آينشتاين لماذا هو مهم املحتوى على الغالف أسر الوجه الغامض أللبرت آينشتاين العالم مثلما فعلت

Transcript

1

2 سبتمرب 2015 املحتوى

3 املحتوى على الغالف أسر الوجه الغامض أللبرت آينشتاين العالم مثلما فعلت نظرياته. فأصبح شعره الم ع ل م وعيناه المفعمتان أيقونة للعبقرية. هذا العدد الخاص يبحث في حياة الرجل العظيم وإرثه ومستقبل أفكاره في الذكرى المئوية ألكبر نجاحاته: نظريته في النسبية العامة. الرسوم: دانييل آدل الرسو آينشتاين قبل مئة عام نشر آلبرت آينشتاين نظريته النسبية العامة فأعاد كتابة العالم المادي. لماذا هو مهم كان لعقل آينشتاين تأثير مدهش في حضارتنا. بقلم: برايان غرين

4 كيف أعاد آينشتاين اختراع الواقع في خ ض م صراع شخصي وتوتر سياسي ومنافسة علمية شديدة و ل دت نظرية عظمى. بقلم: والتر إيزاكسون رحلة عقلية من خالل التجارب العقلية صاغ آينشتاين حدودا جديدة في الفيزياء. بقلم: سابين هوسينفيلدر فيما أخطأ آينشتاين العال م الرائد كثيرا ما أخطأ في تقدير قيمة آفكاره. بقلم: لورنس إم. كراوس

5 اختبار الثقب األسود هل تنطبق النسبية العامة عند الجاذبية القصوى بقلم: ديميتريوس بسالتيس - شيبرد إس. دويليمان عبقري في زجاجة إن عقودا من فحص دماغ آينشتاين لم تقترب لنا قط من فهم ما الذي جعله ذكيا لهذه الدرجة. بقلم: برايان دي. بوريل هل الكون عشوائي إن عبارة آينشتاين أن الله ال يلعب النرد في الكون قد أ سيء فهمها جدا. بقلم: جورج موزر

6 مقالة سبتمرب 2015

7 مقالة مقالة ثمار عقل واحد شك لت الحضارة بما هو أكثر مما قد يبدو ممكنا بقلم: بريان غرين ترجمة: د. ليلى الموسوي

8 مقالة سطور يف عندما 1905 عام في كانت الكبرى آينشتاين إنجازات أ ولى الخاصة. النسبية إنجازه ذلك في بما رائدة ورقات أربع نشر و خ لق الجاذبية لتتضمن النظرية تلك عت وس سنوات عشر بعد تعريف وأعادت نيوتن إسحق بفيزياء فكرة فأطاحت العامة. النسبية يزال ال للبحث جديدة مسارات نت ودش والزمن. للمكان مفهومنا نجما. م ول دها من وجعلت خلفها يسعون العلماء والفن الثقافة في آينشتاين أفكار تغلغلت الماضي القرن عبر النهائية. راسخة بطرق عالمنا وشك لت غرين بريان Brian Greene ايبمولوك جامعة في والرياضيات الفيزياء أستاذ ةقئافلا األوتار نظرية في يبحث Columbia University بتكلا من العديد مؤلف وهو superstring theory. ناجرهملا إدارة مجلس ورئيس المشارك والمؤسس World Science للعلوم. Festival العالمي

9 مقالة قال ألبرت آينشتاين ذات مرة إن هناك اثنين فقط من األشياء التي قد تكون النهائية: الكون وغباء اإلنسان. واعترف بأنه لم يكن متأكدا من الكون. عندما نسمع ذلك فإننا نكتم ضحكنا. أو على األقل نبتسم. فنحن ال نشعر باإلهانة. والسبب هو أن اسم آينشتاين يستحضر صورة العم الحكيم العطوف القلب من حقبة سابقة. فنحن نرى العبقري العلمي طيب السريرة ذا الشعر المنكوش الذي ط بعت صوره - على الدراجة أو ماد ا لسانه أو محدقا فينا بتلك العينين الثاقبتين - في ذاكرتنا الثقافية الجماعية. لقد غدا آينشتاين رمزا للنقاء وقوة االستكشاف الفكري. صعد آينشتاين إلى الشهرة في األوساط العلمية في عام 1905 العام الذي ع م د كعامه الميمون. أثناء عمله ثماني ساعات يوميا ستة أيام في األسبوع في مكتب براءات االختراع السويسري في برن كتب أربع ورقات علمية - في وقت فراغه - غيرت مسار الفيزياء. في مارس من ذلك العام قال إنه في ضوء ذلك الذي ظل لوقت طويل يوصف على أنه موجة هو في الواقع يتكون من جسيمات تسمى الفوتونات وهي المالحظة التي أطلقت ميكانيكا الكم.Quantum mechanics بعد ذلك بشهرين مايو قدمت حسابات آينشتاين تنبؤات قابلة لالختبار للفرضية الذرية Atomic hypothesis وتأكدت في وقت الحق تجريبيا متيقنة بأن المادة مصنوعة من الذرات. وفي يونيو أكمل نظرية النسبية الخاصة Special theory of relativity وكشف عن أن المكان والزمن يتصرفان بطرق مذهلة لم يكن أحد يتوقعها في أي وقت مضى -باختصار: إن المسافات والسرعات جميعها فترات نسبية وفقا للشخص

10 مقالة الراصد. وليستكمل ذلك كله اشتق آينشتاين في سبتمبر 1905 نتيجة للنظرية النسبية الخاصة وهي المعادلة التي ستصبح األكثر شهرة في العالم: = E.MC 2 في العادة يتقدم العلم بخطوات تدريجية. فقط مساهمات قليلة ومتباعدة هي التي تنفخ بوق النذير العلمي من نشوء ثورات جذرية. ولكن هنا رجل واحد في عام واحد قرع الجرس أربع مرات وهو تدفق مذهل من البصيرة اإلبداعية. على الفور تقريبا شعر الصرح العلمي برجع أصداء عمل آينشتاين وهي تحول فهم الحجر األساس لما هو الواقع. أما بالنسبة إلى عموم الجمهور لم يكن آينشتاين قد أصبح آينشتاين بعد. وهذا سيتغير في 6 نوفمبر في النسبية الخاصة أسس آينشتاين أن ال شيء يمكن أن ينتقل بسرعة أكبر من سرعة الضوء. وهذا سيمهد الطريق لمواجهة مع نظرية نيوتن للجاذبية الجاذبية تمارس نفوذها عبر الفضاء على الفور. مدفوعا بهذا التناقض الم حدق سعى آينشتاين -بتحدي- إلى إعادة كتابة قواعد قرون من الجاذبية النيوتونية وهي مهمة شاقة حتىأن أنصاره المتحمسين نظروا إليها كمثالية متناهية. ماكس بالنك Max Planck عميد العلوم األلمانية قال واعضا:»كصديق أكبر سنا يجب أن أنصحك بالعدول عن ذلك... إنك لن تنجح وحتى لو نجحت فلن يصد قك أحد.«ولما لم يكن بالشخص الذي يستسلم أبدا للسلطة واصل آينشتاين قدما... وقدما. لما يقرب من عقد من الزمن.

11 مقالة وأخيرا في عام 1915 أعلن آينشتاين نظريته العامة للنسبية التي عرضت إعادة صياغة عميقة للجاذبية )الثقالة( كفكرة جديدة مذهلة: اإللتواء واإلنحناء في الفضاء والوقت. فبدال من أن األرض تقبض على زمام فنجان ينزلق من يدك وتجره إلى نهايته المفاجئة على األرض وتقول نظرية النسبية العامة إن الكوكب يبعج البيئة المحيطة مما يتسبب في انزالق الفنجان على طول منحدر الزمكان Spacetime المتجه نحو األرضية. فالجاذبية أعلن آينشتاين هي مطبوعة في هندسة الكون. خالل مئة عام منذ أن اقترح آينشتاين نظرية جمع الفيزيائيون والمؤرخون قصة متماسكة حتى وإن كانت معقدة لنشأتها ]انظر: كيف أعاد آينشتاين اختراع الواقع بقلم: والتر إيزاكسون[. وفي بعض كتاباتي العامة س ر ر ت بتتبع صعود آينشتاين من المناورات أنيقة إلى القصص الملفقة إلى اعتالئه القمة في النهاية. لكن بعيدا عن إزالة الغموض عن قفزات آينشتاين اإلبداعية إن تتبع خطواته تضيف األلق على الحداثة المذهلة والجمال الساحق للمقترح. في 6 نوفمبر 1919 بعد أربع سنوات من استكمال آينشتاين نظرية النسبية العامة هل لت الصحف في جميع أنحاء العالم صدور قياسات فلكية مؤخرا بينت أن مواقع النجوم في السماوات مختلفة قليال عما سنتوقعه من قوانين نيوتن تماما كما تنبأ به آينشتاين. أكدت النتائج بانتصار نظرية آينشتاين وقفزت به إلى مرتبة أيقونية بين عشية وضحاها. فأصبح الرجل الذي أطاح بنيوتن والذي - في أثناء ذلك - أرشد جنسنا إلى خطوة واحدة عمالقة مقتربين إلى الحقائق األبدية للطبيعة.

12 مقالة ولتتويج ذلك كان آينشتاين مثاال رائعا. فبينما هو يحدق في دائرة الضوء ويجامل الرغبة العارمة للعزلة كان يعرف كيف يجذب اهتمام العال م بعالمه الغامضة ولكن البالغ األهمية. فسيتفوه بعبارات مازحة ذكية (مثل : أنا من مقاتلي السالم ) وبابتهاج يؤدي الدور العلني لعبقري العباقرة المرتبك. ففي العرض األول للفيلم أضواء المدينة City Lights والكاميرات مثبتة على السجادة الحمراء ه م س تشارلي شابلن آلينشتاين شيئا على غرار «: الجمهور معادلة آينشتاين الشهيرة E = MC2 ويمكن رؤيتها بخط يده من ورقة الحقة نشرت في عام.1946 الحقوق ALBERT EINSTEIN ARCHIVES, HEBREW UNIVERSITY OF JERUSALEM :

13 مقالة يصفق لي ألن الجميع يفهمني ويصفقون لك ألنه ال أحد يفهمك.«وكان دور تقمصه آينشتاين جيداس. والجمهور األعم المتعب من الحرب العالمية األولى احتضنه بحرارة. مع تحليق آينشتاين متساميا في المجتمع فإن أفكاره حول النسبية على األقل النسخة المعلنة منها توافق رجع صداها مع الثورات الثقافية األخرى. إن جيمس جويس James Joyce وتي. إس. إليوت.T.S Eliot كانا ي شضي ان الجملة. وإن بابلو بيكاسو Pablo Picasso ومارسيل دوشامب Marcel Duchamp كانا يشققان قماش الكنفاس. وأرنولد شونبرغ Arnold Schoenberg وإيغور سترافينسكي Igor Stravinsky كانا يحطمان الميزان الموسيقي. كان آينشتاين يفك قيود المكان والزمن في نماذج للواقع عفا عليها الزمن. وذهب البعض أبعد من ذلك فصو ر آينشتاين مصدرا لإللهام المركزي للحركة الطليعية Avant-garde movement في القرن العشرين ومنبع اإلرادة العلمية الذي استلزم إعادة التفكير الثقافي. وهو أمر رومانسي أن نعتقد أن الحقائق الطبيعة اطلقت موجة المد التي اجتاحت البقايا المغبرة لثقافة متمترسة. لكنني لم أر دليال مقنعا يربط هذه الثورات بعلم آينشتاين. إن تفسيرا شائعا وخاطئا للنسبية - من أنها أنهت الحقيقة الموضوعية - هو المسؤول عن العديد من االلتماسات غير المبررة بنظريات آينشتاين في مجال الثقافة. الغريب أن آينشتاين كان له ذوق تقليدي: فكان يفض ل باخ وموزارت على الملحنين الحديثين ورفض هدية من أثاث باوهاوس جديد لصالح ديكور تقليدي كان يمتلكه بالفعل.

14 مقالة فمن اإلنصاف أن نقول إن العديد من األفكار الثورية كانت تهب عبر أوائل القرن العشرين وأنها مختلطة بالتأكيد. وبالدرجة نفسها من التأكيد كان آينشتاين رئيسيا لكيف أن االنعتاق من االفتراضات المعتقد بها منذ فترة طويلة يكشف عن مشاهد جديدة خالبة. وبعد قرن يظل المشهد الذي كشف عنه آينشتاين مشهدا خصبا ونابضا بالحياة بشكل ملحوظ وخصبة. فقد ول دت النسبية العامة في عشرينات القرن العشرين علم الكونيات )الكوزمولوجيا( Cosmology الحديث ودراسة أصل وتطور الكون بأكمله. فعالم الرياضيات الروسي ألكسندر فريدمان Aleksandr Friedmann وبشكل مستقل الفيزيائي البلجيكي والكاهن جورج لوميتر Georges Lemaître استخدما معادالت آينشتاين إلظهار أن الفضاء البد وأنه آخذ في االتساع. لكن آينشتاين قاوم هذا االستنتاج بل وحاول تعديل المعادالت عن طريق إدخال الثابت سيئ الصيت الثابت الكوني Cosmological constant لضمان كون ثابت. إال أن مشاهدات إدوين هابل Edwin Hubble التي بي نت أن المجرات تبتعد متسارعة عن بعضها البعض أقنعت آينشتاين بالعودة إلى معادالته األصلية وقبول أن الكون يتسع. اليوم إن كونا متوسعا في يومنا هذا يعني أن الكون في الماضي كان أصغر بكثير مما يشير ضمنيا إلى أن الكون انبثق من تورم شذرة بدائية وهي الذرة البدائية atom Primeval كما أطلق عليها لوميتر. وولدت نظرية االنفجار الكبير.Big Bang في العقود التي تلت ط و رت نظرية االنفجار الكبير تطويرا كبيرا )اليوم النسخة األكثر انتشارا هي النظرية التضخمية )Inflationary theory ومن خالل مختلف التحسينات قد اجتازت مجموعة من االختبارات الرصدية. فواحدة

15 مقالة من هذه المشاهدات المرصودة -حازت على جائزة نوبل في الفيزياء لعام كشفت أن خالل السبعة باليين سنة الماضية لم يتسع الفضاء فقط بل إن معدل التوسع قد تسارع. أفضل تفسير نظرية االنفجار الكبير م عز زة بنسخة من ثابت آينشتاين الكوني التي ت خلص منها منذ فترة طويلة مضت.. العبرة إذا انتظرت طويال بما فيه الكفاية حتى بعض أفكار آينشتاين الخاطئة قد تصبح صحيحة ]انظر: أين أخطأ آينشتاين بقلم لورنس كراوس[. بل إن رؤية مبكرة من النسبية العامة نشأت عن التحليل الذي أجراه الفلكي األلماني كارل شوارزشيلد Karl Schwarzschild خالل الفترة التي قضاها في الجبهة الروسية في خضم الحرب العالمية األولى. آخذا استراحة من حساب مسارات قذائف المدفعية اشتق شوارزشيلد أول حل دقيق لمعادالت آينشتاين معطيا وصفا دقيقا للزمكان الملتوي الناتج من هيئة كروية مثل الشمس. وكناتج ثانوي كشفت نتيجة شوارزشيلد عن شيء غريب. اضغط أي جسم إلى حجم صغير بما فيه الكفاية - الشمس مثال إلى ثالثة أميال - سيكون تشوه الزمكان شديدا لدرجة أن أي شيء يقترب مسافة قريبة جدا بما في ذلك الضوء نفسه سيقع في المصيدة. في اللغة الحديثة كشف شوارزشيلد عن إمكانية وجود ثقوب سوداء. في ذلك الوقت بدا أن الثقوب السوداء خيال مبالغ فيه وغرائب حسابات رياضياتية توقع كثيرون أن ال صلة لها بالواقع. لكن الرصد وليس التوقع ي ملي ما هو حق وقد أكدت البيانات الفلكية اآلن أن الثقوب السوداء هي حقيقية ووفيرة. فهي بعيدة جدا عن االستكشاف المباشر في الوقت الراهن ولكن مثل المختبرات النظرية فإ الثقوب السوداء ال غنى عنها. بدءا من حسابات

16 مقالة ستيفن هوكينغ Stephen Hawking المؤثرة في سبعينات القرن العشرين تزايد اقتناع علماء الفيزياء بأن الطبيعة المتطرفة للثقوب السوداء تجعلها أرضا مثالية لمحاوالت دفع النسبية العامة إلى األمام وعلى األخص لمزجها في ميكانيكا الكم ]انظر: اختبار الثقب األسود بقلم: ديميتريوس بسالتيس - شيبرد إس. دويليمان [. بالطبع واحدة من القضايا األكثر إثارة للجدل اليوم تتعلق بكيف يمكن أن تؤثر العمليات الكمومية في فهمنا للحافة الخارجية للثقب األسود - أفق حدثه -Event horizon إضافة إلى الطبيعة الداخلية للثقب األسود. أي إن االحتفال بالذكرى المئوية لنظرية النسبية العامة هي بعيدة كل البعد عن كونها مجرد نظرة إلى الوراء على موضوع مهم تاريخيا. وإن نسبية آينشتاين العامة محبوكة بإحكام في نسيج األبحاث الرائدة اليوم. كيف إذن قام آينشتاين بذلك كيف أسهم بهذا القدر الكبير وبمثل هذه األهمية المستمرة في حين يمكننا دحض كون آينشتاين مصدر التكعيبية أو الموسيقى الالنغمية إال أنه سبب أننا نتصور أنه يمكن للشخص - في خصوصية عقله/عقلها الخاص - التفكير بجدية لكشف الحقائق الكونية. كان آينشتاين اجتماعيا كعال م ولكن رؤاه الخارقة كانت لحظات انفرادية من

17 مقالة لحظات: آها! هل ظهرت تلك األفكار ألن مخه كان ذا بنية غير عادية أم بسبب منظور غير تقليدي أم بسبب قدرة عنيدة ال هوادة فيها على التركيز ربما... نعم... محتمل. في الواقع بالطبع ال أحد يعلم. فيمكننا أن نحكي قصصا حول لماذا وردت لشخص فكرة أو أخرى ولكن خالصة القول هي أن الفكر والرؤية تتشكالن من خالل تأثيرات عديدة جدا لدرجة يصعب معها تحليلها لكثرتها. وبتجنب الغلو فإن أفضل ما يمكننا قوله هو إن آينشتاين كان العقل المناسب في اللحظة المناسبة لحل مجموعة من المشكالت العميقة في الفيزياء. وتشير مساهماته العديدة ولكن المتواضعة نسبيا في العقود التي تلت اكتشاف نظرية النسبية العامة إلى أن مرحلة قمة العالقة الفكرية الخاصة التي أسبغها على الفيزياء قد عد ت. مع كل ما أنجزه واإلرث المستمر الذي ول ده هناك رغبة ملحة لطرح سؤال تخميني آخر: هل يمكن أن يكون هناك آينشتاين آخر وإذا كنا نعني عبقريا متفوقا آخر سيدفع بالعلم بقوة إلى األمام فإن الجواب هو بالتأكيد نعم. في نصف القرن الذي مضى منذ وفاة آينشتاين كان هناك بالفعل مثل هؤالء العلماء. ولكن إذا كان أحدنا يعني عبقريا متفوقا ي شك ل العالم ليس بسبب اإلنجازات في مجال الرياضة أو الترفيه ولكن كمثال مثير لما يمكن للعقل البشري أن ينجزه حسنا فهذا السؤال يرد علينا: ماذا نعد ه نحن كحضارة أمر ثمين.

