الفلك

ما هو الفرق بين الطريقة التي ينتقل بها الضوء في مجال الجاذبية والطريقة التي ينتقل بها خلال الكون المتوسع؟

ما هو الفرق بين الطريقة التي ينتقل بها الضوء في مجال الجاذبية والطريقة التي ينتقل بها خلال الكون المتوسع؟

الفوتون يسافر عبر الفضاء. أثناء تنقلها ، تتسع المساحة التي تنتقل عبرها

هل هذا يصف

  • أ- فوتون يسافر من مجرة ​​بعيدة إلى الأرض

  • ب - فوتون يسافر من نقطة أعلى إلى نقطة أقل جاذبية

  • ج - إما

إذا كنت تعتقد أن الإجابة هي C ، فهل يمكنك تفسير سبب انتقال الضوء بشكل مختلف عبر مجال الجاذبية إلى كيفية انتقاله عبر الكون المتوسع؟ بمعنى آخر ، لماذا تختلف سرعة الفوتون في حالة واحدة ، بينما في الحالة الأخرى لا تتغير؟

بدلاً من ذلك ، هل يمكنك شرح سبب عدم اعتقادك أنها C؟

لقد طرحت سؤالًا مشابهًا على Physics Stack ، لكنني ربما أخطأت في صياغته ، لذلك حصلت للتو على عدد كبير من الأصوات السيئة ولا أجوبة. آمل ألا أكون قد أساءت إلى أي شخص هنا بهذه الصياغة.


ما هو الفرق بين الطريقة التي ينتقل بها الضوء في مجال الجاذبية والطريقة التي ينتقل بها خلال الكون المتوسع؟

في الحالة الأولى ، يكون الزمكان منحنيًا عبر الفضاء ، وفي الحالة الأخيرة يكون الزمكان منحنيًا بمرور الوقت.

الفوتون يسافر عبر الفضاء. أثناء تنقلها ، تتسع المساحة التي تنتقل عبرها. هل هذا يصف: أ - فوتون يسافر من مجرة ​​بعيدة إلى الأرض
ب - فوتون يسافر من نقطة أعلى إلى نقطة جاذبية أقل ج - إما

إنه يصف A. ويمكن أيضًا تشبيهه بفوتون ينتقل من نقطة ذات جهد جاذبية منخفضة إلى نقطة ذات جهد جاذبية عالية. ومن هنا نتحدث عن انزياح الجاذبية إلى الأحمر والانزياح الأحمر الكوني.

إذا كنت تعتقد أن الإجابة هي C ، فهل يمكنك تفسير سبب انتقال الضوء بشكل مختلف عبر مجال الجاذبية إلى كيفية انتقاله عبر الكون المتوسع؟ بمعنى آخر ، لماذا تختلف سرعة الفوتون في حالة واحدة ، بينما في الحالة الأخرى لا تتغير؟

من يقول لا؟ يمكننا أن نجد أينشتاين يقول إن سرعة الضوء تختلف باختلاف احتمالية الجاذبية عامًا بعد عام:

1912: "من ناحية أخرى ، أرى أن مبدأ ثبات سرعة الضوء لا يمكن الحفاظ عليه إلا بقدر ما يقيد المرء نفسه بمناطق مكانية-زمانية ذات جهد جاذبية ثابت".

1913: "لقد توصلت إلى نتيجة مفادها أن سرعة الضوء لا يجب اعتبارها مستقلة عن جهد الجاذبية. وبالتالي فإن مبدأ ثبات سرعة الضوء لا يتوافق مع فرضية التكافؤ ".

1914: "في الحالة التي نتخلى فيها عن افتراض ثبات سرعة الضوء ، توجد ، بداهة ، أنظمة إحداثيات مميزة".

1915: "كاتب هذه السطور يرى أن نظرية النسبية لا تزال بحاجة إلى التعميم ، بمعنى أنه يجب التخلي عن مبدأ ثبات سرعة الضوء".

