت هذه ظاهرة حقيقية أم لا. أخذ العلماء ساعتين دقيقتين تظهران نفس الوقت بدقة كبيرة (الساعات الذرية) ووضعوا إحداهما في المستوي وتركوا الأخرى على سطح الأرض. تحلق الطائرة في الأجزاء العليا من الغلاف الجوي، حيث يكون انحناء الأرض أصغر إلى حد ما من انحناء سطح الأرض. وكانت الساعات دقيقة بما يكفي لقياس التغيرات الزمنية الصغيرة التي ينبغي أن تحدث وفقا للنظرية النسبية بسبب تغير الانحناء حول خط الاستواء. وفي الواقع، بعد إعادة الساعة إلى الأرض، قاموا بقياس أنها تتحرك بشكل أسرع قليلاً من الساعة التي بقيت على الأرض وشعرت بمزيد من الانحناء مع مرور الوقت. وكان الفارق الزمني بينهما هو بالضبط الفرق الذي تنبأت به صيغ النسبية العامة. ويبدو أن الزمن هو بالفعل بُعد رابع ينحني حول الكتل.

أحد البراهين اليومية للنظرية النسبية هو جهاز GPS. اتضح أنه لكي تكون الأقمار الصناعية قادرة على أن تكون دقيقة وأن تقول أين نحن في كل لحظة، كان لا بد من أخذ صيغ النظرية النسبية بعين الاعتبار. تصف الصيغ ما يحدث للفضاء والبعد الرابع حول الأرض وكيف يؤثر ذلك على قياس المسافات والأزمنة للأقمار الصناعية. وعندما حاولوا تشغيل أجهزة تحديد المواقع دون مراعاة النظرية النسبية، رأوا أن دقة تحديد المواقع تتلاشى بسرعة كبيرة، فأضافوا إلى الأقمار الصناعية التصحيحات التي تتطلبها النظرية النسبية ويا لها من معجزة، فجأة الجهاز يعمل على أكمل وجه. ZA أن انحناء البعد الرابع يؤثر على قياسات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الخاص بنا، ومن خلال أخذ ذلك في الاعتبار فقط يمكننا تتبع موقعنا بدقة جيدة.

تؤكد هذه التجارب الاستنتاجات الرياضية الغريبة التي تعتبر الزمن بعدا رابعا ووجود كيان حقيقي للزمكان ينحني في بيئة توجد بها كتلة وكثافة طاقة كبيرة جدا. لكن في رأيي فإن أجمل مثال على أننا "مرسومون" بالفعل على مساحة زمنية حقيقية هي نظرية الانفجار الكبير وتوسع الكون الذي تطور بعد نظرية النسبية العامة. الآن يمكننا أيضًا محاولة الإجابة على أسئلة مثيرة مثل ما الذي يوجد خارج الكون وماذا كان قبل خلق الكون؟ عن ذلك في المشاركة القادمة..

من المدهش بالنسبة لي حقيقة أننا لا نرى كل الواقع، ومع ذلك يمكننا أن نفهم ما هو هذا الواقع! وهذا هو السبب الذي جعلني أختار الدراسة والتركيز على الفيزياء - دراسة قوانين الطبيعة. الطبيعة من حولنا تختلف تمامًا عما نعتقده. الطبيعة أكبر بكثير وأكثر غموضًا مما يمكننا أن نشعر به. نحن نعيش في نوع من الوهم الممل الذي اخترعناه لأنفسنا، وليس لدينا في الواقع أي فكرة عن المكان الذي نعيش فيه ومدى غرابة وإثارة واختلاف العالم الحقيقي عما نعتقد. بمساعدة البحث الجسدي، نكتشف ببطء عالمنا الحقيقي الجميل والرائع على أمل أن نترك وراءنا الوهم الصغير والعادي الذي خلقناه لأنفسنا.

أنتم مدعوون للانضمام إلينا نحن علماء الطبيعة، وأنتم مدعوون لاستكشاف وفهم ما هو الواقع الحقيقي، وبالتالي ربما فهم معنانا أيضًا. هل أنت مستعد للمشاركة في الرحلة المهمة والمثيرة للاهتمام لاكتشاف الحقيقة؟

الكلمة وأوم – البلوز المزاجي

ليس من الضروري أن تكون فيزيائياً لتدرس الطبيعة. من الممكن الشروع في رحلة إلى أعماق الواقع بمساعدة العلم والفلسفة والفن، ومن الأفضل الجمع بين قوى الثلاثة. يضيف كل مجال من هذه المجالات وجهة نظر مختلفة وفهمًا مختلفًا للواقع. هنا، على سبيل المثال، فرقة Moody Blues من الستينيات. لقد صنعوا سبعة ألبومات مفاهيمية ترتبط فيها جميع الأغاني بمقطوعة واحدة طويلة تحكي قصة. تناول كل ألبوم التحقيق في الواقع، كل مرة من زاوية مختلفة. إنها تظهر مثالاً على كيفية مساهمة الفن في فهمنا لواقعنا. تجتمع أغنية (الكلمة) وأغنية (أوم أوم) وتنتهيان بألبوم مودي بلوز الثاني - بحثًا عن الوتر المفقود (بحثًا عن الوتر المفقود) من عام 1968.

يدور الألبوم وهذه الأغاني حول بحثنا عن المعنى وفهم الواقع الحقيقي. "الوتر المفقود" هو رمز للانسجام السماوي للطبيعة، للواقع السامي واللامتناهي الذي نحاول فهمه ولمسه. أغنيتي "الكلمة" و"أوم" ترمزان إلى رغبتنا في فهم اللانهائي. في المرحلة الأولى من الفهم، قبل الفهم الحقيقي، نقوم ببساطة بتسمية الظواهر بأسماء ثم نحاول أن نفهم ما هي هذه الظواهر (وهذا هو الوضع اليوم مع الظاهرة المعروفة باسم "الطاقة المظلمة" على سبيل المثال). لذلك يبدأون بأغنية تسمى "الكلمة". تصف الأغاني جمال الطبيعة السامي، وهو الجمال الذي نعرفه أحيانًا ولكن لا نستطيع رؤيته كما في حالة الترددات الضوئية والألوان التي لا تستطيع العين البشرية إدراكها (أو كما في حالة البعد الرابع). يتحدثون في الأغنية عن تردد الأشعة تحت الحمراء والأرجوانية على سبيل المثال. ثم يصفون الكلمات التي كنا نبحث عنها لوصف هذا الجمال، كلمات مثل "الله" أو "أوم". ترمز الكلمات إلى السمو ورغبتنا في فهم ولمس الغموض والجمال اللامتناهي المخفي في الطبيعة. إن العلم والفيزياء هما أفضل الطرق التي وجدتها البشرية للتحرك نحو هذا الهدف. كما تعبر الموسيقى الموجودة في الأغاني عن هذه الأفكار باستخدام السيتار، وهي آلة هندية تستخدم بشكل رئيسي في الموسيقى الدينية. "Om" هي من بين أغاني الروك الوحيدة التي تحتوي على عزف سيتار منفرد بدلاً من عزف منفرد على الجيتار، وهي تفعل ذلك بشكل جيد! لم يكن لهذه الأغاني فيديو موسيقي، لذلك قمت بتحرير هذا الفيديو الموسيقي بنفسي بمساعدة مقاطع من الفيلم الغامض "الربيع" وأجزاء من عروض فرقة مودي بلوز. كل هذه الرموز تحول الأغاني إلى عمل معقد وعميق وجميل يناقش استكشاف الألغاز واستكشاف الواقع من حولنا.