ماذا لو لم يكن أينشتاين موجودًا أبدًا؟

حتى بدون أعظم عالم استثنائي على الإطلاق، فإنّ كل تقدم علمي عظيم حققه كان سيحدث في النهاية.
من سرعة الضوء إلى E = mc²، إلى نظرية النسبية العامة وأكثر من ذلك، لا يوجد عالم في التاريخ قد ساهم في المعرفة البشرية أكثر من ألبرت أينشتاين.
ومع ذلك، كان العديد من الأشخاص الآخرين يعملون على نفس المجموعة من المشكلات، وربما كانوا قد حققوا نفس التقدم الرئيسي حتى ولو لم يكن أينشتاين حاضرًا على الإطلاق.
ولكن لو لم يكن أينشتاين موجودًا قط، هل كان العلم سيتقدم إلى حالته الراهنة بحلول اليوم؟ إنه سؤالٌ رائع لاستكشافه.

إذا طلبت من شخص عادي أن يذكر اسم عالم واحد من أي زمن أو مكان في التاريخ، فمن المحتمل أن يكون أحد الأسماء الأكثر شيوعًا ستسمعه هو ألبرت أينشتاين. كان هذا الفيزيائي الأيقوني مسؤولًا عن العديد من التطورات العلمية البارزة في القرن العشرين، ومن المحتمل أنه تمكن بمفرده من تحدي فيزياء نيوتن التي هيمنت على الفكر العلمي لأكثر من 200 عام. معادلته الشهيرة، E = mc²، غزيرة الإنتاج لدرجة أن حتى الأشخاص الذين لا يفهمون معناها يمكنهم قراءتها. حصل على جائزة نوبل تقديرًا لإنجازاته في الفيزياء الكمية. وتظل فكرته الأكثر نجاحًا – نظرية النسبية العامة، نظريتنا في الجاذبية – غير قابلة للتحدي في جميع الاختبارات لأكثر من مئة عام منذ أن اقترحها أينشتاين لأول مرة.
لكن ماذا لو لم يكن أينشتاين موجودًا؟ هل كان الآخرون سيجيئون ويصنعون نفس التطورات تمامًا؟ هل كانت تلك التطورات لتأتي بسرعة، أم كانت ستستغرق زمنًا طويلًا حتى أن بعضها ريما لم يحدث بعد؟ هل كان الأمر سيتطلب عبقريًا بنفس القدر لتحقيق إنجازاته العظيمة؟ أم أننا نبالغ بشدة بتقدير مدى ندرة أينشتاين وفرادته، رافعين إياه إلى مكانة لا يستحقها في أذهاننا بناءً على حقيقة أنه ببساطة كان في المكان المناسب والزمن المناسب ويتمتع بمجموعة مناسبة من المهارات؟ إنه سؤال رائع لاستكشافه، دعونا نتعمق فيه.

الفيزياء قبل أينشتاين
كانت 1905 بالنسبة لأينشتاين ما يعرف باسم “السنة المعجزة”. عندما نشر سلسلة من الأبحاث التي ساهمت بإحداث ثورة في عدة مجالات في الفيزياء. ولكن قبل ذلك، قد حدثت مؤخرًا تطورات عديدة مدهشة والتي أسقطت افتراضات قديمة عدة حول الكون ووضعتها موضع الشك. لأكثر من 200 عام، قد وقف إسحق نيوتن دون منازع في عالم الميكانيك: في كل من العوالم السماوية والأرضية. حيث طُبق قانونه في الجاذبية الأرضية تمامًا على الأشياء في النظام الشمسي كما طبق على الكرات المتدحرجة أسفل تلة، أو إطلاق القذائف المدفعية من مدفع.

في نظر أحد علماء الفيزياء النيوتونيين، كان الكون حتميًا. إذا كان بإمكانك كتابة مكان وثقل وكتلة كل جسم في الكون، يمكنك حساب كيفية تطور كل منها إلى دقة عشوائية في أية لحظة من الزمن. بالإضافة، كان المكان والزمان كيانين مطلقين، وكانت قوة الجاذبية تنتقل بسرعات لانهائية مع تأثيرات لحظية. طوال القرن التاسع عشر، تطور علم الكهرومغناطيسية أيضًا، موضحًا العلاقات المتداخلة بين الشحنات الكهربائية والتيارات، والعلاقة بين الحقول الكهربائية والمغناطيسية وحتى الضوء نفسه. في كثير من النواحي، بدا الأمر وكأن الفيزياء قد حُلت تقريبًا، نظرًا لنجاحات نيوتن وماكسويل وغيرهما.