1916: "في الموضع الثاني ، تُظهر نتيجتنا أنه وفقًا للنظرية النسبية العامة ، فإن قانون ثبات سرعة الضوء في الفراغ ، والذي يشكل أحد الافتراضين الأساسيين في النظرية النسبية الخاصة والتي لقد أشرنا بالفعل بشكل متكرر ، لا يمكننا المطالبة بأي صلاحية غير محدودة ".

1920: "ثانيًا ، تُظهر هذه النتيجة أن قانون ثبات سرعة الضوء لم يعد صالحًا ، وفقًا للنظرية النسبية العامة ، في الفضاءات التي لها مجالات جاذبية. كما يظهر من الاعتبارات الهندسية البسيطة ، فإن انحناء أشعة الضوء يحدث فقط في المساحات التي تكون فيها سرعة الضوء متغيرة مكانيًا ".

يمكننا أيضًا أن نجد إيروين شابيرو يقول نفس الشيء في عام 1964. انظر السطر 7 من ورقته في مقتطف الاستخدام العادل هنا. إنه حتى على ويكيبيديا: "سرعة الموجة الضوئية تعتمد على قوة الجاذبية المحتملة على طول مسارها". لشيء أحدث انظر هل سرعة الضوء في كل مكان هي نفسها؟ بواسطة محرر فيزياء الأسئلة الشائعة دون كوكس. هو يقول "تحدث أينشتاين عن تغير سرعة الضوء في نظريته الجديدة" و يمكن للمراقب "العالمي" أن يقول إن ضوء السقف ينتقل أسرع من ضوء الأرضية ". راجع أيضًا انحراف وتأخير نيد رايت للضوء ، حيث يمكنك قراءة هذا: "بالمعنى الحقيقي للغاية ، فإن التأخير الذي يحدث عند مرور الضوء لجسم ضخم هو المسؤول عن انحراف الضوء".

بالطبع ، قد يزعم بعض الناس أن c = 1 وسرعة الضوء ثابتة حقًا ، لكنهم يتناقضون مع أينشتاين ولا يفهمون الحشو. أوضح جون موفات وجواو ماجيجو ذلك في تعليقاتهما على "ملاحظة حول نظريات السرعة المتفاوتة للضوء". يستخدم الفيزيائيون المعاصرون الحركة المحلية للضوء لتحديد الثاني والمتر ، ثم يستخدمهما لقياس السرعة المحلية للضوء. ومن ثم سيقولون أن السرعة المحلية للضوء هي 299.792.458 م / ث ، على الأرض والسقف. كان موفات وماغيجو (وآخرون) مؤلفي نظريات السرعة المتغيرة للضوء كبديل للتضخم. انظر ويكيبيديا. قالوا إن سرعة الضوء كانت أسرع بكثير في بدايات الكون. للأسف ، أعتقد أنهم وضعوا ذلك في المقدمة ، لكن لا داعي للقلق.

بدلاً من ذلك ، هل يمكنك شرح سبب عدم اعتقادك أنها C؟

إنها ليست C لأن الفضاء لا يتمدد في مجال الجاذبية. بدلاً من ذلك ، فهي "ليست متجانسة ولا متناحرة". هذا ما قاله أينشتاين في عام 1920. لاحظ أنه عندما يتوسع الفضاء ، فإنه غير متجانس بمرور الوقت. لاحظ هذه الورقة: الفراغ غير المتجانس: تفسير بديل للزمكان المنحني. أشار أينشتاين إلى الفراغ غير المتجانس بينما يشير معظم المؤلفين الحديثين إلى الزمكان المنحني ، لكنهم يتحدثون عن نفس الشيء.


