Contributing Writers
Antoine Boutros
Time and Place vs Time-Space
Greenwich falls on the environs of the British capital. It can be reached by a one-hour bus journey, or by boat. Although it is famous for its astronomical observatory -which was turned into a museum after it was moved to another location due to pollution in the capital – its large maritime museum and the Cutty Sark Ship sitting at its dock and which is a tourist attraction and a reminder of Britain’s trade and naval glories, it is necessary to visit Greenwich for those who wish to see for themselves the birth of mean solar time to measure standards of time and space.
In the observatory’s old yard, where science’s oldest masters, like Isaac Newton, Edmond Halley and John Flamsteed once stood, a visitor sees a line that crosses the yard and divides the earth in two. An amazing feeling overcome you in the middle of the world at zero degrees of longitude and the central time zone. For a few pounds sterling, you will receive from the ATM machine a card that immortalizes your visit. All this, and the line is illusionary and the halves of the earth are relative.
What we call lines of longitude and latitude are in fact nothing more than a genius, defining addition. It is difficult to picture civilization without it. Neither trade nor communications would have been possible. At the beginning, they were used to demarcate the globe and to facilitate finding cities, places and distances. After that everything on the earth became identified through a series of curvatures that encircle the globe in opposing directions. When astronomy evolved, scientists used the same method for the celestial sphere to determine the locations of stars and calculate distances.
It was a simple yet magnificent invention.
Around 150 AD, astronomer and geographer Ptolemy of Alexandria challenged this school of inventions in documented references and translated them into 27 maps that formed the first known atlas in the world. But being a scientist who shunned travelling, he did not double check much of what he wrote and prominently said that everything that lives below the equator is at risk of melting due to the heat. When Ptolemy drew the lines of longitude he was free to choose the line that halved all these lines (prime meridian). He selected the islands, known today as the Canary and Madeira islands, off the northern-western coast of Africa. The line then respectively moved between the Azure islands, Cape Verde islands, Rome, Copenhagen, Jerusalem, Cairo (reference to the Grand Pyramids of Giza), Saint Petersburg, Pisa (reference to its tower), Paris, Philadelphia until it settled in Greenwich. A degree in the line of longitude at the equator is equivalent to its value at the line of latitude i.e. 110 kilometers (since it is the outcome of 1 divided by 360 degrees of the earth’s circumference.
At 40 degrees of longitude, which forms a circle that is smaller than the line of longitude that crosses the equator, a degree equals 84.8 kilometers only while at 60 degrees, a degree equals 55.5 kilometers. Meanwhile, at the two poles where all lines of longitude meet, a degree equals zero. Here also, the value of the longitude lines is similar to the latitude lines and each degree is divided into 60 minutes and each minutes into 60 seconds.
Since the earth’s rotation around its axis takes 24 hours, this means it rotates 360 degrees every 24 hours. As such, one hour is equivalent to 15 degrees and every two points 15 degrees apart are at an hour’s distance in the time cycle.
On this basis, a system for the standards of space was set. As for time, Greenwich was chosen in an 1884 conference as a referral point to a new timing system that divided the world into 24 time intervals which helped put an end to all the commotion over time differences. With that, the United States was divided into eight time zones compared to 300 before the agreement. Implementation was not smooth since a similar attempt had previously failed when American farmers feared that this new timing will hinder chickens from laying their eggs or cause the milk to dry up in the cows. Chicago workers also went on strike because the new system would force them to work nine extra minutes.
This system continued to represent reality until Einstein appeared with his theory of relativity which annulled the concept of time and space as absolute values. The time length of an event and its space dimension, according to relativity, are not constant values and can only be determined according to the observer. Therefore, the relativity theory replaced space and time, which are the main pillars of the traditional system, as two individual factors with one encompassing factor which is space-time.
The widespread Newtonian conception stipulates that for a light beam sent from one place to another, observers, irregardless of how many there are, will agree on the time length for the light journey, because time, according to Newton, is an absolute. As for Einstein, this is not true because the theory of relativity does not recognize real time for an event that two persons, one of immobile and the other mobile, are trying to intercept each from their own location and circumstance.
As evidence, Einstein gives the following example: A set of twins, one lives in an earth station and another takes a distant space journey at high speed then reverses course and returns. Of course the twins will disagree over the timing since it is a distant event, meaning that a specific time of an incident inside a spaceship is determined by the immobile twin in the earth station with a time difference than that determined by the twin in the ship. Since the difference relies on speed, then the difference will not fade away upon the ship’s return but will double since the return journey is a second trip. The result is that when the twins meet they will not be of the same age but the traveler twin will find himself younger than his brother. This concept turned around science in one of the greatest scientific revolution. What does that signify scientifically and what are its consequences? This is what we will address in the following issue.
