على الرغم من كل ذلك النجاح، خلفت النظرية النسبية مشكلتين عويصتين لا تزالان بغير حل مشكلة كيفية تطبيق النظرية النسبية حينما تكون سرعة أحد الملاحظين غير منتظمة، ومشكلة جعل نظرية الجاذبية التثاقلية لنيوتن ملائمة داخل الإطار الجديد.
لا تزال نفحة من المكان والزمان المطلقين تهب من نظرية آينشتين الأولى. أما تحولات لورنتس التي استخدمتها النظرية، فتنطبق فقط على ملاحظين يتحركان بالنسبة إلى بعضهما بسرعة ثابتة، أي من دون تسارع نسبي. والآن تبدلت الأمور ليتضح أن مبادئ الديناميكا عند نيوتن، في أبسط صورة لها، ليست مقتصرة فقط على الزمان والمكان. فهي في الواقع تحتفظ بالصورة نفسها في أي نظام مرجعي أو أي مختبر تجرى داخله القياسات يتحرك بسرعة ثابتة بالنسبة إلى المكان المطلق. وتلك الأنظمة المرجعية المعينة تسمى الأنظمة الغاليلية لأنها الأنظمة التي ينطبق عليها مـبـدأ غاليليو للقصور الذاتي، أي المبدأ القائل إن الجسم الذي لا تؤثر فيه أي قوة يظل يتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة.
لا تزال نظرية النسبية الخاصة تستبقي فكرة النظام المرجعي الغاليلي. ذلك أنه فقط في مثل هذه الأنظمة اتخذت الصياغة الجديدة للديناميكا الصورة البسيطة التي افترضها آينشتين وهكذا حتى لو لم يعد هناك مكان مطلق ولا زمان، مطلق، فقد جرى تعيين مقولة معينة للأنظمة المرجعية بوصفها ذات خاصية محددة. وفي إعادة صياغة لقول جورج أورويل G. Orwell، يمكن القول إنه في خضم سائر الأنظمة المرجعية الممكنة أو الطرق الممكنة، يكون بعضها أكثر تكافؤا وتعادلا من البعض الآخر. وهذه مسألة تستدعي المزيد من التفكير والتأمل.
أما المشكلة الأخرى فتتعلق بالجاذبية التثاقلية. لقد حار نيوتن نفسه بشأن وجود قوى جاذبة تمارس فعلها من بعد. وكذلك باتت هذه الصعوبة أكثر خطورة في النظرية النسبوية الجديدة، التي لا تسمح لأي ظاهرة فيزيائية بأن تنتشر بسرعة تفوق سرعة الضوء. وها هنا يلح السؤال لنفترض أن ثمة العلة ا لتأثير جاذبي ما - مثلا قذف كتلة معينة من المادة بواسطة الشمس - لاحظه ملاحظ إن العلة أ انتجت المعلول ب من بعد مثلا موجة من موجات المد والجزر على الأرض. هل يمكن للملاحظ أن يؤكد وقوع المعلول في الوقت نفسه لوقوع العلة؟ بالقطع كلا، لأنه يمكن تبيان أن ملاحظين آخرين في حركة بالنسبة إلى الأول سوف يرون المعلول يسبق العلة، وذلك كمحصلة لتحولات لورنتس. لم تعد صعوبات التفاعل من بعد مجرد إثارة ميتافيزيقية، كما كانت في عصر نيوتن، بل هي مصدر لتناقضات داخلية، ولصميم هذا السبب، باتت المشكلة التي تثيرها موضعا للتحليل، هذا هو على وجه الدقة ما سوف ينطلق فيه أينشتين من العام 1911 حتى العام 1916 لا بد له أن يواجه سؤالين مختلفين تماما: أن يعيد صياغة قوانين الديناميكا في نظام مرجعي اختياري تحكمي ، وعلى وجه الخصوص في نظام لا يكون التسارع فيه صفرا، وأن يكتشف نظرية للجاذبية لا يمكن فيها أن تمارس القوى تأثيرها اللحظي من بعد.