إذا كنت تعتقد أن الإجابة هي C ، فهل يمكنك تفسير سبب انتقال الضوء بشكل مختلف عبر مجال الجاذبية إلى كيفية انتقاله عبر الكون المتوسع؟ بمعنى آخر ، لماذا تختلف سرعة الفوتون في حالة واحدة ، بينما في الحالة الأخرى لا تتغير؟

أعتقد أن السبب هو أننا يمكن أن نأخذ الانزياح الأحمر الكوني على أنه انزياح دوبلر أحمر ، حيث لا تتغير سرعة الفوتون ولكن يتغير الطول الموجي فقط بسبب توسع الكون.

وفي الوقت نفسه ، في الانزياح الأحمر الثقالي ، فإن "الانزياح الأحمر" ناتج تمامًا عن GR ومن الممكن أن يفقد الضوء سرعته بسبب هذا التأثير.

هذا هو الرابط الذي يجعلني أعتقد أن الانزياح الأحمر الكوني يمكن اعتباره انزياح دوبلر أحمر.

هنا


لماذا تسافر الجاذبية بسرعة الضوء؟

اصطدمت النوى الميتة لنجمين قبل 130 مليون سنة في مجرة ​​بعيدة بعض الشيء.

كان الاصطدام شديدًا لدرجة أنه تسبب في تجعد في الزمكان - موجة الجاذبية. سارت تلك الموجة الثقالية والضوء من الانفجار النجمي معًا عبر الكون. وصلوا إلى الأرض في وقت واحد في الساعة 6:41 صباحًا بتوقيت شرق الولايات المتحدة في 17 أغسطس.

أثار هذا الحدث عناوين الصحف في جميع أنحاء العالم باعتباره فجر "علم الفلك متعدد الوسائط". انتظر علماء الفلك جيلا لهذه اللحظة. ولكنه كان أيضًا أول تأكيد مباشر على الإطلاق على أن الجاذبية تنتقل بسرعة الضوء.


هذا هو السبب في أن أينشتاين عرف أن الجاذبية يجب أن تنحني

يوضح الرسم التوضيحي لعدسات الجاذبية كيف أن المجرات الخلفية - أو أي مسار ضوئي - هو. [+] مشوهة بسبب وجود كتلة متداخلة ، لكنها تُظهر أيضًا كيف يتم ثني الفضاء نفسه وتشويهه من خلال وجود الكتلة الأمامية نفسها. قبل أن يطرح أينشتاين نظريته عن النسبية العامة ، أدرك أن هذا الانحناء يجب أن يحدث ، على الرغم من أن الكثيرين ظلوا متشككين حتى (وحتى بعد) تأكيد كسوف الشمس عام 1919 تنبؤاته.

ماذا يحدث للضوء عندما يمر بالقرب من كتلة كبيرة؟ هل يستمر ببساطة في خط مستقيم غير منحرف عن مساره الأصلي؟ هل تتعرض لقوة بسبب تأثيرات الجاذبية للمادة القريبة؟ وإذا كان الأمر كذلك ، فما مقدار القوة التي يتعرض لها؟

هذه الأسئلة تصب في صميم كيفية عمل الجاذبية. يصادف هذا العام 2019 الذكرى المئوية لتأكيد النسبية العامة. قام فريقان مستقلان برحلة استكشافية ناجحة لقياس مواقع النجوم بالقرب من طرف الشمس خلال الكسوف الكلي للشمس في 29 مايو 1919. من خلال الملاحظات عالية الجودة التي سمحت بها التكنولوجيا في ذلك الوقت ، حددوا ما إذا كان ضوء النجوم البعيد عازمة عن طريق جاذبية الشمس ، ومقدارها. كانت النتيجة صدمت الكثيرين ، لكن أينشتاين كان يعرف بالفعل ماذا ستكون الإجابة. إليك الطريقة.

مثال / رسم توضيحي لعدسات الجاذبية وانحناء ضوء النجوم بسبب الكتلة. قبل . [+] تم إجراء أي تنبؤات كمية ، حتى قبل أن يعمل أينشتاين على وضع النظرية ، كان يعلم أن الضوء يجب أن ينحني بواسطة الكتل.

