مشكلة العلماء مع السرعات والمسافات الهائلة

مشكلة العلماء مع السرعات والمسافات الهائلةمن أهم الصعوبات التي تواجه العلماء هي كيفية قطع المسافات الهائلة الفاصلة بين النجوم والمجرات.فعند جمع معلومات عن أي نجم فان تلك المعلومة التي تأتينا أصبحت قديمة بمجرد وصولها إلينا.لأنها تستغرق زمناً طويلاً بسبب المسافة الفاصلة بيننا وبين ذلك النجم ومثال على ذلك فان أقرب نجم إلينا هو (ألفا سنتوري) فإنه يصل ضوؤه بعد 4 سنوات تقريباً إلينا.معنى ذلك أننا لا نعرف عنه شيئاً في اللحظة الحالية،فإذا تم انفجاره فلا نعلم إلا بعد مضى أربع سنوات على تلك الانفجار.وكذلك عند دراسة المجرات نجد أن أقرب مجرة إلينا هي مجرة الأندروميدا أو مجرة المرأة المسلسلة التي تقع على بعد مليونين من السنين الضوئية من مجرتنا أي أننا ما عرفناه عن تلك المجرة هو ما حدث منذ مليوني عام، وربما تكون قد انفجرت ونحن لا نشعر بسبب الزمن الفاصل بينها وبين مجرتنا.معنى ذلك أننا نرى الكواكب والنجوم المحيطة بنا في الماضي دائماً، وهذا كله يتعلق بالسرعة التي ينطلق بها الضوء وحيث أن السرعة في الفضاء ليست محددة القيمة،ولكنها نسبية ومثل دوران الأرض حول محورها بسرعة 1000كم في الساعة، وتنطلق في الفضاء تدور حول الشمس بسرعة 100000كم في الساعة وكذلك تحملنا الشمس معها عند دورانها حول مركز المجرة بسرعة 80000000كم في الساعة، وبالرغم من هذه السرعات الهائلة فإننا لا نشعر بها. وكذلك عند رصد نجم لامع يتحرك نحونا بسرعة هائلة، فانه يصعب علينا تحديد هل نحن نتحرك نحو هذا النجم أم أن هذا النجم يتحرك نحونا.نستخلص من هذا أنه ليس هناك من وسيلة لإيجاد سرعتنا الحقيقية التي ننطلق بها في الفضاء.وكل ما سبق يشمل ما تنص عليه النظرية النسبية للعالم الرياضي (اينشتاين)وهي العلاقة الأكيدة بين السرعة والمكان والزمان ثم أكدها بنظرية النسبية العامة.وطبقاً لتلك النظرية فانه لا يمكن قياس السرعة المطلقة لأي جسم في الفضاء لأن كل شيء في هذا الكون يغير موقعه من لحظة لأخرى.وحيث أن الضوء يتحرك في الفراغ بسرعة ثابتة، ولا يعتمد على سرعة مصدره أو اتجاه حركته.فانه يمكن استخدامه في قياس السرعة النسبية لمختلف الأجسام.حيث أن سرعة الضوء 300000كم في الثانية، وهي سرعة لا يمكن لأي جسم متحرك أن يتعداها وتعرف باسم (حاجز الضوء) وهذا الحد لم يصل إليه سرعة أي جسم حتى الآن.وعند النظر إلى هذه السرعة نجد أنه لا يوجد مانع أن يصل سرعة أي جسم إلى القريب من هذه السرعة ولكن هناك نسبة ضئيلة جداً لا يمكن الوصول إليها.فيمكن الوصول إلى 99.6% من سرعة الضوء، ولكن النسبة المتبقية وهي 0.1% لا يمكن الوصول إليها مهما كانت القوة الدافعة التي تحرك هذا الجسم.بالنظر إلى أسرع السفن الفضائية الآلية نجد سرعتها 30كم في الثانية، وهي بطيئة جداً بالمقارنة بسرعة الضوء.فعند استخدام تلك السفن للوصول لأقرب نجم (ألفا سنتوري)معنى ذلك أن تصل السفينة بعد نحو 40000 سنه أو أكثر.وبالمقارنة بسرعة الضوء نجد أنها تقطع المسافة لذلك النجم في زمن 4سنوات تقريباً.وعند النظر لتلك السفن إذا كانت تحمل ركاباً فانه سوف ينتهي عمر الركاب في أوائل سنوات تلك الرحلة.