18 مقالة للمزيد E = mc2: A Biography of the World s Most Famous Equation. David Bodanis. Penguin,2000. The Fabric of the Cosmos: Space, Time and the Texture of Reality. Brian Greene. Knopf, 2004 The Collected Papers of Albert Einstein. Princeton University Press. The Future of String Theory: A Conversation with Brian Greene. Brian Greene; November من أرشيفنا

19 تـاريــخ سبتمرب 2015

20 تاريخ تاريخ وضع ألبرت آينشتاين نظريته الشهيرة وهو في خ ض م صراع شخصي وتوتر سياسي ومنافسة علمية كادت أن ت كل فه مجد اكتشافه بقلم: والتر إيزاكسون ترجمة: أ. هدى صالح الدخيل

21 تاريخ يف سطور إن إدراك آينشتاين لتكافؤ الجاذبية والتسارع وضعه على مسار من ثماني سنوات لتعميم نظريته عن النسبية الخاصة. ساب ق الكتشاف الصيغ الرياضية الصحيحة لنظريته قبل أن يتمكن منافسه عالم الرياضيات ديفيد هيلبرت من إنجاز ذلك أوال. وفي الوقت نفسه كان آينشتاين يخوض صراعا على الجبهة الداخلية وهو ينفصل عن زوجته األولى وعن ولديه في أثناء تودده البنة عمه الذي سيتزوجها الحقا. وعلى الرغم من هذه التحديات انتصر آينشتاين وقدم واحدا من أرقى اإلنجازات العلمية في العالم في نظريته عن النسبية العامة. والتر إيزاكسون Walter Isaacson المدير التنفيذي لمعهد أسبن.Aspen Institute وكان رئيس مجلس إدارة شبكة CNN ومدير تحرير مجلة تايم.Time وهو مؤلف كثير من الكتب من بينها كتاب ستيف جوبز Steve Jobs )منشورات: Schuster, Simon &.)2011

22 تاريخ بدأت نظرية النسبية العامة مع فكرة مباغتة. لقد كان ذلك في أواخر عام 1907 بعد سنتين من»العام المعجزة«الذي أنتج فيه ألبرت آينشتاين نظرية النسبية الخاصة ونظرية كم ات الضوء Light quanta ولكنه كان ال يزال يعمل محققا لدى مكتب براءات االختراع السويسري. ولم يكن عالم الفيزياء قد أدرك عبقريت ه بعد. وبينما هو جالس في مكتبه في برن»أجفلته«فكرة كما قال وهو يستدعي ذاكرته:»إذا سقط شخص سقوطا حرا فإنه لن يشعر بوزنه«. وسي طلق عليها الحقا»أسعد فكرة في حياتي«. لقد صارت حكاية الرجل الساقط حكاية أيقونية ووفقا لبعض الروايات فإنها تأثرت فعال بسقوط صب اغ من سطح مبنى سكني بالقرب من مكتب براءات االختراع. ومثلها مثل حكايات أخرى عظيمة عن اكتشاف الجاذبية -ر مي غاليليو لألشياء من فوق برج بيزا المائل وسقوط التفاحة على رأس إسحق نيوتن- فقد بهرجتها الحكايات الشعبية. فعلى الرغم من ميل آينشتاين إلى التركيز على العلم بدال مما هو شخصي فقط«فليس من المرجح حتى له أن يرى إنسانا حقيقيا يسقط من على السطح ثم يفكر بنظرية الجاذبية )الثقالة( Gravitational theory ناهيك عن أن يصفها بأسعد فكرة في حياته. وسرعان ما نقح آينشتاين تجربته الذهنية بحيث صار الرجل الساقط في غرفة مغلقة من مثل مصعد في حالة سقوط حر. وفي داخل الغرفة سوف يشعر بانعدام الوزن. وأي شيء يسقط منه سوف يطفو إلى جانبه. ولن تكون لديه أي وسيلة لتخمين أي ليس بإمكانه إجراء أي تجربة لتأكيد ذلك- ما إذا كانت الغرفة تسقط بمعدل متسارع Accelerated rate أو أنها تطفو في منطقة عديمة الجاذبية من الفضاء الخارجي.

23 تاريخ بعد ذلك تخيل آينشتاين أن الرجل كان في الغرفة نفسها بعيدا في الفضاء حيث ال توجد جاذبية يمكن إدراكها وأن هناك قوة ثابتة تسحب الغرفة إلى األعلى بمعدل متسارع. فإنه سوف يشعر بأن قدميه تضغطان على األرضية. وإذا سقط منه شيء فإنه سيسقط إلى األرضية بمعدل متسارع -تماما كما لو أنه واقف على األرض. وليست هناك وسيلة للتميز بين تأثيرات الجاذبية وتأثيرات التعرض للتسارع. سمى آينشتاين هذا مبدأ التكافؤ principle. The equivalence أي إن التأثيرات المحلية للجاذبية وللتسارع متكافئة. ولذلك يجب أن يكونا تجليين للظاهرة نفسها حقل كوني من نوع ما يفسر كال من التسارع والجاذبية. سوف يستغرق األمر ثماني سنوات أخرى لكي يحول آينشتاين تجربته الذهنية عن الرجل الساقط إلى أجمل نظرية في تاريخ الفيزياء. وسوف ينتقل من حياته الرصينة كرب أسرة متزوج ويعمل لدى مكتب براءات االختراع السويسري ليعيش وحده كأستاذ في برلين في قطيعة مع عائلته وليتزايد اغترابه عن زمالئه في األكاديمية البروسية للعلوم Prussian Academy of Sciences بسبب تصاعد معادات السامية هناك. إن القرار الذي اتخذه معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا California Institute of Technology وجامعة برينستون Princeton University العام الماضي لوضع أرشيف أوراق آينشتاين العلمية على اإلنترنت مجانا يسمح بنظرة خاطفة إليه وهو يحاول السيطرة على الكوني والشخصي طوال هذه الفترة. وبوسعنا التلذذ باإلثارة التي شعر بها في أواخر عام 1907 حين خط ما أسماه»رؤية جديدة استنادا إلى مبدأ النسبية عن التسارع والجاذبية«. ثم بوسعنا اإلحساس بملله الساخط بعد

24 تاريخ أيام قليلة وهو يرفض طلب براءة اختراع قدمته شركة كهرباء آللة تعمل بالتيار المتردد معتبرا أن الطلب»قد أعد بطريقة غير صحيحة وغير دقيقة وغير واضحة«. أما السنوات التالية فستكون مليئة بالدراما اإلنسانية حين يخوض آينشتاين سباقا ضد منافس لوضع تعبير رياضي للنسبية في أثناء صراعه مع زوجته الناشز حول المال وحقوقه في زيارة ولديه الصغيرين. ولكن بحلول عام 1915 بلغ عمله الذروة في نظرية متكاملة من شأنها أن تغير فهمنا للكون إلى األبد. الضوء المنحني لنحو أربع سنوات من افتراض أن الجاذبية والتسارع متكافئان لم يفعل آينشتاين إال النزر اليسير بالفكرة. وركز بدال من ذلك على نظرية الكم.Quantum Theory ولكن في عام 1911 بعدما اخترق أخيرا جدران البيئة األكاديمية وأصبح أستاذا في جامعة شارل فرديناند األلمانية German Charles-Ferdinand University في براغ حول انتباهه مرة أخرى إلى تطوير نظرية حقل الجاذبية Field theory of gravity التي سوف تساعده على تعميم النسبية الخاصة أي العالقة بين المكان والزمن التي عر فها في عام أثناء تطوير آينشتاين مبدأ التكافؤ أدرك أن لديه بعض التداعيات المثيرة للدهشة. فعلى سبيل المثال بينت تجربة الغرفة الذهنية أن الجاذبية سوف

25 تاريخ تحني الضوء. تخيل أن الغرفة ت سر ع إلى األعلى. وأن شعاعا من الضوء يدخل من خالل ثقب صغير في أحد الجدران. عند وصوله إلى الجدار المقابل سيكون الضوء أقرب قليال إلى أرضية الغرفة ألن الغرفة انطلقت إلى األعلى. إذا استطعت تخطيط مسار الشعاع عبر الغرفة فسيكون منحنيا بسبب التسارع إلى األعلى. وبموجب مبدأ التكافؤ فإن هذا التأثير يجب أن يكون هو نفسه سواء أ كانت الغرفة تتسارع إلى األعلى أو ما زالت مستقرة في حقل جاذبيي. وبعبارة أخرى يجب أن ينحني الضوء عندما يمر من خالل حقل جاذبيي. في عام 1912 طلب آينشتاين إلى زميل قديم له مساعدته في الرياضيات المعقدة التي قد تصف زمكانا Spacetime منحن وملتفا Warped ورباعي األبعاد. وقد كان نجاحه حتى ذلك الحين قائما على موهبته في»تشم م«المبادئ الفيزيائية الضمنية للطبيعة. وكان قد ترك لآلخرين مهمة إيجاد أفضل التعبيرات الرياضية عن تلك المبادئ. إال أن آينشتاين أدرك اآلن أن الرياضيات قد تكون أداة الستكشاف -وليس مجرد وصف- الطبيعة. في سعيه إلى وضع نظرية عن النسبية العامة كان آينشتاين يستهدف الوصول إلى معادلة رياضية تصف عمليتين محبوكتين معا: كيف يؤثر مجال الجاذبية في المادة موجها إلى كيفية تحركها وكيف ت و ل د المادة حقوال جاذبيية في الزمكان موجهة كيفية انحنائه. استمر آينشتاين لثالث سنوات أخرى يتصارع مع المسودات والمخططات التي تبين أن بها عيوبا. وبعد ذلك بدءا من صيف عام 1915 بدأت الرياضيات والفيزياء بالتآزر.

26 تاريخ نوفمبر 1915: خلال محاضرته الرابعة خلال هذا الشهر في مكتبة الدولة البروسية قدم آينشتاين أخريا ورقته التي تضمنت المعادلات الحقلية للنسبية العامة. صيف وخريف 1915: يعيش آينشتاين وحده يا كل وينام بشكل متقطع مواسيا نفسه بكمنجته بينام كان يكافح لوضع معادلات لصياغة النسبية العامة. يونيو 1915: عامل الرياضيات ديفيد هيلبرت يحضر محاضرة وصف فيها آينشتاين أفكاره حول النسبية العامة. وبدأ هيلبرت سباقه مع آينشتاين لوضع الصيغ الرياضية للنظرية. :1914 انفصل آينشتاين عن زوجته الا ولى ميليفا ماريتش. وغادرت برلني حيث أقاما إلى زيوريخ مع ولديهام في أثناء صياغته لنظرية النسبية العامة. :1912 بدأ عامل الفيزياء علاقة غرامية مع ابنة عمه إلسا لوينثال. :1907 أدرك آينشتاين أن شخصا يسقط سقوطا حرا لن يشعر بوزنه -وهو الاستبصار الذي أدى به إلى طريق النسبية العامة الطريق إلى النسبية واجه آينشتاين صعوبات علمية وشخصية أثناء صياغة النظرية النسبية العامة. :1911 صار الا ن أستاذا في جامعة براغ وبدأ آينشتاين بالعمل على توسيع نظريته عن النسبية الخاصة لتشمل الجاذبية. تفكك شخصي مع حلول ذلك الوقت كان آينشتاين قد انتقل إلى برلين ليصبح أستاذا وعضوا في األكاديمية البروسية. لكنه وجد نفسه يعمل إلى حد كبير دون دعم. فقد كانت معاداة السامية تتصاعد وهو لم ي ح ط نفسه بعصبة من األصدقاء. وانفصل عن زوجته ميليفا ماريتش Mileva Mari وهي عالمة فيزياء زميلة كانت بمثابة موجهة الصوت sounding board في صياغة نظرية النسبية الخاصة في عام 1905 وقد عادت إلى زيوريخ مع ولديهما اللذين كان عمرهما وقتها 5 و 11 سنوات. كما كان على عالقة غرامية مع ابنة عمه إلسا التي سيتزوجها الحقا لكنه عاش وحده في شقة بالكاد مفروشة في وسط برلين حيث كان يأكل بشكل متقطع وينام بشكل عشوائي ويعزف على كمنجته ويشن نضاله الفردي.

27 تاريخ على امتداد عام 1915 بدأت حياته الشخصية بالتفكك. كان بعض األصدقاء يضغطون عليه للحصول على الطالق والزواج بإلسا وكان آخرون يحذرون من أنه ال ينبغي أن يراه أحد معها أو السماح لها باالقتراب من ولديه. أما ماريتش فكانت تكرر إرسال الرسائل طلبا للمال وفي إحدى المرات رد آينشتاين بمرارة جامحة:»إنني أجد أن مثل هذا الطلب غير قابل للنقاش«. وأضاف:»أرى أن محاوالتك المستمرة لالستحواذ على كل شيء بحوزتي مشينة تماما«. وقد حاول جاهدا الحفاظ على التراسل مع ولديه إال أنهما نادرا ما باداله الرسائل واتهم مارتيش بعدم إيصال رسائله إليهما. لكن آينشتاين استطاع وسط هذه المعمعة الشخصية في أواخر يونيو 1915 استنباط كثير من أصول النسبية العامة. وألقى سلسلة من المحاضرات عن أفكاره المتطورة على مدى أسبوع من نهاية ذلك الشهر في جامعة غوتنغن preeminent بألمانيا مركز الرياضيات البارز University of Göttingen في العالم. وفي مقدمة العباقرة هناك كان ديفيد هيلبرت David Hilbert الذي كان آينشتاين متلهفا بشكل خاص -وربما كان متلهفا أكثر من الالزم كما سيتضح- ألن يشرح له كل تعقيدات النسبية. منافسة لقد كانت زيارة غوتنغن نصرا كبيرا. فبعد أسابيع قليلة أبلغ آينشتاين عالم فيزياء صديقا أنه»تمكن من إقناع هيلبرت بنظرية النسبية العامة«. وفي رسالة إلى عالم فيزياء آخر كان أكثر إفراطا effusive في التعبير:»أنا مفتون تماما بهيلبرت!«

28 تاريخ لقد ف تن هيلبرت بالمثل بآينشتاين وبنظريته إلى حد أنه سرعان ما انطلق ليرى ما إذا كان بوسعه أن يحقق ما لم ينجزه آينشتاين حتى اآلن: إنتاج المعادالت الرياضية التي سوف تستكمل صياغة نظرية النسبية العامة. لقد واجه آينشتاين ساعتين موقوتتين: فهو كان يعي أن هيلبرت يقترب من المعادالت الصحيحة كما أنه وافق على تقديم سلسلة من أربع محاضرات رسمية في أيام الخميس حول نظريته بدأ آينشتاين يسمع وقع خطى هيلبرت في وقت مبكر من أكتوبر 1915 ما أن أدرك لتوه أن نسخته الحالية من النظرية -التي تستند إلى سكتش Entwurf أو مخطط التي عمل على صقله لمدة عامين- تشوبها عيوب جسيمة. إذ إن معادالته لم تفسر حقا حركة التعاقب.Rotating motion إضافة إلى أنه أدرك أن معادالته لم تكن متغايرة Covariant عموما أي إنها لم تجعل جميع أشكال الحركة المتسارعة وغير المنتظمة نسبية حقا كما أنها لم تفسر تماما تلك الحالة الشاذة التي شهدها علماء الفلك في مدار كوكب عطارد. فحضيض عطارد الشمسي Mercury s perihelion أي أقرب نقطة له من الشمس في دورانه حولها- كان ينزاح تدريجيا على نحو ال يمكن تفسيره بموجب فيزياء نيوتن أو بموجب ما كان حينها نسخة آينشتاين الحالية من نظريته.

29 تاريخ لقد واجه آينشتاين ساعتين موقوتتين: فهو كان يعي أن هيلبرت يقترب من المعادالت الصحيحة كما أنه وافق على تقديم سلسلة من أربع محاضرات رسمية في أيام الخميس في شهر نوفمبر حول نظريته ألعضاء األكاديمية البروسية. وكانت النتيجة زوبعة منهكة على مدى شهر تصارع آينشتاين خاللها مع سلسلة متوالية من المعادالت والتصحيحات والتحديثات التي سارع إلى إكمالها. حتى لحظة وصوله إلى القاعة الكبرى في مكتبة الدولة البروسية في 4 نوفمبر لتقديم أولى محاضراته كان آينشتاين ال يزال يتصارع مع نظريته.»على مدى السنوات األربع الماضية«قال مبتد ئا:»حاولت تأسيس نظرية النسبية العامة«. وبإخالص كبير أخذ يفصل العقبات التي صادفها واعترف بأنه لم يصل حتى بعد إلى معادالت صالحة تماما. كان آينشتاين يكابد مخاض واحدة من أشد نوبات تفجر اإلبداع العلمي تركيزا في التاريخ. وفي الوقت نفسه كان يتصدى ألزمته الشخصية مع أسرته كان آينشتاين يكابد مخاض واحدة من أشد نوبات تفجر اإلبداع العلمي تركيزا في التاريخ. وفي الوقت نفسه كان يتصدى ألزمته الشخصية مع أسرته. فقد استمرت خطابات زوجته الناشز في الوصول لتضيق عليه من أجل المال

30 تاريخ ولتناقش اإلرشادات الخاصة بتواصله مع ولديهما. وقد طالبته من خالل صديق مشترك بأال يطلب زيارة ولديه له في برلين حيث يمكنهما اكتشاف عالقته. وقد أكد آينشتاين للصديق أنه يعيش وحده في برلين وأن شقته»المقفرة«ذات»أجواء تشبه الكنيسة تقريبا«. فأجابه الصديق في إشارة إلى عمل آينشتاين على النسبية العامة أن»لهذا ما يبرره حيث إن قوى إلهية غير عادية تعمل هناك.«في اليوم نفسه الذي عرض فيه ورقته األولى كتب رسالة مؤثرة بشكل مؤلم إلى ابنه األكبر هانز ألبرت الذي كان يعيش في سويسرا: لقد تلقيت أمس رسالتك الصغيرة العزيزة وكنت مغتبطا بها. لقد كنت أخشى فعال أنك ال ترغب إطالقا في مراسلتي مجددا... سوف أطالب بأن نكون معا لمدة شهر كل عام لكي يكون لك أب مرتبط بك ويحبك. بوسعك أن تتعلم مني كثيرا من األشياء الجيدة التي ال يستطيع أي شخص آخر تقديمها إلبك... في األيام القليلة الماضية أكملت واحدة من أرقى األوراق في حياتي. وعندما تكبر سأخبرك عنها. بعد ذلك اختتم بتقديم اعتذار صغير ألنه بدا مشتتا جدا. فكتب:»إنني غالبا منهمك جدا في عملي حتى أنني أنسى تناول الغداء«.

