در نظریه نسبیت مشهور انیشتین، مفاهیم فضا و زمان تغییرناپذیر نه تنها کنار گذاشته نمیشوند، بلکه صریحاً و با تأکید رد میشوند. فضا و زمان اکنون در یک تار و پود مشترک بافته شدهاند. به عبارت دیگر، ما واقعاً در یک جهان چهار بعدی زندگی میکنیم. تنها فضا و زمان از بین میروند؛ تنها اتحاد این ابعاد باقی میماند.
این چیزی است که فیزیکدانان به آن یک کلمه میدهند: فضازمان. چهار خودکار از روی میز کارتان بردارید. با دو خودکار شروع کنید و روی میزتان یک ضربدر بکشید، طوری که دو خودکار عمود بر هم قرار گیرند. حالا یک خودکار سوم اضافه کنید و آن را طوری قرار دهید که بر هر دو خودکار اول عمود باشد. برای انجام این کار، دیگر نمیتوانید اجازه دهید مدادها روی میز، که یک سطح دو بعدی است، قرار بگیرند. باید دستگاه ما را در هوا نگه دارید، که بخشی از دنیای سه بعدی است که به آن عادت کردهایم.
ما در یک دنیای صرفاً سهبعدی زندگی نمیکنیم. خودکار چهارم خود را بردارید و آن را از میان سه خودکار دیگر عبور دهید تا کاملاً بر همه آنها عمود باشد. و تقلب هم نکنید: هیچ زاویهای کمتر از ۹۰ درجه جواب نمیدهد.
شما نمیتوانید. فقط سه بُعد فضایی وجود دارد. و فراتر از آن، شما حتی نمیتوانید به بُعد فضایی چهارم فکر کنید، زیرا مغز ما در یک دنیای سهبعدی تکامل یافته است (بعضی افراد ادعا میکنند که میتوانند بُعد چهارم را تصور کنند، اما من گمان میکنم که آنها یا دروغ میگویند یا فقط خودشان را گول میزنند).
اما اگرچه نمیتوانید مفهوم بُعد چهارم را در ذهن خود نگه دارید، اما میتوانید آن را تجربه کنید. جریان زمان از گذشته به آینده به عنوان بُعد خاص خود قرار میگیرد. شما، با در دست داشتن چیدمان عجیب قلمهایتان، بُعد زمان را از لحظهای که برای اولین بار آن را سرهم میکنید تا زمانی که همه چیز از هم میپاشد، در بر میگیرید. در این مدت، شما یک قطعه مجسمه چهار بعدی خلق کردهاید.
فیزیکدانان سه بُعد مکانی و بُعد زمانی منفرد را در چارچوب یکپارچه فضازمان به هم پیوند میدهند. در فیزیک نیوتن، فضازمان صحنه است و ما – اشیاء و محتویات جهان – بازیگران آن هستیم. ما به هدف خود میرسیم و خطوط خود را بیان میکنیم و صحنه زمینهای را فراهم میکند که بر روی آن تعاملات خود را انجام میدهیم. ما میدانیم که سایر بازیگران بر اساس همان صحنه کجا هستند – آنها در نقطه خود قرار دارند و خطوط خود را با نشانههای تعیینشده بیان میکنند.
نسبیت عام ، خودِ صحنه به بازیگر اصلی تبدیل میشود، نامی که بر روی بیلبورد نمایش نقش بسته است. برای اینکه نظریه گرانش با نسبیت فضا و زمان (که اکنون فضا-زمان نامیده میشود) سازگار باشد، انیشتین متوجه شد که گرانش اصلاً نیرو نیست، حداقل نه از آن نوعی که نیوتن تصور میکرد.
فضا-زمان یک صحنه ثابت نیست، بلکه غشایی انعطافپذیر است که تمامیت هستی را در بر میگیرد. این یک چیز، یک شیء و موجودیت مستقل است، یک بازیگر پویا در میان شخصیتهای جهان. جهان از مجموعهای معمول از ذرات و تابش و تمام تعاملات شگفتانگیز آنها تشکیل شده است، و این تعاملات نه بر فراز فضا-زمان، بلکه همراه با فضازمان اتفاق میافتند، که اکنون به صفوف آنها پیوسته است.
جرم و انرژی (که نیازی به تفکیک دقیق ندارند، زیرا اکنون به لطف نظریه ویژه انیشتین معادل در نظر گرفته میشوند) شکل فضا-زمان را در مجاورت خود تغییر میدهند. شما که همین متن را میخوانید، موجودی در جهان هستید، مجموعهای پررونق از ماده. شما جرم دارید و انرژی. فضا-زمان درون شما، در سراسر شما و نزدیک شما وجود دارد و اکنون به لطف آن جرم و انرژی دچار تغییر شکل شده است. فضا و زمان به لطف وجود شما تغییر میکنند.
و بقیه جهان پاسخ میدهد. اگر ذرهای بینهایت کوچک را تصور کنیم که در مسیری نزدیک شما در حال حرکت است (در اصطلاح فیزیک، ما این ذره را جرم آزمایشی مینامیم تا بررسی کنیم که گرانش چگونه رفتار میکند، بدون در نظر گرفتن سایر اثرات)، میتوانیم بپرسیم که آن ذره چگونه به حضور شما واکنش نشان میدهد. به زبان نیوتن، میتوانیم بگوییم که بدن شما یک میدان گرانشی ، یک تأثیر نامرئی، مانند بوی ماندگار ادکلن خوب، اعمال میکند و ذره از طریق احساس نیروی گرانشی که جهت آن را تغییر میدهد، به آن تأثیر نامرئی پاسخ میدهد.
اما به زبان انیشتین هیچ نیرویی، هیچ ریسمان نامرئی وجود ندارد. فقط فضا-زمان و فضا-زمان به تنهایی وجود دارد. در ارزیابی مجدد و پیشرفته انیشتین از گرانش، همه اجسام همیشه و تا ابد در خط مستقیم حرکت میکنند. اما فضا-زمانی که آن اجسام باید از آن عبور کنند، در زیر آنها خم میشود. یک کوهنورد که از یک نقطه به نقطه دیگر میرود، ممکن است در یک خط مستقیم حرکت کند – طبق نقشه و طبق پاهایش که همیشه با هر قدم مستقیماً در مقابل یکدیگر قرار میگیرند – اما باید پیچ و خمها (و البته ریشههای گرهدار درختان) را در طول مسیر دنبال کند تا مبادا در بیابان گم شود.
و بنابراین اجسام – جرمهای آزمایشی، سیارات، پرتوهای نور – همیشه در مسیرهای مستقیم حرکت میکنند، اما “مستقیم” فقط به این معنا که هر قدم به جلو همیشه مستقیماً در مقابل قدم قبلی قرار میگیرد. فضا-زمان زیر و اطراف آن اجسام خم میشود، و همچنین مسیری که جسم طی میکند.
به گفته انیشتین، این گرانش است. جرم و انرژی شکل فضا-زمان را خم میکنند و خمیدگی فضا-زمان به یک عامل تبدیل میشود و بر مسیرها و حرکات هر چیز دیگری تأثیر میگذارد. با این بیداری بینش گرانشی، انیشتین توانست با موفقیت مفهوم نسبیت خاص خود – مبنی بر اینکه هیچ استاندارد مرجع ثابت و جهانی وجود ندارد – را با نیروی گرانش پیوند دهد. به عبارت دیگر، حتی خود فضا-زمان نیز از اثرات نسبیتی دیدگاههای مختلف مصون نیست و این جهش فضا-زمان است که تجربه ما از گرانش را ایجاد میکند