وإذا لم يكن هناك ركاب في تلك السفن وتوجهت الكتروني فنجد أنه عند الرجوع لكوكبنا أن شكل الحضارة على سطح الأرض خلال هذا الزمن وقد تغير أو يمكن قد تكون أفنت البشرية تماماً.وخلال هذا الزمن الهائل هل السفن قادرة على العمل بدقة أثناء تلك المدة الطويلة وتبقى محركاتها صالحة للعمل.معنى ذلك أنه ليس هناك من بديل إلا محاولة رفع سرعة تلك السفن الفضائية، وعند بلوغ تلك السرعة القريبة من الضوء نجد وجود بعض الظواهر الغريبة، وهي ظواهر تتعلق بزيادة الكتلة وتمدد الزمن بالنسبة للجسم الذي ينطلق بسرعة قريبة من سرعة الضوء. وهذا ما تنبأت به النظرية النسبية.ومن هذه الظواهر الغريبة هي ظاهرة التقلص أو الانكماش، ومعناه إذا تحرك جسم بسرعة تقترب من سرعة الضوء نجد أن طول هذا الجسم يقل عن طوله الأصلي في حالة سكونه. وهذا النقص دائماً في اتجاه حركة هذا الجسم.ولقد أوضح اينشتاين أن هذا التقلص يكون أشد وضوحاً للسرعات التي تقترب من سرعة الضوء.وعند تصور سفينة فضائية تنطلق بسرعة 36000كم في الساعة، فان هذا التقلص في طول تلك السفينة الناتج عن هذه السرعة سيكون غير محسوس.أما إذا بلغت سرعة السفينة نحو 270000كم في الثانية أي ما يعادل 90% من سرعة الضوء، فان هذا التقلص يكون ظاهراً ويصل لنحو 50% من الطول الأصلي.وكلما زادت السرعة زاد التقلص في الطول، وإذا اقتربت تلك السرعة من سرعة الضوء أي وصولها إلى99.9% من سرعة الضوء فان طول هذه السفينة ستتحول لقرص مستو بدون سمك تقريباً.ومن الملاحظ أن كتلة الجسم المتحرك بتلك السرعة الهائلة تزداد مساوية للمالانهاية تقريباً.ولذلك لن نجد لدينا من الطاقة لزيادة سرعة الجسم أكثر من ذلك.وهناك ظاهرة أخرى تنبأت بها النظرية النسبية وهي أشد غرابة وهي ظاهرة تمدد الزمن بزيادة السرعة، ومثال لذلك نجد أن ركاب السفن الفضائية التي تنطلق بسرعة قريبة من سرعة الضوء يلاحظون أن ساعاتهم تدور ببطء شديد أي أنه حدث تمدد للزمن.ويمكن طرح مثال آخر نتصور أن هناك توأمين يبلغان من العمر عشرين عاماً، وأن أحدهما انطلق في سفينة فضاء تسير بسرعة قريبة من سرعة الضوء، بينما بقى الأخ الآخر على سطح الأرض فانه طبقاً لتلك النظرية، إذا كانت السفينة تسير بسرعة قريبة من سرعة الضوء وتتجه نحو نجم يبعد عنا بمقدار 36 سنة ضوئية.فانه بالنسبة للشخص الموجود على سطح الأرض ستحتاج هذه السفينة إلى 72 عام كي تقطع رحلتي الذهاب والإياب وعند عودة الشخص من الفضاء سيجد أخيه وأصبح عمره 92 عام.أما الشخص الذي في الفضاء لم يزد عمره في نهاية الرحلة إلا بمقدار يوم واحد.ولقد تم التحقق من تلك الظاهرة بالنسبة لبعض جسيمات الأشعة الكونية التي تنطلق بسرعة الضوء تقريباً.وحيث أن سرعة السفن الفضائية لم تصل حتى الآن لسرعة الضوء،ومن المتوقع أن يصل الإنسان إلى نحو نصف سرعة الضوء قبل منتصف القرن الواحد والعشرين.وذلك إذا تطورت خبرته، ولاشك أن ظاهرة تمدد الزمن ستكون عوناً لركاب تلك السفن الفضائية الفائقة السرعة لقطع مسافات هائلة في الفضاء وهم ما زالوا على قيد الحياة، ويستطيعوا الإجابة على السؤال القديم.