حتى، أي أنه لم يكن كذلك. كانت هناك ألغاز تبدو وكأنها تلمح إلى شيء جديد في العديد من الاتجاهات المختلفة. لقد حدثت بالفعل الاكتشافات الأولى للنشاط الإشعاعي، وأُدركت الكتلة على أنها تُفقد بالفعل عندما تتحلل ذرات معينة. لم يبدو أن ثقل الجسيمات المتحللة يتطابق مع ثقل الجسيمات الأم، مما يشير إلى أن شيئًا ما لم يكن محفوظًا أو أن شيئًا غير مرئي كان موجودًا. وحُددت الذرات على أنها ليست أساسية، ولكنها مكونة من نوى ذرية موجبة الشحنة وإلكترونات منفصلة سالبة الشحنة.
ولكن واجه نيوتن تحديين بدا، بطريقة ما، أكثر أهمية من سائر التحديات الأخرى.

الملاحظة الأولى المربكة، كانت تتعلق بمدار كوكب عطارد. بينما كانت جميع الكواكب الأخرى تتبع قوانين نيوتن بدقة وفقًا لقياساتنا، لم يكن الأمر كذلك مع عطارد. على الرغم من مراعاة تقدم الاعتدالين وتأثيرات الكواكب الأخرى، إلا أن مدار عطارد لم يتطابق مع التوقعات، بفارق ضئيل ولكنه ملحوظ. هذا الفارق الذي بلغ 43 ثانية قوسية إضافية لكل قرن من التقدم دفع الكثيرين إلى افتراض وجود كوكب يُدعى “فولكان” يقع داخل مدار عطارد، لكن لم يُكتشف أي شيء هناك.
وربما كانت الملاحظة الثانية أكثر إثارة للحيرة: فعندما تتحرك الأجسام بالقرب من سرعة الضوء، فإنها لم تعد تخضع لمعادلات نيوتن للحركة. إذا كنت على متن قطار يتحرك بسرعة 100 ميل في الساعة وألقيت كرة بيسبول بسرعة 100 ميل في الساعة في الاتجاه الأمامي، فإن الكرة ستتحرك بسرعة 200 ميل في الساعة. بديهيًا، هذا هو ما تتوقع حدوثه، وهذا أيضًا ما يحدث عندما تقوم بالتجربة بنفسك.

ولكن إذا كنت على متن قطار متحرك وسلطت شعاعًا من الضوء للأمام أو للخلف أو في أي اتجاه آخر، فإنه يتحرك دائمًا بسرعة الضوء، بغض النظر عن كيفية تحرك القطار. في الواقع، هذا صحيح أيضًا بغض النظر عن مدى سرعة تحرك المراقب الذي يراقب الضوء.
علاوة على ذلك، إذا كنت في قطار متحرك وقمت برمي الكرة، ولكن القطار والكرة يسيران بسرعة قريبة من سرعة الضوء، فإن “الإضافة” لا تعمل بالطريقة التي اعتدنا عليها. إذا تحرك القطار بسرعة 60% من سرعة الضوء وقمت برمي الكرة للأمام بسرعة 60% من سرعة الضوء، فإنها لا تتحرك بسرعة 120% من سرعة الضوء، ولكن فقط بسرعة ~88% من سرعة الضوء. وعلى الرغم من أننا تمكنا من وصف ما يحدث، إلا أننا لم نتمكن من تفسيره. وهنا ظهر أينشتاين على الساحة.