31 تاريخ انشغل آينشتاين أيضا بتفاعل محرج مع هلبرت. إذ إنه كان قد أ بلغ بأن عالم الرياضيات من غوتنغن قد رصد خلال في معادالت االسكتش. وخشية من أن ي سبق إلى إعالن النبأ كتب أينشتاين رسالة إلى هيلبرت قال فيها إنه هو من اكتشف هذا الخلل وأرسل إليه نسخة عن المحاضرة التي ألقاها في شهر نوفمبر. في محاضرته الثانية التي ألقيت في 11 نوفمبر افترض آينشتاين شروطا إحداثية Coordinate conditions جديدة سمحت لمعادالته بأن تصبح متغايرة عموما. وكما اتضح الحقا فإن هذا التغيير لم يحسن األمور إلى حد كبير. لقد كان قريبا من اإلجابة النهائية ولكنه لم يحرز تقدما يذكر. مرة أخرى بعث بورقته إلى هيلبرت وسأله عن تقدم العمل على بحثه الخاص. وكتب:»إن فضولي الخاص يتداخل مع عملي!«بعث إليه هيلبرت ردا ال بد وأنه أفقد آينشتاين رباطة جأشه. لقد قال فيه إن لدي»حال لمشكلتك الكبرى«ودعا آينشتاين إلى غوتنغن في 16 نوفمبر ليحظى بالمتعة المريبة لسماعه الحل. كتب هيلبرت:»بما أنك مهتم بذلك فإني أود أن أعرض نظريتي بكل تفاصيلها يوم الثالثاء المقبل«. وأضاف:»سنسعد كثيرا أنا وزوجتي باستضافتك«. وبعد ذلك بعد التوقيع باسمه شعر هيلبرت بأنه مضطر إلى إضافة حاشية محيرة ومربكة:»بحسب فهمي لورقتك الجديدة فإن الحل الذي قدمته مختلف تماما عن حلي.«

32 تاريخ حان أوان الحسم كتب آينشتاين أربع رسائل في 15 نوفمبر يوم االثنين الذي ي عطي لمحة عن تشابك مآسيه الشخصية والمهنية. فقد اقترح على هانز ألبرت Hans Albert أنه يود السفر إلى سويسرا في عيد الميالد لزيارته. وقال البنه:»ربما من األفضل أن نكون وحدنا في مكان ما«من مثل نزل منعزل.»ما رأيك «بعدها كتب لزوجته الناشز رسالة استرضاء يشكرها على رغبتها في عدم»التقليل من شأن عالقتي بالولدين«. وبعدها أفاد صديق بقوله:»لقد عد لت نظرية الجاذبية بعد أن أدركت أن هناك ثغرة في براهيني السابقة... وسأسعد بالذهاب إلى سويسرا في مطلع العام لرؤية ابني العزيز.«كما رد على هيلبرت رافضا دعوته إلى زيارة غوتنغن في اليوم التالي. ولم ت خف رسالته قلقه:»إن التلميحات التي أدرجتها في رسائلك تثير أعظم التوقعات. وعلى الرغم من ذلك فال بد لي من االمتناع عن السفر إلى غوتنغن... أنا منهك وأعاني آالما في المعدة... إن كان ذلك ممكنا فأرجو أن ترسل إلي برهان التصحيح من دراستك للتهوين من لهفتي.«وفيما هو مندفع بسرعة للتوصل إلى صياغة دقيقة لنظريته حقق آينشتاين اختراقا مفاجئا حو ل قلق ه إلى نشوة. فقد فحص مجموعة من المعادالت المنقحة ليعرف إن كانت سوف تعطي النتائج الصحيحة لالنحياز الشاذ في مدار عطارد. وجاءت اإلجابة صحيحة: لقد تنبأت معادالته بأن الحضيض الشمسي يجب أن ينحرف بنسبة 43 ثانية قوسية Arc seconds في كل قرن. فغمرته البهجة لدرجة أن خفقان قلبه تسارع. لقد»أطي رت اإلثارة المبهجة

33 تاريخ صوابي«كما قال لزميله. وقال لعالم فيزياء آخر متهلال:»إن نتائج حركة الحضيض الشمسي لعطارد تملؤني برضا عظيم. كم هي مفيدة لنا هذه الدقة المتحذلقة لعلم الفلك التي كنت أسخر منها سرا!«في صباح يوم محاضرته الثالثة 18 نوفمبر تلقى آينشتاين ورقة هيلبرت الجديدة وكان مستاء من مدى تشابهها مع عمله. فجاء رده على هيلبرت مقتضبا ويهدف بشكل واضح إلى تأكيد األسبقية. لقد كتب قائال إن»النظام الذي أسسته أنت يتفق -حسب فهمي- مع ما توصلت إليه أنا في األسابيع القليلة الماضية واستعرضته في األكاديمية«. وأضاف:»وسأستعرض في األكاديمية اليوم ورقة أستنتج فيها حركة الحضيض الشمسي لعطارد من النسبية العامة كميا دون أي فرضية توجيهية.guiding hypothesis وليست هناك أي نظرية في الجاذبية حققت ذلك حتى اآلن.«رد هيلبرت في اليوم التالي بلطف وبسخاء دون ادعاء أي أسبقية لنفسه. وكتب:»تهاني العميقة على قهر حركة الحضيض الشمسي«. وأضاف:»لو كان بوسعي أن أجري الحسابات بسرعتك لكان على اإللكترون في معادالتي أن يستسلم وعلى ذرة الهيدروجين أن تقدم مذكرة اعتذار عن عدم قدرتها على اإلشعاع.«إال أن هيلبرت أرسل ورقة في اليوم التالي إلى دورية علوم غوتنغن Göttingen science journal تصف نسخته الخاصة من معادالت النسبية العامة. ولم يكن العنوان الذي اختاره للورقة متواضعا: لقد أسماها أ سس الفيزياء.The Foundations of Physics

34 تاريخ ليس من الواضح مدى عناية آينشتاين بقراءة ورقة هيلبرت أو ما إذا كانت قد أثرت في تفكيره وهو يستعد للذروة في محاضرته الرابعة في األكاديمية البروسية. وبصرف النظر عن ذلك فقد أنجز العمل في وقت مناسب لمحاضرته األخيرة في 25 نوفمبر -بعنوان المعادالت الحقلية للجاذبية -The Field Equations of Gravitation وهي مجموعة من معادالت التغاير Covariant التي وصفت نظرية النسبية العامة. لم تكن هذه المعادالت بالنسبة إلى الشخص العادي قريبة من وضوح المعادلة E = MC 2 على سبيل المثال. لكن باستخدام التمثيل المكثف للتنسورات tensors الذي يمكن من خالله ضغط التعقيدات الرياضية الممتدة في عدد قليل من الرموز فإن معضلة معادلة حقل آينشتاين النهائية تصير مدمجة بما فيه الكفاية ألن تصبح نقشا على قمصان قطنية يرتديها المهووسون بالفيزياء. في واحدة من بدائلها العديدة يمكن أن تكتب المعادلة على النحو التالي: Rμν - ½ gμνr = -8 π G Tμν حيث الجانب األيسر من المعادلة -الذي يعرف اآلن باسم تنسور آينشتاين ويمكن أن يكتب ببساطة ك -Gμν يصف كيف تتشوه هندسة الزمكان وتنحني بواسطة األجسام الضخمة. أما الجانب األيمن فيصف حركة المادة في حقل الجاذبية. وي بين التفاعل بين الجانبين كيف تحني األجسام الزمكان وكيف تؤثر درجة االنحناء بدورها في حركة األجسام.

35 تاريخ منذ ذلك الحين وحتى يومنا هذا كان هناك خالف حول األسبقية: أي عناصر المعادالت الرياضية للنظرية النسبية العامة اكت شفت أوال بواسطة هيلبرت وليس من قبل آينشتاين. وأيا كان األمر فإن ما كان يصاغ بهذه المعادالت هو نظرية آينشتاين التي شرحها لهيلبرت أثناء وجودهما معا في غوتنغن في ذلك الصيف من عام وقد أشار هيلبرت بنزاهة إلى هذا األمر في النسخة النهائية من ورقته:»كما يبدو لي إن المعادالت التفاضلية للجاذبية التي تنتج تتوافق مع نظرية النسبية العامة الرائعة التي وضعها آينشتاين«. وكما أوجز الحقا: «إن آينشتاين هو من قام بالعمل وليس علماء الرياضيات.«في غضون بضعة أسابيع كان آينشتاين وهيلبرت يصلحان عالقتهما. فقد رشح هيلبرت آينشتاين لعضوية الجمعية الملكية للعلوم في غوتنغن ورد آينشتاين برسالة ودية قال فيها كيف أن رجلين لمحا نظريات سامية ال ينبغي أن تنتقصها العواطف الدنيوية. وكتب آينشتاين:»لقد كان بيننا امتعاض معين ال أريد تحليل أسبابه.«وأضاف:»لقد حاربت ضد الشعورين المترابطين: المرارة مع النجاح التام. إنني أعاود التفكير فيك بلطف ال تشوبه شائبة وأسألك أن تحاول فعل الشيء نفسه معي. إنه موضوعيا لعار أال يمنح رجالن حقيقان ب عثا من هذا العالم الرديء بعضهما البعض قليال من البهجة.«

36 تاريخ الا ساسيات متهيد للنسبية لقد أعادت النسبية العامة تعريف مفهوم الجاذبية (الثقالة) -بدلا من قوة تجذب الكتل معا وكشفت النظرية عن أنها نتيجة بسيطة لهندسة المكان والزمان. فقد منت هذه الفكرة من وحي نظرية النسبية الخاصة الا ضيق حدودا والتي توصل إليها ألبرت آينشتاين قبل عشرة أعوام. لقد أثبتت هذه النظرية أن المكان والزمان كيان واحد الزمكان (أسفل الرسم التوضيحي). وفي نظريته عن النسبية العامة وصف آينشتاين ما يحدث عندما توجد كتلة في الزمكان (أعلى الرسم التوضيحي إلى اليمني) فتو دي إلى انحناي ه وإجبار الا جسام المارة عبره على اتباع مسار منحن. وإذا ما اكتظت كتلة كافية في منطقة صغرية جدا فسينحني الزمكان إلى ما لانهاية: مام يو دي إلى نشوء ثقب أسود (أسفل الرسم التوضيحي إلى اليمني). زمكان بكتلة عند وجود كتلة - سواء أ كانت نجام أو كوكبا أو إنسانا- فا ن الزمكان ينحني حولها بحيث يتعني على جسم يتنقل بالقرب منها اتباع مسار داي ري يقترب به إلى الكتلة. وكام أن الحركة في خط مستقيم على سطح جسم كروي مستحيلة فا ن الحركة بخط مستقيم عبر الزمكان المنحني مستحيلة أيضا. ي نت ج هذا التا ثري الجاذبية التي ندركها على أنها تجاذب بني كتلتني. إلى اليسار رسم تخطيطي مبسط ثنايئ الا بعاد لمنحنى الزمكان وفي الا سفل تقريب للوضع نفسه في ثلاثة أبعاد. زمكان بلا كتلة إن أول ما أثبتته النظرية النسبية الخاصة هو أن الكون كام نعرفه له أربعة أبعاد -ثلاثة مكانية واحد زمني. والزمكان في غياب الكتلة هو في الا ساس شبكة وأقصر مسار لتنقل جسم عبره هو الخط المستقيم. ولا ننا لا نستطيع متثيل أربعة أبعاد على هذه الصفحة ثناي ية الا بعاد عرضنا هنا رسام تخطيطيا مبسطا للا بعاد المكانية الثلاثة مع موقع الجسم في أوقات مختلفة لتمثيل البعد الرابع المفقود. أفق الحدث الحدث المتفرد جسم ضخم ضوء جسم ضخم جسم الزمكان مع كتلة فاي قة واحدة من أكرث نتاي ج النسبية العامة إثارة للذهول هي فكرة الثقوب السوداء. وهذه تحدث عندما تكون الكتلة كثيفة مبا فيه الكفاية لتشكيل ما يسمى الحدث المتفرد singularity وهي نقطة ينحني عندها الزمكان إلى ما لا نهاية. يحدد الثقب الا سود المنطقة المحيطة بالحدث المتفرد حيث الجاذبية على درجة كبرية من القوة لا ميكن معها لا ي شيء يدخلها الخروج مرة أخرى. ويعتقد علامء الفيزياء الا ن أن الثقوب السوداء واسعة الانتشار في جميع أرجاء الكون وأنها تنتج غالبا من موت النجوم. وهنا صورة مبسطة لثقب أسود في شريحة ثناي ية الا بعاد من الفضاء مع مسار لولبي لجسم يسقط فيه وتقريب للوضع نفسه في الا بعاد المكانية الثلاثة. 1 و 2 و 3 = أين 4= متى البعد الثاين البعد الثالث البعد الا ول Illustration by: Nigel Holmes الرسم التوضيحي: نايجل هولمز الثقب الاسود الموقع السابق للجسم الموقع عديم الكتلة الموقع الحالي المستقبلي

37 تاريخ»أجرأ أحالمي«كان زهو آينشتاين مفهوما. فهو قد أنجز مراجعة جوهرية لمفهومنا عن الكون وهو في السادسة والثالثين من العمر. ولم تكن نظريته عن النسبية العامة محض تفسير لبعض البيانات التجريبية أو اكتشاف لمجموعة أكثر دقة من القوانين. بل كانت نهجا جديدا كليا في رؤية العالم. لقد بين آينشتاين من خالل نظريته عن النسبية الخاصة أن الفضاء والزمن ال يوجدان مستقلين بل إنهما بدال من ذلك يشكالن نسيج الزمكان اآلن مع النسخة العامة من النظرية لم يعد نسيج الزمكان هذا مجرد حاوية لألشياء واألحداث. بل عوضا عن ذلك له دينامياته الخاصة التي ت تحد د بواسطة وتساعد بدورها على تحديد حركة األجسام داخلها -بطريقة تشبه انحناء قماش الترامبولين )النطاطة( حين تتدحرج عليه كرة البولينغ وبعض كرات البلياردو ثم يقوم االنحناء الديناميكي لقماش الترامبولين بدوره بتحديد مسار الكرات المتدحرجة فيتسبب في تحرك كرات البلياردو صوب كرة البولينغ. لقد ف س ر انحناء وتذبذب نسيج الزمكان الجاذبية وتكافؤها بالتسارع والنسبية العامة إلى كل أشكال الحركة. وهذا»ربما كان أعظم ما اكتشفه العلم«في رأي بول ديراك Paul Dirac رائد ميكانيكا الكم الحائز على جائزة نوبل. أما ماكس بورن Max Born وهو عمالق آخر من عمالقة الفيزياء في القرن 20 فقد قال عنه إنه:»أعظم مآثر التفكير البشري عن الطبيعة والدمج األكثر إبهارا بين النفاذ الفلسفي والحدس المادي والمهارة الرياضية.«

38 تاريخ لقد استنفدت هذه العملية برمتها آينشتاين. فقد انهار زواجه وكانت الحرب تجتاح أوروبا. لكنه كان أسعد ما يمكن.»لقد تحقق اآلن أجرأ أحالمي«كما قال متهلال لصديقه المفضل المهندس ميشيل بيسو.Michele Besso»التغاير العام.General covariance الحضيض الشمسي لحركة عطارد رائع الدقة«. ووقع على كالمه ]بعبارة[»راض ولكن م د م ر تماما.«بعد سنوات عندما سأله ابنه الصغير إدوارد لماذا كان بهذه الشهرة أجاب آينشتاين باستخدام صورة بسيطة لوصف استبصاره األساسي: إن الجاذبية هي انحناء نسيج الزمكان. وقال»عندما تزحف خنفساء عمياء على سطح غصن منحن فإنها ال تالحظ أن المسار الذي قطعته هو في الواقع منحن«. وأضاف:»لقد كنت محظوظا بما فيه الكفاية حتى أالحظ ما لم تالحظه الخنفساء.«للمزيد The Field Equations of Gravitation. A. Einstein in Preussische Akademie der. Wissenschaften, Sitzungsberichte, pages ; November 25, Einstein: His Life and Universe. Walter Isaacson. Simon & Schuster, من أرشيفنا On the Generalized Theory of Gravitation. Albert Einstein; April An Interview with Einstein. I. Bernard Cohen; July 1955.

39 علم الكونيات سبتمرب 2015

40 علم الكونيات علم الكونيات كل البشر خطاؤون لكن أخطاء الفيزيائيين األسطوريين تلقي بدائرة خاصة من الضوء بقلم: لورنس إم. كراوس ترجمة: د.إيهاب عبد الرحيم علي

41 علم الكونيات يف سطور على الرغم من قدراته اإلدراكية الهائلة فقد فشل آينشتاين مرارا وتكرارا في فهم معنى بعض أفكاره األكثر أهمية أو عدم إدراك أهميتها. ونتيجة لذلك فقد أنكر أهمية عدسة الجاذبية وتشك ك في البداية في حقيقة موجات الجاذبية وفشل في توق ع اكتشاف الكون المتوس ع. دراسة آينشتاين تزودنا بنظرة ثاقبة في عملية تفكيره فضال عن توفيرها منظورا جديدا لتاريخ ثالثة من المجاالت األكثر إثارة في الكوزمولوجيا الحديثة. لورنس إم. كراوس Lawrence M. Krauss مدير مشروع األصول في جامعة والية أريزونا Arizona State University وهو كذلك أستاذ مؤسس في كلية استكشاف األرض والفضاء School of Earth and Space Exploration وقسم الفيزياء هناك. وهو مؤلف تسعة كتب )بما في ذلك واحد من أكثر الكتب مبيعا وهو بعنوان فيزياء ستار تريك وكون من ال شيء Physics of Star Trek and Universe from Nothing ومنتج فيلم غير المؤمنين The Unbelivers وهو فيلم وثائقي عن العلم والعقل.

42 علم الكونيات مثل كل الناس ارتكب ألبرت آينشتاين العديد من األخطاء ومثل معظم علماء الفيزياء فقد قام بنشرها في بعض األحيان. وبالنسبة إلى معظمنا فإننا نسعد بنسيان تلك المرات التي ضللنا فيها عن جادة الصواب. وفي حالة آينشتاين فحتى األخطاء جديرة بالمالحظة. فهي تلقي الضوء على تطور تفكيره والتحوالت المحيطة في المفاهيم العلمية للكون. وتكشف أخطاء آينشتاين أيضا عن التحديات التي ينطوي عليها االستكشاف عندما تكون في الطليعة. فعندما تقوم بدفع حدود الفهم فمن الصعب معرفة ما إذا كانت األفكار المكتوبة على الورق تتوافق مع الظواهر الحقيقية وما إذا كانت هناك فكرة جديدة جذريا ستفضي إلى رؤى عميقة أم إنها سوف تتالشى تدريجيا. على مدى السنين قام آينشتاين- وهو الرجل الذي أعاد بكل جرأة تعريف معنى الزمن والمكان- بالتقليل من أهمية اكتشافاته وأعاد التفكير في صحة أفكاره على نحو متواتر بصورة مدهشة. واليوم ترتكز ثالثة مجاالت مزدهرة كاملة في الكوزمولوجيا )علم الكونيات( على أفكار أساء آينشتاين تقديرها: عدسة الجاذبية Gravitational lensing وموجات الجاذبية Gravitational waves والتوس ع المتسارع للكون الذي نعيش فيه. عدسة الجاذبية /عدسة_الجاذبية موجة الجاذبية /موجة_ثقالية

43 علم الكونيات عدسة آينشتاين المشو هة في حالة تأثير عدسة الجاذبية تمث ل خطأ آينشتاين الجسيم في التقليل من شأن واحدة من نتائجه األكثر شهرة: توقع ه بأن الضوء ينحني في مجال للجاذبية. وفي ديسمبر 1936 نشر مقاال قصيرا في مجلة ساينس Science تحت عنوان»فعل شبيه بالعدسة لنجم بفعل انحراف الضوء في مجال الجاذبية.«Lens-Like Action of a Star by the Deviation of Light in.the Gravitational Field فاستهل المقال بضرب من البراءة التي يستحيل أن نجدها في األدبيات األكاديمية الحديثة:»قبل حين قام بزيارتي آر. دبليو. ماندل.R.W Mandl ]وهو مهندس تشيكي[ وطلب إلي نشر نتائج الحسبة البسيطة التي أجريتها بناء على طلبه. وقد أعددت هذه الورقة بناء على رغبته.«بحثت الحسبة البسيطة إمكانية أن تنتج انحرافات شديدة للضوء بفعل الجاذبية. كان من السهل على آينشتاين إظهار أنه في وجود جرم مؤثر ضخم بما فيه الكفاية ومسلك قريب بما فيه الكفاية فإن أشعة الضوء القادمة من مسافة كبيرة وراء الجرم ستنحرف بفعل الجاذبية )الثقالة( لدرجة أنها يمكن أن تتالقى مما ينتج عنه صورة م كب رة أو صور متعددة للمصدر البعيد - أقرب إلى انحناء الضوء عبر عدسة ومن هنا جاءت تسمية تأثير عدسة الجاذبية. وقد تطور مفهوم تأثير عدسة الجاذبية كواحد من أدوات الرصد األكثر أهمية في الكوزمولوجيا الحديثة ألنه يوفر وسيلة لالستدالل على توزيع الكتلة في الكون حتى في األماكن التي تكون فيها المادة غير مرئية.