الواقع بين الزمان و المكان
انطوان بطرس
تقع غرينتش على مشارف العاصمة البريطانية. والوصول اليها لا يستغرق اكثر من ساعة بالباص، كما يمكن الوصول اليها بالقارب. ورغم انها تشتهر بمرصدها الفلكي الذي اصبح متحفا بعد انتقاله الى موقع آخر بسبب تلوث سماء العاصمة، والمتحف البحري الكبير فيها، والسفينة “كاتي سارك” التي تقبع في مينائها كموقع سياحي يذكّر بأمجاد بريطانيا التجارية البحرية ، فإن زيارتها ضرورية لمن يريد ان يرى بأم العين ولادة المقياس الأرضي لمعايير الزمان والمكان.
ففي باحة المرصد القديم، الذي وطأت فيه اقدام مشايخ العلم أمثال اسحق نيوتن وادموند هالي وجون فلامستيد، يشهد الزائر خطا يخترق الباحة ويقسم الكرة الأرضية الى نصفين. ويا له من شعور ينتاب المرء حينما يقف في نصف العالم أي عند الدرجة صفر لخط الطول ومركز الزمان كما هو متعارف عليه. وبجنيهات قليلة تحصل من آلة صرف إلكترونية بطاقة تخلد زيارتك. كل ذلك والخط وهمي وانصاف الكرةالأرضية نسبية.
إن ما نطلق عليها خطوط الطول والعرض ليست في الواقع سوى إضافة عبقرية أعطت لكل شيء معنى ومن الصعب تصور الحضارة بدونها. فلا التجارة ولا المواصلات كانت ممكنة. وقد اعتمدت بداية لترسيم الكرة الارضية وتسهيل تحديد مواقع المدن والأمكنة والمواقع ولتحديد الأوقات والمسافات وصار كل شيء على سطح الكرة الأرضية محددا عبر سلسلة دوائر تلف الكرة وتمتد باتجاهات متعاكسة. وعندما تطور الفلك طبق العلماء الشيء ذاته على الكرة السماوية فتحددت مواقع النجوم وامكن تقدير المسافات.
كان مجرد ابتكار بسيط ولكن عظيم الشأن.
حوالى العام 150 بعد الميلاد، تصدى الفلكي والجغرافي الإسكندراني بطليموس لمأسسة هذه الإحداثيات في مراجع مدونة فأنزلها على 27 خريطة تشكل اول اطلس معروف للعالم. ولكنه كان عالما يؤثر الجلوس على التنقل، فلم يتحقق من الكثير مما كتبه وابرزه قوله ان كل من يقيم تحت خط الاستواء معرض للذوبان من شدة الحر.
حينما رسم الفلكي بطليموس خطوط الطول كان حرا في اختيار الخط الذي ينتصف جميع هذه الخطوط (خط الزوال الرئيسي prime meridian). فاختار الجزر المعروفة اليوم بجزر الكناري ومَديرا الواقعة امام الشاطئ الشمالي الغربي لأفريقيا. وتنقل هذا الخط من بعده على التوالي بين جزر الآزور وجزر كاب فيرده وروما وكوبنهاغن والقدس والقاهرة
(نسبة الى الهرم الكبير بالجيزة) وسان بطرسبرج وبيزا (نسبة لبرجها) وباريس وفيلادلفيا الى ان استقر به المقام في غرينتش.
وتساوي الدرجة في خط الطول عند خط الاستواء قيمتها عند خط العرض أي 110 كيلومترات (كونها حاصل قسمة 1 على 360˚ من محيط الكرة الارضية). اما عند خط الطول 40˚، والذي يشكل دائرة اصغر من خط الطول المار بنقطة الإستواء، فالدرجة هناك تساوي 84.8 كيلومترا فقط، وعند خط الطول 60˚ فالدرجة تساوي 55.5 كيلومترا. اما عند كل من القطبين حيث تلتقي خطوط الطول فقيمة الدرجة صفر. هنا ايضا فإن وحدة خطوط الطول هي على غرار خطوط العرض الدرجة، و كل درجة مقسمة الى 60 دقيقة وكل دقيقة الى 60 ثانية.
ولما كان دوران الارض حول محورها يستغرق 24 ساعة فمعنى ذلك انها تدور 360 درجة كل 24 ساعة وبالتالي فان ساعة من الزمن تساوي 15 درجة. بمعنى ان كل نقطتين تبعدان عن بعضهما 15 درجة تكونان على بعد ساعة واحدة من دورة الزمن.
هذا على صعيد وضع نظام معاير للمكان. أما على صعيد الزمان فقد اختيرت غرينتش في مؤتمر عقد عام 1884 نقطة مرجعية لنظام ميقات جديد قسم العالم الى 24 حزمة زمنية الأمر الذي ساعد على وضع حد لبلبلة الفوارق الزمنية. وبذلك أصبحت الولايات المتحدة مقسمة الى ثماني مناطق زمنية مقابل 300 قبل الاتفاق. ولم يكن تنفيذ ذلك بالأمر اليسير اذ سبق ذلك محاولة مماثلة باءت بالفشل حينما خشي المزارعون الأميركيون من ان يؤدي التوقيت الجديد الى توقف الدجاجات عن وضع البيض أو جفاف الحليب في ضروع البقرات. كما واضرب عمال شيكاغو لأن النظام الجديد سيضطرهم الى العمل 9 دقائق إضافية.