وسرعان ما أدرك أينشتين أن المشكلتين مرتبطتان، نحن نعرف أن التسارع يتكشف من خلال قوى القصور الذاتي إنها قوى ليس لها أي فاعل ظاهر ولكنها قوى حقيقية جدا حتى أننا نخبرها في بطوننا حين نركب مزلجة أو يشعر بها الطيار حين التغير الحاد في السرعات. يمكن أيضا أن ندرك تأثيرها في مصعد يتحرك سريعا . والآن يلاحظ أينشتين أنني حين أكون داخل مصعد من المستحيل تماما بالنسبة إلي أن أقول ما إذا كان الشعور بالوزن الذي يمر بخبرتي راجعا إلى تسارع المصعد، أم إلى قوة جاذبة حقيقية، أم إلى مجموعهما معا. لم تجر قياسات داخل المصعد، ومن دون النظر خارجه بمكننا طرح السؤال. ويمكن أن نجد السبب في اتفاق غريب لاحظه نيوتن بالفعل : إنه تساوي الكتلة القصورية التي تحدد رد الفعل للتسارع وكتلة الجاذبية التي تحدد قوة الجذب الناشئة عن الكتل الأخرى. وهكذا. عن طريق إعادة صياغة قوانين الديناميكا في نظام مرجعي اختياري تحكمي يمكن أن نتفهم أي صورة ينبغي أن تتخذها قوانين الديناميكا في الإطار النسبوي. والآن سوف يجري آينشتين ملاحظة حاسمة، عن طريق متابعة الاتجاه المقابل الذي يؤدي إليه الطريق السائر من الخصائص النسبوية للمكان والزمان إلى الديناميكا . هذه المرة سوف يوضح قوانين الديناميكا في نظام مرجعي تسارعي عن طريق دراسة هندسة الزمان كما ترى في مثل هذا النظام.
المثال الذي طرحه أينشتين بسيط تماما بحيث يمكن أن نعرضه ها هنا. هب أننا نركب دوارة تدور بحركة سريعة لدرجة تكفي لأن نشعر بآثار النظرية النسبية، حينئذ يمر التسارع بخبرتنا ما لم يكن موضعنا على محور الدوران تماما حيث إن قوته القصورية لا تعدو أن تكون القوة المركزية الطاردة. ولكن هل هذا هو كل ما يحدث؟ دعنا نقس بواسطة مسطرة نصف قطر المنصة الدائرية في تلك الدوارة. ومادامت السرعة من كل صوب وحدب متعامدة على نصف القطر، فإن المسطرة لا تخضع لانكماش فيتزجيرالد ، ولهذا سنجد قيمة محددة لنصف القطر. والآن دعنا نفس محيط المنصة الدائرية عن طريق وضع عدة مساطر صغيرة مماثلة الواحدة تلو الأخرى على طول المحيط السرعة هذه المرة من كل صوب وحدب موازية للمساطر، وتبعا لهذا ستخضع المساطر للانكماش النسبوي بمقارنة طول المحيط بطول نصف القطر لن نجد القيمة ،كما قد نتوقع، بل نجد رقما سوف يتوقف على نصف قطر المنصة وعلى قيمة سرعة دوران نقاط على المحيط. وهذا مدعاة للدهشة مكاننا لم يعد أقليديا . وهكذا، هندسة المكان في نظام مرجمي متسارع لم تعد تبدو أقليدية. وثمة اعتبارات مماثلة تبين أن مرور الزمن المقيس بالساعات يتأثر هو الآخر بالتسارع، وليس هو ذاته بالنسبة إلى ساعتين متماثلتين إحداهما موضوعة في المركز والأخرى على محيط المنصة الدوارة. ولكن كيف يبدو المكان اللاأقليدي؟ تكون الإجابة ميسرة حين نتعامل مع مكان ثنائي الأبعاد. قارن مثلا السطح المستوي بالكرة، أو بسطح حبة بطاطس السطح المستوي أقليدي: أقصر طريق بين نقطتين هو الخط المستقيم ومجموع زوايا المثلث قائمتان. يمكن أن تتفق الكائنات الثنائية الأبعاد التي تحيا على سطح حبة بطاطس على أن تسمي أقصر ممر بين نقطتين «خطا مستقيما»، وهو ما يسميه أهل الرياضيات الجيوديسي  (اسم يستدعي إلى الذاكرة أقصر خط بين نقطتين على سطح الأرض). سرعان ما سوف تدرك كياناتنا المفترضة أنها لا تعيش على سطح أقليدي لأن مجموع زوايا المثلث على سطح الكرة أو سطح حبة البطاطس لا يساوي قائمتين. إن المكان منحن، كما هو واضح في حالة سطح الكرة. ورب قائل، لكن هب أن حبة البطاطس موضوعة في مكان عادي ثلاثي الأبعاد، وهو مكان أقليدي. إنه حقا هكذا، ولكن ماذا لو اكتشفنا ، كما في حالة الدوارة النسبوية أن مكاننا الثلاثي الأبعاد ليس أقليديا؟ فهل سنفترضه مطمورا في مكان متخيل له أربعة أبعاد أو خمسة أو أكثر؟ وهل سيمتد احترامنا وإعجابنا باقليدس إلى كل هذا المدى؟
