لماذا يعتبر أينشتاين مهما؟

لقد شكلت ثمار فكر رجل واحد حضارتنا بما يتجاوز ما بدا ممكنًا. نُشرت إنجازات أينشتاين الرئيسية الأولى في عام 1905 في أربع أوراق بحثية رائدة، بما في ذلك استكمال النسبية الخاصة. بقلم بريان جرين

أكيموف إيجور / Shutterstock.com

وبعد عشر سنوات قام بتوسيع النظرية لتشمل الجاذبية، وخلق نظرية النسبية العامة. لقد قلبت الفكرة فيزياء إسحاق نيوتن وأعادت تعريف مفاهيمنا عن الزمان والمكان. لقد أطلقت خطوطًا بحثية جديدة لا تزال قيد الاستكشاف وجعلت منشئها نجمًا.

خلال القرن الماضي، امتزجت أفكار أينشتاين بالثقافة والفن وشكلت عالمنا بطرق لا حصر لها ولا رجعة فيها.

قال ألبرت أينشتاين ذات مرة أن هناك شيئان فقط يمكن أن يكونا لا نهائيين: الكون وغباء الإنسان واعترف بذلك

ربما نبتسم للكلمات. أو على الأقل يبتسم. ولكن لا تنزعج. والسبب في ذلك هو أن اسم "أينشتاين" يستحضر في أذهاننا صورة العم الطيب القلب والحكيم منذ القدم. إننا نتصور ذلك العبقري العلمي حسن الطباع، ذو الشعر الجامح، والذي ظلت صوره المميزة محفورة في ذاكرتنا الثقافية الجماعية: وهو يركب دراجة، أو يقرع بلسانه، أو يحدق فينا. يرمز أينشتاين إلى نقاء وقوة الفضول الفكري.

صعد أينشتاين إلى الشهرة داخل المجتمع العلمي في عام 1905، وهو العام الذي توج باسم "عام المعجزات" - Annus mirabilis. أثناء عمله ثماني ساعات يوميًا، ستة أيام في الأسبوع، في مكتب براءات الاختراع السويسري في مدينة برن، كتب في أوقات فراغه أربع مقالات غيرت وجه الفيزياء. وفي مارس من ذلك العام، ادعى أن الضوء، الذي كان يوصف حتى ذلك الحين بأنه موجة، يتكون في الواقع من جسيمات تسمى الفوتونات، وهي الفكرة التي أطلقت ميكانيكا الكم. وبعد شهرين، في شهر مايو، قدمت حسابات أينشتاين تنبؤات مؤكدة حول الفرضية الذرية. وفي وقت لاحق، عندما تم تأكيد هذه التنبؤات بالفعل في التجارب، أكدت بشكل قاطع أن المادة تتكون من ذرات. وفي يونيو أكمل النظرية النسبية الخاصة، التي كشفت أن المكان والزمان يتصرفان بطرق مذهلة لم يتوقعها أحد، وباختصار: أن المسافات والسرعات والمدد كلها نسبية وتعتمد على الراصد. وأخيرا، في سبتمبر 1905، استنتج أينشتاين من النظرية النسبية الخاصة معادلة ستصبح المعادلة الشهيرة في العالم: E=mc2.

غالبًا ما يتقدم العلم بخطوات صغيرة. نادراً ما تظهر مساهمات علمية تدق أجراس الإنذار التي تبشر بثورة وشيكة. وهنا، قرع رجل واحد الأجراس أربع مرات في عام واحد، وهو انفجار مذهل من البصيرة الإبداعية. شعرت المؤسسة العلمية على الفور تقريبًا أن عمل أينشتاين سيكون له صدى ويهز أسس فهم الواقع. لكن بالنسبة لعامة الناس، فإن أينشتاين لم يصبح أينشتاين بعد.

تغير هذا في 6 نوفمبر 1919.

