إنها أكبر مجموعة خيالية من مقاييس الحمام. نعم انها مقاومة للحرارة أيضاً. وانها بالحقيقة كبيرة جداً بحيث يمكنها أن تزن نجما بكامله، واليوم هي بوزن النجم الأقرب لنا، انها شمسنا. والرقم المعروض يسجل 2ײ⁷10 طن. انه 2 متبوع بـ 27 صفراً؛ أي 2,000 مليون مليون مليون مليون طن. ولكن انتظر دقيقة، هناك شيء ما غير صحيح. فالمقاييس هي فائقة الدقة. وهناك شيء آخر قابل للملاحظة حولها، بالإضافة لحجمها ومقاومتها للحرارة! ففي كل ثانية، عندما ينشط العرض، نقرأ 4 ملايين طن أقل من الثانية السابقة. وماذا بعد؟ بالتأكيد الشمس ليست اخف – بوزن صهريج محسن بحجم جيد – لكل ثانية مفردة؟

آه، انها كذلك الشمس تفقد طاقة حرارية، تشعلها في الفضاء كضوء شمس. والطاقة بالفعل تزن شيئاً ما ⁽⁵⁾. إذاً، أكثر اشعة الشمس هي ما تخرجه الشمس، لتصبح أخف. تذكروا ان الشمس كبيرة وانها تفقد جزء من 10 ملايين جزء بالمائة من كتلتها بالثانية. وهذا أكثر من %0.1 من كتلتها منذ ولادتها.

في الحقيقة ان الطاقة تزن بالفعل بعض الشيء، ويمكن أن ترى بشكل واضح من سلوك المذنب. وذيل المذنب دائماً أشبه بحزمة من عاصفة متجمعة ⁽²⁾. ان عاصفة الريح تُضرب بترليونات من جزيئات الهواء. انه قذف عنيد يسبب دفعاً باتجاه الخارج. فالقصة جميلة أكثر من تلك في الفضاء العميق. ان ذيل المذنب هو خليط من جسيمات صغيرة لا تحصى من الضوء. وهو عبارة عن مسدس يقذف الفوتونات المسببة لتوهج غازات المذنب لموجة عبر اطنان من الملايين من الكيلومترات من الفضاء الفارغ ⁽³⁾.

لكن هناك فرق هام بين مجموعة الريح المضروبة بجزيئات الهواء وذيل المذنب المضروب بالفوتونات أن جزيئات الهواء هي ذرات صلبة من المادة. تقضي مدة في مجموعة الرياح الشبيهة برصاصات صغيرة، ولهذا يرتد مجال الريح. لكن الفوتونات ليست مادة صلبة، وفعلياً ليس لديها كتلة. إذن كيف يكون للفوتونات تأثير مشابه لجزيئات الهواء، وكيف يعمل؟ حسناً، الفوتون له طاقة، والآن فكر بحرارة ضوء الشمس تسقط على جلدك عندما تتشمس في يوم صيفي. الاستنتاج الذي لا مفر منه هو أن الطاقة فعلياً لها وزن ⁽⁴⁾.

يتحول هذا الأمر ليكون نتيجة مباشرة لعدم اللحاق بالضوء. وحيث ان سرعة الضوء هي بعيدة الوصول، فلا توجد مادة تستطيع التعجيل بسرعة الضوء، ولا يهم كم تستلزم من الصعوبة. أن سرعة الضوء تلعب دور السرعة اللانهائية لكوننا، كما لو أنها تأخذ كمية لا نهائية من الطاقة لتعجيل الجسم لسرعة لا نهائية. وبكلمات أخرى، إن سبب استحالة الحصول على سرعة الضوء هو أنها تأخذ طاقة أكثر من تلك الموجودة في الكون. فماذا يحدث، على كل حال، إذا كنت تدفع كتلة بسرعة قريبة جداً من سرعة الضوء؟ حسناً، بما أن السرعة النهائية غير قابلة للإدراك، فإن الجسم سيصبح اصعب واصعب ليدفع عندما يكون قريباً جداً من السرعة النهائية.

إن كونه صعب الدفع هو نفسه كما لو أن لديه كتلة كبيرة. وبالحقيقة ان كتلة الجسم تعرف بدقة هذه الصفة؛ كم من الصعوبة اللازمة لتدفع تلك الكتلة. ان ثلاجة محملة تتزحزح بصعوبة، نظراً لامتلاكها كتلة كبيرة، بينما من السهل أن تتزحزح إذا كانت كتلتها صغيرة. ولذلك، إذا كان الجسم صعب الدفع ليقترب من سرعة الضوء، يجب أن يكون أكثر ضخامة وبالحقيقة، إذا لحق جسم المادة بسرعة الضوء، فستكون كتلته لا نهائية، وهي طريقة أخرى للقول ان تسارعه سيتطلب كمية لا نهائية من الطاقة. ومهما يكن الوضع العام، فإن ذلك مستحيل. ان القانون الأساسي للطبيعة هو أن الطاقة يمكن أن توجد أو تدمر، وتنتقل من ستار لآخر. مثلاً، تغير الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية في المصباح الكهربائي، وتغير طاقة الصوت إلى طاقة حركية بالتذبذب في الهاتف. ماذا يحدث عندها لطاقة الجسم المتحرك بسرعة تقارب سرعة الضوء؟ وبصعوبة، إن أي طاقة من الممكن أن تزيد سرعة الجسم لأن الجسم المتحرك بسرعة تقارب سرعة الضوء يكون في الأصل متنقلاً بحدود السرعة القصوى.