44 علم الكونيات لكن لم يعترف آينشتاين بحجم أو أهمية تأثير عدسة الجاذبية. وبدال من ذلك فقد خلص في دراسته المنشورة في عام 1936 إلى أن تقسيم الصور الناجم عن مرور الضوء بجوار نجم قريب سيكون من الصغر بحيث يكون غير قابل للقياس Immeasurable أساسا وهو ما يفسر بال شك طبيعة التقليل من الشأن الوارد في مقدمة ورقته. لقد كان م حقا من الناحية التقنية. لكن يبدو أنه لم يخطر بباله أن النجوم ليست هي األجرام الوحيدة التي يمكن أن ت نتج مثل هذا االنحناء. إن غفلة آينشتاين هي مثيرة للدهشة بدرجة أكبر نظرا للتأثير الهائل لعدسة الجاذبية في شهرته العلمية. كان انحراف الضوء بفعل جرم ضخم بمثابة نبوءة رصدية رئيسية في نظرية النسبية العامة. وفي عام 1919 رصدت حملة بقيادة الفيزيائي آرثر إدينغتون Arthur Eddington كسوف الشمس وقررت أن ضوء النجوم المار بالشمس ينحرف كما توقع آينشتاين تماما. وظهرت أخبار هذا التأكيد على الصفحات األولى من الصحف في جميع أنحاء العالم كما أسهمت الدراما التي أثارتها حملة بريطانية أكدت نتائج أبحاث عالم ألماني بعد نهاية الحرب العالمية األولى مباشرة دون شك في افتتان الجمهور بها. وسرعان ما وصل آينشتاين إلى مستوى من الشهرة العلمية لم يحققه أحد غيره منذ ذلك الحين. وقد حدث تطور آخر في القصة. كان آينشتاين قد أجرى حسابات انحناء الضوء نفسها قبل ذلك بسنوات وبالتحديد في عام بيد أنه لم يدرك األهمية الكوزمولوجية للنتيجة التي توصل إليها في ذلك الحين أيضا. واألسوأ من ذلك أنه ارتكب خطأ رياضياتيا شبه كارثي: فقد أجرى حساباته باستخدام

45 علم الكونيات نسخة مبكرة من النسبية العامة التي توقعت أن انحراف الضوء بفعل الجاذبية يبلغ نصف قيمته الحقيقية. وكان من المقرر إرسال حملة لدراسة انحناء ضوء النجوم بفعل الشمس خالل كسوف الشمس الذي وقع في عام 1914 لكنها أ لغيت بسبب اندالع الحرب العالمية األولى. وكان آينشتاين محظوظا ألن هذه المشاهدة لم تحدث أبدا. فلو تمت لكان التنبؤ األول لنظرية آينشتاين الناشئة حول الجاذبية قد اختلف مع البيانات. أما كيف كان ذلك سيؤثر على حياته والمسار الالحق لتاريخ العلم فال يزال محال للتخمينات. بعد نشر المقال في عام 1936 كتب آينشتاين بلطف إلى المحرر بتقييم خاطئ لبحثه:»اسمح لي أيضا بأن أشكرك على تعاونك في نشر هذا المقال الصغير الذي اعتصره مني السيد ماندل.Mandel ليس للبحث قيمة تذكر لكنه يجعل الرجل المسكين سعيدا.«أما ما غاب عن آينشتاين- كما أشار إليه بوضوح الفلكي الغضوب لكن المتألق في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا California Institute of Technology الفلكي فريتز زويكي Fritz Zwicky في ورقة بحثية قدمها إلى مجلة مراجعات فيزيائية Physical Review في غضون أشهر من تاريخ نشر مقال آينشتاين- فهو أن النجوم تتجمع لتشكل المجرات. فقد تنتج النجوم الفردية تأثيرات عدسية صغيرة بحيث ال يمكن مالحظتها كما الحظ زويكي لكن تأثير عدسة الجاذبية الناجم عن المجرات الضخمة التي قد تحتوي على 100 بليون نجم قد يكون واضحا. كانت دراسة زويكي المؤلفة من صفحة واحدة التي نشرت في عام 1937 متميزة للغاية. وقد اقترح فيها ثالثة استخدامات لتأثير عدسة للجاذبية والتي تنبأت بالغالبية العظمى من التطبيقات التي تمك ن علماء الفلك من تحقيقها

46 علم الكونيات خالل العقود الالحقة: اختبار نظرية النسبية العامة واستخدام تأثير عدسة الجاذبية للمجرات لتكبير األجرام البعيدة التي ستكون غير قابلة للرصد بخالف ذلك واستخدام تأثير عدسة الجاذبية لقياس كتل أكبر األجرام في الكون. بيد أن زويكي لم يتوصل إلى تطبيق رابع اتضح الحقا أنه بالقدر نفسه من األهمية وهو استخدام تأثير عدسة الجاذبية للمجرات الستكشاف البنية الهندسية للكون وتطوره بأكبر المقاييس. من الصعب أن نتخيل وجود تقليل أكبر من هذا ألهمية أي عملية حسابية في الفيزياء. وضع حرج بسبب أحداث متفرد وهمية في حالة موجات الجاذبية - والتي هي تموجات Ripples في الزمكان - أدرك آينشتاين مبكرا أنه نظريته تشير إليها بصورة ضمنية لكنه تراجع لفترة عن ادعاءاته األصلية والصحيحة بوجودها. أما اليوم فإن اكتشاف موجات الجاذبية الناجمة عن ارتطام الثقوب السوداء والنجوم المتفجرة أو تلك المتخلفة عن الحقبة التضخمية )عصر التوسع الفائق السرعة الذي وقع بعد االنفجار الكبير مباشرة( يعد بفتح نافذة جديدة واسعة على الكون. تنبأ آينشتاين بموجات الجاذبية ألول مرة بعد وقت قصير من وضع اللمسات األخيرة على نظريته عن النسبية العامة في عام وعلى الرغم من أن رياضيات حسابات الموجات تتسم بتعقيدها إال أن طريقة التعليل التي استخدمها لم تكن كذلك. فوفقا لقوانين الكهرومغناطيسية إذا قمنا بنقل شحنة كهربائية ذهابا وإيابا فسنقوم بتوليد اضطراب متذبذب يعبر عن نفسه

47 علم الكونيات كموجة كهرومغناطيسية مثل الضوء. وبالمثل إذا نقلنا حصاة جيئة وذهابا عبر سطح بركة فسنقوم بتوليد نمط من موجات المياه. أثبت آينشتاين أن المادة تحني الفضاء ومن ثم فإن المادة المتحركة البد وأن تنتج اضطرابا متذبذبا مماثال في الفضاء. لكنه بعد ذلك بدأ يشكك فيما إذا كانت هذه االضطرابات حقيقية ماديا. أعلن آينشتاين عن هذا التغي ر في رأيه في دراسة نشرها عام 1936 في مجلة مراجعات فيزيائية )وهي المجلة األمريكية المرموقة نفسها التي نشرت بحث تأثير عدسة الجاذبية لزويكي(. بيد أن حكاية ارتكابه الخطأ واكتشافه خطأه الحقا قد تم تحريفها على نحو هزلي تقريبا. كان آينشتاين قد انتقل إلى الواليات المتحدة قادما من ألمانيا قبل ثالث سنوات ومن الواضح انه لم يكن قد اعتاد بعد على الطريقة التي تسير بها األمور في العالم الجديد. وفي هذا الوقت نفسه تقريبا قدم ورقته المعنونة»هل موجات الجاذبية موجودة «Do Gravitational Waves Exist كتب آينشتاين رسالة إلى زميله ماكس بورن Max Born قائال:»جنبا إلى جنب مع أحد المساعدين الشبان توصلت إلى نتيجة مثيرة لالهتمام وهي أن موجات الجاذبية ال وجود لها على الرغم من أنه حقيقة وجودها كان مؤكدا ألول وهلة. يبين لنا هذا أن معادالت حقل النسبية العامة يمكنها أن تخبرنا بالمزيد أو أنها باألحرى تقي دنا بأكثر مما كنا نعتقد حتى اآلن.«لم تعد النسخة األصلية من الورقة البحثية التي أرسلها آينشتاين إلى مجلة مراجعات فيزيائية موجودة ألنها لم تنشر هناك مطلقا. وباتباع اإلجراء المعتاد قام رئيس تحرير المجلة بإرسال ورقته )التي شاركه في تأليفها ناثان روزن Nathan Rosen الذي كان يعمل وقتها كمساعد باحث مع آينشاين في

48 علم الكونيات معهد الدراسات المتقدمة Institute for Advanced Study في برينستون نيو جيرسي( لمراجعة النظراء.Peer review وورد تقرير نقدي من م حك م مجهول أ رسل إلى آينشتاين للرد. ذهل آينشتاين من إخضاع عمله للمراجعة بالنظر إلى أن هذه السياسة لم تكن هي القاعدة في المنشورات األلمانية التي كان يقدم أبحاثه إليها في السابق. وردا على ذلك كتب آينشتاين رسالة متعجرفة إلى رئيس التحرير جاء فيها:»كنا )السيد روزن وأنا( قد أرسلنا إليكم مخطوطتنا للنشر ولم نأذن لك بإطالع المختصين عليها قبل طباعتها. ال أرى أي سبب للرد على تعليقات خبيركم المجهول - والتي هي خاطئة على أي حال. وبناء على هذه الواقعة فإنني أفضل أن أنشر تلك الورقة في مجلة أخرى.«بيد أنه لم يتقدم مرة أخرى بأي مقالة للنشر في مجلة مراجعات فيزيائية. يبدو أنه أيضا لم يقرأ تقرير المحك م الذي كتبه عالم الكوزمولوجيا األمريكي البارز هوارد بيرسي روبرتسون Howard Percy Robertson الذي يفسر بشكل صحيح وجود خطأ جسيم في تفكير آينشتاين. حاول آينشتاين وروزنكتابةصيغةلموجاتالجاذبيةالمستويةGravitational plane waves )موجات مسطحة متساوية التباعد مماثلة للتموجات الحادثة في بركة بفعل صخرة أسقطت فيها من مسافة بعيدة للغاية( لكن أثناء قيامهما بذلك واجها حدثا متفردا - Singularity وهي موضع تصبح فيه الكميات ضخمة إلى ما ال نهاية. بيد أن هذه النتيجة التي ال معنى لها قادتهما إلى استنتاج أن هذه الموجات ال يمكن أن تكون موجودة. وفي الواقع لم يفهم آينشتاين مبادئ الرياضيات التي تنطوي عليها نظريته. إذ تخبرنا النسبية العامة بأن الطبيعة مستقلة عن الصورة الم عي نة التي يختارها العلماء لتحديد

49 علم الكونيات اإلحداثيات في الفضاء والعديد من النتائج الغريبة ظاهريا والناتجة من حل معادالت النسبية ندرك اآلن أنها مجرد نواتج ثانوية الستخدام نظام اإلحداثيات الخطأ. وعلى سبيل المثال يحيط بالثقب األسود ق طر radius يطلق عليه اسم أفق الحدث Event horizon والذي ال يمكن بداخله للمرء أن يفلت أبدا من جاذبية الثقب األسود. وعند كتابة المالمح الهندسية حول الثقب األسود فإن العديد من الكميات- بما في ذلك المسافة والزمن- يبدو أنها تنفجر عند أفق الحدث. لكن فهذه الالمنتهيات Infinities تتنافى مع قواعد الفيزياء. وفي مجموعة أخرى من اإلحداثيات والتي تتحدد بالطريقة التي يتحرك فيها الضوء عبر الفضاء فإنها تختفي. وينطبق األمر نفسه على موجات الجاذبية. فليس هناك حتى نظام واحد من إحداثيات يمكن من خالله وصف موجات الجاذبية المستوية دون الوصول إلى أحداث متفردة واضحة لكنها ليست حقيقية. باستخدام نوعين مختلفين ومتداخلين من اإلحداثيات فإن األحداث المتفردة تختفي. ولما كان ال يزال مقتنعا بحجته أعاد آينشتاين تقديم ورقته البحثية إلى مجلة معهد فرانكلين Journal of the Franklin Institute ولكن قبل أن ت نشر أدرك خطأه مرة أخرى ومن ثم أبلغ المحررين بأنه اكتشف عددا من األخطاء. أما الصيغة النهائية المنشورة والتي أعاد تسميتها حول موجات الجاذبية On Gravitational Waves فتقدم حال لمعادالت النسبية العامة التي تستخدم نظم إحداثيات مختلفة- والتي تتسم بمالءمتها لموجات جاذبية أسطوانية وليست مستوية- التي ال تظهر فيها أية أحداث متفردة كما اقترح روبرتسون تماما.

50 علم الكونيات لكن كيف توصل آينشتاين إلى االستنتاج الصحيح في نهاية المطاف فوفقا للباحث الذي عمل كمساعد له في وقت الحق ليوبولد إنفيلد Leopold Infeld فقد اتصل روبرتسون بإنفيلد وشرح له بلطف كال من الخطأ الوارد في الورقة األصلية والحل المحتمل له والذي قام إنفيلد بتوصيله إلى آينشتاين. ومن الظاهر أن روبرتسون لم يقم مطلقا بالكشف عنه أنه كان محك م هذه الورقة البحثية كما أن آينشتاين لم يأت مطلقا على ذكر تقرير المحك م األصلي. وتمثلت نتيجة ذلك في أن آينشتاين لم ينشر مطلقا ا دعاءه الخاطئ الذي ينكر وجود موجات الجاذبية وذلك فقط بفضل تدخل أحد المراجعين النظراء الشديدي الدقة.

51 علم الكونيات لكن آينشتاين لم ي بل بالء حسنا بالقدر نفسه فيما يتعلق بالثقوب السوداء. فقد ظل متحي را بفعل الحدث المتفرد الالفيزيائي في أفق الحدث ومن ثم افترض أن الطبيعة البد وأن حظرت وجوده بطريقة أو بأخرى. وقد جادل في أنه المحافظة على الحركة الزاوية )الزخم الزاوي( Angular momentum ستدفع الجسيمات في جرم منهار إلى تحقيق االستقرار في مدارات ذات نصف قطر محدود مما يجعل تكو ن أفق الحدث ضربا من المستحيل. وكذلك لم يتقبل وجود الثقوب السوداء مطلقا كأجرام واقعية من الناحية الفيزيائية. خطأ ألمعي تمث ل أكثر أخطاء آينشتاين شهرة في تعديله لنظرية النسبية العامة بحيث تسمح بوجود كون غير متوسع. وقد اشتهر ذلك على نطاق واسع ألنه شجبه بنفسه باعتباره خطأ. عندما أتم نظرية النسبية العامة في عام 1915 كانت الحكمة السائدة هي أن مجرتنا درب التبانة كانت محاطة بفراغ ال نهائي كان ثابتا وخالدا في الوقت نفسه. لكن آينشتاين أدرك أن قوة الجاذبية الناجمة من المادة في نظرية النسبية العامة )وكذلك هي الحال في نظرية نيوتن( تتسم بجاذبيتها على مستوى العالمي مما يجعل الحل الثابت ضربا من المستحيل. البد وأن الجاذبية تدفع المادة إلى االنهيار نحو الداخل. ولذلك ففي ورقة بحثية نشرها في عام 1917 بعنوان: اعتبارات كوزمولوجية في نظرية النسبية العامة Cosm o logical Considerations in the General Theory of Relativity قد م آينشتاين مصطلحا إضافيا ثابتا في معادالته لنظرية النسبية العامة لضمان وجود كون ثابت. وسيوفر المصطلح

52 كيف كان آينشتاين م خطي ا علم الكونيات في ثلاث حالات ري يسية قام آينشتاين بشكل مدهش بالتقليل من قيمة النتاي ج التي توصل إليها أو قرر أن اكتشافا صحيحا هو غري صحيح. بيد أن أفكاره التي أنكر صحتها أثبتت كونها ذات أهمية حاسمة لعلم الكونيات الحديث. فتستخدم تا ثريات عدسة الجاذبية في رسم خراي ط عناقيد المجرات حيث توفر موجات الجاذبية فهام أعمق اللحظات الا ولى للانفجار الكبري في حني أن الثابت الكوين Cosmological constant ينظ م تطور الكون. موقع المجرة الحقيقي اتضح لاحقا بالقرب أن انحناء من المجرة الضوء المنبعث من مجرة كاملة أكرث شدة حتى مام تصوره آينشتاين بخصوص النجوم البعيدة وحدها الا رض موقع المجرة المشاه د بالقرب من نجمة الموقع الحقيقي لنجم بعيد الموقع المشاه د لنجم بعيد تا ثري العدسة لنجم واحد صغري جدا عدسة الجاذبية عندما نشر آينشتاين ورقته البحثية التي وصف فيها عدسة الجاذبية في عام 1936 خلص عن طريق الخطا إلى أن هذه الظاهرة ستكون غري قابلة للرصد لا نه مل يفكر سوى في تا ثري عدسة الجاذبية لضوء النجوم الوارد من النجوم الا خرى وليس في تا ثري عدسة الجاذبية الا كرث وضوحا بكثري والذي تفرضه المجرات على المجرات الا خرى وهذا هو السبب في أنه مل ينشر نتاي جه في وقت سابق. وإنه لا مر جيد أيضا: في أول مرة قام فيها آينشتاين باحتساب تا ثري عدسة الجاذبية في عام 1912 كان يستخدم شكلا مبكرا من نظريته ومن ثم كانت توقعاته غري صحيحة. ولو كان قد قام بنشر التنبو الخاطي لرمبا أثر ذلك في القبول النهايئ لنظرية النسبية العامة- وهو الا مر الذي كان سيمثل خطا كبريا. يتسم تا ثري عدسة الجاذبية لنجم منفرد بكونه بالغ الصغر موجات الجاذبية نظرة رمزية على أحد الا مناط المندرجة تحت أحد نظم الا حداثيات Symbolic look تشري النسبية العامة ضمنا إلى وجود موجات الجاذبية لكن آينشتاين قر ر في البداية رفض توقعاته الخاصة. وقد نتج تعليله الخاطي من خطا في الرياضيات أي الاستنتاج غري الصحيح با ن الا حداث المتفردة اللانهاي ية الظاهرة في النتاي ج كانت حقيقية. إلا أنها مل تكن سوى نتاي ج ثانوية لاستخدام نظام غري مناسب للا حداثيات من أجل استخلاص النتاي ج المتعلقة مبوجات الجاذبية المستوية. أدت مراجعة الا قران لورقة آينشتاين البحثية إلى تا جيل نشرها مام أتاح له الوقت للتوصل إلى الصيغة الصحيحة التي وصف فيها موجات الجاذبية الا سطوانية والتي نشرها في مجلة أخرى. منط الوديان والقمم في ظل نظام آخر للا حداثيات Same peak-and-valley معادلة حقل آينشتاين الثابت الكوين T المادة والطاقة اللتان تو ثران في الزمكان G و c هام من عوامل التحويل الثابت الكوين الذي يرمز إليه بالحرف اليوناين لامدا هو مصطلح اعتباطي لمواجهة قوة الجاذبية تصف R و g ب نية الزمكان في عام 1917 قام آينشتاين بتعديل نظرية النسبية العامة با ضافة م لحقة أطلق عليها اسم الثابت الكوين لمعادلة الجاذبية والسامح بوجود كون ثابت. لكن كان الثابت معيبا من ناحية الرياضيات ومن ثم فقد تخلى عنه عندما اكتشف علامء الفلك أن الكون آخذ في التوسع. ولو كان وثق في صحة معادلاته لكان من الممكن التنبو بالتوسع الذي أفضى إلى الانفجار الكبري. ومن المفارقات الساخرة نجد عودة الثابت الكوين إلى الساحة حيث ميثل الا ن تا ثريات الطاقة المعتمة.Dark energy

53 علم الكونيات الكوزمولوجي تنافرا مضادا للجاذبية في كافة أرجاء الفضاء والذي يعمل على»تحجيم الجاذبية«كما كان يأمل به آينشتاين. لم يكن هناك أي مبرر فيزيائي لهذا المصطلح اللهم إال إيقاف االنهيار. في غضون عشر سنوات من تقديم الثابت الكوني بدأت األدلة تتراكم على أن الكون لم يكن ثابتا. في البداية كان آينشتاين معارضا. طو ر الفيزيائي والقس الكاثوليكي البلجيكي جورج لوميتر Georges Lemaître نموذجا لتوس ع الكون والذي تضم ن نوعا من االنفجار الكبير Big Bang في عام 1927 أي قبل عامين من نشر إدوين هابل Edwin Hubble لورقته البحثية البارزة التي قام فيها بتوثيق انحسار المجرات. وذكر لوميتر في وقت الحق أن آينشتاين عاتبه قائال:»إن تقديراتك صحيحة لكن وصفك الفيزيائي بغيض!«وفي نهاية المطاف غي ر آينشتاين رأيه. وقد توج ه إلى زيارة هابل ونظر عبر تلسكوبه المثب ت في مرصد ماونت ويلسون بالقرب من باسادينا بوالية كاليفورنيا وفي عام 1933 يقال إن آينشتاين أشاد بالنظرية الكونية التي وضعها لوميتر إذ قال:»يمثل هذا أجمل تفسير استمعت إليه حول الخلق وأكثرها إرضاء.«ولم يغب على آينشتاين أنه في الكون المتوس ع لم تعد هناك أي حاجة إلى ثابت كوني من أجل إبقاء األمور ثابتة. فحتى في عام 1919 كتب آينشتاين أن الثابت»يضر بشدة بالجمال الشكلي للنظرية.«وفي إشارة كثيرا ما ي ستشهد بها والتي وردت في كتاب جورج غامو George Gamow المعنون خط عالمي My World Line سرد غامو الحكاية التالية:»بعد ذلك بوقت طويل في حين كنت أناقش بعض المسائل الكوزمولوجية مع آينشتاين أشار إلى أن إدخال مصطلح الثابت الكوني كان أكبر خطأ ارتكبه في حياته على اإلطالق.«