وفي النظرية النسبية الخاصة، قال أينشتاين أنه لا شيء يمكن أن يتحرك بسرعة أكبر من سرعة الضوء. وقد مهد هذا التأكيد الطريق لمواجهة نظرية الجاذبية لنيوتن، حيث يكون لقوة الجاذبية تأثير فوري في الفضاء. دفع هذا التناقض الخطير أينشتاين إلى إعادة كتابة قوانين الجاذبية النيوتونية التي تعود إلى قرون، بقدر كبير من الجرأة، وهي مهمة شاقة اعتبرها حتى أكثر أنصاره حماسة بمثابة حرب على طواحين الهواء. وقال ماكس بلانك، أحد رواد العلم الألماني: "كصديق أكبر سنا، يجب أن أنصحك بتجنب ذلك.. لن تنجح، وحتى لو نجحت، لن يصدقك أحد". وتابع أينشتاين، الذي لم يخضع أبدًا للسلطة. واستمر. لمدة عشر سنوات تقريبا.

وأخيرا، في عام 1915، أعلن أينشتاين نظريته العامة في النسبية، والتي أعادت كتابة الجاذبية بشكل عميق وقدمتها في إطار فكرة جديدة ومحطمة: التشوهات والانحناءات في المكان والزمان. فبدلاً من فكرة أن الأرض تمسك بكوب الشاي الذي سقط من أيدينا وتسحبه إلى نهايته المرة على الأرض، تدعي النسبية العامة أن كوكبنا يحرف الفضاء المحيط به، مما يتسبب في انزلاق الكوب على طول منحدر الزمكان الذي يوجهه إلى الأرض. أعلن أينشتاين أن الجاذبية متأصلة في هندسة الكون.

معادلة أينشتاين الشهيرة، E=mc2، بخط يده من بحث متأخر نشر عام 1946. المصدر: أرشيف ألبرت أينشتاين، الجامعة العبرية في القدس
معادلة أينشتاين الشهيرة، E=mc2، بخط يده من بحث متأخر نشر عام 1946. المصدر: أرشيف ألبرت أينشتاين، الجامعة العبرية في القدس
خلال المائة عام التي مضت منذ أن طور أينشتاين هذه النظرية، قام الفيزيائيون والمؤرخون بتجميع قصة متسقة، وإن كانت معقدة، حول تكوينها (انظر "كيف أعاد أينشتاين اختراع الواقع" بقلم والتر إيزاكسون، مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل). في بعض كتاباتي الموجهة لعامة الناس، كان من دواعي سروري أن أتابع صعود أينشتاين، بدءاً من المناورات الأنيقة، مروراً بالمشي الملتوي وأخيراً الوصول إلى القمة. ومع ذلك، بدلاً من إزالة الغموض عن قفزات الفكر الإبداعي لأينشتاين، فإن اتباع عملية تفكيره يضيف فقط بريقًا إلى الابتكار المذهل والجمال المذهل لاقتراحه.

في 6 نوفمبر 1919، بعد أربع سنوات من إكمال أينشتاين نظرية النسبية العامة، نشرت صحف العالم في عناوينها الرئيسية قياسات فلكية جديدة أثبتت أن بعض النجوم في السماء تقع في مكان مختلف قليلاً عما كان متوقعًا وفقًا لقوانين نيوتن، فقط كما تنبأ أينشتاين. وأكدت النتائج نظرية أينشتاين بشكل منتصر وألقته بين عشية وضحاها إلى مرتبة الأيقونة. لقد أصبح الرجل الذي أطاح نيوتن وفي الوقت نفسه جعل الجنس البشري يقترب بخطوة عملاقة من حقائق الطبيعة الأبدية.

