سلسلة النظرية النسبية: أسئلة عامة
هل يختلف الزمن باختلاف سرعة الأجسام؟
أنا في حيرةٍ من تأثيرات نظرية أينشتاين من كون الزمن -بطريقةٍ ما- تابعًا للسرعة و/أو التسارع.
ألا يعني هذا أن الزمن يجب أن يكون مختلفًا على الأجسام ذات السرعات المختلفة إذا ما كانت هذه السرعة كبيرةً كفاية لتُلاحَظ؟
قد لا تكون ملحوظةً على سطح المريخ مقارنةً بما هي عليه على سطح الأرض، وذلك لأنّ دوران المجموعة الشمسية لربما يعوّض أو يوازن إلى حدٍ ما، وبكل الأحوال فإنّ سرعتهم ليست بكبيرة.
ولكن ماذا عن الزمن في كامل المجموعة الشمسية، التي تدور بسرعة هائلة حول مركز المجرّة مقارنةً بالزمن حول نجم قلب العقرب (Antares)؟
وماذا عن الزمن حول مجموعتنا المحليّة مقارنة بالزمن في مجرة «الألف ياقوتة» مسييه 83 (M83) أو مجرة «المرأة المسلسلة» مسييه 31 (M31)؟
الإجابة:
لقد سألت سؤالًا جيدًا، فلقد اتضح أنّ علماء الفلك بالفعل يقلقون من تأثيرات الزمن المتضمّنة في نظريات أينشتاين في ظروف معيّنة.
كما ذكرت، فإن المراقبين يقيسون الزمن بإطارين مرجعيين مختلفتين وذلك بالاعتماد على سرعتهما النسبيّة؛ باختصار، المراقب الذي يراقب حدثًا في إطارٍ مرجعي ويتحرك بسرعة (v) سوف يقيس الزمن في ذلك الإطار ليتحرّك أبطأ مما كان عليه في إطاره وذلك عن طريق العامل غاما والذي يساوي التالي:
إذ أنّ (c) هي سرعة الضوء. لذلك فنحن بحاجة للقلق فقط حول التأثيرات عندما تكون نسبة السرعة (v) إلى سرعة الضوء (c) مُقاربةً لـ (1)، وللأمان، دعنا نفترض أن لا ضرورة للتصحيح إذا ما كانت السرعة (v) مساويّة لنسبة 20% من سرعة الضوء.
وبالتالي، سرعة الضوء تساوي 300,000 كم/ثانية، وحينئذٍ فإنّ الأجسام ذات السرعات 60 ألف كم/ثانية فقط بالنسبة للأرض بحاجةٍ لأخذ النسبية بالحسبان.
ووفقاً للأرض فإن المجموعة الشمسية تتحرك بسرعة حول مركز المجرة مقدارها 220 كم/ثانية، ولكن ليس هنالكَ مكانٌ قريب سريعٌ بشكل كافٍ ليتطلّب تصحيح تأثيرات النسبية، لذا فإنّ السرعة مع الزمن المنقضي في المجموعة الشمسية ونجم قلب العقرب (Antares) متماثلتان تقريبًا.
على عُلماء الفلك القلق حول تأثيرات النسبية عند دراسة ما يسمّى «ظاهرة الطاقة المرتفعة» في الكون، وبكل الأحوال، فإن خير مثال هو في دراسة الأشعة المنبعثة في جوار الثقوب السوداء، في كلٍ من مركز المجرات البعيدة والأنظمة النجمية في جوار المجموعة الشمسيّة.
هذه الأشعة المنبعثة في جوار الثقوب السوداء غالبًا ما تُرصد لانتشارها في هذه الأنظمة عبر الوسط بين النجمي «الوسط البينجمي» في أجزاء كبيرة من سرعة الضوء (بعضها يمكن رصده يتحرك أسرع من سرعة الضوء c، ولكن هذا مجرد وَهم سببهُ النسبيّة).
قد تتطلب تقديرات سرعة الانتشار وطاقة الأشعة المنبعثة في جوار الثقوب السوداء تصحيحات كبيرة لتأثيرات النسبيّة.
