تخيل عالماً ا تتغير فيه قوانين الفيزياء سريعاً كما تتغير الموضة من سنة لسنة أو من أسبوع لأسبوع أو حتى من لحظة لأخرى. وإذا افترضنا أن في مثل هذا العالم لا تتسبب تلك التغيرات في اضطراب العمليات الأساسية للحياة، فإن أقل ما يمكن أن يقال هو أنك لن تمر عليك لحظة ملل واحدة. وقد يصبح أبسط الأحداث مخاطرة حيث إن الاختلافات العشوائية ستمنعك وتمنع أي إنسان آخر من استخدام الخبرات السابقة للتنبؤ بأي شيء عن المستقبل.

ومثل هذا العالم كابوس بالنسبة لعلماء الفيزياء فعلماء الفيزياء – ومثل أغلب الناس - يعتمدون أساساً على ثبات العالم: فالقوانين الصحيحة اليوم كانت كذلك بالأمس، وستصبح صحيحة أيضاً في الغد (حتى إذا لم نكن من المهارة بحيث نتمكن من فهمها كلها وفوق كل ذلك ما الذي يعنيه تعبير "قانون" إذا كان يتغير بصورة فجائية؟ ولا يعني ذلك أن العالم إستاتيكي، فالعالم بكل تأكيد. يتغير بطرق لا تحصى من لحظة لأخرى، وبالأخرى، فإن القوانين التي تحكم هذا التطور هي الثابتة لا تتغير . وقد نتساءل عما إذا كنا نعلم حقيقة أن هذا صحيح في الواقع نحن لا نعرف. لكن نجاحنا في وصف السمات العديدة للكون منذ برهة صغيرة بعد الانفجار الهائل وحتى وقتنا هذا يؤكد لنا أنه إذا كانت هذه القوانين تتغير فإن ذلك لا بد من أن يكون في غاية البطء، وأبسط الافتراضات التي تتواءم مع كل ما نعرفه هو أن تلك القوانين ثابتة.

والآن، تخيل عالماً تتنوع فيه قوانين الفيزياء كما تتنوع الثقافات المحلية وتتغير بشكل حاد غير متوقع من مكان لآخر وتقاوم بشراسة أي مؤثر خارجي في تشكيلها، وكما في مغامرات غاليفر، الذي يسافر في مثل هذا العالم فإن ذلك سيعرضك إلى عالم غني جداً بالخيرات غير المتوقعة. لكن هذا كابوس آخر في نظر الفيزيائيين، ومن الصعوبة بمكان مثلاً، أن نتعايش مع حقيقة أن القوانين الصحيحة في بلد ما - أو ولاية ما - قد تكون غير صحيحة في بلد أو ولاية أخرى. لكن فلنتخيل ما الذي ستكون عليه الأشياء إذا أصبحت قوانين الطبيعة تتغير بهذا الشكل. وفي عالم مثل هذا فإن التجارب التي تجري في موقع ما لن يكون لها أي تأثير على قوانين الفيزياء المناسبة في مكان آخر. وفي المقابل، سيكون على الفيزيائيين أن يعيدوا إجراء التجارب مرات ومرات في المواقع المختلفة ليختبروا قوانين الطبيعة المحلية التي تسوء في كل موقع. والحمد لله، فإن كل ما نعرفه يشير إلى أن قوانين الفيزياء هي نفسها في كل مكان. وتدور كل التجارب التي تجمع العالم على نفس مجموعة التفسيرات الفيزيائية. والأكثر من ذلك، فإن مقدرتنا على شرح عدد هائل من المشاهدات الفلكية لمناطق من الكون شاسعة البعد باستخدام مجموعة ثابتة من مبادئ الفيزياء، كمثال، تؤدي بنا للاعتقاد بأن نفس القوانين صالحة في كل مكان. وبما أننا لم نسافر إلى الطرف الآخر من الكون، فإننا لا نستطيع أن نجزم بأن هناك نوعاً جديداً من الفيزياء يسود في مكان آخر، لكن كل الأمور تشير إلى النقيض.

ومرة أخرى فإن ذلك لا يعني أن الكون يبدو واحداً - أو له نفس الخواص التفصيلية - في المواقع المختلفة. ورائد الفضاء الذي يقفز بالزانة فوق سطح القمر يمكن أن يأتي بكل أنواع الأفعال التي لا يمكنه القيام بها على الأرض. لكننا نقر بأن هذا الاختلاف ينشأ لأن للقمر كتلة أقل كثافة كثيراً من كتلة الأرض؛ ولا يعني ذلك أن قوانين الجاذبية تتغير بطريقة ما من مكان إلى آخر. فقانون نيوتن أو قانون آينشتاين، لتكون أكثر دقة للجاذبية، هو نفسه على الأرض وعلى القمر. والاختلاف في ما صادفه رائد الفضاء هو اختلاف في التفاصيل البيئية وليس اختلافا في القانون الفيزيائي.

استخدامها - كتناظرات في الطبيعة. ويعني الفيزيائيون بذلك أن الطبيعة تتعامل مع كل لحظة من الزمن وكل موقع في المكان بنفس الطريقة - بتناظر - مؤكدة بذلك أن القوانين | الأساسية . هي نفسها السائدة. ومثل هذه التناظرات مقنعة بشدة تماماً. بنفس الطريقة التي تؤثر بها في الفن والموسيقى؛ وهي تبرز النظام والتماسك في عمل الطبيعة. وأناقة وغنى وتعقد وتنوع الظواهر التي تنشأ من مجموعة بسيطة من القوانين الكونية هي على الأقل جزء مما يعنيه الفيزيائيون عندما يستخدمون تعبير "جميلة".

