الفضاء الخارجي بيئةً «منعدمة الجاذبية»؛ فرواد الفضاء في المركبات الفضائية لا يُسحبون نحو الأرضية والأجسام التي يسقطونها أو يرمونها تتحرك في خطوط مستقيمة حتى تصطدم بشيء آخر، والحياة في الفضاء الخارجي غريبة ومبهجة (إذا كنت تصدق مقاطع الفيديو التي تنشرها وكالة ناسا أو غير مريحة على الإطلاق إذا كنت تصدق ما يقوله رواد الفضاء عنها بعد أن يختبروها).

فلماذا تتسم هذه البيئة بانعدام الجاذبية؟ كثيرًا ما نسمع أن السبب في ذلك أنه لا توجد جاذبية في الفضاء (لأنه بعيد عن قوة جاذبية الأرض). لكنَّ هذا التفسير غير منطقي تمامًا. ذلك أنَّ نصف قطر الأرض يبلغ حوالي 6400 كيلومتر، وتدور محطة الفضاء الدولية على ارتفاع 500 كيلومتر؛ وقوة جاذبية الأرض على مسافة 6900 كيلومتر ليست بأقل مما تكون عليه على مسافة 6400 كيلومتر إلا قليلًا للغاية. ثمَّة طريقة أفضل نستطيع أن نفهم بها السبب في أنَّ رواد الفضاء لا يشعرون بالجاذبية؛ وهو أن كل شيء في المركبة الفضائية يتحرك بحرية في ظل وجود الجاذبية وبالسرعة نفسها: رواد الفضاء ومتعلقاتهم وجدران المركبة الفضائية نفسها. ونتيجةً لهذا؛ فإنَّ الجاذبية تسحب رائد الفضاء بالفعل تجاه جدران المركبة الفضائية فحسب، لكنها تسحب جدار المركبة الفضائية بعيدًا عن رائد الفضاء أيضًا وبالدرجة نفسها. ولذا فإن الاسم الأفضل لانعدام الجاذبية هو: «السقوط الحر».

يُعد هذا الاسم ملائما لأنَّ الجاذبية هي ما يسميه علماء الفيزياء بالقوة «الكونية»؛ ودرجة تسارع الأجسام التي تحفزها هذه القوة واحدة بالنسبة إلى الأجسام الصغيرة والأجسام الكبيرة. على خلاف القوة الكهربية على سبيل المثال؛ فالإلكترونات سالبة الشحنة ومن ثمَّ تجذبها القوة الكهربية التي تصدرها أجسام كبيرة موجبة الشحنة، أما البروتونات فهي تتنافر بسبب شحنتها الموجبة. غير أننا لا نجد نظيرا لهذه الحالة في الجاذبية، حيث إنه لا توجد مادة مضادة للجاذبية» تنفر بفعل المجال المغناطيسي للأرض، ولا حتى مادة تتأثر به بدرجة أقل قليلا.

على الرغم من ذلك، تشكّل القوى الكونية لغزًا في فَهمنا للقصور الذاتي. لنفترض أنك رائد فضاء في أول مهمة فضائية بين النجوم، لكنك تنام على الرغم من كلٌّ هذه الأحداث المثيرة. وعندما تستيقظ، تجد نفسك معدوم الوزن، إذن فقد غادرت المركبة الفضائية سطح الأرض على الأقل، والمحركات لا تعمل حاليًّا؛ ولكنك لا تعرف ما إذا كانت المركبة (أ) ما تزال داخل مدار الأرض وجاهزة لإجراء محادثة مع برج المراقبة؛ أم إنها (ب) في طريقها إلى قاعدة كوكب المشتري حيث سيمكنك التزود بالوقود من جديد؛ أم إنها (ج) في الفضاء بين النجوم. من دون النظر إلى الخارج من النافذة أو سؤال شخص آخر، فلا توجد أمامك طريقة ممكنة لمعرفة ذلك؛ لأنك ستكون في سقوط حر في كلٌّ من هذه الحالات؛ ومن ثم لا يمكنك إجراء أي تجربة للكشف عن مجال الجاذبية.

يبدو هذا مألوفًا. فتلك هي البنية نفسها التي تتخذها تجربة جاليليو الفكرية الخاصة بالسفينة؛ وكما أنه لا يمكن الكشف عن السرعة المتَّجهة الثابتة، لا يمكن أيضًا الكشف عن «قوى الجاذبية الخارجية» الموحدة. لكن لعلك تذكر الدرس المستفاد من تلك التجربة الفكرية لما كنا لا نستطيع الكشف عن حالات الزيادة في السرعة المتجهة المطلقة، فليس السكون المطلق بمفهوم ضروري لصياغة الفيزياء. وتتمثل الحجة المناظرة في هذه الحالة فيما يلي: إذا كنا لا نستطيع اكتشاف إن كان نظام ما يتسارع على نحو موحد أم لا، في ظل وجود مجال جاذبية خارجي أم لا، فلا حاجة إلى صياغة فيزياء ذلك النظام بما يسمح بالتمييز بين غياب مجال جاذبية خارجي وبين وجوده.