تقدم أينشتاين
على الرغم من صعوبة تلخيص مجمل إنجازاته في مقال واحد، إلا أن أهم اكتشافاته وتقدمه ربما تكون على النحو التالي.
المعادلة E = mc²: عندما تتحلل الذرات فإنها تفقد كتلتها. أين تذهب تلك الكتلة إذا لم يتم الحفاظ عليها؟ كان لدى أينشتاين الإجابة: تتحول إلى طاقة. الأهم من ذلك، كان لدى أينشتاين الإجابة الصحيحة: تتحول، على وجه التحديد، إلى كمية الطاقة الموصوفة في معادلته الشهيرة، E = mc². يعمل الأمر في الاتجاه الآخر أيضًا؛ فقد أنشأنا منذ ذلك الحين كتلًا في شكل أزواج من المادة والمادة المضادة من الطاقة النقية استنادًا إلى هذه المعادلة. في كل الظروف التي اُختبرت فيها، أثبتت المعادلة E = mc² نجاحها.

النسبية الخاصة: عندما تتحرك الأجسام بسرعة قريبة من سرعة الضوء، كيف تتصرف؟ إنها تتحرك بطرق مختلفة غير بديهية، ولكن جميعها موصوفة بنظرية النسبية الخاصة. هناك حد للسرعة في الكون: سرعة الضوء في الفراغ، والتي تتحرك بها جميع الكيانات عديمة الكتلة في الفراغ بدقة. إذا كان لديك كتلة، فلن تتمكن أبدًا من الوصول إليها، بل ستقترب فقط من تلك السرعة. تحدد قوانين النسبية الخاصة كيفية تسارع الأجسام التي تتحرك بالقرب من سرعة الضوء أو إضافتها أو طرحها، وكيف يتمدد الزمن وتتقلص الأطوال بالنسبة لها.

التأثير الكهروضوئي: عندما يتعرض معدن موصل لأشعة الشمس المباشرة، يمكن أن يؤدي ذلك إلى طرد الإلكترونات التي تكون مرتبطة به بشكل ضعيف. عند زيادة شدة الضوء، يتم إطلاق عدد أكبر من الإلكترونات، بينما يؤدي تقليل الشدة إلى إطلاق عدد أقل. لكن الأمر يصبح غريبًا هنا: فقد اكتشف أينشتاين أن التأثير لا يعتمد على الكثافة الإجمالية للضوء، بل على شدة الضوء التي تتجاوز عتبة طاقة معينة. فقط الضوء فوق البنفسجي هو الذي يسبب التأين، في حين أن الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء، بغض النظر عن شدتهما، لا تؤديان إلى ذلك. وقد أوضح أينشتاين أن طاقة الضوء تتوزع على فوتونات فردية، وأن عدد “الفوتونات المؤينة” هو ما يحدد عدد الإلكترونات التي يتم إطلاقها، ولا يوجد شيء آخر يمكنه تحقيق ذلك.

النسبية العامة: كانت هذه الثورة الأكبر والأكثر صعوبة على الإطلاق: نظرية جديدة للجاذبية تحكم الكون. لم يعد المكان والزمان مفهومات مطلقة، بل أصبحا نسيجًا يتنقل من خلاله كل شيء، بما في ذلك جميع أشكال المادة والطاقة. سوف ينحني الزمكان ويتطور بسبب وجود وتوزيع المادة والطاقة، وهذا الانحناء في الزمكان يحدد كيفية حركة المادة والطاقة. وعندما اُختبرت، نجحت نسبية أينشتاين حيث فشلت نظرية نيوتن، فقد شرحت مدار عطارد وتنبأت بكيفية انحراف ضوء النجوم أثناء كسوف الشمس. ومنذ طرحها لأول مرة، لم تتعرض النسبية العامة للتناقض تجريبيًا أو من خلال الملاحظة.

بالإضافة إلى ذلك، كان هناك العديد من التطورات الأخرى التي لعب أينشتاين نفسه دورًا رئيسيًا في البدء بها. اكتشف الحركة البراونية؛ شارك في اكتشاف القواعد الإحصائية التي تعمل بموجبها جسيمات البوزون؛ ساهم بشكل كبير في أسس ميكانيكا الكم من خلال مفارقة أينشتاين-بودولسكي-روزن؛ ويمكن القول إنه اخترع فكرة الثقوب الدودية من خلال جسر أينشتاين-روزن. كانت مسيرته العلمية المليئة بالمساهمات أسطورية حقًا.