54 علم الكونيات وبإعادة النظر في الماضي كان آينشتاين مخطئا تماما في اعتقاده أن الثابت الكوني كان عديم القيمة لكن طرحه له كان خطأ وذلك لسببين اثنين. لو كانت لديه الشجاعة للدفاع عن قناعاته ألدرك أن تناقض نظرية النسبية العامة مع الكون الثابت كان مجرد تنبؤ. وفي وقت لم يكن فيه أحد يتوقع أن الكون ديناميكي على المقاييس الكبيرة كان بوسع آينشتاين أن يتوقع حدوث التوسع الكوني بدال من االضطرار إلى القبول به على مضض في وقت الحق. كان طرح الثابت الكوني أيضا خطأ بطريقة أكثر عمقا. ببساطة ال يمكن للثابت أن يعمل بالطريقة التي كان ينتويها آينشتاين: فهو لن يسمح بوجود هذا النوع من الكون الثابت الذي كان يحاول إثباته. ومرة أخرى فقد نشأ هذا الخطأ جزئيا ألن آينشتاين استخدم في حساباته إطار اإلحداثيات الخاطئ. لكن تصوره كان خاطئا من المنظور الفيزيائي أيضا. وعلى الرغم من أنه من الممكن تحقيق التوازن لفترة وجيزة بين قوة جاذبية المادة وبين التنافر الناجم عن الثابت الكوني فإن أصغر اضطراب سينتج منه توسع جامح أو انهيار. وسواء مع أم من دون اثابت الكوني فالبد أن يكون الكون ديناميكيا. وقد اتضح في نهاية المطاف أن الثابت الكوني أكثر صالبة بكثير من المعرفة الفلكية المحدودة التي ألهمت التوصل إليه. وعلى الرغم من أن الثابت كان يمثل إضافة م لحقة بمعادالته يدرك علماء الفيزياء اآلن أنه عند النظر إليه عبر عدسة نظرية الكم فإنه يتوافق مع وجود طاقة محتملة تقبع في الفضاء الخالي. وفي الواقع أن فيزياء الكم تتطلب وجود مثل هذا المصطلح الكوزمولوجي. وإضافة إلى ذلك فإن محتوى الفضاء الخالي من الطاقة ليس مجرد مفهوم نظري. في عام 1998 وفي واحدة من القياسات األكثر إثارة

55 علم الكونيات للدهشة في التاريخ الحديث الحظت مجموعتان بحثيتان أن توسع الكون يتسارع مدفوعا إلى الخارج بشيء يبدو أنه يتصرف مثل الثابت الكوني تماما. وفي هذه الحالة يمكن للمرء أن يقول إن آينشتاين قد أخطأ مرتين في الواقع: مرة بإدخال الثابت الكوني للسبب الخطأ ومرة أخرى بالتخلص منه بدال من استكشاف آثاره. الخطأ الذي لم يعترف به مطلقا كانت أخطاء آينشتاين خصبة فكريا ألنها كانت متجذرة في أفكار كبرى مثيرة حول كيفية عمل الفيزياء. وينطبق هذا حتى على ما ينظر إليه عادة باعتباره أكبر أخطائه على اإلطالق: وهو رفضه لقبول ميكانيكا الكم كإحدى النظريات األساسية للطبيعة. وعلى الرغم من أن آينشتاين قد وضع أسس ميكانيكا الكم من خالل نظريته عن التأثير الكهروضوئي )والتي منح عليها جائزة نوبل الحقا( فإنه لم يتخلص من عقلية الفيزياء الكالسيكية بالكامل. كانت فكرة أن مكان أحد الجسيمات يمثل مسألة تتعلق باالحتماالت أو أن جسيما واحدا يمكنه أن يؤثر على نحو فوري في جسيم آخر من مسافة بعيدة ت عد سخيفة تماما على الرغم من أن وجهات نظره بشأن مآزق نظرية الكم كانت أكثر دقة مما كان ي نسب إليه عادة ]انظر:»هل الكون عشوائي «بقلم جورج موزر[. وقد قضى معظم سنواته األخيرة في محاولة دمج معادالت الجاذبية والكهرومغناطيسية ضمن إطار كالسيكي لتشكل ما أسماه نظرية المجال الموحد.Unified field theory

56 علم الكونيات وكجزء من هذا الجهد صار آينشتاين مفتونا بالتكهنات التي طرحها عالم الرياضيات األلماني تيودور كالوزا Theodor Kaluza في عام 1921 والتي تم التوسع في شرحها الحق من قبل عالم الفيزياء السويدي أوسكار كالين.Oskar Klein اقترح الباحثان أنه إذا كان الكون يحتوي على خمسة أبعاد- هي أبعاد الفضاء الثالثة المألوفة وواحد للزمن وب عد خامس منطو لدرجة أنه غير مرئي- فسيكون من الممكن وضع وصف واحد مدمج لكل من الكهرومغناطيسية والجاذبية. وبالنسبة إلى آينشتاين كان من بين الجوانب الجذابة للنظرية أنها كالسيكية بحتة. وفي النموذج أظهر كالين أن التكميم Quantization الظاهري للشحنات الكهربائية قد يكون نتيجة للخصائص الكهرومغناطيسية التي تعكس هندسة الشكل الدائري المغلق للبعد الخامس. بيد أن جهود آينشتاين في بناء نظرية المجال الموحد قد انتهت في نهاية المطاف إلى ال شيء لكن أفكاره الخاطئة أدت مرة أخرى إلى تحقيق اختراقات مهمة. ومن خالل لفت االنتباه إلى البعدين اإلضافيين اللذين تخيلهما كالوزا وكالين ربما ساعد آينشتاين على إلهام رياضيات األبعاد العليا لنظرية األوتار String theory الحديثة وهي افتراض رائج حاليا لدمج النسبية العامة في ميكانيكا الكم. فمن المرجح أن آينشتاين كان سينفر من فكرة نشوء النسبية العامة من رحم ميكانيكا الكم وليس العكس. ولكن كما رأينا فقد كان الرجل أبعد ما يكون عن كونه معصوما.

57 علم الكونيات للمزيد The Origin of Gravitational Lensing: A Postscript to Einstein s 1936 Science Paper. Ju rgen Renn, Tilman Sauer and John Stachel in Science, Vol. 275, pages ; January 10, Einstein versus the تاعجارم.ةيئايزيف Daniel Kennefick in Physics Today, Vol. 58, No. 9, pages 43 48; September من أرشيفنا A Cosmic Conundrum. Lawrence M. Krauss and Michael S. Turner; September The Right Way to Get It Wrong. David Kaiser and Angela N. H. Creager; June 2012.

58 تجارب عقلية سبتمرب 2015

59 تجارب عقلية تجارب عقلية خ ل فت تجارب آينشتاين الفكرية إرثا خاصا طويال ومختلطا إلى حد ما بقلم: سابين هوسينفيلدر لوحة المقدمة: سام فالكونر رسوم التوضيحية: نايجل هولمز ترجمة: آالء التركيت

60 تجارب عقلية يف سطور إحدى املساهامت الدامئة آلينشتاين للفيزياء هي استخدامه للتجارب الفكرية.Gedankenexperiment ونتج من حدسه بشأن املصاعد الساقطة عىل سبيل املثال أعظم إنجازاته أال هي نظرية النسبية العامة. واليوم تتضمن بعض أهم األسئلة يف الفيزياء النظرية تجارب فكرية حول الثقوب السوداء. لكن هناك مشكلة: رمبا تكون هذه التجارب الفكرية بعيدة جدا عن البيانات التجريبية بحيث تكون غري قابلة للفحص. سابين هوسينفيلدر Sabine Hossenfelder أستاذة مساعدة يف نورديتا Nordita املعهد اإلسكندنايف للفيزياء النظرية Physics for Theoretical Institute Nordic يف ستوكهومل. وتعمل عىل الجاذبية الكمية وفيزياء ما بعد النموذج املعياري.Model Standard وميكن قراءة املزيد من كتاباتها عىل مدونتها.) Backreaction وتأمل بأن تتمكن يوما ما من اإلجابة عن تساؤل ابنتها أين ذهب أمس

61 تجارب عقلية إن لفظة Gedankenexperiment في األلمانية تعني التجارب الفكرية كانت المصطلح الشهير الذي استخدمه ألبرت آينشتاين Einstein Albert للتخيالت التي أد ت إلى أعظم إنجازاته في الفيزياء. ولتتبع إدراكه لسرعة الضوء المتناهية - وهي الفكرة الرئيسة لنظرية النسبية الخاصة - Special relativity أحالم اليقظة في مراهقة آينشتاين عن ركوب أشعة من الضوء. وتعود أصول النسبية العامة General relativity وهي نظريته العظيمة عن الجاذبية )الثقالة( Gravity إلى تأمالته في الصعود والنزول في المصعد. وفي الحالتين كلتيهما وضع آينشتاين نظريات جديدة عن العالم الطبيعي باستخدام بصيرته للذهاب إلى ما وراء حدود قياسات المختبر. ولم يكن آينشتاين أول م نظ ر يقوم بذلك وال األخير لكن إنجازاته الرائعة كانت أساسية في وضع التجارب الفكرية ركنا للفيزياء النظرية الحديثة. واليوم يستخدم الم نظ رون التجارب الفكرية بانتظام لوضع نظريات جديدة وللبحث عن المتناقضات أو اآلثار الجديدة في داخل تلك الموجودة. لكن االعتناق الحديث للتجارب الفكرية يطرح بعض األسئلة المزعجة. ففي البحث عن نظرية كبيرة موح دة تجمع بين عالم ميكانيكا الكم Quantum mechanics صغير النطاق ووصف آينشتاين النسبي للكون بمجمله فإن

62 تجارب عقلية أكثر األفكار الحديثة شيوعا تخلو من دعم المالحظة من تجارب فعلية. فهل يمكن للفكر وحده الحفاظ عليها وإلى أي مدى يمكننا أن نثق باالستنتاج المنطقي وأين يقع الحد بين الحدس العلمي والخيال وال يقد م إلينا إرث آينشتاين أي أجوبة أكيدة: فمن جانب كان اعتماده على قوة الفكر نجاحا باهرا كما ي زعم. ومن جانب آخر فإن الكثير من أبرز تجاربه الفكرية كان مبنيا على بيانات من تجارب حقيقية كتجربة مايكلسون-مورلي -Michelson Morley الكالسيكية التي قاست ألول مرة انتظام سرعة الضوء. إضافة إلى ذلك فإن تركيز آينشتاين على ما يمكن قياسه كان يعميه أحيانا عن الطبقات األعمق للواقع لكن حتى أخطائه في التجارب الفكرية ساهمت مباشرة في إنجازات الحقة. وهنا سنتعرف على بعض أبرز تجارب آينشتاين الفكرية مع تبيين كيف أحرزت نجاحها ومواقع إخفاقها وكيف بقيت أساسية ألسئلة تطرح اآلن عند حدود الفيزياء النظرية. المصعد الخالي من النوافذ في تجاربه الفكرية تكمن عبقرية آينشتاين في تمييز جوانب التجربة األساسية من تلك التي يمكن التخلي عنها. فتأملوا أشهرها: تجربة المصعد الفكرية التي بدأ بابتكارها في عام حيث جادل آينشتاين في أنه في داخل مصعد خال من النوافذ ال يمكن للمرء معرفة ما إذا كان المصعد

63 تجارب عقلية واقفا في مجال الجاذبية أم أنه ي سحب لألعلى بتسارع متزايد. ومن ثم خم ن أن قوانين الفيزياء نفسها البد أن تكون متماثلة في الحالتين كلتيهما. ووفقا لمبدأ التكافؤ Principle of equivalence هذا تكون آثار الجاذبية محليا )أي في المصعد( تشابه آثار التسارع في غياب الجاذبية. وبتحويل ذلك إلى معادالت حسابية أصبح هذا المبدأ أساس النسبية العامة. أي بعبارة أخرى حف زت تجربة المصعد الفكرية آينشتاين للقيام بالقفزة الفكرية الجريئة التي أد ت في نهاية المطاف إلى أعظم إنجازاته وصفه الهندسي للجاذبية. فعل شبحي مريب في وقت الحق من مهنته حارب آينشتاين بضراوة مبادئ ميكانيكا الكم السي ما مبدأ الشك Uncertainty principle الذي ينص على أنه كلما تعل مت المزيد عن أحد مظاهر جسيم أساسي كموقعه قل ما يمكن أن تعرفه عن مظهر آخر لذلك الجسيم ذي صلة مثل عزمه )الزخم( Momentum والعكس صحيح. ورأى آينشتاين أن مبدأ الشك عالمة على أن نظرية الكم معيبة إلى حد كبير. وفي أثناء مناقشة استمرت لسنوات مع منظ ر الكم الدنماركي نيلز بور Bohr Niels ابتكر آينشتاين مجموعة من التجارب الفكرية المعنية بإظهار أنه من الممكن مخالفة مبدأ الشك لكن بور حلل كل واحدة منها. وعززت هذه

64 تجارب عقلية المناقشة اقتناع بور بأن الشك الكمي مظهر أساسي للطبيعة. فإذا لم يقدر حتى العظيم آينشتاين على ابتكار طريقة للقياس موضع جسيم عزمه بدقة )أو الطاقة والزمن( فالبد أن مبدأ الشك على شيء! وفي عام 1935 وباالشتراك مع زمالئه بورس بودولسكي Boris Podolsky وناثان روزن Nathan Rosen نشر آينشتاين ما كان يفترض به أن يكون أقوى نقد قدمه ضد مبدأ الشك. وربما ألن بودولسكي وليس آينشتاين هو من صاغ النص الفعلي للبحث لم ت قد م هذه التجربة الفكرية المشتركة بين آينشتاين-بودولسكي-روزن )وتعرف اختصارا بحروف أسمائهم األولى التجربة )EPR كتصو ر سهل التخي ل من صناديق وساعات وأشعة ضوئية بل كسلسلة تجريدية من المعادالت التي تصف التفاعالت بين نظامين كم يين عام ين. تدرس أبسط نسخة من التجربة EPR السلوك المتناقض للجسيمات المتشابكة وهي أزواج جسيمات تتشارك في حالة كمية مشتركة. وهي كالتالي: تخيلوا جسيما غير مستقر بدوران مغزلي Spin مقداره صفر يتحلل إلى جسيمين وليدين يسرعان في اتجاهين متعاكسين. )الدوران المغزلي مقياس للحركة الزاوي ة للجسيم لكنه على نحو غير منطقي ال يتعلق كثيرا بمعد ل التفاف الجسيم(. وتنص قوانين الحفظ Laws conservation على أن دوراني الجسيمين الوليدين ال بد أن يساوي مجموعهما صفرا ومن ثم يمكن لجسيم أن يمتلك قيمة دوران علوي Up وتكون لآلخر قيمة دوران سفلي.Down وتنص قوانين ميكانيكا الكم على أنه في غياب القياس ال يمتلك أي من الجسيمين دورانا محددا بل يكون كالهما في تراكب لحالتي الدوران الممكنتين. وبعد ذلك إذا قيس أحد الجسيمين المتشابكين المسرع ين تتغير حالة اآلخر آنيا حتى وإن ف صلت بين الجسيمين مسافات كبيرة.

65 تجارب عقلية وكان آينشتاين يرى أن هذا»الفعل الشبحي عن بعد«محض هراء. وكانت نظريته في النسبية الخاصة تنص على أنه ما من شيء ينتقل بسرعة تفوق سرعة الضوء فما من طريقة يمكن فيها لجسيمين التواصل مع بعضهما بعضا آنيا من طرفي الكون. واقترح بدال من ذلك أن نتائج القياس البد أن تحددها قبل القياس المتغيرات الخفية Hidden Vriable التي فشلت ميكانيكا الكم في تفسيرها. وتوالت عقود من النقاش حتى عام 1964 عندما صاغ عالم الفيزياء جون ستيوارت بل Bell John Stewart نظرية تقيس بالتحديد كيفية اختالف المعلومات المتشاركة بين جسيمين متشابكين عن المعلومات التي افترض آينشتاين مشاركتها عبر المتغيرات الخفية. ومنذ سبعينات القرن العشرين أكدت باستمرار التجارب المختبرية ذات النظم الكمية المتشابكة أن آينشتاين كان مخطئا وأن الجسيمات الكمية تتشارك بالفعل معلومات مشتركة ال يمكن قياسها بالمتغي رات الخفية. والفعل الشبحي عن بعد حقيقي لكن التجارب تفترض أنه ال يمكن استخدامه لنقل المعلومات بسرعة تفوق سرعة الضوء مما يجعله متوافقا تماما مع نظرية آينشتاين في النسبية الخاصة. وتبقى هذه الحقيقة غير المتوقعة إحدى أكثر األلغاز غموضا في الفيزياء وثبت أن معارضة آينشتاين العنيدة الخاطئة كانت أساسية في تأكيدها.

66 تجارب عقلية آليس وبوب تبحث اليوم بعض أهم التجارب الفكرية في الفيزياء في كيفية التوفيق بين كون آينشتاين المنتظم النسبي وااللتباسات الغامضة المالزمة للجسيمات الكمية. وتأملوا على سبيل المثال مفارقة معلومات الثقب األسود التي يكثر النقاش حولها. وإذا جمعتم نظرية النسبية العامة ونظرية مجال الكم فستجدون أن الثقوب السوداء تتبخر إذ تشع وتطلق كتلتها ببطء جر اء اآلثار الكمومية. كما ستجدون أن هذه العملية ال يمكن عكسها: فبغض النظر عم ا كو ن الثقب األسود فإن الثقب األسود مستمر التبخر ينتج دوما حمام اإلشعاع عديم الشكل نفسه الذي ال يمكن استرجاع أي معلومات عن محتواه منه. لكن ت حظر عملية كهذه في نظرية الكم التي تنص على أن أي حدث من حيث المبدأ يمكن عكسه مع الوقت. فعلى سبيل المثال ووفقا لقوانين ميكانيكا الكم فإن بقايا كتاب محترق ال تزال تضم جميع المعلومات الضرورية إلعادة تجميع هذا الكتاب على الرغم من أن هذه المعلومات ال يمكن الوصول إليها بسهولة. وليست الحال هذه مع الثقوب السوداء المتبخرة. وهكذا نواجه مفارقة وتناقضا منطقيا. ويفيدنا الجمع بين ميكانيكا الكم والنسبية العامة أن الثقوب السوداء البد من تبخرها لكننا نصل إلى أن النتيجة غير متطابقة مع ميكانيكا الكم. البد من أننا نخطئ لكن أين موضع الخطأ عادة ما تطلب إلينا التجارب الفكرية المصممة لدراسة هذه المفارقة تصو ر مراقب ين اثنين بوب وآليس يتشاركان جسيمات متشابكة تلك الوحدات الشبحية من التجربة.EPR وتقفز آليس مع جسيمها في الثقب األسود

67 تجارب عقلية بينما يبقى بوب خارجه وبعيدا عنه. ومن دون آليس يمتلك بوب جسيما عاديا يمكن أن يبلغ دورانه قياسا علويا أو سفليا والمعلومات التي كان يتشاركها مع زوجه التشابكي تكون قد ف ق دت مع فقدان آليس. ويقوم بوب وآليس بدور رئيس في أحد أشهر الحلول المقترحة لهذه المفارقة وهي تكامل الثقب األسود Black hole.complementarity وقد اقترحها عام 1993 ليونارد سسكيند Leonard Susskind والروس ثورالسيوس Lárus Thorlacius وجون أغلوم John Uglum وكانوا جميعهم آنذاك بجامعة ستانفورد University Stanford حيث يرتكز تكامل الثقب األسود على قاعدة آينشتاين الذهبية بوب التشابك للتجارب الفكرية: التركيز الذي يقتصر على ما يمكن قياسه. فخم ن سسكيند وزمالؤه ببساطة أن المعلومات التي سقطت مع آليس البد أن تظهر الحقا مع إشعاع الثقب األسود في أثناء تبخره. وقد ينتج من هذا التصور عادة تناقض آخر ألن ميكانيكا الكم تسمح بالتشابك الزوجي مع زوج واحد تلو اآلخر فحسب وهي خاصية تدعى أحادية التشابك.Monogamy of Entanglement أي إنه إذا كان جسيم بوب متشابكا مع جسيم آليس فال يمكن له أن يتشابك مع أي شيء آخر. لكن تكامل الثقب األسود يتطلب أن جسيم بوب يتشابك مع جسيم آليس ومع اإلشعاع الذي يطلقه الثقب األسود الحقا على الرغم من أن هذا يعارض األحادية. لذلك ومن الوهلة األولى يبدو أن تكامل الثقب األسود يستبدل بتناقض آخر. أليس

68 تجارب عقلية كن كالجريمة المثالية إن لم يشهد أحد هذا التناقض فربما يمكنه هدم قوانين الطبيعة األخرى الصارمة. ويعتمد تكامل الثقب األسود على الحجة القائلة إنه من المستحيل فيزيائيا ألي مراقب أن يرى جسيمات آليس وبوب المتشابكة وهي تخترق القوانين. وألن آليس ال يمكنها الخروج من الثقب األسود لمقارنة مالحظتها بمالحظات بوب فتصوروا مراقبا ثالثا تشارلي يحوم بالقرب من الثقب األسود. ويراقب وقوف بوب بعيدا عن الثقب األسود وسقوط آليس في داخله ويقيس إشعاع الثقب األسود التبخري طوال الوقت. ومن حيث النظرية يمكن أن يشير هذا اإلشعاع لتشارلي أن بوب وآليس قد خالفا أحادية تشابكهما. لكن من أجل التيقن من األمر يجب أن ال يقارن تشارلي مالحظاته بمالحظات بوب فحسب بل أن يقارنها أيضا بمالحظات آليس وهي بداخل الثقب األسود. لذلك يجب أن يحوم حول األفق ويقيس اإلشعاع الصادر ثم يقفز ليخبر آليس بما اكتشف. ومن المثير للدهشة أن سسكيند وثورالسيوس أثبتا أنه مهما حاول تشارلي بشدة من المستحيل أن يدخل الثقب األسود ويقارن معلوماته بمعلومات آليس قبل أن تفصل بينهما القوى المدي ة.Tidal forces ويشير مصيرهما المرعب إلى أنه ال يمكن أبدا ألي شخص حول ثقب أسود قياس أي مخالفة لميكانيكا الكم لذلك يمكن لعلماء الفيزياء النظرية أن يقترفوا هذه الجريمة ضد الطبيعة بحصانة. وحسبنا القول إنه ال يقتنع جميع المنظرين بصحة هذه الحجة. وأحدث نقد لتكامل الثقب األسود هو أنه ربما يخالف مبدأ التكافؤ آلينشتاين الذي نتج من تجربة بوب التشابك تشارلي ساعدوين أليس

69 تجارب عقلية المصعد الفكرية. وألن الراكب في المصعد ال يمكنه التمييز بين الجاذبية والتسارع تتنبأ نظرية آينشتاين في النسبية العامة بأن المراقب الذي يعبر أفق الثقب األسود ال يجدر به مالحظة أي شيء غير عادي هناك فال يمكن لمراقب أن يعرف أنه تجاوز نقطة الالعودة. واآلن لنعد إلى تشابك آليس وبوب. إذا كان اإلشعاع الذي يقيسه بوب من بعيد جدا خارج الثقب يضم المعلومات جميعها التي ظننا أنها اختفت مع آليس وراء األفق فالبد أن هذا اإلشعاع أ طلق بطاقة عالية جدا وإال لما فر من جوار األفق. وهذه الطاقة عالية بما يكفي لتبخير أي مراقب ساقط أو مراقبة ساقطة قبل أن ينزلق أو تنزلق وراء أفق الثقب األسود. أي بعبارة أخرى يفترض تكامل الثقب األسود أن للثقوب السوداء جدار حماية خارج األفق بقليل لكن جدار الحماية يناقض مباشرة تنبؤات مبدأ آينشتاين للتكافؤ. وهنا نكون قد تعم قنا في عالم النظرية. وفعال قد ال نعرف أبدا حلول هذه األلغاز. لكن ألن هذه الحلول قد تؤدي إلى فهم للطبيعة الكمية للزمن والمكان فإن هذه األلغاز مهما كانت النتيجة أحد أكثر مجاالت البحث حيوية في الفيزياء النظرية. وكل ذلك يعود إلى تأمالت آينشتاين حول المصاعد الهابطة.

