تاريخ أكثر إيجازا للزمن لستيفن هوكنج: النظريات و الإكتشافات الفيزيائية في فهم الكون، ماهيته، بدايته، و مستقبله

 

تاريخ أكثر إيجازا للزمن لستيفن هوكنج (أستاذ رياضيات في جامعة كمبريدج) و ليونرد ملوندينوف (فيزيائي) هو أشهر كتاب علمي صدر في القرن العشرين (1988). ترجم إلى اللغة العربية من طرف أحمد عبد الله السماحي و فتح الله الشيخ و هما أستاذان في الكيمياء الفيزيائية. يضم الكتاب 167 صفحة. الكتاب يتناول تطورات في علوم الفيزياء و الكون بلغة واضحة. هو يجيب عن أسئلة أساسية: ماذا نعرف عن الكون؟ وكيف نعرف ذلك؟  و من أين جاء الكون و إلى أين اتجاهه؟

الكتاب يفسر القوانين الفيزيائية التي تحكم حركة الأجسام في الأرض و حركة الكواكب و الضوء و تمدد الكون من خلال سرد للمراحل التاريخية للمعرفة الإنسانية بهذه القوانين. فهنالك تفسير لنظريات أرسطو و بطليموس و نيوتن و أنشتاين و فريدمان و اكتشافات هابل و بنزياس و ويلسن.

كما يفسر كتاب تاريخ أكثر إيجازا للزمن كيف بدأ العالم و ما دفعه للتمدد من خلال الحديث عن نقطة الصفر و الانفجار الكبير وتحوّل الجسيمات و تكوّن الثقوب السوداء. كما يتناول الكتاب مسألة الجاذبية الكمية (نموذج العالم الحتمي، مبدأ عدم التيقن و نظرية الكم) و السفر عبر الزمن و قوى الطبيعة وتوحيد الفيزياء.

التفكير في العالم

نعيش في عالم رائع يتطلب خيالا فوق العادة لإدراكه. الكون شاسع و نحن نسعى لإدراك موقعنا الصغير منه. من الصعب تخيل حقيقة النقاط المضيئة في السماء. إذا كنت من هواة مراقبة النجوم، فمن المحتمل أنك رأيت ضوءا قرب الأفق عند الشفق. إنه كوكب عطارد: طول اليوم فيه يساوي ثلثي عام أرضي، درجة حرارة سطحه أكثر من 400 درجة سلزية عند سطوع الشمس ثم تنزل إلى 200 درجة سلزية تحت الصفر في الليل.

المسافات الشاسعة في الفضاء لا تقاس بالأميال بل بالسنة الضوئية و هي المسافة التي يقطعها الضوء في السنة. يقع أقرب نجم من الأرض على بعد أربع سنوات ضوئية و هي مسافة تقطعها أسرع السفن الفضائية في عشرات السنين.

بفضل الرياضيات و النهج العلمي و الكمبيوتر و التلسكوبات تمكنّا من جمع معلومات عن الفضاء. و لكن من أين جاء العالم؟ إلى أين يتجه؟ ما كنه الزمن؟

الصورة المتطورة للعالم

كتب أرسطو أن الأرض كروية الشكل و برهن ذلك بظاهرة خسوف القمر. كما برهن الإغريق على كروية الأرض بأن السفينة القادمة من بعيد نشاهد منها الشراع ثم البدن بعد ذلك.

في القرن الثاني ميلادي قدم بطليموس الإغريقي نموذجا تكون فيه الأرض هي المركز وسط ثمان كرات تدور و تكون الكرة الأخيرة هي حدود العالم. تبنت الكنيسة هذا النموذج المتوافق مع النصوص لأن هناك حيز للجنة و النار.

سنة 1514 اقترح القس البولندي نيقولاي كوبرنيكوس نموذجا آخر: الشمس ثابتة و الأرض و الكواكب تدور حولها. لم يُأخذ مقترحه مأخذ الجد إلا بعد قرن حيث دعم النظرية الألماني جوهانس كبلر و الايطالي جاليليو جاليلي الذي راقب السماء بالتلسكوب.