هل كانت الفيزياء ستشهد نفس التقدم بدون أينشتاين؟
رغم المسيرة المهنية الاستثنائية التي حققها أينشتاين، هناك العديد من الأسباب التي تدفع للاعتقاد بأنه كان من الممكن أن يحقق آخرون نفس التطورات التي أنجزها في فترة زمنية قصيرة بدونه. من المستحيل أن نعرف على وجه اليقين، ولكن على الرغم من الإشادة ب “عبقرية أينشتاين” واعتباره مثالاً فريدًا لكيفية تمكن عقل واحد لا يُصدق من تغيير مفهومنا للكون — وهو ما فعله بالفعل — في الواقع، تقريبًا كل ما حدث بسبب أينشتاين كان سيحدث بدونه.

قبل أينشتاين، في ثمانينيات القرن التاسع عشر، كان الفيزيائي جيه جيه طومسون، مكتشف الإلكترون، بدأ بالاعتقاد أن المجالات الكهربائية والمغناطيسية لجسيم متحرك مشحون يجب أن تحمل الطاقة معها. حاول تحديد كمية تلك الطاقة. كان الأمر معقدًا، لكن مجموعة مبسطة من الافتراضات سمحت لأوليفر هيفيسايد بإجراء عملية حسابية: فقد حدد كمية “الكتلة الفعّالة” التي يحملها الجسيم المشحون والتي تتناسب مع طاقة المجال الكهربائي (E) مقسومة على مربع سرعة الضوء (c). كان لدى هيفيسايد ثابت تناسب قدره 4/3 والذي كان مختلفًا عن القيمة الحقيقية البالغة 1 في حسابه عام 1889، كما فعل فريتز هاسينورل في عامي 1904 و1905. استنتج هنري بوانكاريه بشكل مستقل E = mc² في عام 1900، لكنه لم يفهم آثار اشتقاقاته.

بدون أينشتاين، كنا بالفعل على مقربة كبيرة من معادلته الأكثر شهرة؛ ويبدو من غير المنطقي أن نتوقع أننا لم نكن لنكمل بقية الطريق في فترة زمنية قصيرة لو لم يظهر هو.
وبالمثل، كنا بالفعل قريبين للغاية من النسبية الخاصة. لقد أثبتت تجربة مايكلسون-مورلي أن الضوء يتحرك دائمًا بسرعة ثابتة، كما دحضت نماذج الأثير الأكثر شيوعًا. كان هندريك لورنتز قد اكتشف بالفعل معادلات التحويل التي تحدد كيفية إضافة السرعات وكيفية تمدد الزمن، وقام بشكل مستقل مع جورج فيتزجيرالد بتحديد كيفية تقلص الأطوال في اتجاه الحركة. ومن نواحٍ عديدة، كانت هذه هي اللبنات الأساسية التي دفعت أينشتاين إلى تطوير النظرية النسبية الخاصة. ومع ذلك، كان أينشتاين هو من قام بتجميعها. مرة أخرى، من الصعب أن نتخيل أن لورنتز وبوانكاريه وآخرين يعملون في واجهة الكهرومغناطيسية وسرعة الضوء لم يكونوا ليتخذوا قفزات مماثلة للوصول إلى هذا الاستنتاج العميق. حتى بدون أينشتاين، كنا قريبين جدًا بالفعل.

مهّد عمل ماكس بلانك مع الضوء الطريق لاكتشاف التأثير الكهروضوئي؛ ومن المؤكد أنه كان سيحدث مع أينشتاين أو بدونه.
لقد عمل فيرمي وديراك على وضع الإحصائيات الخاصة بالفرميونات (النوع الآخر من الجسيمات، إلى جانب البوزونات)، في حين كان ساتيندرا بوز هو الذي وضعها للجسيمات التي تحمل اسمه؛ وكان أينشتاين مجرد المتلقي لمراسلات بوز.
ويمكن القول أن ميكانيكا الكم كانت ستتطور بنفس القدر في غياب أينشتاين.
لكن النسبية العامة تُعتبر الأكثر أهمية. بعد أن أرسى أسس النسبية الخاصة بالفعل، شرع أينشتاين في استكشاف الجاذبية. في حين أن مبدأ التكافؤ لأينشتاين — الذي ينص على أن الجاذبية تسبب تسارعًا، وأن جميع التسارعات لا يمكن تمييزها من قبل المراقب — هو ما قاده إلى ذلك الاكتشاف، حيث وصف أينشتاين الفكرة بأنها “أسعد أفكاره” التي جعلته غير قادر على النوم لمدة ثلاثة أيام، في حين كان آخرون يتناولون نفس الأفكار.