إنه لتبسيط مخل أن نتابع آينشتين ثم نتوقف عند مكان يستطيع الملاحظ أن يدركه ويقيسه مكان من المؤكد أنه ثلاثي الأبعاد، لكنه ليس أقليديا . ولنبدأ من غاوس Gauss ) ، وهو رياضياتي علمنا كيف نصف مثل هذا المكان من دون افتراضه مطمورا في مكان أقليدي ذي أبعاد أكثر، ويكفي تماما أن نطبق مثل هذا الأسلوب الفني. وهكذا نجد مجددا أنه لا بد من إقحام المفاهيم التي لا يمكن التعبير عنها إلا رياضيا والتي تتحدى الحدس الآن يمكننا أن نرى الطريق الذي نتبعه أولا الاعتبارات المتعلقة بالمكان وتلك الاعتبارات المختصة بالزمان يجب أن تندمج جميعها معا في شيء صوري منفرد ذي أربعة أبعاد الزمكان يمكن اعتبار هذا الشيء مكانا هندسيا مجردا يبين الانحناء. وكنتيجة لهذا لم يعد من الضروري الالتجاء إلى النظم المرجعية الغاليلية لكي نطرح قوانين الفيزياء. يمكن صياغتها الآن في نظام مرجعي اختياري تحكمي، وبهذا تنطلق متحررة من آخر شظايا القوقعة النيوتونية. لم يعد مبدأ القصور الذاتي أفضل النظم المرجعية الغاليلية، وهو الآن يحمل بين طياته تأثير التثاقل الجسم الخاضع للقوة التثاقلية فقط يصف جيوديسية في الزمكان ويبقى أن نجد بديلا لقوة التثاقل عند نيوتن ومادام مبدأ القصور الذاتي الجديد يتضمن تأثير التثاقل، فلم نعد يعوزنا الحديث عن قوة، إذ يكفي أن نستطيع تعيين جيوديسيات الزمكان. ويمكن إحراز هذا إذا عرفنا هندسته التي تحيلنا بدورها إلى تعيين انحنائه، وبهذا يرتد مجمل نظرية الجاذبية النسبوية إلى اكتشاف كيف يتعين انحناء الزمكان عن طريق الكتلة أو بالأحرى (الطاقة التي يحتويها ). ولكن تبعا لأي معادلات؟
سوف تستوعب هذه الصعوبة الأخيرة مجمل جهود آينشتين لفترة من الوقت، لأن المناهج الرياضية الضرورية لها لم تكن آنذاك معروفة للفيزيائيين، وهو ينجح في النهاية، في الوقت نفسه الذي نجح فيه هيلبرت، الذي أقنعه آينشتين بأن يعنى بأبحاثه. وهكذا خرجت إلى النور معادلة آينشتين الشهيرة، وليس من الملائم طرحها ها هنا .. هذا . وفي. الصدد ثمة مزحة تتعلق بخيال آينشتين. إنه يعد على الملأ الأعلى عالم رياضيات، بينما هو قبل كل شيء عالم فيزياء يوقر المبادئ ولا يميل كثيرا للحسابات المعقدة التي يعرف جيدا كيف يتفاداها . ألم يقل هيلبرت إن السيد أينشتين يريد أن تحل الفيزياء محل الهندسة، على أن أي شخص يسير في شوارع غوتنغن يعرف الهندسة أكثر منه ؟ ومن الواضح أن أي شخص هنا تشير إلى تلاميذ هيلبرت الذين كانوا جموعا غفيرة والأحرى بهذه الأقصوصة الصغيرة البارعة أن تعفينا من تطوير صورية النظرية النسبوية للجاذبية، فمن ذا الذي يستطيع التظاهر بأن يضع في بضع كلمات ما ثبت أنه كان خبرة أليمة لآينشتين نفسه؟ وأيضا سوف نحجم عن ذكر التطبيقات المدهشة على الثقوب السوداء أو على العلم الذي بات أخيرا يسمى الكوزمولوجيا، أو نظرية الزمكان في كليتها، أو - إن شئت - تاريخ الكون. والأفضل لنا أن ندخر جهدنا لآخر نظرية صورية في الفيزياء ميكانيكا الكوانتم، التي كان مجالها أكثر شمولا وكانت معقباتها أكثر أهمية بالنسبة إلى نظرية المعرفة

