غلطة أينشتاين

عنوان غريب مش كده‫؟

عنوان يمكن غير متوقع لمقال أنا كاتبه ‫، لأني لطالما هاجمت من يدعون أنهم إكتشفوا أخطاء في نظريات أينشتاين ‫، فجاي النهارده أكتب مقال عنوانه ‫"‫غلطة أينشتاين‫"‫‫؟

أنا يمكن إتجننت‫؟

وارد طبعاً إني أكون مجنون ‫(‫‫حتي إسألوا المدام)‫ ‫، بس مش بسبب المقال ده ‫، المقال النهاردة مش علي تحطيم النسبية علي يد طالب ثانوي ‫، المقال النهاردة عن غلطة حقيقية إرتكبها أينشتاين ورجع هو نفسه تداركها‫.‫ ده مش بس كده ده كمان سماها ‫"‫غلطتي الكبيرة‫"‫

My biggest blunder

أه طبعاً ‫، أينشتاين ماهواش إله ‫، أكيد كان بني أدم وبيغلط ‫، ولكن الفرق بين العالم الحقيقي وبين المزيف هو إن العالم الحقيقي أول من يعترف بخطأه ‫، بل أحياناً كمان يكون سعيد بذلك لأن هدفه ليس إعلاء رأيه ولكن هدفه هو الوصول للحقيقة‫.‫

طب إيه رأيك عزيزي القاريء إن مش بس أينشتاين غلط ورجع في كلامه ‫، ده الألعن من كده إن بعد خمسين سنة من وفاة أينشتاين إكتشف العلماء إن غلطة أينشتاين الكبيرة ما كانتش غلطة في الأصل ‫، لكن الغلطة الحقيقية هي في تدارك ‫.‫‫.‫‫.‫‫.‫‫.‫ ‫"‫الغلطة‫"‫‫.‫ يعني بإختصار أينشتاين عمل حاجة معينة ‫، رجع بعد كدة شالها وقال سوري كانت غلطة ‫، لكن إحنا النهاردة بنعتقد إن الحاجة دي ما كانتش غلطة من الأصل!‏!‏

حدوتة كبيرة ‫،  وموضوع مهم ‫، ومن أهميته بيأثر في فهمنا للكون كله علي بعض‫.‫

الحكاية كالأتي‫: أينشتاين في سنة 1916 نشر نظرية النسبية العامة ‫، وهذه النظرية ‫، زي ما أوضحنا هنا ‫، بتحدد شكل الزمان والمكان ‫، أو ما يسمي ‫"‫الزمكان‫"‫ ‫، طبقاً لوجود المادة فيه‫. ومن ضمن أهم معادلات هذه النظرية ‫، معادلة إسمها ‫"‫معادلة أينشتاين للمجال‫"‫

Einstein's field equation

والمعادلة تركيبها الرياضي كالتالي‫:

سهلة مش كده‫؟ الحقيقي هي مش سهلة لكن شكلها كدة بس‫.‫ عموماً مايهمنيش دلوقتي نفهم تفاصيل هذه المعادلة أو إزاي تتحسب ‫، كل إلي يهمني معناها العام.‫ علي يسار المعادلة يوجد الكمية G وإسمها ‫"‫تنسور أينشتاين‫"‫

Einstein's tensor

 وهي كمية بتحدد شكل الزمكان إذا كان مستوي أو منحني وماهي مقدار إنحناءه‫.‫

وعلي اليمين نري الكمية T وإسمها ‫"‫تنسور الطاقة والزخم‫"‫

Energy momentum tensor

وهي كمية بتحدد محتوي الزمكان من مادة وطاقة‫.‫ مش مهم التفاصيل ومش مهم يعني إيه تنسور ‫، المعني العام فقط هو إلي يهمني ‫، ومعني المعادلة كالتالي‫:
الفراغ الزمكاني من حولنا ينحني ويتقوس بوجود المادة والطاقة ‫، كما شرحنا في السابق ‫، ومقدار إنحناءه G يتساوي مع محتوي الطاقة والمادة الموجودة T‫

 يعني إيه‫؟ يعني لو مافيش مادة خالص ‫، بمعني

يصبح الفراغ مستوياً وغير منحنياً‫:

ولو فيه مادة بمقدار T ‫، ينحني ويتقوس الفراغ بمقدار G

حلو الكلام‫؟

كلام جميل‫.‫

جه أينشتاين بقي قالك إيه‫؟ قالك أنا ممكن أطبق المعادلة بتاعتي دي علي زمكان الكون كله علي بعضه‫.‫ إحنا عندنا تقدير لشكل المادة والطاقة في الكون ولذلك عندنا تقدير للكمية T بتاعة الكون كله ‫، نقدر نحط T في المعادلة ونحسب الكون شكله عامل إيه‫.‫