طبق بوانكاريه النسبية الخاصة على مدار عطارد، ووجد أنه يستطيع تفسير حوالي ~20% من التقدم “الإضافي” المرصود عن طريق طيه.
صاغ هيرمان مينكوفسكي، أستاذ أينشتاين السابق، فكرة الزمكان، ونسج المكان والزمان معًا في نسيج “لا ينفصم”.
قام سيمون نيوكومب وآساف هول بتعديل قانون نيوتن للجاذبية لتفسير تقدم عطارد، مما قدم تلميحًا إلى أن نظرية جديدة للجاذبية من شأنها أن تحل هذه المعضلة.
ولعل الأمر الأكثر إقناعًا هو أن عالم الرياضيات ديفيد هيلبرت كان يلعب أيضًا بالهندسة غير الإقليدية، حيث صاغ نفس مبدأ “الفعل” الذي وضعه أينشتاين للحركة في سياق الجاذبية، حيث يؤدي مبدأ الفعل إلى معادلات مجال أينشتاين. على الرغم من أن هيلبرت لم يكن لديه الآثار الفيزيائية الصحيحة تمامًا، إلا أننا ما زلنا نسميه فعل أينشتاين-هيلبرت حتى اليوم.

من بين كل التطورات التي حققها أينشتاين، كان هذا هو التقدم الذي كان أقرانه الأكثر تخلفًا عنه عندما طرحه. ومع ذلك، ورغم أن الأمر ربما استغرق سنوات عديدة أو حتى عقوداً من الزمن، فإن حقيقة أن آخرين كانوا بالفعل قريبين جداً من التفكير على نفس المنوال الذي فكر به أينشتاين تقودنا إلى الاعتقاد بأنه حتى لو لم يكن أينشتاين موجوداً أبداً، فإن النسبية العامة كانت ستسقط في نهاية المطاف في نطاق المعرفة الإنسانية.

عادة ما يكون لدينا سرد لكيفية تقدم العلم: حيث يكتشف فرد واحد، من خلال ضربة عبقرية محضة، التقدم الرئيسي أو طريقة التفكير التي فاتت الجميع. وبدون هذا الفرد الواحد، لما تمكنت البشرية من الوصول إلى تلك المعرفة الرائعة التي كانت مُخزنة بعيدًا.
ولكن عندما نفحص الوضع بمزيد من التفصيل، نجد أن العديد من الأفراد كانوا في كثير من الأحيان يقتربون من هذا الاكتشاف قبل حدوثه مباشرة. في الواقع، عند مراجعة التاريخ، نجد أن العديد من الأشخاص توصلوا إلى إدراكات مشابهة في نفس الفترة الزمنية تقريبًا. لقد جمع أليكسي ستاروبينسكي العديد من أجزاء التضخم معًا قبل أن يفعل آلان جوث ذلك؛ وضع جورج لوميتر وهوارد روبرتسون فكرة الكون المتمدد قبل أن يفعل هابل ذلك؛ وقد وضع سين إيتيرو توموناجا حسابات الديناميكا الكهربائية الكمومية قبل أن يفعلها جوليان شوينجر وريتشارد فاينمان.

كان أينشتاين أول من عبر خط النهاية على عدد من الجبهات العلمية المستقلة والرائعة. ولكن لو لم يظهر أبدًا، لكان كثيرون آخرون قريبين منه. على الرغم من أنه ربما كان يمتلك كل ذرة من العبقرية المبهرة التي ننسبها إليه في كثير من الأحيان، إلا أن هناك شيئًا واحدًا مؤكدًا تقريبًا: العبقرية ليست فريدة ونادرة كما نفترض غالبًا. مع الجهد المستمر وقليل من الحظ، يمكن لأي عالم مُدرب بشكل جيد أن يحقق اكتشافًا ثوريًا بمجرد أن يتوصل إلى الفكرة الصحيحة في الوقت المناسب.