وكما لو أن ذلك لم يكن كافيًا، فقد حقق أينشتاين نجاحًا إعلاميًا. بينما يومض في دائرة الضوء ويتحدث عن رغبته القوية في أن يكون وحيدًا، عرف كيف يثير اهتمام العالم بمملكته الغامضة ولكن المهمة جدًا. لقد اعتاد أن ينطق بعبارات ذكية ("أنا من دعاة السلام المتشدد") ويلعب بمرح الدور العام للعبقرية المرتبكة من العباقرة. في العرض الأول لفيلم Lights of the Volume، وبينما كانت الكاميرات تتجه نحو السجادة الحمراء، همس تشارلي شابلن لأينشتاين بشيء من هذا القبيل: "الناس يهتفون لي لأن الجميع يفهمني، ويهتفون لك لأنه لا أحد" يفهمك." لقد كان الدور الذي صدم أينشتاين. وقد احتضنها عامة الناس، الذين أنهكتهم الحرب العالمية الأولى، بحرارة.

وبينما كان أينشتاين يتلاءم بشكل رائع مع الدوائر الاجتماعية، فإن أفكاره حول النسبية، على الأقل كما تم نشرها لعامة الناس، تزامنت مع ثورات ثقافية أخرى. لقد سحق جيمس جويس وتي إس إليوت بنية الجملة. قاد بابلو بيكاسو ومارسيل دوشامب اللوحة. حطم أرنولد شوينبيرج وإيجور سترافينسكي السلم الموسيقي. وقام أينشتاين بتحرير المكان والزمان من نماذج الواقع التي عفا عليها الزمن والتي كانا مرتبطين بها.

وذهب البعض إلى حد تقديم أينشتاين باعتباره المصدر الرئيسي للإلهام للحركة الطليعية في القرن العشرين، باعتباره البئر العلمي الذي أنتج فكرًا ثقافيًا متجددًا. ومن الرومانسية الاعتقاد بأن حقائق الطبيعة هي التي خلقت الطفرة التي جرفت البقايا المغبرة لثقافة حفرت في مواقفها. لكنني لم أجد قط دليلاً مقنعاً يربط هذه الثورات بعلم أينشتاين. إن سوء الفهم الشائع للنسبية، والذي يبدو أنها تبطل الحقيقة الموضوعية، هو المسؤول عن العديد من الاستشهادات غير المبررة لتعاليم أينشتاين في مجالات الثقافة. ومن المثير للاهتمام أن أينشتاين نفسه كان يتمتع بذوق تقليدي: فقد فضل باخ وموزارت على الملحنين المعاصرين ورفض قبول أثاث باوهاوس الجديد الذي كان من المفترض أن يحل محل الأثاث التقليدي المتهالك في منزله كهدية.

كل هذا يدل على أن الذكرى المئوية للنسبية العامة بعيدة كل البعد عن كونها نظرة إلى الماضي من وجهة نظر تاريخية. إن نظرية النسبية العامة لأينشتاين منسوجة بإحكام في نسيج البحث العلمي الرائد اليوم.

يمكن القول أن العديد من الأفكار الثورية طارت في الهواء في بداية القرن العشرين، ولا شك أنها اختلطت مع بعضها البعض. وليس هناك شك في أن أينشتاين كان مثالا بارزا على الكيفية التي يمكن بها لكسر التقاليد القديمة أن يكشف عن آفاق جديدة مبهرة.

واليوم، بعد مرور مائة عام، لا تزال المناظر الطبيعية التي كشف عنها أينشتاين نابضة بالحياة وخصبة بشكل لا يصدق. أدت النسبية العامة في عشرينيات القرن العشرين إلى ظهور علم الكونيات الحديث، الذي يدرس أصل الكون بأكمله وتطوره. استخدم عالم الرياضيات الروسي ألكسندر فريدمان، وبشكل مستقل الفيزيائي والكاهن البلجيكي جورج لوميتر، معادلات أينشتاين لإظهار أن الفضاء يجب أن يتوسع. عارض أينشتاين هذا الاستنتاج، بل وقام بتغيير معادلاته وأدرج "الثابت الكوني" سيئ السمعة لضمان وجود كون ثابت. لكن الملاحظات اللاحقة التي أجراها إدوين هابل، والتي أظهرت أن جميع المجرات البعيدة تستمر في الابتعاد، أقنعت أينشتاين بالعودة، وقبول معادلاته الأصلية وحقيقة أن الكون يتوسع. وحقيقة أن الكون يتوسع اليوم يعني أنه كان أصغر فأصغر في الماضي، وهو استنتاج يشير إلى أن أصل الكون هو في تمدد حبة بدائية، "الذرة البدائية" كما أسماها. ولدت نظرية الانفجار الكبير.