‫(‫ملحوظة جانبية‫: واخد بالك عزيزي القاريء من قوة رياضيات النسبية؟‫؟ الراجل مسك ورقة وقلم وقعد يحسب شوية حسابات يستنتج منها الكون كله ‫، كله ‫، كووووووله ‫، شكله إيه‫!‏!‏ ده إيه العظمة دي يا عم أينشتاين ‫، أتاريهم عايزين يحطموك يا أخي‫.‫ ما علينا ‫، نرجع لموضوعنا‫)‫

أينشتاين بعد ما عمل حساباته إكتشف حاجة غريبة جداً ‫، إكتشف إن معادلاته بتقول إن الكون مستحيل يكون ثابت ‫، لازم يكون متحرك ‫، يعني لازم يكون إما بيتمدد وبيزداد إتساع ‫، أو بينكمش وبيزداد ضيق ‫، لكن المعادلات كانت واضحة وصريحة إنه مستحيل يكون الكون بتاعنا ثابت في الحجم!‏

أياميها الموضوع ده ما عجبش ‫عمك ألبرت ، كان حاسس إنه مش منطقي ‫، ومافيش أي دليل فلكي بيقول إن الكون بيتمدد أو بينكمش ‫، فأينشتاين قالك يبقي المعادلة بتاعتي غلط ‫، أكيد ناقصها حتة‫.‫ طيب إيه الحتة إلي لو أضفتها للمعادلة تكون النتيجة كون غير متحرك‫؟ لقي إن التعديل لازم يكون كالأتي‫:

بإضافة الكمية ، وهي حرف يوناني ينطق ‫"‫لامدا‫"‫

Lambda

والb ساكنة‫.‫ الكمية ‫"‫لامدا‫"‫ دي كمية ثابتة ‫، أطلق عليها أينشتاين إسم ‫"‫الثابت الكوني‫‫"‫

Cosmological constant

وماكانش عارف قيمتها إيه ‫، لكن كان عارف إن معادلته محتاجاها علشان لما ييجي يحسب شكل الكون يطلع ثابت وغير متحرك‫.‫ أما معناها الفيزيائي فهو إن فيه كمية مادة أو طاقة إضافية معينة بتعمل إتزان للكون وبتلغي أو بتقلل تأثير المادة والطاقة العادية المتمثلة في T ‫، فينتج عن ذلك إتزان ولا يتمدد الكون ولا ينكمش ولكن يظل حجمه ثابتاً‫.‫ صحيح هو إتزان غير مستقر ‫، يعني علي الحركرك كده زي كرة شايلها بطرف صباعك

لكنه إتزان ‫، وأحسن من مافيش ‫، كما فكر أينشتاين‫.‫

خلي بالك الكلام ده كله كان حوالي سنة 1917‫

إلي حصل بقي إن حوالي سنة 1929 جه واحد فلكي ‫(‫‫بتاع علم الفلك الastronomy ، مش فلكي يعني بيقرا البخت)‫ إسمه إدوين هابل

Edwin Hubble

وإكتشف عن طريق الرصد إن الكون بتاعنا ككل ليس ثابتاً ‫، ولكنه في الواقع يتمدد ‫، وتتباعد المسافات بين مجراته وأجرامه‫.‫

أوپاااااااا

يعني تنبؤ معادلات أينشتاين الأصلي كان صح ‫، والثابت الكوني ماكانش ليه لازمة‫.‫

طبعاً أينشتاين علشان عالم محترم تقبل النتيجة وجري علي معادلاته ورمي الثابت الكوني في الزبالة ‫، ورجع المعادلات الأصلية ‫، وقالك ‫"‫سوري يا شباب ‫، أنا غلطت ‫، أسوأ غلطة في حياتي‫"‫‫.
 خلي بالك دي مش مجرد غلطة ‫، لأ دي فرصة ضائعة كمان ‫، لأن أينشتاين لو كان وثق في معادلاته الأصلية كان تنبأ بتمدد الكون ‫، مزيداً من المجد ‫، قال يعني هو كان ناقص مجد أصلاً‫‫.‫

بس يا سيدي وعدي الزمن وعدت السنين ‫، من وقت للتاني كدة يطلع ناس يجيبوا سيرة الثابت الكوني كمجرد نوع من الغتاتة الرياضية ليس أكتر‫ ولكن الإتفاق العام كان إنه ثابت مالوش لازمة في معادلات أينشتاين‫.‫

لغاية سنة 1998 السنة إلي إكتشفنا فيها إكتشاف هز المجتمع الفيزيائي والفلكي بأكمله‫.‫
إكتشفنا سيادتك إن مش بس الكون بيتمدد ‫، لأ ده بيتسارع في التمدد ‫، يعني كل لحظة بتعدي بيتمدد زيادة‫!‏!‏