70 تجارب عقلية Einstein s Dice and Schrödinger s Cat: How Two Great Minds Battled Quantum Randomness to Create a Unified Theory of Physics. Paul Halpern. Basic Books, للمزيد من أرشيفنا Black Holes and the Information Paradox. Leonard Susskind; April A Quantum Threat to Special Relativity. David Z Albert and Rivka Galchen; March Burning Rings of Fire. Joseph Polchinski; April 2015.

71 علم الفلك المادة الساقطة في ثقب أسود كما هو موضح في هذا التصوير يجب أن تول د ظواهر قابلة للرصد يمكن استخدامها الختبار نظرية آينشتاين في الجاذبية. الصورة: إهداء من تشي-كوان شان - جامعة أريزونا سبتمرب 2015

72 علم الفلك علم الفلك خ ل فت تجارب آينشتاين الفكرية إرثا خاصا طويال ومختلطا إلى حد ما بقلم: سابين هوسينفيلدر لوحة المقدمة: سام فالكونر رسوم التوضيحية: نايجل هولمز ترجمة: آالء التركيت

73 علم الفلك يف سطور نظرية آينشتاين في النسبية العامة ظلت صامدة قرنا كامال إال أنها لم تخضع لالختبار قط في مواضع تكون فيها الجاذبية قوية بشكل قصي مثل عند حافة ثقب أسود. تليسكوب أفق الحدث Event Horizon Telescope )اختصارا: التليسكوب )EHT - مجموعة من تليسكوبات موجات الراديو ستقوم بمثل هذه االختبارات عن طريق تحليل أفق حدث الثقب األسود ساجيتاريوس *A* Sagittarius A الذي يقع في مركز مجرة درب التبانة.Milky Way المشاهدات هذه ستتحرى ما إذا كان ساجيتاريوس A* ثقبا أسود أو إنه جسم غريب مثل حدث متفرد عار.Naked singularity فإذا كان ثقبا أسود فهل يتصرف بالطريقة التي تقول النسبية العامة إنه يجب أن يتصرف وفقها إذا اكتشف التليسكوب EHT انحرافات تحيد عن تنبؤات آينشتاين فستكون األجهزة التي -ستغدو عاملة خالل عدد من السنوات القادمة- قادرة على التأكد من هذه النتائج بشكل مستقل.

74 علم الفلك ديميتريوس بسالتيس Dimitrios Psaltis أستاذ علم الفلك في جامعة أريزونا.University of Arizona هو رائد في اختبارات نظرية آينشتاين في النسبية العامة في مجاالت الجاذبيةالقوية باستخدام مشاهدات الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية في الطيف الكهرومغناطيسي. شيبرد إس. دويليمان Sheperd S. Doeleman فلكي في معهد ماساتسوشتس للتكنولوجيا Massachusetts Institute of Technology ومركز سميثسونيان للفيزياء الفلكية Smithsonian Center for Astrophysics التابع لهارفارد حيث يقود فريقا يقوم بعمليات رصد الثقوب السوداء بتقنيات ذات دقة تفصيل )تحليل( عالية. وهو منس ق مشروع تليسكوب أفق الحدث.EHT ال يزال العلماء يحاولون خالل قرن كامل أن يجدوا ثغرات في النظرية النسبية آللبرت آينشتاين من دون نجاح. إال أنه حتى اآلن ظلت األمور سهلة بالنسبة إلى نظرية آينشتاين. فكل امتحان لها حتى يومنا هذا

75 علم الفلك أ جري في مجاالت جاذبية )ثقالة( ضعيفة. ولوضع النسبية العامة في أعظم امتحان لها فإننا بحاجة إلى أن نرى فيما إذا كانت ستبقى صالحة عندما تكون الجاذبية قوية جدا. وال توجد جاذبية في أي مكان أكبر من تلك التي عند طرف ثقب أسود عند أفق الحدث Event Horizon الحدود التي بعدها تصير الجاذبية كبيرة لدرجة ال تستطيع المادة أو الضوء أن يهربا منها. /أفق_الحدث اليمكن مشاهدة ما هو داخل ثقب أسود لكن مجال الجاذبية المحيط بهذه األجسام يجعل المادة القريبة من األفق تصدر كميات هائلة من اإلشعاعات الكهرمغناطيسية التي يمكن للتليسكوبات أن تتحراها. وتضغط قوة الجاذبية الساحقة قرب ثقب أسود المادة الداخلة التي يطلق عليها اسم الدفق المتراكم Accretion flow إلى أحجام متناقصة باستمرار. وهذا يجعل المادة الساقطة تصل إلى درجات حرارة تعادل باليين الدرجات التي من المفارقات تجعل الوسط المحيط مباشرة بالثقب األسود من أكثر المواضع لمعانا في الكون. ولو كان لنا أن نرصد ثقبا أسود بتليسكوب بقوة تكبير كافية لتحليل أفق الحدث سيكون بإمكاننا تتبع المادة عندما تدور في حركة مغزلية ساقطة نحو األسفل إلى نقطة الالعودة ونرى ما إذا كانت ستتصرف وفق ما تقوله

76 علم الفلك النسبية العامة. فهناك بالطبع معضلة: تطوير تليسكوب قادر على أن يحل عدة تحديات قد يول دها أفق ثقب أسود. والجدير بالمالحظة أنه يجب علينا أن نتعامل مع حجم الثقب األسود الضئيل عندما نرصده من األرض. ألنه حتى الثقوب السوداء الهائلة جدا اآلن- التي ي عتقد أنها تسكن مراكز أغلب المجرات ويصل وزنها إلى ماليين أو باليين ضعف كتلة شمسنا ولها في بعض الحاالت أقطار أكبر من مجموعتنا الشمسية - بعيدة جدا بحيث إنها من على األرض تحتل زاويا صغيرة بشكل ال يصدق في السماء. وأقرب مثال هو الثقب األسود ساجيتاريوس Sagittarius A الذي تعادل كتلت ه أربعة ماليين ضعف المجموعة الشمسية ويقع في مركز مجرة درب التبانة Milky way إذ يبدو حدث أفقه كما لو كان 50 ميكروثانية فقط أو بحجم قرص مدمج DVD تقريبا مشاهد على القمر. ولرؤية جسم صغير إلى هذه الدرجة يجب أن يكون للتليسكوب دقة تفصيل )تحليل( زاوي Aangular resolution أد ق من تليسكوب هابل الفضائي Hubble Space Telescope بأكثر من 2000 مرة. وأكثر من ذلك فإن ثقوبا سوداء كهذه تكون محجوبة عن أنظارنا بطريقتين: أوال إنها تحدث عند مراكز المجرات تماما في أعماق س ح ب كثيفة من الغاز والغبار التي تقف بوجه الطيف الكهرمغناطيسي. ثانيا حتى المادة التي تصدر الضوء ونسعى إلى رؤيتها الدو امة المتوهجة من المادة المسحوقة التي تدور في حركة مغزلية نحو األفق هي نفسها معتمة بالنسبة إلى معظم األطوال الموجية للضوء. ومن ثم هناك فقط بضعة أطوال موجية من الضوء -الذي نسعى إلى رؤيته من األرض- قادرة على الهروب من طرف الثقب األسود.

77 علم الفلك ومشروع تليسكوب أفق الحدث Event Horizon Telescope )يشار إليه اختصارا بالتليسكوب )EHT هو جهد عالمي للتغلب على هذه العقبات والقيام بأرصاد تفصيلية لثقب أسود. وللوصول إلى أعلى تحليل زاوي ممكن من على سطح األرض يستغل التليسكوب EHT تقنية ت عرف بتداخل خط أساس طويل جدا Very long baseline interferometry )يشار إليها اختصارا بالتقنية )VLBI إذ يرصد الفلكيون باستخدام أطباق استقبال موجات الراديو Radio dishes المنتشرة في جميع بقاع العالم الهدف نفسه في الوقت نفسه ويسجلون البيانات التي يرصدونها على أقراص صلبة Hard drives ثم يجمعون جميع هذه النتائج باستخدام حاسوب عمالق Super computer لتشكيل صورة واحدة. وبهذه الطريقة تستطيع تليسكوبات عديدة موجودة في قارات مختلفة أن تشكل تليسكوبا افتراضيا بحجم األرض. وت عطى قدرة التحليل Resolution لتليسكوب من قياس نسبة طول موجة الضوء الذي يرصده إلى حجمه ومن ثم فإن التقنية VLBI تجمع بشكل روتيني صورا لموجات الراديو القادمة من السماء بتفاصيل تفوق بكثير قدرة التكبير ألي تليسكوب بصري.Optical telescope وبتطوير التقنية المستعملة في التقنية VLBI بحيث نتمكن من الرصد عند أطوال موجية راديوية أقصر سيكون بإمكان التليسكوب EHT أن يتجاوز جميع تحديات تصوير ثقب أسود. وعند أطوال موجية كهذه )قريبة من ميليمتر واحد من حيث الحجم( يصير درب التبانة شفافا في أغلبه مما يمكن التليسكوب EHT من أن يرصد ساجيتاريوس A* بأقل قدر من التشويش بفعل الغاز الذي يعترض طريقه. وهذه الموجات الطويلة نفسها قادرة على اختراق

78 علم الفلك المادة الساقطة نحو الثقب األسود مما يتيح الوصول إلى أعمق مواضع المنطقة المحيطة بأفق حدث ساجيتاريوس A*. وفي صدفة وجود ثقب أسود غولديلوكس ]أي متوسط الحجم[ حقة فإن قدرة التكبير -لسلسلة التقنية VLBI التي تغطي األرض كلها- عند أطوال موجية ميلميترية هي قدرة مناسبة تماما لتحليل أفق الحدث ألقرب الثقوب السوداء هائلة الكتلة. اقرأ عن الثقوب السوداء الغولديلوكس في كتابنا أسرار الكون وفي تطور مواز طو ر الفيزيائيون الفلكيون النظريون نماذج في الرياضيات والمحاكات الحاسوبية لسبر مدى واسع من نتائج ممكنة لهذه المشاهدات ولتطوير أدوات لتفسيرها. وباستخدام خوارزميات Algorithms حديثة لحاسوب عمالق استطاعوا محاكاة زبد المادة الموجود خارج أفق حدث الثقب األسود مباشرة ووجدوا أن الثقب األسود ينشر ظال على الضوء القادم من الدفق المتراكم. في عام 1973 تنبأ الفيزيائي جيمس باردين James Bardeen من جامعة واشنطن University of Washington بوجود ظل لثقب أسود. وبحسب تعريفه فإن الضوء الذي يقطع أفق الحدث ال يمكنه أن يعود. وقد حدد باردين النقطة خارج األفق التي يدور عندها فوتون حول الثقب. فإذا قطعت حزمة ضوئية هذا المسار نحو الداخل فستصير سجينة إلى األبد وتدور

79 علم الفلك في حركة مغزلية نازلة نحو أفق حدث. ويمكن ألشعة الضوء الصادر بين أفق الحدث وهذا المسار أن تهرب إال أنها يجب أن تتجه في خطوط مائلة Radially نحو الخارج مباشرة تقريبا وإال فإنها ت خاطر أن تمسكها جاذبية الثقب األسود وتحني مسارات ها باتجاه أفق الحدث. وي سم ى هذا الحد مدار الفوتون.Photon orbit وأما بالنسبة إلى الضوء فإن الثقب األسود يتصرف كجسم غير شفاف ي حدد مدار الفوتون حدود هذا الجسم. وي عرف التباين بين الحلقة المضيئة لمدار الفوتون والداخل األكثر ع تمة باسم الظل.Shadow وي توقع أن يكون الحجم الظاهري لهذا الظل كما ي شاهد ه المراقبون من األرض أكبر في الحقيقة من مدار الفوتون. وهذا يحدث ألن مجال الجاذبية الشديد المحيط بالثقب األسود ي كب ر الظل بواسطة عدسة الجاذبية.Gravitational lensing )لالستزادة حول عدسة الجاذبية انظر مقالة»ما الذي أخطأ آينشتاين في فهمه«بقلم: لورنس إم. كراوس.)Lawrence.M Krauss إن التليسكوب EHT مهيأ اآلن لرصد هذا الظل وسمات أخرى من سمات الثقوب السوداء. وقد أكدت مشاهدات عام 2007 و 2009 أن األسلوب التقني كان جيدا وأن هدف العلم النهائي صار قريب المنال باستهداف ساجيتاريوس Virgo وثقوب سوداء أخرى هائلة الكتلة تقع في قلب مجرة فيرجو A* )المعروفة أيضا باسم المجرة M87(. وقد ر ب ط ت هذه األرصاد األولية مواقعا في هاواي وأريزونا وكاليفورنيا لتقيس بنجاح مدى بث موجات الراديو عند طول موجة 1.3 ميلميتر من المصدرين. وفي كلتا الحالتين تطابقت القياسات مع الحجم المتوقع لظل الثقب األسود.

80 علم الفلك أساسيات تليسكوب بحجم األرض الحدثستشكل مجموعة ال تقل عن تسعة تليسكوبات موجات راديو والمنظومات حول األرض معا تليسكوب أفق الحدث )التليسكوب.)EHT ويقع كل تليسكوب عند خطوط العرض المرتفعة لتقليل امتصاص اإلشارات من قبل الغالف الجوي لألرض. وباالمتداد حول األرض والعمل عند أطوال موجية ميليمترية ستستطيع المنظومة الحصول على تحليل زاوي فع ال يصل إلى نحو بضعة من المليون من قوس ثانية - وهذا جيد بشكل كاف لرؤية بحجم قرص مدمج DVD على القمر. المنظومة SMA التليسكوب JCMT المرصد SMT التلسكوب LMT المصفوفة ALMA التيلسكوب IRAM بقطر 30 مترا التلسكوب APEX المصفوفة ALMA هضبة IRAM م داخل دي بور التلسكوب APEX التيلسكوب القطب الجنويب تيلسكوب القطب الجنويب

81 علم الفلك وستعطي األرصاد الم خط ط إجراؤها بواسطة الشبكة الكلية من أطباق موجات الراديو التي تغطي الكوكب بيانات كافية لتسمح لنا بتشكيل صور كاملة لهذه الثقوب السوداء. كما ست ست خدم مجموعة أرصاد إضافية -باألهمية ذاتها - بيانات التقنية VLBI للبحث عن ومتابعة مسارات مناطق محلية نشطة )»بؤر ساخنة«)Hot spots خالل دورانها حول الثقب األسود. وبما أن النسبية العامة تتنبأ بماذا يجب أن يكون شكل هذه الثقوب السوداء وكمية المادة التي يجب أن تدور حولها لذا فإن هذه األرصاد ستسمح لنا بإجراء سلسلة من االختبارات على نظرية آينشتاين في النسبية في مكان تظهر فيها أكثر تنبؤاتها تطرفا. التحقق من الرقابة الكونية سيمكننا التليسكوب EHT من اإلجابة عن سؤال أساس: هل ساجيتاريوس A* ثقب أسود تقترح جميع البراهين المتوافرة أن اإلجابة هي نعم إال أنه لم يستطع أحد حتى اآلن أن يرى ثقبا أسود مباشرة وتتسق احتماالت أخرى مع النسبية العامة. فيمكن أن يكون ساجيتاريوس A* مثال شيئا ي سمى حدثا متفردا عاريا.Naked singularity الحدث المتفرد في الفيزياء هو مكان يكون فيه الحل لمعادلة غير م ع ر ف وتكون قوانين الطبيعة كما نفهمها غير صالحة بتاتا. وتتنبأ النسبية العامة f أن الكون بدأ بحدث متفرد لحظة ابتدائية عندما كانت جميع محتويات الكون مركزة في نقطة وحيدة ذات كثافة النهائية. وتخبرنا النظرية أن الحدث المتفرد حيث تصير الجاذبية النهائية والمادة مضغوطة إلى كثافة النهائية يقع في مركز كل ثقب أسود.

82 علم الفلك في الثقب األسود ي خفي أفق الحدث الحدث المتفرد عن كوننا. إال أن النسبية العامة ال تتطلب أن يكتسي كل حدث متفرد بأفق حدث. وهناك عدد النهائي من الحلول لمعادالت آينشتاين حيث تكون األحداث المتفردة عارية. وبعض هذه الحلول يصف ثقوبا سوداء عادية تدور دورانا مغزليا بسرعة عالية لدرجة أن أفق حدثها ينفتح«ليكشف عن الحدث المتفرد بداخله بينما تصف حلول أخرى ثقوبا سوداء ليس لها أفق حدث. وبخالف الثقوب السوداء تبقى األحداث المتفردة العارية فكرة نظرية جدا: فلم يجد أحد وصفة في العالم الحقيقي تؤدي إلى تشكلها. إذ تؤدي كل محاكاة حاسوبية فيزيائية فلكية النهيار جاذبي لنجم إلى تشكل ثقب أسود له أفق حدث. وبالفعل طرح روجر بينروز Roger Penrose في عام 1969 فرضية الرقابة الكونية :Cosmic censorship hypothesis فكرة أن الفيزياء تراقب بشكل ما ع ري األحداث المتفردة فتغطيها دوما بأفق. وفي عام 1991 تراهن جون بريسكل John Preskill وكيب ثرون Kip California Institute الفيزيائيان من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا Throne of Technology مع ستيفين هوكينغ Stephen Hawking الفيزيائي من جامعة كمبردج University of Cambridge على أن فرضية الرقابة الكونية غير صحيحة وأن األحداث المتفردة العارية توجد بالفعل. وال يزال الرهان قائما بعد عقدين ونصف من الزمن بانتظار تجربة تجد حال له. ولن ينفي إثبات وجود أفق حدث لساجيتاريس A* وجود األحداث المتفردة العارية بشكل قطعي في أما كن أخرى. إال أن تحديد أن الثقب األسود في مركز مجرة درب التبانة هو حدث متفرد عار سيسمح لنا بمشاهدة الظاهرة بشكل مباشر وفق شروط تفشل عندها الفيزياء الحديثة.