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

مركز تصوير المخطوطات وفهرستها.. جهود منهجية لتصوير التراث وحفظه

قسم التطوير يواصل تقديم دورة أخلاقيات المهنة ضمن البرنامج التأهيلي للمنتسبين الجدد

انطلاق فعاليات الجلسة المسائية لمسابقة النور القرآنية الدولية الجامعية في جامعة العميد

الحزام الأخضر الجنوبي الأول يستضيف وفدًا من محافظة البصرة ضمن نشاطات قسم الشؤون الفكرية والثقافية

المزيد

الآخبار الصحية

أول إرشادات غذائية قائمة على الأدلة لمعالجة الإمساك المزمن

صباح بلا إفطار؟.. صحتك في خطر!

هل يمكن للجلد أن يكشف عن صحتك العقلية؟.. دراسة حديثة تجيب

السر في مطبخك.. 6 أطعمة تمنح عظامك قوة الشباب

المزيد

الآخبار التكنلوجية

ناسا تكشف: كوكب الأرض أصبح أقل لمعانا خلال العقود الماضية

دراسة: الوقت الذي تستخدم فيه هاتفك قد يفضح حالتك النفسية

علماء يحذرون: عمر الأب يحدد صحة الجنين

الهنغاري لاسلو كراسناهوركاي يفوز بجائزة نوبل للآداب 2025

المزيد

مواضيع ذات صلة

الموقف الشائع من النظرية العامة

العالم المتوسع

نظرية النسبية العامة وتشوه المكان - الزمان بفعل الثقالة

الفيزياء من حركة سقوط الأجسام (مبدأ التكافؤ وثورة آينشتاين: من سقوط الأجسام إلى انحناء الضوء)

قواعد النسبية العامة

التحقق التجريبي من النسبية العامة

الثقوب السوداء والانفجار الهائل وتمدد الفضاء

الفزياء والكون .. النسبية العامة

خاتمة: النسبية العامة

More about four-vectors

Past, present, and future

Space-time intervals