التزامن

من المتوقع عادة، أن اثنين من الراصدين سيتفقان فيما بينهما إذا كانت حادثتان تقعان في نفس اللحظة أم لا. إلا أن أينشتين قد أثبت أنه تحت ظروف معينة لا تتفق النتيجة المتوقعة مع الواقع. والفرضان الأساسيان للنسبية يدفعاننا إل استنتاج أن الحدثين المتزامنين في مناط إسناد ذي قصور ذاتي قد لا يكونان متزامنين في مناط إسناد آخر. ولإيضاح هذه الفكرة ببساطة فإننا نلجأ مرة اخرى إلى تجربة ذهنية. وسيكون انتشار نبضة ضوئية كما يرصدها أثنان من الراصدين ذوي القصور الذاتي هو أساس تجربتنا.

افترض أن مقطورة سيارة تتحرك نحو اليمين بسرعة عالية جداً وثابتة كما في الشكل (1 أ)، وان هناك مصباح وميض عند منتصف المقطورة تماماً وأنه حين يومض يبعض بنبضات ضوئية نحو اليمين ونحو اليسار. وقد جهزت المقطورة بخلايا كهروضوئية عند كل من طرفيها، بحيث يستطيع شخص بالمقطورة أن يكتشف لحظة وصول النبضات الضوئية إلى طرفي المقطورة. كما تستطيع سيدة باستخدام جهاز مبتكر ان تقيس حركة النبضتين وهي واقفة ساكنة فوق الأرض. وحيث أن الراصدين موجودان في مناطي إسناد ذوي قصور ذاتي (وهما المقطورة والأرض)، فغن كلاً منهما لابد أن يرى نبضتي الضوء وهما تسلكان تبعاً لنفس قوانين الفيزياء. أي أن كلاً من الرجل والسيدة لابد ان يلاحظاً ان النبضتين تنتقلان من مصباح الوميض بسرعة مقدارها c. أضف إلى ذلك أن الرجل سيلاحظ أن النبضتين تصلان إلى الكاشفين عند طرفي المقطورة المتقابلين في نفس الوقت، لأنهما سيقطعان نفس المسافة بالضبط، في مناط الإسناد الخاص به (وهو المقطورة).

الشكل :(1) خلافاً  للراصد ذي القصور الذاتي داخل المناط المتحرك، فإن الراصد الساكن على الأرض لن يرى أن نبضتي الضوء تصلان إلى طرفي المقصورة في نفس الوقت.

ونأخذ حالة الرجل أولاً. بالنسبة له ستكون التجربة غاية في البساطة. فالمصباح ساكن بالنسبة له ومستقر عند منتصف المقطورة. وعندما يومض المصباح فإن نبضتين ضوئيتين تنتقلان متساويتين إلى طرفي المقطورة في زمنين متساويين. (تذكر أنه بالنسبة للرجل لن تختلف التجربة سواء كانت المقطورة تتحرك ام لا. لأن الفرض الثاني يقتضي نتائج متطابقة بالنسبة لأي مناط إسناد ذي قصور ذاتي). ومن ثم فإن النبضتين الضوئيتين تصلان إلى طرفي المقطورة في نفس اللحظة أي تكونان متزامنتين.

اعتبر الآن كيف ترى السيدة التجربة. إن قياساتها تظهر أن التجربة تسير طبقاً لقوانين الفيزياء ولذا فإن الموقف يتطور كما في الشكلين 1))(ب) و (جـ) ويلاحظ أن النبضتين تقطعان مسافتين متساويتين إلى اليمين وإلى اليسار في زمنين متساويين. ولكن حيث أن المقطورة تتحرك نحو اليمين فإن المسافة التي على الضوء قطعها كي يصل إلى الخلية الكهروضوئية اليسرى ستصبح أقصر. ونتيجة لذلك فإن السيدة ستقيض النبضة التي على اليسار على أنها تصل إلى الطرف الأيسر للمقطورة قبل أن تصل النبضة الأخرى إلى الطرف الأيمن. وطبقاً لما ستقوله فإن النبضتين لا تصلان إلى الطرفين في نفس اللحظة أي لن تكونا متزامنتين.

ونستنتج من ثم أن الزمن ليس كمية بسيطة، لأن:

الإحداث إذا رصدت على  أنها متزامنة في نظام ذي قصور ذاتي فإن لن ترصد على أنها متزامنة في نظام ذي قصور ذاتي آخر يتحرك بالنسبة للنظام الأول.

وتبين الاعتبارات المتوالية أن هذا الموقف سيتواجد فقط إذا حدث الحدثان في موقعين مختلفين. وفي المثال الذي بين أيدينا فإن الحدثين يحدثان عند الطرفين المتقابلين للمقطورة.