83 أساسيات امتحان آينشتاين بالثقوب السوداء اخترع الفيزيائيون الفلكيون نماذج غاية في التفصيل مبنية على نظرية آينشتاين في النسبية العامة التي تتنبأ بكيف يجب أن تتصرف المادة في جوار ثقب أسود. وسيخبرنا رصد التليسكوب EHT الموجود في لمركز مجرة درب التبانة قريبا ما إذا كان الواقع يطابق هذه التنبؤات وإذا لم يكن األمر كذلك فمن المحتمل أنه يجب تعديل نظرية آينشتاين. شكل الظل يلقي ثقب أسود ظال على المادة الحارة المنبعثة من حوله. ويعتمد شكل وحجم الظل من ناحية المبدأ على سرعة دوران الثقب األسود وكمية األشعة الضوئية التي تنحني بفعل الجاذبية في جواره وعلى منحى الشخص المراقب. وبسبب صدفة محظوظة تتآمر جميع التأثيرات الثالثة لجعل الظل دائريا تقريبا لكل الثقوب السوداء ولكل المراقبين )أ(. إال أن هذه الصدفة تحدث فقط إذا ما كانت نظرية آينشتاين صحيحة وكانت نظرية ال شعر التي تنص على أنه يمكن وصف ثقب أسود كليا بداللة كتلته ودورانه وشحنته صحيحة. وإذا ما كشفت األرصاد عن ظل إهليلجي كما هو موضح في الصور )ب( و)ج( عندئذ لن تستطيع نظرية آينشتاين النجاح في هذا االمتحان. ب ب أ متابعة طور االنغالق تتوهج الثقوب السوداء أحيانا وأحد التفاسير لذلك هو احتمال اضطراب الدفق المتراكم الثابت الطبيعي نتيجة»البؤر الحارة«وهي مناطق ذات درجات حرارة متزايدة تدور حول الثقب األسود قبل أن تندثر. وسيستخدم التليسكوب EHT ثالثة تليسكوبات لقياس الفروقات في زمن لوصول الضوء الناتج من البؤر الحارة. وسيكون من الممكن استخدام هذه البيانات لتثليث موضع البؤر الحارة. وتوضح المحاكاة إلى اليمين إشارة كهذه تسمى طور االنغالق closure phase بناء على بيانات من مثلثين مختلفين. ويولد مدار البؤر الحارة نمط»دقات قلب«بصمة الزمن في طور انغالق. وسيمكننا قياس هذه اإلشارات من رسم خرائط زمكان الثقب األسود واختبار تنبؤات نظرية آينشتاين. طور مرصد آريزونا SMT االنغالق مرصد آريزونا 100 التلسكوب هاواي الكبري مصفوفة أتكاما الزمن (الساعات املنقضية) بؤرة ساخنة تدور في مدار دفق تراكمي طبيعي مصفوفة أتكاما محاكاة واقع معقد يستخدم العلماء المشتغلون بالتليسكوب EHT حواسيب عمالقة إلجراء محاكاة عديدة مفصلة جدا لثقوب سوداء متراكمة تظهر التعقيد المتوقع ألجسام الفلكية. وتصور الرسمة على اليمين ثقبا أسود في حالة إصدار هادئة تقريبا وعلى اليسار منطقة نشطة مغناطيسيا خالل أحد االنفجارات. وقد طور العلماء خوارزميات ستمكنهم من استخالص خواص ظالل الثقوب السوداء من بيانات الرصد في العالم الحقيقي.

84 علم الفلك البحث عن شعر إن تشويه سمعة الرقابة الكونية لن يكون ضربة مميتة للنسبية العامة ألن معادالتها بالنتيجة تسمح األحداث المتفردة عارية. ومع ذلك فإننا نتوقع أن يمتحن التليسكوب EHT الفكرة القائمة -منذ وقت طويل- حول ثقوب سوداء تسمى نظرية عدم وجود ش ع ر.No-hair theorem وإذا كانت نظرية عدم وجود شعر خاطئة فيجب على األقل تعديل النسبية العامة واليترك البرهان الرياضي لهذه النظرية مساحة كبيرة للمناورة. وتقول النظرية إنه يمكن وصف أي ثقب أسود محاط بأفق حدث باستخدام ثالث خواص فقط: كتلة ودوران مغزلي Spin وشحنة كهربائية. بعبارة أخرى فإن ثقبين أسودين لهما الكتلة والدوران المغزلي والشحنة الكهربائية نفسها يكونان متماثلين تماما مثلما أنه ال يمكن تمييز إلكترونين عن بعضهما. وتقول النظرية إن الثقوب السوداء ليس لها ش ع ر أي ليس لها عدم انتظام هندسي أو خواص مميزة. وعندما بدأنا بالتفكير في تصوير ثقوب سوداء باستخدام التقنية VLBI اعتقدنا أنه يمكننا استعمال أشكال وأحجام ظالل الثقوب السوداء لنعرف الدوران المغزلي واتجاهات Orientations الثقوب السوداء التي أنتجتها. إال أن محاكات نا واجهتنا بمفاجأة غير متوقعة وإن كانت بالنتيجة سارة جدا. فبغض النظر عن السرعة التي تركنا الثقب األسود يدور بها في محاكاتنا والمكان الذي وضعنا فيه راصد نا الوهمي ظهرت ظالل الثقب األسود دائما دائرية تقريبا وبأحجام ظاهرية تعادل خمسة أضعاف حجم أفق الحدث.

85 علم الفلك وبفضل صدفة محظوظة ما أو ما إذا كان هناك سبب فيزيائي عميق لهذا فإننا لم نكتشفه بعد - مهما عد لنا العوامل وحجم وشكل الثقب األسود في نماذجنا بقي ظل الثقب األسود كما هو تماما من دون تغيير. وهذه الصدفة هي خبر ممتاز إذا ما كان هدفنا هو اختبار نظرية آينشتاين ألنها تحدث فقط إذا ما ظلت نظرية النسبية العامة صحيحة فقط )انظر اإلطار: المناهج(. إذا كان لساجيتاريوس A* أفق حدث وإذا كان حجم أو شكل ظله منحرف عن توقعاتنا فإن هذا يشكل انتهاكا لنظرية عدم وجود شعر ومن ثم للنسبية العامة. تتبع مدارات وأكثر ستول د مشاهدات التليسكوب EHT كمية كبيرة من البيانات التي ست ستخدم لرسم الصور. وستسجل الهوائيات Antennas االستقطاب الكلي لإلشعاع الصادر عن الثقب األسود والذي سيمكننا من رسم خرائط المجاالت المغناطيسية قرب أفق حدث. وستساعدنا خرائط كهذه على فهم العمليات الفيزيائية المتسببة في النف اثات Jets القوية المتدفقة من مراكز المجرات مثل M87 حزم من مادة ذات طاقة عالية بشكل مذهل تتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء مرتحلة إلى مسافات تصل إلى آالف السنوات الضوئية. ويعتقد الفيزيائيون الفلكيون أن المجاالت المغناطيسية ق رب أفق حدث الثقوب السوداء الهائلة الكتلة تمنح هذه النفثات القوة ومن ثم فإن رسم خرائط مثل هذه المجاالت سيساعدنا على اختبار هذه الفرضية.

86 علم الفلك ويمكن أن نتعلم أشياء أخرى بمراقبة حركة المادة حول ثقب أسود. إذ ي توقع أن يكون الدفق المتراكم حول الثقوب السوداء مضطربا ومتغيرا للغاية. وغالبا ما ينتج من المحاكاة الحاسوبية وجود مناطق محلية قصيرة العمر ونشطة مغناطيسيا بؤر حارة مشابهة لالنفجارات المغناطيسية على سطح الشمس. ويمكن لهذه البؤر الحارة - التي قد تفسر تغيرات اللمعان المشاهدة باستمرار في ساجيتاريوس A* - أن تدور حول الثقب األسود بسرعة قريبة من سرعة الضوء جنبا إلى جنب مع الدفق المتراكم المذكور لت كمل مسارات كاملة في أقل من نصف ساعة. وتصير في بعض الحاالت محنية بفعل الجاذبية خالل حركتها خلف الثقب األسود مولدة حلقات شبه كاملة من حلقات آينشتاين دوائر ضوء المعة محنية بفعل الجاذبية مثل تلك التي رصدها تليسكوب هبل الفضائي في كوزارات Quasars بعيدة. وفي حاالت أخرى تدور عدة مرات حول الثقب األسود قبل أن تفقد طاقتها وتندثر. ويمكن أن ت ع ق د البؤر الحارة عملية تشكيل الصورة ألن تقنية VBLI تستخدم تليسكوبات تشبه آالت التصوير التي تلتقط صورا بفواصل زمنية متتالية Time lapse حيث ي ترك المصراع االفتراضي Virtual shutter مفتوحا خالل فترة الرصد كلها وي ستخدم دوران األرض الطبيعي للحصول على أكبر عدد ممكن من الزوايا للثقب األسود. فإذا كانت بؤرة حارة في الدفق المتراكم تدور حول الثقب األسود فإن وجود ها سيرصد بالشكل نفسه الذي تتشوه به صورة عد اء لو ت رك مصراع آلة التصوير مفتوحا لفترة طويلة. ومع ذلك فيمكن أن تساعدنا البؤر الحارة على إجراء امتحان مختلف تماما للنسبية العامة. إذ يمكن أن يتتبع التليسكوب EHT مدارات البؤر الحارة

87 علم الفلك باستخدام تقنية ي طلق عليها االسم المعقد: متابعة تغير طور االنغالق Closure.phase variability tracking وتتضمن الطريقة قياس التأخر بين زمن وصول الضوء من البؤرة الحارة إلى ثالثة تليسكوبات ثم استخدام مبادئ التثليث Triangulation الستنتاج موضع البؤرة الحارة في السماء. وت نتج البؤرة الحارة التي تدور بصمة متميزة في البيانات األولية التي تجمع ها التليسكوبات. وبالطريقة نفسها التي تتنبأ بها معادالت آينشتاين بحجم وشكل ظل الثقب األسود فإنها تكشف جميع ما نريد معرفته حول المدارات التي يجب أن تتبع ها البؤر الحارة. وهذا النموذج للبؤر الحارة هو نوعا ما تصور م بس ط إال أن الواقع قد يكون أكثر تعقيدا. ولكن عند استخدام الحساسية الكاملة للتليسكوب EHT فإنه سيكون قادرا على مراقبة ب نية في الدفق المتراكم خالل دورانه حول الثقب األسود وهذا سيوفر أيضا طريقة أخرى لمعرفة ما إذا كانت تنبؤات النسبية العامة قرب طرف الثقب األسود تنبؤات صحيحة. برهان غير عادي ماذا سيحدث لو تبين أن مشاهداتنا تناقض نظرية آينشتاين وباستخدام تعبير جعله كارل ساغان Carl Sagan شائعا: إن االدعاءات غير العادية تستوجب برهانا غير عادي. والبرهان غير العادي في العلوم الطبيعية يعني تحققا واحدا أو أكثر من أي ادعاء بطرق مستقلة. ففي السنوات القادمة قد توفر تليسكوبات بصرية وتيلسكوبات مواجات الراديو القوية - إضافة إلى كشافات مبنية على موجات الجاذبية Gravitational-wave detectors

88 علم الفلك - براهين كهذه وذلك من خالل رصد مدارات النجوم والنجوم النيوترونية Neutron stars أجسام ضئيلة ذات كثافة مذهلة ناتجة من االنهيار الجاذبي لنجوم هائلة وغيرها من األجسام حول ثقوب سوداء ضخمة جدا. وسيستطيع المداخل الضوئي جرافيتي interferometer GRAVITY الذي ي بنى حاليا الستعماله في التليسكوب الكبير جدا Very Large Telescope European Southern Observatory في المرصد األوروبي الجنوبي VLT في تشيلي إضافة إلى تليسكوب البصري من تقنيات الجيل القادم من طراز 30 مترا متابعة مدارات النجوم في مجرتنا والتي تقع قريبا من أفق حدث ساجيتاريوس A* - عند مسافة قريبة من بضعة مئات المرات من قطر الثقب األسود. وسيبدأ م داخل منظومة الكيلو متر المربع Square Kilometer Array SKA حال انتهاء بنائه في جنوب إفريقيا وأستراليا برصد مدارات نجوم نيوترونية - تسمى النجوم النابضة Pulsars -تدور بسرعة حول الثقب األسود نفسه. وسيحدد مداخل ليزر هوائي الفضاءInterferometer Laser Space Antenna )يشار إليه اختصارا بالمداخل )elisa موجات الجاذبية الصادرة عن أجسام مدمجة تدور حول ثقوب سوداء هائلة الكتلة في مجرات مجاورة. إذ تنحرف المسارات اإلهليلجية )لدوران هذه األجسام حول نفسها وحول نجم في الوقت نفسه )Precess لهذه األجسام بسرعة بسبب مجاالت جاذبية الثقوب السوداء القوية جدا. وهذا التأثير واضح لدرجة النقاط األبعد من الثقب األسود ترسم دوائر كاملة في بضعة دورات فقط. وفي الوقت نفسه تسحب الثقوب السوداء الزمكان معها مما يحرف مستويات مدارات األجسام

89 علم الفلك فيها لتنحرف بدورها أيضا. وإن قياس معدل االنحراف المداري ألجسام تقع عند مسافات مختلفة من الثقب األسود سيؤدي إلى على رسم الشكل الثالثي األبعاد والكامل للزمكان حول الثقب مما يزودنا بعدة اختبارات للنسبية العامة عند وجود جاذبية قوية جدا. وستساعد جميع هذه األجهزة سويا على تحديد ما إذا كانت نظرية آينشتاين في النسبية العامة وبالخصوص تنبؤاتها حول الثقوب السوداء ستنجو كما هي لقرن آخر أو سيتم التضحية بها على قربان التقدم العلمي. للمزيد Detecting Flaring Structures in Sagittarius A* with High-Frequency VLBI. April 10, Testing the No-Hair Theorem with Observations in the Electromagnetic Spectrum. II. Black Hole Images. Tim Johannsen and Dimitrios Psaltis in Astrophysical Journal, Vol. 718, No. 1, pages ; July 20, Jet-Launching Structure Resolved Near the Supermassive Black Hole in M87. Sheperd S. Doeleman et al. in Science, Vol. 338, pages ; October 19, The Power of Imaging: Constraining the Plasma Properties of GRMHD Simulations using EHT Observations of Sgr A*. Chi-Kwan Chan et al. in Astrophysical Journal, Vol. 799, No. 1, Article No. 1; January 20, Portrait of a Black Hole. Avery E. Broderick and Abraham Loeb; December من أرشيفنا

90 علم األعصاب سبتمرب 2015

91 علم األعصاب علم األعصاب الرحلة الغريبة لدماغ آينشتاين توضح سقطات البحث العلمي في البحث عن أصول الذكاء بقلم: برايان د. بوريل تصوير: بالمين بيتكوف

92 علم األعصاب يف سطور لطاملا بحث العلامء عن الجذور الترشيحية للعبقرية يف أدمغة املفكرين املعروفني. وعندما تويف آينشتاين استخرج االختصايص يف علم األمراض توماس هاريف دماغه من دون إذن واستوىل عليه لعقود يف أثناء بحثه عن خرباء إلجراء كافة أنواع التحاليل عليه. ومل تتمكن أي دراسة لدماغ آينشتاين أو غريه من أدمغة»النخبة«من تحديد مصدر العظمة العقلية بشكل حاسم. وال يزال يتعني عىل الباحثني إثبات أن اإلنجاز الفكري الباهر ينتج من الفطرة وحدها وليس من االكتساب. برايان د. بوريل Brian D Burell محارض يف الرياضيات بجامعة ماساتشوستس يف أمهريست.Amherst Massachusetts of University واكتشف تقليد العلوم العصبية يف دراسة أدمغة املشاهري من املفكرين يف from Postcards,Broadway( Museum Brain the.)2005 وآخر مؤلفاته باالشرتاك مع عامل األعصاب يف جامعة هارفارد آالن اتش. روبر.H Allan Reaching Down the كتاب التوغل يف عمق حفرة األرنب Ropper.)St. Martin s Press, 2014 )منشورات: Rabbit Hole

93 علم األعصاب يف 18 من أبريل عام 1955 تويف ألربت آينشتاين Einstein Albert يف مستشفى برنستون Hospital Princeton جراء متزق األوعية الدموية األبهري.Aortic aneurysm ويف غضون ساعات قام االختصايص يف علم األمراض املوجود يف املستشفى توماس هاريف Thomas Harvey من تلقاء نفسه باستئصال دماغ عامل الفيزياء الشهري من دون إذن أرسته. بعد ذلك احتفظ بالعضو خالفا ملا أوىص به آينشتاين من حرق جثته. ومتكن هاريف من الحصول عىل مباركة تالية من ابن آينشتاين هانز ألربت Albert Hans برشط أن يستخدم الدماغ ألغراض علمية فقط. لكن هاريف نفسه كان يفتقد الخربة املطلوبة لتحليل العضو لذلك بدأ بالبحث عن اختصاصيني ملساعدته. واستغرقه األمر 30 سنة للعثور عىل أحدهم. وغري ت عملية البحث مجرى حياة هاريف وأسلمت العينة الثمينة لقدر غريب ومحزن وحافل بالتعقيدات األخالقية يف آن معا. مل يكن آينشتاين أول مفكر معروف يتعرض دماغه للفحص باسم العلوم. إذ يعج املايض بأمثلة شبيهة. ووجدت نفيس منجذبا للتاريخ الغريب لتلك التي تدعى بدراسات أدمغة النخبة قبل نحو 15 سنة عندما سمعت طلبتي

94 علم األعصاب من طلبة حساب التفاضل والتكامل املحبطني يتذمرون من أن عباقرة العامل ميتلكون ميزة ترشيحية عصبية يفتقر إليها البرش العاديون أمثالهم. ورأيت أن هذه الفكرة مزعجة - فمعظم أدمغة البرش مهيأة متاما لتعلم الحساب يف املستوى الجامعي - لكنها دفعتني إىل البحث يف املؤلفات العلمية ألرى ما الذي توصلت إليه أبحاث الدماغ إن توصلت إىل يشء بشأن مصدر القدرة الحسابية بشكل خاص واألذهان العبقرية بشكل عام. وبذلك توصلت إىل أنه عىل الرغم من الجهود املفعمة بالحامس عىل مدى القرنني املاضيني للتعرف عىل ترشيح املوهبة أو العبقرية فإن العلامء مل يقرتبوا من ذلك اآلن أكرث مام فعلوا يف القرن التاسع عرش. ولعل حالة دماغ آينشتاين أبرز مثال عىل مدى فداحة هذا الفشل. ومنذ كتابة هذه الورقة صدرت ستة تقارير عن دماغه ي ربز كل منها سمة ترشيحية مختلفة عىل أنها املنبع املحتمل ألملعيته وكل ذلك من أجل الضجة اإلعالمية الهائلة. ومل يبني أحدها أساسا ترشيحيا موثوقا به لقدرة الرجل. بل إنها تزيد فحسب من كومة دراسات الدماغ املعيبة التي نشأ عنها جميعها ما أطلق عليه أحد النقاد لألسف مصطلح»علم األساطري العصبية«للدماغ. هل الدماغ يساوي العقل بدأ التقليد الطويل واملتقلب لدراسة أدمغة املوهوبني قبل 100 سنة من وفاة آينشتاين مع وفاة عامل الرياضيات األملاين كارل فريدريك غاوس Carl Friedrich Gauss عام 1855 الذي كان آينشتاين زمانه. إذ أرشف زمالء غاوس يف جامعة

95 علم األعصاب غوتنغن University of Göttingen عىل ترشيح جثته واستخرجوا دماغه. ثم احتفظ أحدهم عامل ترشيح يدعى رودولف فاغرن Rudolph Wagner بالدماغ كامال يف محلول كحويل ثم أقنع ابن غاوس بالسامح له باالحتفاظ به من أجل البحث. وقد حصل فاغرن عىل العضو من أجل أن يدعم يقينه الراسخ يف الفلسفة الثنائية لرينيه ديكارت :Descartes René فكرة أن العقل أكرث من مجموع الوظائف املادية للدماغ. فهل البرش مجرد آالت معقدة أم أن الله م ن عليهم بالروح وكان هذا السؤال موضوع خالف العرص. فإما أن يساوي الدماغ العقل أو ال. تظهر صور هاريف املنظر الجانبي من جهة اليمني )يسارا ( واملنظر األمامي )ميينا ( لدماغ آينشتاين قبل الترشيح.