سنة 1687 قدم إسحاق نيوتن تفسيرا لدوران الكواكب حول الشمس في كتاب المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية و فيه نص على قانون الجاذبية. لم نعد نفترض وجود حدود طبيعية للكون حسب بطليموس. كما تخلينا عن فكرة كون الأرض مركزا للعالم، و يمثل ذلك تحولا كبيرا في الفكر الإنساني.

كنه النظرية العلمية في كتاب تاريخ أكثر إيجازا للزمن

يقول الفيلسوف كارل بوبر:

 "إن النظرية الجيدة هي التي تتميز بتقديم عدد من التنبؤات التي من الممكن من حيث المبدأ دحضها، أو إثبات عدم خطئها بالمشاهدة"

"الهدف النهائي للعلم هو تقديم نظرية واحدة لوصف العالم كله". قسم العلماء الإشكال إلى قسمين: الأول هو أن تطلعنا القوانين الفيزيائية عن حالة العالم في لحظة مقبلة، و الثاني هو الإطلاع على حالة العالم في بدايته. يرى البعض أن القسم الثاني ليس من مشمولات العلم، بل الميتافيزيقا و الدين.

اليوم يصف العلماء العالم أساسا بالنظرية النسبية العامة و ميكانيكا الكم وهما نظريتان متعارضتان. تنصب جهود الفيزياء في ربط هاتين النظريتين في نظرية واحدة: نظرية الكم للجاذبية.

لا زلنا نتطلع لمعرفة سبب وجودنا و من أين أتينا.

عالم نيوتن

إن سبب علمنا الحالي عن حركة الأجسام يعود إلى جاليليو و نيوتن. درس جاليليو حركة الجسم على سطح مائل. و قد أوضح فكرته نيوتن سنة 1687 بما يعرف بالقانون الأول لنيوتن ثم ورد القانون الثاني إلى جانب نظرية الجاذبية. هذه القوانين تتعارض مع قانون أرسطو.

قوانين نيوتن لا تتفق مع الفضاء المطلق و لكن تتفق مع الزمن المطلق. و لكن في القرن العشرين أيقن الفيزيائيون أن عليهم تغيير نظرتهم للمكان و الزمان.

النسبية

سنة 1676 تمكن رومر الفلكي الدنماركي من قياس سرعة الضوء من خلال دراسة درجة التبكير و البطء في خسوفات أقمار المشتري. هذه القياسات لم تكن جد دقيقة.

و في 1865 ظهرت النظرية المناسبة لانتشار الضوء عندما تمكن الفيزيائي البريطاني جيمس كلارك ماكسويل من وصف القوة الكهرومغناطيسية و المجال الكهرومغناطيسي. انطبقت سرعة الموجات الكهرومغناطيسية مع سرعة الضوء. الموجات تراها أعيننا إذا كان طولها بين 40 و 80 جزءا من المليون من السنتيمتر.

في حالة حركة جسم وسط جسم آخر متحرك فهل نحدد سرعته بالنسبة للجسم المتحرك أم بالنسبة للأرض؟ قدم ماكسويل نظرية الأثير و تلتها تجارب ألبرت مايكلسون و إدوارد مورلي ثم هندريكس لورنس.

و في 1905 ظهر بحث لألبرت آيشتاين:النظرية النسبية تفند نظرية الأثير مع اعتبار الاستغناء عن فكرة الزمن المطلق. كما أن الزمان ليس منفصلا عن المكان (مفهوم الزمكان). فيمكن تحديد حدث ما في نقطة معينة بأربعة محاور عوضا عن ثلاثة محاور (ثلاثة محاور مكانية و مقياس للزمن). و وصف التكافؤ بين الكتلة و الطاقة في معادلته: E=MC²

بقية المحاور في كتاب تاريخ أكثر إيجازا للزمن

تحدب الفضاء

تمدد الكون 

الانفجار الكبير و الثقوب السوداء و تطور العالم

الجاذبية الكمية

الثقوب الدودية و السفر عبر الزمن

قوى الطبيعة و توحيد الفيزياء

الخاتمة

ألبرت أيشتاين

جاليليو جاليلي

إسحاق نيوتن