وقد توصلنا مناقشاتنا لنظرية النسبية الخاصة والعامة إلى تناظرات أخرى في للطبيعة. وإذا استرجعنا مبدأ النسبية الذي هو لب النسبية الخاصة، فإن ذلك يدلنا على أن كل القوانين الفيزيائية لا بد أن تكون واحدة بصرف النظر عن الحركة النسبية الدائمة التي قد يكون عليها المشاهدون كل على حدة. وهذا تناظر لأنه يعني أن الطبيعة تتعامل مع مثل هؤلاء المشاهدين بنفس الطريقة، أي بتناظر. ونجد العذر لكل واحد من مثل هؤلاء المشاهدين في أنه يعتبر نفسه أو تعتبر نفسها في حالة سكون. ومرة أخرى، لن يصل المشاهدون الموجودون في حالة حركة نسبية إلى نفس المشاهدات كما رأينا من قبل، فهناك كل أنواع الاختلافات المذهلة في مشاهداتهم. وفي المقابل وكما في حالة خبرات القفز بالزانة على الأرض وعلى القمر، فإن الفروق في المشاهدات تعكس التفاصيل البيئية - المشاهدون في حالة حركة نسبية - حتى بالرغم من أن المشاهدات محكومة بنفس القوانين.

ومن خلال مبدأ التكافؤ في النسبية العامة، وسع آينشتاين من هذا التناظر بشكل ملحوظ وذلك بأن بين أن قوانين الفيزياء هي في الحقيقة واحدة بالنسبة لكل المشاهدين، حتى إذا كانوا واقعين تحت حركة معقدة متسارعة. ولنسترجع ما توصل إليه آينشتاين من تحققه من أن المشاهد المتسارع له تمام الحق في أن يعلن أنه أو أنها في حالة سكون، وأن القوى التي يشعر بها هي نتيجة مجال الجاذبية. وبمجرد تضمين الجاذبية في إطار النظرية، فإن كل نقاط التفضيل للمشاهدة تقف على قدم المساواة تماماً، وعدا إغراء النواحي الجمالية الذاتية لهذا التعامل المتساوي لكل أنواع الحركة، فقد رأينا أن مبادئ هذا التناظر تلعب دوراً محورياً في الاستنتاجات المذهلة في ما يتعلق بالجاذبية التي اكتشفها آينشتاين.

 ترى هل هناك مبادئ تناظر أخرى لها علاقة بالمكان والزمان والحركة يجب  مناقشاتنا لنظرية النسبية الخاصة والعامة إلى تناظرات أخرى على قوانين الطبيعة أن تحترمها؟ وإذا فكرت في ذلك فربما نتوصل إلى احتمال آخر. ولا يجب أن تتأثر قوانين الفيزياء بالزاوية التي نجري مشاهداتنا منها. فمثلاً، إذا كنت تجري تجربة ما ثم قررت أن تغير من موقع أجهزتك وتجري التجربة مرة أخرى، فإن نفس القوانين يجب أن تسود. ويعرف ذلك بالتناظر الدوراني، ما أن قوانين الفيزياء تتعامل مع كل الاتجاهات المحتملة على قدم المساواة. ومبدأ التناظر هذا متوافق تماماً مبادئ التناظر التي سبق مناقشتها. هل هناك تناظرات أخرى؟ وهل أغفلنا أي تناظرات؟ فقد تقترح أن هناك تناظرات قياسية تترافق مع القوى غير الجاذبية كما هو مبين في الفصل الخامس. ومن المؤكد أن هذه تناظرات في الطبيعة إلا أنها من نوع أكثر تجريداً؛ وسينصب تركيزنا هنا على التناظرات التي لها علاقة مباشرة بالمكان والزمان والحركة وبوضع هذا القيد فإنك لا يمكن أن تفكر في احتمالات أخرى. وفي الحقيقة فإنه في العام ،1967 تمكن الفيزيائيان سيدني كولمان وجيفري مانديولا من إثبات أنه لا يوجد أي تناظر آخر يرتبط بالمكان والزمان والحركة يمكن أن يضم إلى التناظرات التي شرحناها حالاً ويعطي نظرية تحمل أي تشابه مع عالمنا.

وتبعاً لذلك فإن الفحص الدقيق لهذه الفرضية بالاعتماد على بصيرة عدد من الفيزيائيين قد كشف بدقة عن عيب بارز لم تستغل نتيجة كولمان – مانديولا بشكل كامل التناظرات التي تتأثر بما يعرف بالحركة المغزلية.

مواضيع ذات صلة

رؤية نيوتن للجاذبية

وعلى أي حال، من الذي يتحرك؟ (الحركة النسبية )

تأثير الحركة في الفضاء

النظرية الكلاسيكية

الأوتار الفائقة

الوضعية الراديكالية والفيزياء: بين المشاهدة والصياغة العلمية

القاعدة الأساسية لدفع الصاروخ

ثورة هايزنبرج: من يقين العلم إلى مسؤولية العلماء

الفزياء والكون .. تجربة ميكسلون ومورلي

الضوء

البلازما والفضاء

الكون المتحرك