في العقود التي مرت منذ ذلك الحين، تطورت نظرية الانفجار الأعظم بشكل ملحوظ (النسخة الأكثر قبولًا اليوم هي نظرية الانتفاخ، أو التضخم)، وبمساعدة العديد من التحسينات، صمدت أمام العديد من الملاحظات والاختبارات. إحدى هذه الملاحظات، والتي فازت بجائزة نوبل في الفيزياء عام 2011، أشارت إلى أنه خلال السبعة مليارات سنة الماضية، لم يكن الكون يتوسع فحسب، بل زاد معدل التوسع أيضًا. أفضل تفسير؟ إن نظرية الانفجار الأعظم مدعومة بنسخة من الثابت الكوني المهمل لأينشتاين. إذا انتظرت فترة كافية، فحتى بعض أفكار أينشتاين الخاطئة سوف يتبين أنها صحيحة [انظر: "أخطاء أينشتاين"، بقلم لورانس م. كراوس، مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل].

وهناك رؤية سابقة، نشأت من النظرية النسبية العامة، مستمدة من تحليل أجراه عالم الفلك الألماني كارل شوارزشيلد، أثناء إقامته على الجبهة الروسية في خضم الحرب العالمية الأولى. بعيدًا عن حساب مسار الأصداف، وصل شوارزشيلد إلى الحل الدقيق الأول لمعادلات أينشتاين، حيث قدم وصفًا دقيقًا لانحناء الزمكان بواسطة الأجسام الكروية مثل الشمس. وكأثر جانبي، كشفت حسابات شوارزشيلد عن شيء غريب. إذا قمت بضغط أي جسم إلى حجم صغير بما فيه الكفاية، كالشمس، على سبيل المثال، في كرة يبلغ قطرها خمسة كيلومترات، فإن انحناء الزمكان سيكون شديدًا لدرجة أن أي شيء يقترب كثيرًا من الجسم، بما في ذلك الضوء نفسه، سوف يتضاءل. مُحاصَر. بالمصطلحات الحديثة، اكتشف شوارزشيلد إمكانية وجود ثقوب سوداء.

في ذلك الوقت، كانت الثقوب السوداء تعتبر أمرًا غير محتمل، وهي غرابة رياضية من غير المرجح أن يكون لها معنى في الواقع. لكن الملاحظات، وليس التوقعات، هي التي تحدد ما هو صحيح، وتظهر البيانات الفلكية اليوم أن السود موجودون بالفعل وأنهم كثيرون. وحتى لو كانت اليوم بعيدة جدًا بحيث لا يمكن دراستها بشكل مباشر، إلا أنه لا يمكن استبدالها كمختبرات نظرية. بدءًا من حسابات ستيفن هوكينج المؤثرة في السبعينيات، أصبح الفيزيائيون مقتنعين بشكل متزايد أنه نظرًا لطبيعتها المتطرفة، فإن الثقوب السوداء هي أرض الاختبار المثالية في محاولات دفع حدود النسبية العامة للأمام، وقبل كل شيء لتوحيدها مع ميكانيكا الكم. في الواقع، إحدى القضايا الرئيسية المثيرة للجدل اليوم هي كيف يمكن للعمليات الكمومية أن تؤثر على الطريقة التي نفهم بها الحد الخارجي للثقب الأسود، والذي يسمى أفق الحدث، وكذلك طبيعة الجزء الداخلي للثقب الأسود.

كل هذا يدل على أن الذكرى المئوية للنسبية العامة بعيدة كل البعد عن كونها نظرة إلى الماضي من وجهة نظر تاريخية. إن نظرية النسبية العامة لأينشتاين منسوجة بإحكام في نسيج البحث العلمي الرائد اليوم.