علشان تفهم غرابة هذا الإكتشاف تخيل معايا الموقف التالي‫: تصور وجود زنبرك في أخره كورة كما في الصورة‫: 

والزمبرك مسموح له يتحرك أفقياً فقط‫.‫ تخيل معايا إنك إديت الزنبرك ده دفعة لليمين‫، يعني زقيته بإيدك كدة زقة سريعة:




حيتمدد طبعاً وطوله يبتدي يزيد ‫، لكن علشان الزمبرك بيشد الكورة للشمال التمدد ده حتبقي سرعته بتقل ‫، مش بتزيد ‫، لغاية ما يتوقف ويمكن كمان يبتدي ينكمش تاني.‫ تخيل بقي إنك لاحظت إنه مش بس بيتمدد ‫، لأ ده كمان بيتسارع في التمدد ‫، وعمال يطول بسرعة وأسرع وأسرع كما لو كان فيه قوة خفية عمالة تشده!‏!‏

أهو نفس الشيء في الكون كله علي بعضه ‫، الكون بدأ في الأولي بدفعة جامدة جداً وهي ما يسمونه ‫"‫الإنفجار العظيم‫"‫

Big bang

ولذلك هو بيتمدد‫.‫ لكن من المفترض إن التمدد ده سرعته تقل ‫، لأن الأجرام السماوية بتجذب بعضها البعض زي الزمبرك وتقلل سرعة التمدد ‫، ويمكن كمان الكون يتوقف وبعدين ينكمش علي بعضه‫.‫ دي السيناريوهات المحتملة قبل سنة 1998 ‫.‫ ولذلك كان إكتشاف تسارع تمدد الكون إكتشاف عجيب ومذهل ‫، لأن في هذه الحالة لازم فيه قوة خفية مجهولة لنا بتدفع الكون وتزيد من تمدده!‏!‏

الإحتمالات بقي هنا حاجة من إتنين لا ثالث لهما‫:
إما أن نظرية أينشتاين غلط كلها علي بعضها أو علي الأقل ينقصها شيء‫.‫
إما أن هناك قوة خفية ‫، سميت في الأول بالقوة الخامسة ‫، تدفع الكون عكس إتجاه الجاذبية وتسبب تسارعه‫.‫

الإحتمال الأولاني إتدرس كتير جداً ‫، وهناك أبحاث كتيرة جداً نشرت تحاول تعديل النسبية لتعطي النتيجة المطلوبة ‫، ولسة فيه أفكار بتظهر ‫، لكن لا يوجد أي دليل علي صحتها‫.‫
الإحتمال الأرجح هو الإحتمال التاني ‫، أن هناك قوة خفية ‫، أو طاقة خفية ‫، هي السبب في تسارع الكون‫.‫ ونسميها النهاردة بإسم ‫"‫الطاقة المظلمة‫"‫

Dark energy

مش علشان هي مظلمة ‫، لكن علشان مش فاهمين مصدرها إيه لسة‫ ‫(‫‫فيه حاجة تانية إسمها ‫"‫المادة المظلمة‫"‫ Dark matter لكن دي قصة تانية مختلفة)‫‫.‫ طيب نعبر عنها رياضياً إزاي بقي الطاقة المظلمة دي‫؟ أي تخمينات‫؟

أيوه ‫.‫‫.‫‫.‫

قول كده ‫.‫‫.‫‫.‫

إتفضل ما تخافش ‫، إنت صح!‏

الله ينور عليك‫.‫ هو بعينه الثابت الكوني إلي أينشتاين رماه في الزبالة مطلوب إعادة وضعه في المعادلات تاني علشان نعبر عن تأثير الطاقة المظلمة‫.‫ أينشتاين كان عايز الثابت الكوني يعمل ثبات للكون ‫، يعني يلغي تأثير التمدد بالظبط ‫، لكن ما يبدو لنا أن الثابت الكوني بيعمل العكس تماماً ‫، ده مش بيلغي تأثير التمدد ‫، ده بيزود في التمدد ويوسع فيه زيادة‫.‫

طيب بس برضه الثابت الكوني ده أكيد ليه أصل‫.‫ أكيد هناك مصدر ليه ماهواش حاجة محطوطة كدة علشان المعادلات تطلع صح وخلاص‫.‫ أيوه ‫، ليه مصدر ‫، أو بالأصح ليه مصدر محتمل ‫، لكن دي قصة تانية لوحدها لأن فيها مشكلة تانية برضه‫.‫ نبقي نتكلم فيها بعدين‫.‫

أدي يا سيدي قصة أينشتاين وغلطته الشهيرة إلي طلعت مش غلطة لكن الغلطة هي في إفتراض إنها غلطة ‫‫:-‫)‫