النسبية

Science

• ما بعد أينشتاين: البحث عن النظرية التالية للجاذبية لماذا لا يمكن أن تكون جاذبية أينشتاين وفيزياء الكم صحيحتين معًا حتى أدق المستويات؟ استكشف أين تتصادمان، والأفكار المتنافسة التي قد توحّدهما، من الأوتار والحلقات إلى مكانٍ منسوج من التشابك الكمومي، وهل يدمّر الثقب الأسود المعلومات، وتحديًا لأينشتاين على مقياس المجرات. معظم هذا لا يزال مفتوحًا، لذلك بدلًا من أن تتلقى إجابة لا يملكها أحد بعد، تزن المرشحين في ضوء الأدلة، بما في ذلك التجارب التي استبعدت بعض الأفكار بالفعل.
• الجاذبية تحني المكان والزمان: النسبية العامة لماذا يطفو روّاد الفضاء مع أن الجاذبية هناك في الأعلى تكاد تكون بقوتها على الأرض؟ تابع أينشتاين من مصعد ساقط إلى الجاذبية بوصفها زمكانًا منحنيًا، حيث تسقط التفاحة أساسًا لأن الزمن يمرّ أبطأ قرب الأرض. ثم انظر كيف اختُبرت الفكرة: ضوء النجوم الذي انحرف أثناء كسوف عام 1919، وتصحيح الساعات الذي يُبقي نظام GPS عاملًا، والتموّجات في الزمكان، ونجم يندفع مسرعًا بجوار الثقب الأسود في مركز مجرتنا.
• الزمكان عن قرب: الهندسة التي تقوم عليها النسبية إن لم تكن هزة الاستدارة هي السبب، فلماذا تعود المسافرة الفضائية إلى بيتها أصغر سنًّا من توأمها؟ ارسم المكان والزمان على ورق مربعات، فيظهر الجواب من الرسم نفسه، ومعه "الآن" المائلة وقراءة الساعة الوحيدة التي يتفق عليها كل المراقبين، دون أي شيء أصعب من الحساب البسيط. ثم اكتشف لماذا كان المدّ والجزر، لا السقوط، هو العلامة الحقيقية للزمكان المنحني، وعبّر عن معادلة أينشتاين بكلمات بسيطة، وتعرّف إلى آفاق لا ثقب أسود فيها، من الأفق الذي يتكوّن خلف صاروخ متسارع إلى أفق للصوت في حوض من الماء الجاري.
• الزمن يتمدّد: النسبية الخاصة والمعادلة E = mc² لماذا يعود رائد الفضاء من المحطة الفضائية أصغر سنًّا ببضعة أجزاء من الألف من الثانية من كل من بقوا على الأرض؟ انطلق من حقيقة واحدة مفاجئة، وهي أن الضوء يمرّ بالجميع بالسرعة نفسها، واكتشف لماذا تتباطأ الساعات المتحركة، ولماذا تنكمش الأجسام المتحركة، ولماذا لا يمكن دفع أي شيء حتى سرعة الضوء، وماذا تقول المعادلة E = mc² عن ضوء الشمس والطاقة النووية ووزن جسمك أنت. ثم اعثر على النسبية حيث لا تتوقعها: في جذب المغناطيس وفي لون الذهب.
• السفر عبر الزمن، وسهم الزمن، وحدود أينشتاين هل يمكن لأحد أن يزور الماضي يومًا ما؟ تسمح معادلات أينشتاين بحلقات زمنية على الورق، فوازن بين مفارقة الجدّ والثقوب الدودية والمخارج المقترحة، واسأل لماذا لا يجري الزمن إلا إلى الأمام مع أن كل قوانين الفيزياء تقريبًا تعمل بالكفاءة نفسها إلى الخلف، واكتشف أين تتوقف النظرية نفسها عن الصمود، وهو أمر لا يزال كثير منه موضع جدل حتى اليوم. وعلى الطريق، تعرّف إلى موظف مكتب براءات الاختراع الذي أعاد بناء المكان والزمان، وإلى ثلاثة تنبؤات من نظريته هو شكّ فيها بنفسه.