اعتاد ألبرت أينشتاين على التفكير في هذه الأسئلة الخمسة التي تذيب العقل من أجل المتعة. هل يمكنك معرفة ذلك؟

• كان ألبرت أينشتاين معروفًا بتجاربه الفكرية التي تتضمن أفكارًا علمية معقدة.

• غالبًا ما استخدم أمثلة من العالم الحقيقي ساعدت غير العلماء على فهم نظرياته النسبية.

• بدأ بالتفكير في إحداها، وهي مطاردة شعاع من الضوء عبر الفضاء، عندما كان عمره 16 عامًا.

لقد غيّر ألبرت أينشتاين، أحد أعظم العقول في القرن العشرين، مشهد العلم إلى الأبد من خلال تقديم مفاهيم ثورية هزت فهمنا للعالم المادي.

إحدى أهم صفات أينشتاين هي قدرته الرائعة على تصور الأفكار العلمية المعقدة من خلال تخيل سيناريوهات الحياة الواقعية. وقد أطلق على هذه السيناريوهات اسم Gedankenexperiments، وهي كلمة ألمانية تعني التجارب الفكرية.

على الرغم من الاسم، فإن تمارين أينشتاين العقلية تضمنت بيانات من تجارب فعلية.

فيما يلي بعض التجارب الفكرية التي توضح بعض اكتشافات أينشتاين الرائدة، بما في ذلك نظرياته الخاصة والعامة في النسبية.

ماذا سيحدث إذا طاردت شعاعًا من الضوء أثناء تحركه عبر الفضاء؟

بدأ أينشتاين بالتساؤل عن هذا الأمر عندما كان عمره 16 عامًا فقط.

ورأى أينشتاين أنه إذا تمكنت بطريقة ما من اللحاق بالضوء والسفر بنفس السرعة التي يتحرك بها، فسوف تكون قادرًا على ملاحظة الضوء متجمدًا في الفضاء. ولكن بما أنه كان يعلم أن الضوء عبارة عن موجة مكونة من مجالات مغناطيسية وكهربائية متغيرة، فلا يمكن أن يكون ساكنًا حقًا.

وكتب أينشتاين في “ملاحظات سيرته الذاتية”: “يرى المرء في هذه المفارقة أن بذرة النظرية النسبية الخاصة موجودة بالفعل”. تنطبق هذه النظرية “الخاصة” على علاقات معينة بين المكان والزمان، وقد استكشفها أكثر من خلال تجربة فكرية أخرى تتضمن القطارات والضوء.

هل يمكن لشخصين تجربة نفس الحدث بشكل مختلف؟

تخيل أنك تقف في قطار بينما يقف صديقك خارج القطار ويشاهده وهو يمر بجانبك. إذا ضرب البرق بالقرب من طرفي القطار، فسوف يرى صديقك وميض الصاعقة في نفس الوقت.

لكن في القطار، أنت أقرب إلى صاعقة البرق التي تتجه نحوها. لذلك ترى هذا البرق أولاً لأن الضوء لديه مسافة أقصر ليقطعها.

يعد إعداد هذه التجربة معقدًا بعض الشيء ويتضمن مرايا وأعمدة ذات زوايا. لكن النتيجة هي أن الزمن يتصرف بشكل مختلف بالنسبة لشخص متحرك عنه بالنسبة لشخص واقف ساكنًا.

لقد عزز اعتقاد أينشتاين بأن الزمان والمكان نسبيان وأن التزامن – حدثان يحدثان في نفس الوقت – يعتمد على وجهة نظرك. وهذا هو حجر الزاوية في النظرية النسبية الخاصة لأينشتاين.

كيف هو عمر توأمك الذي يسافر في الفضاء مقارنة بك؟

لنفترض أن لديك توأمًا وُلِد في نفس الوقت تقريبًا الذي ولدت فيه.

لكن على الفور تقريبًا، يصعد توأمك إلى سفينة فضائية وينطلقان إلى الفضاء للسفر عبر الكون بسرعة الضوء تقريبًا.

وبما أنه وفقًا للنظرية النسبية الخاصة لأينشتاين، يتحرك الوقت بشكل أبطأ كلما اقتربت من سرعة الضوء، فإن توأمك في سفينة الفضاء سيتقدم في العمر بشكل أبطأ.