تخيل أنك في مصعد وكل الأبواب مغلقة. يمكنك سماع المحركات تعمل من الخارج ، لكن لا يمكنك رؤية ما يحدث في الخارج. كل ما تعرفه هو ما يمكنك أن تشعر به ، وما يمكنك رؤيته من الداخل في سيارة المصعد. الآن ، تحاول أن تسأل أكثر الأسئلة ذات المغزى الجسدي التي يمكنك القيام بها. ما هي السرعة التي تتحركين بها ، وفي أي اتجاه؟ هل تغيرت حركتك أم لا؟ وإذا كان الأمر كذلك ، فما سبب ذلك؟

من داخل المصعد ، مع عدم وجود طريقة لعرض ما يحدث في الخارج ، لا يمكنك معرفة الإجابات إلى حد كبير على أي من هذه الأسئلة. وفقًا لقواعد النسبية - بالعودة إلى ما قبل أينشتاين ، وصولًا إلى جاليليو - لا يمكنك معرفة ما إذا كنت تتحرك أم لا.

إن الساعة الضوئية ، المكونة من فوتون يرتد بين مرآتين ، ستحدد الوقت لأي مراقب. . [+] على الرغم من أن المراقبين قد لا يتفقان مع بعضهما البعض حول مقدار الوقت الذي يمر ، إلا أنهما سيتفقان على قوانين الفيزياء وثوابت الكون ، مثل سرعة الضوء. لن يرى كل مراقب الوقت يمر بنفس المعدل لأنفسهم ثانية واحدة في الثانية ، لكنهم لن يكونوا قادرين على تعلم أي شيء عن العالم الخارجي من داخل إطارهم المرجعي المحدود.

لا تعتمد قوانين الفيزياء على سرعتك ، ولا توجد قياسات يمكنك إجراؤها فقط من داخل المصعد ستخبرك بمدى هذه السرعة بالنسبة إلى العالم الخارجي. يمكن أن يتحرك المصعد لأعلى أو لأسفل أو أفقيًا أو في أي اتجاه على الإطلاق ما لم يكن هناك تغيير في حركته ، فلن يكون هناك أي تأثير مادي على أي شيء حدث داخل المصعد.

هذا هو مبدأ النسبية: جميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي (غير المتسارعة) تخضع لنفس القوانين الفيزيائية والمعادلات. لا يمكن لأي مراقب تمييز خصائص الكون داخل المصعد الثابت والمصعد في حركة مستمرة. فقط إذا تمكنت من رؤية ومقارنة حركتك بشيء خارجي ، فستكون هناك أي طريقة لمعرفة كيف تتحرك.

انطلق صاروخ Soyuz-2.1a في 19 أبريل 2013 ، مع Bion-M No. 1. لا تتسارع الصواريخ كثيرًا. [+] أسرع من السيارات أو الأجسام في السقوط الحر على الأرض ، ولكن يمكنها الحفاظ على هذا التسارع لعدة دقائق في كل مرة ، مما يمكنها من كسر روابط الجاذبية الأرضية. بالنسبة لمراقب في الداخل ، سوف يختبرون قوة التسارع المستمر ، لكنهم لن يكونوا قادرين على تحديد أصلها. بمجرد توقف التسارع ، لن يكون لديهم أي فكرة عن سرعتهم ما لم يتمكنوا من مراقبة العالم الخارجي.

إن الفكرة القائلة بأنه لا يوجد شيء مثل الحركة المطلقة هي في صميم النسبية الخاصة: يمكن لجميع المراقبين غير المتسارعين أن يدعيوا أن منظورهم هو الصحيح.

