لا تشير الصيغة الجديدة لقانون نيوتن إلى «المكان المطلق» ولا إلى أي «إطار ساكن»، مما قد يغري بالاعتقاد بأننا نستطيع التوقف عن الحديث عن الفضاء المطلق تمامًا. لكنَّ علينا أن نتوخى الحذر. لعلك تتذكَّر تعريف الإطار القصوري: إنه إطار يتحرك بسرعة ثابتة «بالنسبة إلى» المكان المطلق. وإذا اقتطعنا المكان المطلق من النظرية، فسيبدو أننا فقدنا القدرة على تحديد «ماهية» الإطار القصوري.

لا يسعنا سوى قبول أن المكان المطلق مفهوم ضروري للنظرية، على الرغم من أنه لا يمكن رصده (ولو بطريقة غير مباشرة). ستكون هذه المسألة حالة من حالات نقص الإثبات (ليس للنظرية الصحيحة، بل لإحدى حقائق الكون). يرى معظم الفلاسفة أن هذه المسألة تمثل احتمالية متماسكة، لكنهم لا يطمئنون إليها، أما علماء الفيزياء، فهم أكثر تشككًا فيها من الفلاسفة. ثمة ضغط قوي على الأقل لإيجاد طريقة للتفكير بشأن النظرية التي تزيل حالة نقص الإثبات.

لمعرفة الكيفية التي قد تؤدي إلى تحقيق ذلك، ينبغي أن نتذكَّر فكرة المكان المطلق باعتبارها أساسًا للفيزياء؛ شيء لا يخضع للقوانين الديناميكية نفسها وإنما يحدد المفاهيم التي تتطلبها تلك القوانين. يوفّر المكان المطلق فكرتين منفصلتين من «البنية الأساسية» اللازمة للفيزياء:

(1) «الهندسة المكانية»: يوفّر المكان المطلق المقياس الذي يحدد المسافة بين جسمين (ويسميه علماء الرياضيات «القياس»). يطلق على هذه البنية «الهندسة الإقليدية» كما يسميها المختصون في الهندسة؛ وحتى زمن أينشتاين على الأقل، ظلت الهندسة المكانية تُطرح دون أي إشارة إلى ضرورة أن يكون لها أي ديناميكيات خاصة بها.

(2) «بنية إطار السكون»: يوفّر المكان المطلق تعريفا للسكون والحركة، مما يكفي لتحديد السرعة المتجهة المطلقة لأي جسم.

ثمة بنية ثالثة ضرورية يوفّرها الزمان المطلق، وهو أيضًا أحد المفاهيم الأساسية (وفقًا لنيوتن):

(3) «المقياس الزمني»: يحدد الزمان المطلق الزمن المنقضي بين أي حدثين. ما يخبرنا به مبدأ النسبية أننا لا نحتاج إلى «كل» هذا القَدْر من البنى. يخبرنا أننا نحتاج إلى الهندسة المكانية، وإلى المقياس الزمني، وإلى بعض من بنية إطار السكون، لكننا لا نحتاج من هذا إلا ما يكفينا لأن نعرف مقدار تسارع الأجسام (ومعرفة الأجسام التي لا تتسارع)؛ أي إننا لا نحتاج إلى معرفة الفرق الكامل بين السكون والحركة.

لدى علماء الفيزياء طريقة أنيقة للتفكير بشأن هذه البنى المتنوعة، متمثلة في مصطلح «الزمكان». (لم يُصَك مصطلح «الزمكان» حتى القرن العشرين، وقد ورد في شرح عالم الرياضيات هيرمان منكوفسكي لفيزياء أينشتاين، لكن المفهوم نفسه ينطبق تماما على ميكانيكا نيوتن) من المنظور الرياضي، ليس الزمكان سوى دمج للمكان والزمان في شيء واحد؛ فإذا تطابقت كل نقطة في المكان مع «الموقع» الذي قد يوجد فيه شيء ما، وتطابقت كل نقطة في الزمان مع «الوقت» الذي قد يحدث فيه شيء ما، فإن ثمة نقطة في الزمكان تتطابق مع كليهما في آن واحد. وبناءً على هذا، فإنَّ الزمكان رباعي الأبعاد؛ فنحن نحتاج إلى ثلاثة أرقام لمعرفة موقع شيء ما في المكان (المسافة التي يبعدها عن نقطة مرجعية في كل اتجاه من الاتجاهات الثلاثة) ورقم واحد لمعرفة وقت الشيء في الزمان (أي وقت حدوث الشيء بالنسبة إلى لحظة مرجعية مثل السنة «صفر» بالتقويم الميلادي)؛ ومن ثمَّ نحتاج إلى أربعة أرقام لمعرفة المكان والزمان كليهما، وما يعنيه جميع علماء الرياضيات بمصطلح «مكان رباعي الأبعاد» هو مجموعة من الأشياء المعنونة بطريقة سلسة مناسبة بأربعة أرقام.