ظل هذا النظام يمثل واقع الأمور إلى حين ظهر آينشتاين ونظريته في النسبية مما أبطل مفهوم المكان والزمان كقيمتين مطلقتين. ففترة استمرار حدث وبعده المكاني، بحسب النسبية، ليسا قيمتين ثابتتين ولا يمكن تحديدهما الا بالنسبة الى المراقب. وهكذا استبدلت النظرية النسبية المكان والزمان، الركنين الاساسيين في النظام التقليدي كعاملين منفردين، بعامل جامع واحد هو المكان – الزمان.
فقد كان الاعتقاد النيوتوني الشائع ينص على اننا اذا ارسلنا نبضة ضوئية من مكان الى آخر فان مراقبين، ايا كان عددهم، سوف يتفقون على الزمان الذي تستغرقه رحلة الضوء، لان الزمان، بالنسبة الى نيوتن، مطلق. أما بالنسبة لآينشتاين فهذا غير صحيح. لأن نظرية النسبية لا تعترف بوجود زمان صحيح لحدث ما يحاول شخصان، احدهما واقف والآخر متحرك رصده كل منهما من موقعه وظرفه.
وتدليلا على ذلك يعطي آينشتاين المثال التالي: توأمان احدهما يقيم في محطة ارضية وآخر يقوم برحلة فضائية بعيدة وبسرعة كبرى ثم يعكس اتجاهه ويعود. بالطبع سوف يختلف التوأمان حول الزمان الذي يحددانه بصفته حادثا بعيدا. بمعنى ان الزمان المحدد لحادث ما داخل السفينة الفضائية يحدد من قبل التوأم الثابت في محطته الارضية بفارق عن الزمان الذي يحدده التؤام المتحرك داخل السفينة. ولما كان الفارق يعتمد على مربع السرعة فان الفارق لن يزول بالعودة بل سيتضاعف لكون رحلة العودة هي رحلة ثانية. والنتيجة ان التوأمين حينما يعودان ويلتقيان لن يكونا من عمر واحد بل سوف يجد التوأم الملاّح نفسه اصغر سنا من شقيقه. هذا المفهوم أقام العلم وأقعده في واحد من أعظم الثورت العلمية. فما معنى ذلك عملياً وما هي مضاعفاته؟
هذا ما سنتابعه في العدد المقبل.
| < Prev | Next > |
|---|
Antoine Boutros Recent Articles
-
The Code of Life Antoine Boutos - Despite the milestones achieved in deciphering the cell and specifying the secret of life and how genetic instructions move from one cell to the next, the mystery of how the genetic...
-
DNA: the keeper of the secret of life Antoine Boutros - In our present series on the DNA we have demonstrated how this unique substance is the factor that passes genetic instructions from one cell to another. We must now deal with another...
-
DNA = Heredity Antoine Boutros - Wondering about the availability of evidence that the DNA is the hereditary factor that transfers genetic instructions from one cell to another, was the closing statement of last month’s...
-
Where Could the Secret of Life Be Found? Antoine Boutros - Experiments aiming at identifying the structure of DNA caught the attention of a young American scientist, by the name of James Watson, who had just graduated from Indiana University...
-
How does information pass from one cell to another? Antoine Boutros - In 1969, the Swiss Biochemist Friedrich Miescher succeeded in isolating an enigmatic chemical substance in the nucleus of the cell. Heedless of that substance’s significance, Miescher...
-
The discovery of the Gene Antoine Boutros - Mendel’s experiments had significant scientific and economic implications. As a result of his knowledge of the laws of genetics and rules of hybridization, scientists were able to...
-
Chromosomes, the key to genetics Antoine Boutros - Genetics is the process by which features are transmitted from the parent to the offspring. However, it is an uncertain process; we cannot determine its direction in advance. The child...
-
What a Miracle? What if we could watch a video of the cell while it divides itself and reproduces? What we shall see is undoubtedly one of the most exciting spectacles Antoine Boutros - We shall see something like an urgent delivery taking place. As if an urgent message arrives and suddenly all activities in the cell stop as if a plant closed down and its workers...
-
Bold experiments in the DNA revival Antoine Boutros - The success of the process of reviving extinct plant or animal species depends on the success of scientists in extracting a specific molecule from the amino acids present in the nucleus...
-
Reviving the life saving code Antoine Boutros - Ninety-five million years ago, two flies were flying above the surface of a wide lake that later became the American State of New Jersey. They landed on the trunk of a tree most probably...
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5