إذا تسارع المصعد ، تتغير هذه القصة بشكل كبير. المصعد الذي يتسارع لأعلى بسرعة 9.8 م / ث 2 سيرى كل شيء بداخله يتسارع لأسفل باتجاه الأرض بنفس المعدل: 9.8 م / ث 2. عندما تكون في سيارة تتسارع بسرعة (وتشعر أنك دفعت إلى الخلف إلى مقعدك) أو تتباطأ (تدفعك للأمام) ، فإنك تواجه تأثيرات مشابهة لما سيشعر به شخص ما داخل المصعد المتسارع. التغييرات في الحركة - التسارع - هي التي تسبب ما تختبره كقوة ، تمامًا مثل ما تتوقعه من معادلة نيوتن الأكثر شهرة: F = مأ.

عندما تخضع السيارة لحركة متسارعة ، بدلاً من الحركة المستمرة ، فإن السائق وأي منها. [+] سيختبر الركاب قوة مساوية لكتلتهم مضروبة في معدل التسارع. حتى في نظام مغلق حيث لا يمكنك رؤية العالم الخارجي أو مراقبته ، ستكون هناك قوة تسمح لك باستنتاج أن تجاربك تتسق مع تسارع معين.

المتحف الوطني للسيارات / صور التراث / صور غيتي

الآن ، دعنا نصل إلى مشكلة مختلفة. إذا كنت في نفس المصعد ، ولكن بدلاً من تسارعه ، كنت جالسًا ثابتًا على سطح الأرض ، ما الذي ستشعر به من الداخل؟

تسحب قوة الجاذبية الأرضية كل شيء لأسفل بنفس التسارع - 9.8 م / ث 2 - على سطح كوكبنا. إذا كان المصعد ثابتًا على الأرض ، فإن جاذبية الأرض لا تزال تتسبب في تسارع كل جسم بالداخل إلى أسفل بسرعة 9.8 م / ث 2: نفس النتيجة كما لو كان المصعد يتسارع لأعلى بهذا المعدل. بالنسبة لشخص ما داخل المصعد ليس لديه طريقة لرؤية العالم الخارجي ، ولا توجد طريقة لمعرفة ما إذا كان ثابتًا ولكن في وجود مجال جاذبية أو متسارع بسبب قوة دفع خارجية ، ستكون هذه السيناريوهات متطابقة.

السلوك المماثل لسقوط كرة على الأرض في صاروخ متسارع (على اليسار) وعلى الأرض. [+] (يمين) هو إثبات لمبدأ التكافؤ لأينشتاين. يُظهر قياس التسارع عند نقطة واحدة عدم وجود فرق بين تسارع الجاذبية وأشكال التسارع الأخرى ما لم تتمكن بطريقة ما من مراقبة أو الوصول إلى معلومات حول العالم الخارجي ، فإن هذين السيناريوهين سيؤديان إلى نتائج تجريبية متطابقة.

مستخدم ويكيميديا ​​كومنز Markus Poessel ، تم تعديله بواسطة Pbroks13

الآن ، فكر فيما سيحدث إذا سمحت لشعاع ضوئي من الخارج بالدخول إلى جانب واحد من المصعد من خلال ثقب ، ولاحظ مكان اصطدامه بالحائط على الجانب الآخر. سيعتمد هذا على كل من السرعة والتسارع بالنسبة لمصدر الضوء الخارجي. خاصه:

  1. إذا لم تكن هناك حركة نسبية أو تسارع نسبي بين المصعد ومصدر الضوء ، فسيظهر شعاع الضوء وكأنه ينتقل بشكل مستقيم عبره.
  2. إذا كانت هناك حركة نسبية (سرعة) ولكن لا يوجد تسارع نسبي ، فإن شعاع الضوء سيتحرك في خط مستقيم ، ولكن سيتم إزاحته من المرور عبره مباشرة.
  3. إذا كان هناك تسارع نسبي ، فإن شعاع الضوء سيتبع مسارًا منحنيًا ، مع تحديد حجم الانحناء بحجم التسارع.

ومع ذلك ، فإن هذه الحالة الأخيرة تصف مصعدًا متسارعًا ومصعدًا ثابتًا في مجال الجاذبية بشكل متساوٍ.