96 علم األعصاب والحصول عىل دماغ عبقري معروف فتح الباب للمزيد من املقتنيات ويف غضون سبع سنوات نرش فاغرن دراستني مفصلتني عن الترشيح املقارن ألدمغة الرئيسات. وتضمنت مجموعة بياناته قياسات 964 دماغا من أفراد من شتى املهن والتخصصات ومنها الشاعر اإلنجليزي لورد بايرون Lord Byron والطبيعي الفرنيس جورج كوفييه.Georges Cuvier ومل يعرث فاغرن عىل ما يبطل نظرته الثنائية للعقل. فعىل ما يبدو مل يتوافق وزن الدماغ أو أمناط االلتفاف السطحية مع الرباعة الفكرية. وكان دماغ كوفييه ضخام لكن كذلك كان دماغ عامل يدوي. وكان لدماغ غاوس منطا معقدا من األخاديد أو األتالم يف السطح الدماغي لكن كان لدماغ غاسلة مالبس النمط نفسه. ومن ثم فإن الفرق األسايس بني عبقري وفرد عادي كام يبدو ال بد أن يكمن تحت السطح أو وراء ترشيح الدماغ متاما. ورمبا كان ينبع كام أمل فاغرن من العنرص الرباين أو الشبح يف اآللة. وقام املاديون العلميون يف ذلك العرص غري راضني بنتائج فاغرن باتخاذ الخطوة الجريئة بتأسيس جمعيات التربع بالدماغ أمال بتحديد الركائز املادية للمواهب االستثنائية. وتتوقف العضوية عىل الوعد بهبة الدماغ إىل رفقاء صاحبه. ومع نهاية القرن التاسع عرش مع بدء العلوم باحتالل مكانة الدين يف الغرب أصبحت هبة املرء لدماغه أمرا رائجا متاما. لكن الحامس كان يف قمته عند تأسيس جمعيات الدماغ وتضاءل برسعة مع غياب النتائج املربهنة. ومع فجر القرن العرشين تراكمت العينات لكن معظمها مل ي درس أو أ همل فن يس. وليس معروفا عىل وجه التحديد ما الذي أثار هوس هاريف بدماغ آينشتاين. وكان ملام بالسوابق التاريخية باملجموعات الكثرية لألدمغة الشهرية. لكن رمبا حفزه الجو السيايس يف خمسينات القرن العرشين أيضا. فكان يعرف هاريف أنه

97 علم األعصاب يف عرشينات القرن العرشين انتقل البحث عن ترشيح العبقرية إىل املستوى الخلوي. إذ قام علامء السوفييت الذين جمعوا عظامء األدمغة املعروفة ومنها دماغ فالدميري لينني Vladimir Lenin ودماغ جوزيف ستالني Joseph Stalin بتأسيس برنامج بحث رسي ملسح الطبقات القرشية لنصفي الدماغ بناء عىل األمناط العصبية وهو اختصاص يعرف ببنية الخاليا.Cytoarchitectonic وكان الغرباء مي نعون من الوصول إىل العينات ودامئا ما كان السوفييت يبدون استعدادا لإلعالن عن اكتشاف عظيم غري أنهم مل يقوموا بذلك. ويف جو الحرب الباردة هذا املشحون باملنافسة واالرتياب قرر هاريف أن يستحوذ عىل دماغ آينشتاين. مشر ح ومكع ب وفقا لكل ما قيل عنه فإن هاريف كان غريب األطوار لكن دقيقا. وحاملا حصل عىل األثر املقدس عالجه مبنهجية كمحقق يف مرسح الجرمية. فقام بتصوير السطح القرشي من الزوايا كلها مع إدراج رشيط قياس يف الصورة من أجل أن ميكن حساب القياسات من الصور. بعد ذلك أخذ العينة إىل مخترب علم األمراض بجامعة بنسلفانيا Pennsylvania of University وعهد به إىل أختصاصية موهوبة مارتا كيلر.Keller Marta ومع إرشادات هاريف الدقيقة واستخدام أفضل املامرسات آنذاك إلعداد األنسجة العصبية قضت كيلر األشهر الثامنية التالية يف ترشيح أجزاء من القرشة وتضمني 240 جزءا مرقام منها يف مكعبات من مادة بالستيكية شفافة تدعى سيل ويدين Celloidin ووضع رشائح أنسجة

98 علم األعصاب مصبوغة عىل 12 مجموعة من الرشائح املجهرية. وأرسل هاريف مجموعات من الرشائح املجهرية إىل عدد من زمالئه. ومل يعرث أحدهم عىل أي يشء غري معتاد يف الرشائح املجهرية لكنهم رأوا أن هوس هاريف بالتحكم يف الدماغ غريبا. ويوضح أمبريتو دي غريوالمي Umberto De Girolami وهو أختصايص يف علم األمراض العصبية يف مستشفى بريغام آند وومن and Brigham Hospital s Women يف بوسطن أن أختصايص علم األمراض عادة ما يكون لديهم صالحيات إلزالة عضو ما واالحتفاظ به ودراسته. لكن»جميع األنسجة التي ت زال مع اإلذن الخطي لالحتفاظ بها تكون تحت رعاية املستشفى وال تعترب بأي حال امللكية الخاصة ألختصايص علم األمراض املعالج«. وخالفا للربوتوكول ومطالبات رئيسه يف العمل رفض هاريف التخيل عن العينة الثمينة فف صل من عمله يف نهاية األمر عام فحزم أمتعته ورحل إىل الغرب األوسط حامال معه جرتني زجاجيتني. وتحتوي إحداهام عىل القطع بحجم مكعبات السكر املغمورة بالسيل ويدين التي أعد تها كيلر بدقة شديدة وتضم األخرى األجزاء غري املرش حة من دماغ آينشتاين. واحتفظ بالجر تني يف مرب د جعة مع ما تبقى من مجموعات الرشائح املجهرية والصور املعري ة. عاىن هاريف عدة انتكاسات بعد أن طردته املستشفى. إذ انهار زواجه وخرس رخصته الطبية. بعد ذلك حصل عىل وظيفة يف مصنع لتشكيل البالستيك. وتنقل كثريا ويف إحدى املرات كان جار الكاتب وليام اس. بوروز.S William Burroughs ورفيقه يف الرشب. لكنه مل يفقد قط اهتاممه بالدماغ ومع مرور الوقت بعد ثالثة عقود من استخراجه من جثة آينشتاين عرث هاريف عىل عاملة أعصاب لتفحصه. بل هي التي عرثت عليه.

99 علم األعصاب يف عام 1985 طلبت ماريان يس. داميوند Marian.C Diamond من جامعة كاليفورنيا University of California يف بريكيل أربعا من قطع األنسجة التي ميلكها هاريف. إذ كانت مهتمة بدراسة بخاليا آينشتاين الدبقية. وتعمل الخاليا الدبقية Glial cells كنظام دعم للخاليا العصبية )العصبونات(.Neurons ويف عملها السابق مع الفرئان اكتشفت داميوند أن التعرض لبيئة غنية باإلحساسات ينتج معدال أعىل من الخاليا الدبقية بالنسبة إىل العصبونات مام تنتجه بيئة غري محف زة. وكانت تظن أن آينشتاين رمبا امتلك معدال أعىل من الخاليا الدبقية يف العصبونات يف أجزاء من قرشته املرتبطة بوظائف عصبية عليا كالصور الذهنية والذاكرة واالنتباه. وعندما فحصت داميوند املادة التي أرسلها هاريف عرثت عىل ما كانت تبحث عنه يف إحدى قطع األنسجة األربع واستنتجت أن النسبة املرتفعة من الخاليا الدبقية التي الحظتها نتجت من استخدام آينشتاين العايل لهذا النسيج. لكن يف خضم الضجة اإلعالمية الالحقة حول دراستها أعطى الصحفيون طابعا أن هذا الفائض ليس نتاج تفكريه العميق بل سببه. ومل يطل الوقت قبل أن يبدأ العلامء أنفسهم بالبحث عن تفسريات ترشيحية ملهارة آينشتاين الفكرية. وعزت دراسات أجرتها يف تسعينات القرن العرشين بريت آندرسون Britt Anderson التي كانت تعمل حينها بجامعة آالباما University of Alabama يف برمنغهام وعاملة النفس ساندرا ويتلسون Sandra Witelson من جامعة ماكامسرت McMaster University يف أونتاريو هذه املهارة الفكرية إىل جوانب أخرى مهمة من دماغه. ولفتت آندرسون األنظار إىل كثافة الخاليا املرتفعة يف القرشة األمام الجبهية Prefrontal cortex

100 علم األعصاب لدى آينشتاين. أما ويتلسون فقد ركزت عىل الغياب الالمنطي ملا يدعى الوصاد الجداري Parietal operculum وهو جزء من شق يفصل الفص الجداري. وتد عي أنه نتيجة لذلك فإن آينشتاين كانت لديه منطقة قرشية متضخمة مرتبطة بالقدرات اإلبصارية املكانية والحسابية. وشهد العقد التايل ن رش دراسات كثرية مثرية لالهتامم عن الشذوذات الترشيحية يف أدمغة موسيقيني محرتفني وسواق التاكيس يف لندن لكن مل ت نرش أي دراسة عن آينشتاين. وبعدها يف عام 2007 عند وفاة هاريف عىل وجه التقريب اكتشف االختصايص يف الطب أعصاب العني فريدريك إي. ليبور.E Frederick Rutgers مام يعرف اآلن بكلية رتغرز روبرت وود جونسون الطبية Lepore Robert Wood Johnson Medical School مجموعة مخبأة مل ت ذكر من قبل من الصور امل عري ة التي التقطها هاريف لدماغ آينشتاين. وعرضها عىل دين فالك Paleoanthropologist وهي اختصاصية يف علم اإلنسان القديم Dean Falk يف جامعة والية فلوريدا University State Florida تعمل أساسا عىل تطور الدماغ. والحظت فالك بعض السامت الغريبة يف ط ب غرافيا الدماغ ومنها عقدة يف القرشة تعرف بعالمة أوميغا Omega والتي ر بطت سابقا باملوهبة املوسيقية. وكتبت:»من املثري لالهتامم تأمل أن قدرات ]آينشتاين[ املذهلة رمبا إىل حد ما ارتبطت بالترشيح العياين غري املعتاد لقرشته املخية.«ويف أحدث دراسة حول دماغ آينشتاين التي ن رشت يف اإلنرتنت عام 2013 اد عى كل من فالك ووايواي مني Weiwei Men من جامعة رشق الصني العادية University Normal China East يف شنغهاي أنهام عرثا عىل تفسري ترشيحي آخر للقدرات الفكرية املذهلة لعامل الفيزياء: فإضافة إىل بنيته املخية الفريدة

101 عىل الرغم من جهود هاريف البالغة يف إعداد دماغ آينشتاين للدراسة فإن مصدر عبقرية عامل الفيزياء يبقى مجهوال. واليوم يتفرق دماغه يف أماكن عديدة. وت حفظ املجموعة الخاصة من رسومات هاريف والصور التي التقطها ورشائح األنسجة (أعاله) يف املتحف الوطني للصحة والطب Medicine and Health of Museum National يف سيلفر سربينغ يف والية ماريالند.

102 علم األعصاب وبنية الخاليا ادعى االثنان أن آينشتاين كان ميتلك»طرق تواصل محس نة بني بعض أجزاء نصفي الكرة املخيني عىل األقل«. وبنيا تخمينهام عىل قياسات من املنطقة املقطعية املستعرضة من الجسم الثفني )الجسم الجاسئ( corpus Callosum وهي مجموعة األلياف الرابطة بني نصفي الكرة األيرس واألمين يف دماغ آينشتاين مقارنة مبجموعة تحكم. ومهام تبدو هذه التفسريات املقرتحة إلنجازات آينشتاين جذابة للوهلة األوىل فإنها كلها تعاين العيوب املنهجية نفسها. وكان تريينس هاينز Terence Hines وهو عامل نفس بجامعة بيس University Pace أكرث النقاد إلحاحا يف نقدهم. ويرى هاينز أن العاملني عىل هذه الدراسات إضافة إىل أخطاء علمية أخرى مييلون إىل تفضيل نتائج تدعم افرتاضاتهم املسبقة فيقللون من قيمة جوانب من دماغ آينشتاين تكون إما يف الحدود الطبيعية بل حتى أدىن من ذلك. واالختيارات الضعيفة لألمثلة املقارنة زادت من تعقيد املسائل. فعىل سبيل املثال قاست آندرسون دماغ آينشتاين مقارنة بخمسة أدمغة أخرى فقط يف دراستها وال يكاد يكفي هذا لحرص نطاق االختالف البرشي وإنتاج استنتاجات إحصائية ذات داللة. ولعل أبرز املشكالت هو مغالطة السببية الناتجة من التتابع fallacy hoc post التي تالزم كل ادعاء تقريبا بتحديد األساس الترشيحي للعبقرية: فعندما تبدأ بافرتاض أن العباقرة مختلفون عن أي سواهم فمنطقيا سيكون املسبب أي شذوذ ترشيحي يواجهك. وعندما تجري قياسات كافية لدماغ أي فرد فستعرث عىل ما مييزه عن غريه.

103 علم األعصاب الفطرة في مقابل التربية اليوم بعد 60 سنة تقريبا من قرار هاريف الحاسم يتفرق دماغ آينشتاين يف عدة مواقع. وأعاد هاريف معظمه من 240 قطعة أصلية غمست يف السيل ويدين إضافة إىل املخيخ وجذع الدماغ - إىل مستشفى برنستون )الذي استبدل منذ زمن باملركز الطبي لجامعة برنستون University Medical Center يف بلينزبورو( بزمن قليل قبل وفاته منذ عقد مىض. وهذه املواد اآلن تحت رعاية اختصايص علم األمراض إليوت كراوس Elliot Krauss من مركز برنستون الطبي الذي يقوم بوظيفة هاريف السابقة والذي يحرس املواد بحرص. وانتقلت مجموعة هاريف الخاصة من نحو 500 رشيحة مجهرية إضافة إىل صوره امل عري ة إىل املتحف الوطني للصحة والطب يف سيلفر سربينغ بوالية ماريالند. وتتوزع الرشائح األخرى واملتفرقات غريها عرب نحو اثني عرش متحفا وباحثني جامعيني. وال يزال التساؤل قامئا حول مصدر عبقرية آينشتاين. هل كانت العلوم والعلوم العصبية تحديدا ستكون أفضل حاال لو ح رق دماغ آينشتاين مع جثته والنقطة موضوع جدال لكن التساؤل يستحق التأمل. يف عام 1906 قبل أكرث من قرن من قيام مني وفالك ببحثهام ظن عامل الترشيح األمرييك إدوارد آنتوين سبيتزكا Edward Anthony Spitzka أنه عرث عىل مفتاح الذكاء العقيل يف املنطقة املقطعية املستعرضة من الجسم الثفني. وافرتض يف تقريره أن العباقرة»قادرون عىل جهودهم العظيمة يف الفكر... كام يبدو دون أي عناء «. ومؤلفو الدراسات الالحقة عن أدمغة النخبة ومنها تلك التي تركز عىل آينشتاين كررت افرتاضه أن العظمة الذهنية هي محض هبة طبيعية. لكن ما من يشء يثبت حقيقة ذلك.

104 علم األعصاب وبرأيي هذا الفشل هو يف نهاية األمر أمر جيد ألن اكتشاف ركائز للموهبة - أو فقدها - يف الدماغ ستكون له آثار عملية وأخالقية م شك لة. فإن متكن التصوير الطبي من إظهار متالزمات ترشيحية للمواهب هل سيبدأ أولياء األمور عندها بفحص األطفال وتوجيههم إىل نظم تدريبية تتوافق مع ترشيحهم العصبي وهل سيمنعون طفال ما يفتقر إىل عالمة األوميغا من دخول نادي الفيزياء أو حضور دروس املوسيقى وللطالب الذي يحزن ألنه مل يولد بدماغ فذ يف الحساب أود أن ألفت انتباهه إىل أن آينشتاين رمبا مل يولد هكذا أيضا. ال نعرف ذلك وليس األمر مهام. إذ تكمن وراء اإلنجازات العظيمة لغاوس أو آينشتاين يف الحاالت كلها حياة مكرسة للتأمل وحب االستطالع والتعاون ولعل أهم من هذه كلها العمل الدؤوب.

105 علم األعصاب للمزيد On the Brain of a Scientist: Albert Einstein. Marian C. Diamond et al. in Experimental Neurology, Vol. 88, No. 1, pages ; April Alterations in Cortical Thickness and Neuronal Density in the Frontal Cortex of Albert Einstein. Britt Anderson and Thomas Harvey in Neuroscience Letters, Vol. 210, No. 3, pages ; June 7, The Exceptional Brain of Albert Einstein. Sandra F. Witelson et al. in Lancet, Vol. 353, No. 9170, pages ; June 19, The Corpus Callosum of Albert Einstein s Brain: Another Clue to His High Intelligence? Weiwei Men et al. in Brain. Published online September 24, The Cerebral Cortex of Albert Einstein: A Description and Preliminary Analysis of Unpublished Photographs. Dean Falk, Frederick E. Lepore and Adrianne Noe in Brain, Vol. 136, No. 4, pages ; April 1, من أرشيفنا High-Aptitude Minds. Christian Hoppe and Jelena Stojanovic; Scientific American Mind, August/September 2008.

106 ميكانيكا الكم سبتمرب 2015

107 ميكانيكا الكم ميكانيكا الكم لقد أ سئ فهم عبارة آينشتاين القطعية: إن الله ال يلعب النرد في الكون بقلم: جورج موزر ترجمة: أ. د. محمد قيصرون ميرزا

108 ميكانيكا الكم يف سطور كتب آينشتاين إىل زميل له يف العام 1926»إنني عى أي حال مقتنع بأنه ال يلعب بالرد«. وقد تكرر هذا املقطع عر السنوات وصار جوهر مقصده ازدراء ميكانيكا الكم واحتضانها للعشوائية. إال أن متع نا أدق يكشف أن آينشتاين مل يرفض ميكانيكا الكم أو عدم حتميتها Indeterminism عى الرغم من أنه اعتقد بناء عى أسباب علمية راسخة أنه ال ميكن للعشوائية أن تكون ظاهرة أساسية يف الطبيعة. اليوم يجادل كثر من الفالسفة يف أن الفيزياء هي حتمية والحتمية يف الوقت نفسه وفقا ملستوى الواقع املأخوذ بعن االعتبار. تحل وجهة النظر هذه معضلة Dilemma التي كانت محور الجدل بن الحتمية Determinism واإلرادة الحرةFree will إذ حتى ولو كان كل ما تقوم به الجسيامت م قر را مسبقا إال أن الخيارات التي نتخذها ميكن أن تكون حرة كليا ألن قوانن املستويات األدىن التي تحكم الجسيامت ليست قوانن املستويات العليا نفسها التي تحكم الوعي اإلنساين.

109 ميكانيكا الكم جورج موزر George Musser محرر مساهم في مجلة ساينتفيك أمريكان ومؤلف كتاب فعل مخيف عن بعد Spooky Action at Distance ستنشره ساينتفيك أمريكان/فارار شتراوس وجيرو في نوفمبر. قليل فقط من أقوال آينشتاين حاز االستشهاد الواسع الذي حازته مقولته:»إن الله ال يلعب النرد مع الكون.«وقد اعتبر الناس سخريته هذه كبرهان على أنه كان معارضا دوغمائيا لميكانيكا الكم التي تعتبر العشوائية سمة مبنية في صلب العالم الفيزيائي. عندما تتحلل نواة مشعة فإنها تقوم بذلك تلقائيا وال توجد قاعدة تقول لها لماذا وكيف. وعندما يصطدم جسيم ضوئي بمرآة نصف م فض ضة فإنه ال ينعكس كليا وال يمر كليا ويبقى الناتج غير معروف حتى تصل اللحظة التي يحدث فيهل ذلك. ولست بحاجة إلى زيارة المختبر لترى هذه العمليات فكثير من مواقع اإلنترنت تعرض سالسل من أرقام عشوائية ناتجة من عداد غايغر Geiger counter أو البصريات الكمومية Quantum.optics وبما أنه من غير الممكن التنبؤ األرقام بهذه األرقام حتى من ناحية المبدأ فهي مثالية لعلم التعمية Cryptography واإلحصاء ولعبة البوكر على اإلنترنت.