ما البديل إذن؟ يتمثل البديل فيما يلي: كما أن قوانين نيوتن لا تنطبق على «إطار السكون» فحسب، وإنما على أي «إطار قصوري»، فإنها تنطبق أيضًا على أي إطار «يسقط سقوطا حرا بفعل الجاذبية».

يُعد هذا البديل تغييرا جذريًا بشأن كيفية عمل الحركة القصورية في الفيزياء. فهو يعني أولا أن القوة الكونية مثل – الجاذبية – ليست قوةً على الإطلاق؛ فطبقًا لقوانين نيوتن، تتسبب القوى في الانحراف عن الحركة القصورية، لكن الحركة الحرة بفعل الجاذبية ليست سوى حركة قصورية ما يحدث بدلا من ذلك أنَّ الجاذبية هي التي تحدد الأطر القصورية ؛ ومن ثم تخبرنا القوى الأخرى في الكون – التفاعلات غير المتعلقة بالجاذبية – بمدى تسارع الأجسام بالنسبة إلى تلك الأطر القصورية.

وثانيًا: يخلُّ هذا البديل بفكرة أن البنية القصورية عبارة عن بنية «أساسية». إذا كانت الأطر القصورية تحددها تفاعلات الجاذبية؛ ومن ثَم توزيع الكتل، فلن تعود البنية القصورية أساسًا ثابتًا تُصاغ الفيزياء بناءً عليه.

وأخيرا: إنه يعرفنا أن البنية القصورية بنية «محلية». لقد عرفنا قبل ذلك أن الإطار المرجعي القصوري شيء يمكن تحديده للكون بأكمله مرة واحدة، لكن إذا كانت البنية القصورية تُحدد وفقًا لتأثيرات الجاذبية للمادة، وإذا كانت هذه التأثيرات تتفاوت من مكان إلى آخر، فلا بد أن البنية القصورية تتفاوت بالمثل من مكان إلى آخر. يؤدي هذا إلى الاستعاضة عن فكرة وجود مجموعة واحدة من الأطر القصورية بفكرة وجود مجموعات متنوعة متشابكة؛ مجموعة لكل منطقة في نسيج الزمكان وسيستلزم هذا بدوره وَضْع قواعد لكيفية ارتباط المجموعات المتجاورة من الأطر إحداها بالأخرى، وهذه القواعد هي التي أطلق عليها علماء الفيزياء «انحناء الزمكان».

(يُنسب الفضل بوجه عام إلى أينشتاين في التوصل إلى هذه الفكرة البارزة بشأن الجاذبية؛ فقد تخيَّل ما سيكون عليه الأمر إن كنت في مصعد يسقط سقوطا حرا في عموده، واستنتج أنَّ الأمر سيكون كما لو أنه لا توجد جاذبية على الإطلاق. وقد اشتهر عنه أنه قال عن لحظة وصوله إلى هذا الاكتشاف، إنها «أسعد لحظة في حياتي». على الرغم من ذلك، فلا بد أن نيوتن قد فهم هذه النقطة بدرجة ما؛ ذلك أنَّ نظام الأرض والقمر على سبيل المثال يتسارع بوتيرة ثابتة في دورانه حول الشمس، لكن نيوتن كان يدرك أنه يستطيع تطبيق قوانين الفيزياء التي وضعها على الأرض والقمر، كما لو كانت الشمس غير موجودة.)

هل هذا التغيير في مفهومنا عن القصور الذاتي «ضروري»؟ كلا، لا يمكن الجزم بذلك. يمكننا الاستمرار في زعم أن البنية القصورية مطلقة ولا تتأثر بالجاذبية، لكن النتيجة ستكون أن البنية «القصورية» لا يمكن الكشفُ عنها، مثلما أننا لا نستطيع اكتشاف إطار السكون المطلق بناءً على مبدأ النسبية. وهذا احتمال واقعي بناءً على نهج «الهندسة أولًا فيما يتعلق بالزمكان؛ إذ لا توجد علاقة مفاهيمية بين بنية الزمكان وحركات الأجسام. ومن هذا المنظور، فإنَّ هذه الأفكار المتعلقة بالسقوط الحر تشير على الأكثر إلى أنه ينبغي البحث عن بنية مختلفة للزمكان (تماما مثلما أنَّ عدم إمكانية رصد السكون المطلق كان سببًا وجيهًا للتخلص من فكرة المكان المطلق، لكنه لم يضطرنا إلى ذلك في الحقيقة). وعلى النقيض من ذلك، في نهج «الديناميكا أولًا»، فإن إدراك أن الحركات القصورية تُحدد الجاذبية هو اكتشاف مباشر بشأن بنية الزمكان. لا شك أن الفرق دقيق للغاية، مما يسمح بمجال كبير للخلاف، ولكن حالة الجاذبية تدفع بقوة إلى فهم هندسة الزمكان باعتبارها تقنينًا لمفاهيم القصور الذاتي المستخدمة في قوانين الفيزياء، لا باعتبارها حالة مستقلة منطقيًّا عنها.

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

هل يوفّر الزمكان تفسيرًا؟

مفهوم الزمكان

الأطر المرجعية القصورية

مبدأ النسبية