إذا سمحت للضوء أن يأتي من خارج بيئتك إلى الداخل ، يمكنك الحصول على معلومات عنه. [+] السرعات والتسارعات النسبية للإطارين المرجعيين. لا يمكن تمييز سبب التسارع ، سواء من تأثيرات القصور الذاتي (الدفع) أو الجاذبية ، من هذه الملاحظة وحدها.

نيك ستروبل في www.astronomynotes.com

هذا هو أساس مبدأ التكافؤ لأينشتاين: فكرة أن المراقب لا يستطيع التمييز بين التسارع الناجم عن تأثيرات الجاذبية أو القصور الذاتي (الدفع). في الحالة القصوى ، فإن القفز من مبنى ، في حالة عدم وجود مقاومة للهواء ، سيشعر بنفس الشعور بانعدام الوزن تمامًا.

رواد الفضاء على متن محطة الفضاء الدولية ، على سبيل المثال ، يختبرون انعدام الوزن التام ، على الرغم من أن الأرض تسرعهم نحو مركزها بحوالي 90٪ من القوة التي نشهدها هنا على سطحها. أشار أينشتاين لاحقًا إلى هذا الإدراك ، الذي صدمه في عام 1911 ، باعتباره أسعد أفكاره. كانت هذه الفكرة هي التي دفعته ، بعد أربع سنوات من التطوير ، إلى نشر النظرية العامة للنسبية.

رواد فضاء وفواكه على متن محطة الفضاء الدولية. لاحظ أن الجاذبية لم يتم إيقاف تشغيلها. [+] ولكن هذا كل شيء - بما في ذلك المركبة الفضائية - يتم تسريعها بشكل موحد ، مما يؤدي إلى تجربة انعدام الجاذبية. محطة الفضاء الدولية هي مثال للإطار المرجعي بالقصور الذاتي.

كانت النتيجة التي توصلت إليها تجربة آينشتاين الفكرية لا تقبل الجدل. مهما كانت تأثيرات الجاذبية في مكان معين في الفضاء - مهما كانت التسارع التي تحدثها - فإنها ستؤثر على الضوء أيضًا. تمامًا كما أن تسريع المصعد الخاص بك بالدفع سيؤدي إلى انحراف شعاع الضوء ، فإن تسريعه بجعله قريبًا من كتلة الجاذبية سيؤدي إلى نفس الانحراف.

لذلك ، حسب أينشتاين ، لن يكون من الممكن فقط التنبؤ بأن أشعة الضوء لا يمكنها السفر على طول مسار مستقيم عندما تكون في مجال جاذبية ، ولكن يمكن حساب حجم الانحراف ببساطة من خلال معرفة قوة تأثيرات الجاذبية في كانت المنطقة المجاورة لتلك الكتلة.

أثناء الكسوف الكلي ، ستظهر النجوم في وضع مختلف عن وضعها الفعلي. [+] المواقع ، بسبب انحناء الضوء من كتلة متداخلة: الشمس. سيتم تحديد حجم الانحراف من خلال قوة تأثيرات الجاذبية في المواقع في الفضاء التي مرت من خلالها أشعة الضوء.

إي سيجل / ما وراء المجرة

كان لأينشتاين أسعد أفكاره في عام 1911 ، وبحلول نهاية عام 1915 كان قد أكمل صياغة نظريته العامة للنسبية ، والتي من شأنها أن تؤدي إلى توقع واضح لمقدار الضوء الذي يجب أن ينحرف عنه بالضبط بالنسبة للنجوم التي تعرضت لانفصال زاوي معين عن الشمس.

