-القصور الذاتي- في -فضاءٍ مُنْحَنٍ-

جواد البشيتي

الحوار المتمدن-العدد: 3595 - 2012 / 1 / 2 - 10:32
المحور: الطب , والعلوم
    

"القصور الذاتي" Inertia هو خاصية فيزيائية جوهرية للمادة، أجساماً وجسيمات، أكانت مادة بكتلة أم مادة عديمة الكتلة كالضوء؛ والفَرْق الجوهري (بحسب معيار الحركة في المكان) بين هذا النوع وذاك هو أنَّ المادة التي لها كتلة يمكن أنْ تظلَّ موجودة ولو لظلَّت "ساكنة"، لا تتحرَّك في المكان؛ فإذا تحرَّكت فلن تتحرَّك أبداً بسرعة الضوء، وكأنَّ خاصية "الكتلة" هي الحاجز الفيزيائي الذي يمنع الجسم، أو الجسيم، الذي يملكها (منعاً مُطْلَقَاً) من السير بسرعة الضوء (300 ألف كم/ث، تقريباً).

وللوقوف على معنى "القصور الذاتي"، وعلى أهمية هذه الخاصية الفيزيائية، دَعُونا نتخيَّل حجرة صغيرة تسير بسرعة ثابتة، وفي مسارٍ مستقيمٍ، في فضاءٍ مستوٍ منبسطٍ، يخلو تماماً من "قوى الدَّفْع أو السَّحْب (الخارجية)"، ويخلو تماماً، أيضاً، وبحُكْم منطق وماهية هذا الفضاء، من مصادِر ومنابع وحقول الجاذبية (كالنجوم والكواكب).

نظرياً، تظلُّ هذه الحجرة، وإلى الأبد، في هذه الحال من الحركة (السرعة نفسها، والاتِّجاه نفسه).

لماذا؟

لأنَّها، أيْ "الحجرة"، عاجزة (عجزاً مُطْلَقاً) عن أنْ تغيِّر من تلقاء نفسها سرعتها (زيادةً أو نقصاناً) أو اتِّجاه سيرها (وكأنَّ سيرها في مسارٍ مستقيم، استقامة مستقيم مرسوم على ورقة، هو قَدَرها).

ولأنَّ هذا الفضاء الذي تسير فيه هو بماهية وخواص تُعْجِزَه عن أنْ يتسبَّب بخفض سرعة الحجرة؛ فلا شيء في هذا الفضاء يشبه "قوى الاحتكاك" لجهة تسبُّبها بخفض سرعة الجسم حتى توقُّفه التام عن الحركة.

المراقِب المقيم في هذه الحجرة لن يرى شيئاً من ظواهر الجاذبية في داخل حجرته؛ فهو يرى (في داخلها) كل ما يَدُلُّ على انعدام الجاذبية، كـ "انعدام الوزن"، وسير الجسم في مسارٍ (أُفقي) مستقيم إذا ما دفعه بيده؛ أمَّا الزمن لديه فيظل (من وجهة نظره هو) يسير سيراً عادياً.

وهذا الذي يراه من ظواهر انعدام الجاذبية (في داخل حجرته) يظلُّ هو نفسه مهما كانت سرعته، على أنْ تظلَّ "ثابتة"، مقداراً واتِّجاهاً.

الآن، عَرِّضْ هذه الحجرة لضغط قوَّة خارجية ما، كأنْ تُدْفَع، أو تُسْحَب، بما يشبه "اليد"، وبما يجعل سرعتها تزداد في استمرار، مع بقائها تسير في مسارٍ مستقيم، فيرى هذا المراقب أنَّ ظواهر الجاذبية قد تولَّدت في داخل حجرته؛ فهو (وغيره من الأجسام الموجودة في الحجرة) أصبح له وزناً، ومسار الجسم أصبح منحنياً، ويسقط هذا الجسم "أرضاً"؛ ومع ذلك، فلن يرى تغييراً في سرعة الزمن لديه؛ فإنَّ مراقباً خارجياً ما هو الذي يرى تباطؤاً في سير الزمن في تلك الحجرة (إنَّه يرى، مثلاً، أنَّ الثانية الواحدة في الحجرة تَعْدِل خمس ثوانٍ لديه).

ولو أنَّ المراقب المقيم في الحجرة كان في وَضْع العاجز عن رؤية القوى الخارجية التي سرَّعت حجرته لظنَّ أنَّ حجرته تَقِف الآن على سطح كوكب، أيْ تَخْضَع لجاذبيته السطحية؛ فليس من فَرْق يُذْكَر (في النتائج) بين هذه الحال (الجاذبية السطحية) وتلك (التسارع المتأتِّي من قوى خارجية).