لست مضطرا إلى تخيل الأشياء في أربعة «أبعاد» لاستخدام مفهوم الزمكان. حقيقة الأمر – وذلك أحد أسرار المهنة – أنه ما من أحدٍ تقريبًا، ولا حتى المحترفين من علماء الفيزياء والرياضيات، يضع في اعتباره الأبعاد الأربعة، بل يفترضون أنَّ المكان ثنائي أو ثلاثي الأبعاد، ويثقون بأن تُعرّفهم الرياضيات حين لا يعود هذا الافتراض صالحًا. لنجرب هذه الخدعة الآن؛ افترض أنَّ الفضاء لا يتكون إلا من بعدين فحسب، تخيَّله وكأنه ورقة عريضة. ولأنك لا تستطيع أن ترى الفضاء في الحقيقة، فلنتصوره وكأنه رقاقة من مادة الأكريليك عريضة ورقيقة. وللوصول إلى تصوُّر الزمكان تخيَّل أنك تكدس العديد (عدد لا نهائي بالمعنى الحرفي) من الرقاقات فوق بعضها؛ هذه الكومة اللانهائية من رقاقات المكان هي الزمكان وتخيل أنك تأخذ إبرة رفيعة وتغرزها في الكومة من الأسفل إلى الأعلى، حتى تثقب كل رقاقة تلو الأخرى، ويمكن اعتبار المسار الذي اتخذته الإبرة بمثابة مسار أحد الجسيمات، وفي كل مرة، فإن الثقب في الرقاقة في ذلك الزمن يمثل مكان وجود الجسيم في ذلك الزمن.

يمكننا الآن تخيل الأجزاء المختلفة من البنية الأساسية التي ناقشناها للتو، على أنها أجزاء مختلفة من بنية الزمكان تخبرنا الهندسة المكانية بهندسة كل نسخة من نسخ المكان؛ أي كل من رقاقات الأكريليك في نموذجنا التخيُّلي. وعند تحديد نقطتين على الرقاقة نفسها، تعرّفنا الهندسة المكانية بالمسافة التي تفصل بينهما. ويعرفنا المقياس الزمني بالفاصل في الزمن بين أي نسختين مختلفتين من المكان.

ماذا عن بنية إطار السكون؟ يمكن اعتبار أنه يخبرنا بكيفية تطور نقاط المكان المطلق نفسها في الزمن عند تحديد نقطتين في الزمكان – نقطتين في نسختين مختلفتين من المكان – فهما إما تمثلان «النقطة نفسها» في المكان المطلق، أو تمثلان نقطتين مختلفتين. وهذا يتيح لنا تحديد أي مسارات الجسيم – المسارات المتخذة عبر الزمكان – يمثل حركة قصورية، وأيها يمثل حركة متسارعة. يمكنك أن تتخيل هذه المسارات باعتبارها مجموعةً خاصةً مفضَّلة من المسارات عبر الزمكان، وكلٌّ منها يمثل جسيمًا في حالة السكون. وهذه البنية بكاملها – الزمكان والهندسة المكانية والمقياس الزمني وبنية إطار السكون – تُسمى في الاصطلاح الدارج لفلسفة الفيزياء «زمكان نيوتن».

على الرغم من ذلك، فممارسة الفيزياء لا تستلزم بنية إطار السكون، بل البنية «القصورية» فحسب، ونحن نستطيع تمثيلها على الزمكان بعائلة كاملة من المجموعات الخاصة المفضَّلة من المسارات، بدلًا من مجموعة المسارات الواحدة التي حددت بنية إطار السكون. كلُّ فرد من أفراد العائلة يختار إطارًا قصوريًّا واحدًا: أي مجموعة من الجسيمات التي تتحرك جميعها بسرعة ثابتة واحدة، لكننا لا نعتبر أي إطار من هذه الإطارات مفضلا على البقية. ذلك أننا إن فعلنا ذلك يصبح الزمكان أقل منهجية وتنظيمًا بعض الشيء؛ ويسمى الجسم الناتج بـ «زمكان جاليليو»، تكريمًا لاكتشاف جاليليو لمبدأ النسبية.

مواضيع ذات صلة

التفسيرات الهندسية والديناميكية لتمدد الزمن

الزمكان في تصور منكوفسكي

اصطلاح التزامن

نشر الزمن عبر الفضاء

اتساق تمدد الزمن

تمدد الزمن ومفارقة التوأم

ازدهار النسبية

مشاكل مبدأ النسبية: الضوء بصفته موجة

القصور الذاتي والجاذبية

هل يوفّر الزمكان تفسيرًا؟

الأطر المرجعية القصورية

مبدأ النسبية