فكيف فعل أينشتاين ذلك؟ كيف تمكن من التأثير كثيرا ولفترة طويلة؟ وبينما يجوز تجاهل أينشتاين باعتباره مصدرًا للتكعيبية أو الموسيقى الكفارية، فإنه بالتأكيد هو السبب وراء جواز تصور أن شخصًا ما أو شخصًا ما يمكنه التعمق في الأفكار وكشف الحقائق الكونية. كان أينشتاين عالمًا اجتماعيًا، لكن إنجازاته العظيمة كانت عبارة عن لحظات خاصة. فهل كانت هذه الرؤى ناجمة عن التنظيم الفريد لدماغه؟ بسبب رؤية عالمية لا تخضع للاتفاقيات؟ بسبب القدرة العنيدة والتي لا هوادة فيها على التركيز؟ انه ممكن. نعم. فمن المرجح. الحقيقة هي بالطبع أنك لا تعرفها أبدًا. يمكننا أن نروي قصصًا عن كيفية ظهور الأفكار، ولكن في نهاية المطاف، فإن التأثيرات التي تشكل الفكر والبصيرة كثيرة جدًا بحيث لا يمكن تحليلها.

ولتجنب المبالغة، يمكننا على الأكثر أن نقول إن أينشتاين كان يتمتع بالعقل المناسب في الوقت المناسب لحل مجموعة من المشاكل الأساسية في الفيزياء. وكان وقتًا فريدًا لا مثيل له! تشير مساهمات أينشتاين العديدة ولكن المتواضعة نسبيًا في العقود التي تلت اكتشاف النسبية العامة إلى أن سلسلة الأفكار المحددة التي غرسها في الفيزياء قد انتهت.

على الرغم من كل إنجازاته، والإرث الدائم الذي تركه، هناك رغبة ملحة في طرح سؤال تأملي آخر: هل يمكن أن يكون هناك أينشتاين آخر؟ إذا كنت تقصد عبقريًا خارقًا سيدفع العلم بقوة إلى الأمام، فالإجابة بالتأكيد هي نعم. وفي نصف قرن منذ وفاة أينشتاين، كان هناك بالتأكيد مثل هؤلاء العلماء. لكن إذا كنت تقصد عبقريًا خارقًا سيتطلع إليه العالم، ليس بسبب إنجازات في الرياضة أو عالم الترفيه، ولكن كمثال رائع لما يستطيع العقل البشري تحقيقه، حسنًا، هذا السؤال موجه بالفعل إلى لنا، في ما تعتبره ثقافتنا قيمة.

عن الكتاب

بريان جرين
أستاذ الفيزياء والرياضيات في جامعة كولومبيا، الذي يدرس نظرية الأوتار الفائقة. وهو مؤلف العديد من الكتب وأحد مؤسسي ورئيس مهرجان العلوم العالمي.
لمزيد من القراءة

Even=mc2: سيرة ذاتية لأشهر معادلة في العالم. ديفيد بودانيس. البطريق، 2000
نسيج الكون: المكان والزمان وملمس الواقع. بريان جرين. كنوبف، 2004
الأوراق المجمعة لألبرت أينشتاين. مطبعة جامعة برينستون
E=mc2 - قصة أعظم اكتشاف في التاريخ. ديفيد بودانيس. من الإنجليزية بقلم يانيف فركاش، دار نشر كيتر، 2002
نسيج الكون: المكان والزمان ونسيج الواقع. بريان جرين. من الإنجليزية لإيمانويل لوتيم. دار مطر للنشر، 2006
أرشيف أينشتاين، الجامعة العبرية في القدس

المزيد عن أينشتاين على موقع العلوم:

الرجل الذي غير الكون

أينشتاين - الرجل الذي أخرجنا من الماتريكس

تم اكتشاف كوكب خارج المجموعة الشمسية باستخدام طريقة تستخدم النظرية النسبية لأينشتاين