والشيء الوحيد الذي يزيد دفع الجسم هو كتلته. فاين تذهب كل الطاقة؟ لنقل ان الطاقة تستطيع فقط ان تتغير من شكل لآخر. والاستنتاج الذي لا مفر منه – اكتشف من قبل اينشتاين – قال ان الكتلة نفسها شكل من أشكال الطاقة والمعادلة التي تترك الطاقة في مادة كتلتها m، تعطى بالمعادلة الأكثر شهرة في كل العلوم: E=mc²، حيث يرمز c إلى سرعة الضوء.

والرابطة بين الطاقة والكتلة هي الأكثر ملاحظة من كل النتائج لنظرية اينشتاين الخاصة وتشبه الرابطة بين الزمان والمكان، أنها تمثل بطريقين. الكتلة ليست أحد أشكال الطاقة بل ان أشكال الطاقة تملك كتلة فعالة لكن من الخشونة القول ان الطاقة تزن شيئاً ما.

ان طاقة الصوت وطاقة الضوء والطاقة الكهربائية – أي شكل من الطاقة التي تفكر بها – كل تلك الطاقات تزن شيئاً ما. فعندما تسخن ابريق القهوة فانت تضيف طاقة حرارية إليه. ولكن طاقة الحرارة تزن شيئاً ما. وبالنتيجة، يزن فنجان القهوة شيئاً ما حين يكون ساخناً أكثر منه حين يكون بارداً. ان الكلمة الفعالة هنا هي بعض الشيء. والفرق في الوزن هو صغير جداً لكي يقاس وبالحقيقة، إن ملاحظة ان الطاقة لها وزن أمر صعب، ولذا احتاج الأمر إلى عبقرية اينشتاين ليلاحظها اولاً. ومع ذلك، أحد أشكال الطاقة؛ كطاقة ضوء الشمس تظهر كتلتها عندما تتفاعل مع المذنب.

فالضوء يستطيع دفع ذنب المذنب والسبب ان طاقة الضوء تزن شيئاً ما. والفوتونات لديها كتلة فعالة حسب طاقاتها.

وهناك شكل مألوف آخر للطاقة؛ هو طاقة الحركة. فإذا خطوت مسرعاً في مسار دائري، فسوف تترك وبلا أدنى شك مثل شيء موجود. تشبه طاقة الحركة كل الاشكال الأخرى للطاقة والتي تزن شيئاً ما. لذا فأنت تزن هامشياً بشكل أكثر عندما تجري، منه عندما تمشي.

ان طاقة الحركة تشرح لماذا تستطيع فوتونات شعاع الشمس دفع ذنب مذنب. وشرح ذلك ضروري لأنها (الفوتونات) لا تملك فعلياً كتلة حقيقية. وإذا امتلكتها بعد كل ذلك، فستكون غير قادرة على الانتقال فعلياً بسرعة الضوء، تلك السرعة الممنوعة عن كل الأجسام التي لديها كتلة. والكتلة الفعالة بديلة عن الضوء، تلك الكتلة التي لديها طاقة الحركة.

هوامش

(1) انا استخدم كلمة الوزن هنا بالطريقة التي تستعمل بحياتنا اليومية كمرادف للكتلة. ونتكلم بصرامة، الوزن يكافئ قوة الجاذبية.

(2) المذنب هو كرة ثلج عملاقة بين الكواكب مليارات الأجسام تدور بعمق مجمد خلف الكواكب الأبعد. وبالصدفة، كان المذنب ذو الجاذبية يمر بنجم يسقط باتجاه الشمس وكلما تسخن الكرة اكثر، فإن تشققات سطحها والابزيم يغليان في الفراغ ليشكلا ذنباً غازياً طويلاً ومتوهجاً.

(3) فعلياً، ذيل المذنب يدفع بدمج ضوء الشمس والريح الشمسية، وهو اعصار ساعة لمليون ميل من الجسيمات داخل الذرة واغلبها نوى الذرات والتي تتجدول من الشمس.

(4) بذات المعني، الفوتونات تملك العزم. وبمعنى آخر، أنها تستلزم جهداً لايقافها. هذا الجهد يوفر بواسطة ذنب المذنب والذي يرتد كنتيجة له.

مواضيع ذات صلة

Relativistic energy

Relativistic mass

Transformation of velocities

The twin paradox

Equivalence of mass and energy

Relativistic dynamics

The Lorentz contraction

Transformation of time

The Michelson-Morley experiment

نظرية المفعول الكهروضوئي ونقد معادلة ط = ك × سر2 للعالم حسن كامل الصباح:

معادلة أينشتاين جامدة المضمون

تاريخ المعادلة المشهورة الطاقة = الكتلة × مربع سرعة الضوء ط = ك × سر2