عندما تهبط سفينة الفضاء مرة أخرى على الأرض، ستحتفل بعيد ميلادك الخامس والستين، بينما لم يكن توأمك قد بلغ العاشرة من عمره بعد، بناءً على تقدير من Omni Calculator.

هل يتسارع مصعدك أم يطفو في الفضاء؟

تخيل أنك في مصعد بلا نوافذ، وغير قادر على رؤية ما يحدث في الخارج. بدون إشارات بصرية، لن تعرف ما إذا كنت في مصعد ثابت على الأرض أم في الفضاء يتم نقلك إلى الأعلى. تعمل قوة الجاذبية والتسارع التصاعدي في حالة انعدام الجاذبية على سحبك إلى الأرض.

إن فيزياء كلا الحدثين هي نفسها، كما قرر أينشتاين، بناءً على “مبدأ التكافؤ”. وبالمثل، إذا هبط المصعد الخاص بك بعيدًا وبسرعة، فسوف تطفو كما لو كنت في الفضاء.

والآن فكر في تأكيد أينشتاين السابق بأن الزمان والمكان نسبيان. إذا كانت الحركة يمكن أن تؤثر على الزمان والمكان (كما هو الحال في تجربة القطار) وكانت الجاذبية والتسارع يتصرفان بنفس الطريقة، فهذا يعني أن الجاذبية يمكن أن تؤثر فعليًا على الزمان والمكان.

إذا وضعت كرة بولينج على الترامبولين، فسوف تضغط على القماش. ضع الكرات الرخامية بالقرب منك، وسوف تتدحرج نحو الكرة. يمكن للأجسام ذات الكتلة الضخمة أن تؤثر على الزمكان بطريقة مماثلة.

إن قدرة الجاذبية على تشويه الزمكان هي جزء أساسي من نظرية النسبية العامة لأينشتاين، والتي نشرها بعد عقد من النظرية الخاصة وتوسع فيها.

هل يمكن للجزيئات التواصل بشكل أسرع من سرعة الضوء؟

لم يكن أينشتاين من أكبر المشجعين لنظرية الكم. في الواقع، لقد تجادل ذهابًا وإيابًا مع الفيزيائي نيلز بور حول بعض الأحداث التي يعتقد أنها تنتهك القوانين الأساسية للفيزياء.

إحدى تجارب أينشتاين الفكرية كانت لها علاقة بالتشابك الكمي، والذي أسماه “الفعل الشبحي عن بعد”.

تخيل أن لديك عملة معدنية ذات وجهين يمكنك تقسيمها إلى نصفين بسهولة. أنت تقلب العملة. دون النظر إلى النتيجة، تقوم بتسليم أحد الجانبين لصديقك وتحتفظ بالجانب الآخر لنفسك. ثم يركب صديقك سفينة صاروخية ويسافر عبر الكون.

عندما تنظر إلى عملتك المعدنية، ترى أنك تحمل وجه العملة. ستعرف على الفور أن صديقك، الذي يبعد عنا مليارات السنين الضوئية، لديه جانب الذيل.

إن نسخة أينشتاين من هذه التجربة الفكرية أكثر تعقيدًا من العملات المعدنية وتتضمن جسيمات متشابكة تشترك في دالة موجية. كلا الجسيمين لديهما القدرة على أن يكونا في حالتين محتملتين، يدوران لأعلى ويدوران لأسفل. يمنحك قياس أحدهما معلومات عن الآخر، بغض النظر عن مدى تباعدهما.

يبدو الأمر كما لو أن نصف العملة لم يكن على شكل صورة أو كتابة حتى تنظر إليها. نظرًا لأن العملة لم تكن ذات وجهين، فأنت تعلم أن صديقك لديه ذيول بينما لديك رأس. لكن أينشتاين اعتقد أن الجسيمات تتصرف مثل العملات الحقيقية. كان لديهم بعض الخصائص المتأصلة التي جعلتهم “يدورون لأعلى” أو “يدورون للأسفل” طوال الوقت.

وقد أثبت علماء آخرون خطأه في العقود التي تلت ذلك. في عام 2022، فاز ثلاثة فيزيائيين بجائزة نوبل لإثباتهم الحركة الشبحية عن بعد.

اقرأ المقال الأصلي على Business Insider