لماذا تولَّدت ظواهر الجاذبية في داخل الحجرة إذ تسارعت (تسارُعاً متأتيِّاً من قوى خارجية)؟

لأنَّ خاصية "القصور الذاتي" تعني، أيضاً، "المقاوَمة"؛ فهذه الحجرة العاجزة عن تغيير حركتها المنتظَمة من تلقاء نفسها، تبدي، في الوقت نفسه، "مقاوَمة" لكل تغيير في حركتها المنتظَمة، يتأتَّى من "قوَّة خارجية"؛ وإلى هذه "المقاوَمة" تُعْزى ظواهر الجاذبية التي تولَّدت في داخل الحجرة؛ ويكفي أنْ تَثْبُت الحجرة عند السرعة الجديدة (التي وصلت إليها بهذا النوع من التسارع) مع استمرارها في السير في مسارٍ مستقيم حتى تختفي من داخلها ظواهر الجاذبية.

ولنتخيَّل الآن أنَّ هذه الحجرة (التي هي في حالٍ من الحركة المنتظَمة في الفضاء نفسه) قد وَصَلَت إلى فضاءٍ يجاوِر جسماً ضخم الكتلة، شديد الجاذبية؛ ولنَفْتَرِضْ أنَّ هذا الجسم هو "ثقب أسود".

هذا الفضاء الجديد ظلَّ خالياً تماماً من "القوى الخارجية"؛ لكنَّه ما عاد مستوياً منبسطاً؛ فوجود "ثقب أسود" فيه جعله منحنياً؛ وهذا إنَّما يعني أنَّ الحجرة التي كانت تسير على ما يشبه "السَّطح المستوي المنبسط" أصبحت تسير على ما يشبه "السَّطح المنحني المتقوِّس".

وانحناء الفضاء إنَّما يعني انحناءً (في الدرجة نفسها) للمسار الذي تسير فيه الحجرة؛ والحجرة، كمثل سائر الأجسام، لا تملك إلاَّ أنْ تَتْبَع المسار؛ فهي جسم يجتمع فيه أمران: "القصور الذاتي" و"الانقياد لمساره".

الحجرة الآن دخلت في هذا الفضاء المنحني، أيْ في حقل الجاذبية الذي يخصُّ "الثقب الأسود"، وشرعت، من ثمَّ، تسقط سقوطاً حُرَّاً نحو "سطح" هذا "الثقب".

في هذا السقوط الحر، تسير الحجرة في الاتِّجاه نفسه؛ لكن سرعتها (أيْ سرعة سقوطها الحر) تزداد كل ثانية (وهذا تسارُع متأتٍّ من الجاذبية، وليس من قوَّة خارجية).

إنَّ المراقب المقيم في هذه الحجرة لن يرى شيئاً من ظواهر الجاذبية (في داخل حجرته) وكأنَّه ما زال (مع حجرته) في حركة منتظَمة في الفضاء القديم (الخالي من القوى، ومن الجاذبية). ولسوف يظل يرى الزمن عنده يسير سيراً عادياً.

أمَّا المراقب الخارجي البعيد فيرى في داخل هذه الحجرة ظواهر الجاذبية، ويرى، أيضاً، أنَّ الزمن فيها يتباطأ، وأنَّ بطء هذا الزمن يزداد مع اقتراب الحجرة من "سطح" هذا "الثقب".

والأمر لا يختلف في حالٍ أخرى هي "دوران الحجرة (بسرعة ثابتة) في مدارٍ" حول "الثقب الأسود"؛ فهذه هي، أيضاً، حال من التسارع (التغيير المستمر في الاتِّجاه) المتأتِّي من الجاذبية، أيْ من انحناء الفضاء.

ظواهر الجاذبية كافة تتولَّد في داخل الحجرة ما أنْ تَقِف الحجرة (الساقطة سقوطاً حُرَّاً) على "سطح" هذا "الثقب"؛ مع أنَّ هذا الوقوف يصحُّ فحسب في مثالٍ تخيُّلي.

مع وقوفها على هذا "السَّطح" تصبح الحجرة في حالٍ مماثلة (مبدئياً) للحال التي كانت عليها إذ تسارعت في الفضاء الخالي من الجاذبية؛ فتتولَّد في داخلها ظاهرة "الوزن"، وسائر ظواهر الجاذبية. ومع ذلك، يظل المراقب المقيم فيها يرى الزمن لديه يسير سيراً عادياً.

لماذا تتولَّد هنا (أيْ على هذا "السَّطح") ظاهرة "الوزن" في داخل الحجرة؟

لأنَّ وقوفها على "السَّطح" يولِّد ما يولِّده "التسارُع (المتأتِّي من قوَّة خارجية)" الذي تعرَّضت له الحجرة لدى سيرها بسرعة ثابتة، وفي مسارٍ مستقيم، في الفضاء المستوي المنبسط (أيْ الخالي تماماً من مصادِر الجاذبية).

و"التسارع" في ظاهرة "السقوط الحر"، يزداد مع اقتراب الجسم الساقِط من "السَّطح"، فيَبْلُغ هنا (أي عند السَّطح) أقصاه؛ ثمَّ يَشْرَع يتناقص مع اقتراب الجسم (في مثالٍ تخيُّلي) من "المركز (مركز الكوكب مثلاً)".

خاصية "القصور الذاتي" لـ "الحجرة (ولأيِّ جسم)" إنَّما تعني "العجز" و"المقاوَمة" معاً؛ فالحجرة التي تسير بسرعة ثابتة (بصرف النظر عن مقدارها) وفي مسارٍ مستقيم، لا يمكنها أبداً أنْ تغيِّر، من تلقاء نفسها، سرعتها، زيادةً أو نقصاناً، أو أنْ تَخْرُج عن الاستقامة في خطِّ سيرها؛ فإذا تعرَّضت لضغوط قوَّة خارجية ما لـ "إكراهها" على تغيير حركتها المنتظَمة هذه فإنَّها تَهُبُّ لـ "مقاومتها"، وكأنَّها لا تَعْجَز عن تغيير حركتها المنتظَمة فحسب؛ وإنَّما تأباه وترفضه وتقاوِمه؛ وفي "المقاوَمة"، وبها، يتولَّد في داخل الحجرة ما نراه من ظواهر الجاذبية.

إنَّ "القوَّة (الخارجية)"، ولجهة صلتها بالحركة المنتظَمة للحجرة، هي "اعتداء (خارجي)" على هذه الحال الحركية للحجرة، فتَهُبُّ الحجرة فوراً لمقاومته، وكأنَّها غريزة "حُبِّ البقاء" كامنة في هذه الحال الحركية (أيْ في الحركة المنتظَمة للحجرة).

"الجاذبية (أو "حقل الجاذبية"، أو "انحناء الفضاء")" ليست بـ "القوَّة (الخارجية)" حتى تُقاوِم الحجرة تأثيرها، مُنْتِجَةً في داخلها، ومن طريق هذه المقاوَمة، ظواهر الجاذبية؛ فالحجرة، في "سقوطها الحر"، تتغيَّر سرعتها زيادةً كل ثانية، وفي دورانها في مدارٍ حول كوكب أو نجم، يتغيَّر، في استمرار، اتِّجاه حركتها؛ ومع ذلك لا تبدي مقاومةً لهذا التغيير، أو ذاك، ولا تتولَّد في داخلها، من ثمَّ، ظواهر الجاذبية؛ وكأنَّها في حاليها هذه وتلك تَعُوم في حرِّيَّةٍ في الفضاء؛ وفي هذا يكمن الفرق (من وجهة نظر المراقب المقيم في داخل الحجرة) بين تسارعها المتأتِّي من قوى خارجية وبين تسارعها المتأتي من الجاذبية، أيْ من وجودها وسيرها في فضاء مُنْحَنٍ.

أمَّا لو وَضَعْنا مكان الحجرة الدائرة حول نجم جسماً (كروياً) عظيم الكتلة (كأنْ يكون مماثِلاً للقمر أو كوكب الأرض، كتلةً) فإنَّ الفضاء الأقرب إلى هذه الجسم، ينحني، عندئذٍ، فتتولَّد، من ثمَّ، على سطح هذا الجسم، وضمن هذا الفضاء، ظواهر الجاذبية.

إنَّ كل جسمٍ حُرٍّ من ضغوط قوى خارجية (قوى دَفْع أو قوى سَحْب) يسير (ويجب أنْ يسير) في مسارٍ مستقيمٍ، أكان الفضاء الذي يسير فيه مستوياً أم منحنياً؛ فهذا الجسم إنَّما يَتْبَع "المسار"، الذي يستقيم باستواء الفضاء، وينحني بانحنائه. كوكب الأرض، مثلاً، وفي دورانه حول الشمس، يسير في مسارٍ مستقيمٍ، من وجهة نظره هو، فهذا المسار (الذي ينقاد إليه كوكب الأرض انقياداً) إنَّما هو "المسافة الأقصر بين نقطتين"؛ وهذه "المسافة"، التي يراها مراقب آخر "منحنية"، هي "المستقيم (أو الخط الجيوديسي Geodesic) الذي يمثِّل أكثر استقامة ممكنة في هذا الفضاء المنحني حول الشمس"؛ فالجسم الذي يتحرَّك في حرِّيَّة (أيْ لا يتعرَّض لضغوط من قوى خارجية) في فضاء مُنْحَنٍ إنَّما يَتْبَع مساراً جيوديسياً (و"الجيوديسي"، في معناه الغالب، هو المستقيم، أو المسافة الأقصر بين نقطتين، على سطح مُنْحَنٍ).

"القوَّة (الخارجية)" هي التي تُخْرِج الجسم عن الاستقامة في خطِّ سيره؛ لكنَّ كوكب الأرض، في دورانه حول الشمس، لم يَخْرُج عن الاستقامة في خطِّ سيره حتى ننسب دورانه هذا إلى "قوَّة (خارجية)"، هي، بحسب نظرية نيوتن في الجاذبية، "قوَّة الجاذبية الشمسية".

الحجرة ما أنْ تصبح في فضاءٍ مُنْحَنٍ، أيْ في فضاءٍ هو الأقرب إلى جسم (كروي) ضخم الكتلة، حتى تَتْبَع مساراً جيوديسياً؛ وهذا المسار، الذي يشبه السير فيه السير (نزولاً) في منحدَرٍ، قد يقودها نحو الجسم، فتسقط إلى سطحه، وقد يذهب بها إلى مدارٍ حول الجسم نفسه.

المراقب المقيم في الحجرة لن يرى في داخل حجرته شيئاً من ظواهر الجاذبية إذا ما كانت حجرته تَعُوم، في حرِّيَّةٍ، في الفضاء، أو تسقط سقوطاً حُرَّاً، أو تدور في مدار؛ لكن يكفي أنْ تَعْتَرِض قوَّة ما حجرته، وهي في حالٍ من أحوالها الحركية الثلاث تلك، حتى تتولَّد في داخلها ظواهر الجاذبية كافة، ومنها ظاهرة "الوزن"؛ فإنَّ "التسارُع المتأتِّي من قوى خارجية (الجاذبية ليست من عدادها، ولا من جنسها)" هو وحده الذي يستثير "مقاوَمةً" له، فتتولَّد، من ثمَّ، في داخل الحجرة ظواهر الجاذبية.

ونحن نرى ظواهر الجاذبية كافة، ومنها ظاهرة "الوزن"، في داخل الحجرة الواقفة على سطح كوكب الأرض، مثلاً، لأنَّ قوَّة خارجية اعترضت (أو تعترض) هذه الحجرة وهي في حالٍ من التسارُع المتأتِّي من الجاذبية؛ وإنَّ "سطح" كوكب الأرض (في هذا المثال) وليس "مركزها" هو مَصْدَر هذه القوَّة (التي من الخطأ، بحسب "النسبية العامة"، أنْ نسمِّيها "جاذبية").

المراقِب المقيم في الحجرة الساقطة سقوطاً حُرَّاً، أو الدائرة في مدار، يرى داخلها مسرحاً لعمل قوانين "النسبية الخاصة"؛ أمَّا المراقب الخارجي (الذي يَعُوم في حرِّيَّة في الفضاء) فيراه (أيْ يرى داخل تلك الحجرة) مسرحاً لعمل قوانين "النسبية العامة"؛ فهو يرى في داخلها سيراً للزمن أبطأ من سيره عنده، وانحناءً في المسار الذي يسير فيه أي جسم؛ أمَّا ظاهرة "الوزن" فلا يراها؛ لأنَّ الحجرة مع كل ما فيها من أجسام تسقط سقوطاً حُرَّاً بالسرعة نفسها (والدوران هو أيضاً نوع من السقوط الحر).

#جواد_البشيتي (هاشتاغ)      

---

اشترك في قناة ‫«الحوار المتمدن» على اليوتيوب
حوار مع الكاتب البحريني هشام عقيل حول الفكر الماركسي والتحديات التي يواجهها اليوم، اجرت الحوار: سوزان امين	حوار مع الكاتبة السودانية شادية عبد المنعم حول الصراع المسلح في السودان وتاثيراته على حياة الجماهير، اجرت الحوار: بيان بدل

كيف تدعم-ين الحوار المتمدن واليسار والعلمانية على الانترنت؟

تابعونا على:

الفيسبوك

التويتر

اليوتيوب

RSS

الانستغرام

لينكدإن

تيلكرام

بنترست

تمبلر

بلوكر

فليبورد

الموبايل

كيفية إشراك-إيصال مواضيعكم أو مواضيع تهمكم  إلى اكبر عدد ممكن من القراء والقارئات