هذا لا يمكن ملاحظته ، بالطبع ، في ظل الظروف العادية ، حيث لا يمكن ملاحظة النجوم أثناء النهار. ولكن عندما يحدث كسوف كلي للشمس ، خاصة إذا كان الخسوف طويلًا وكانت السماء مظلمة جدًا ، فقد تكشف النجوم عن نفسها لمراقب مخصص. كان هناك كسوف كلي للشمس في عام 1916 ، لكن الحرب العالمية الأولى حالت دون أخذ الملاحظات الحرجة. حدث كسوف 1918 فوق الولايات المتحدة القارية ، لكن الغيوم تدخلت ، مما عطل خطط المرصد البحري الأمريكي.

لوحات فوتوغرافية سلبية وإيجابية فعلية من رحلة إدينجتون عام 1919 ، تُظهر (مع. [+] خطوط) مواقع النجوم المحددة التي يمكن استخدامها لقياس انحراف الضوء بسبب وجود الشمس. كان هذا أول تأكيد تجريبي مباشر للنسبية العامة لأينشتاين.

ومع ذلك ، في عام 1919 ، كان من المقرر أن يمر خسوف طويل جدًا فوق أمريكا الجنوبية وأفريقيا ، وتم إعداد السير آرثر إدينجتون من بريطانيا العظمى.مع وجود فريقين في سوبرال بالبرازيل وبرينسيبي بإفريقيا وخسوف يحتوي على حوالي ست دقائق من المجموع ، كان هذا هو أرض الاختبار المثالية لنظرية أينشتاين. على الرغم من الجدل الذي أحاط بالنتائج لسنوات عديدة ، إلا أن النتائج كانت متوافقة مع تنبؤات أينشتاين وصمدت أمام اختبار الزمن والمزيد من التدقيق. في أعقاب الملاحظات ، قام إدينجتون بتأليف قصيدة المحاكاة الساخرة التالية:

اتركوا الحكماء مقاييسنا لترتيبها
شيء واحد مؤكد على الأقل ، للضوء وزن
هناك شيء واحد مؤكد ، والباقي نقاش -
لا تستقيم أشعة الضوء عندما تكون بالقرب من الشمس

أظهرت نتائج رحلة إدينجتون عام 1919 ، بشكل قاطع ، أن النظرية العامة لـ. [+] وصفت النسبية انحناء ضوء النجوم حول الأجسام الضخمة ، مما أدى إلى إسقاط الصورة النيوتونية. كان هذا أول تأكيد بالملاحظة للنسبية العامة لأينشتاين ، ويبدو أنه يتماشى مع تصور "نسيج الفضاء المنحني".

أخبار لندن المصورة ، 1919

في حين أنه من الضروري دائمًا إجراء التجربة أو الملاحظة الحاسمة القادرة على التحقق من صحة توقعاتك النظرية أو مناقضتها ، لم يكن لدى أينشتاين أدنى شك في أن ملاحظات ضوء النجوم الذي يمر بالقرب من كتلة كبيرة ، مثل الشمس ، من شأنها أن تُظهر أن أشعة الضوء تنحرف بالفعل بفعل الجاذبية. . تمامًا كما يمكن أن يكون متأكدًا من أن الجاذبية تسبب تسارعات ، لم يكن هناك طريقة للتغلب على الإشارة الضمنية إلى أن الضوء ، الذي يبدو أنه ينحني لمراقب متسارع ، يجب أن ينحني أيضًا بسبب تأثيرات الجاذبية.

في 29 مايو 2019 ، ستحتفل البشرية بالذكرى المئوية لتأكيد النسبية العامة ، و 100 عام من انحناء الضوء بالجاذبية. على الرغم من أن الكثيرين كانت لديهم شكوكهم في ذلك اليوم ، لم يكن أينشتاين واحدًا منهم. طالما أن الأجسام المتساقطة تتسارع بسبب الجاذبية ، فلدينا كل الأسباب للاعتقاد بأن الجاذبية تحني الضوء أيضًا.


اسأل إيثان: لماذا تسافر موجات الجاذبية بسرعة الضوء بالضبط؟

هناك فئتان أساسيتان من النظريات المطلوبة لوصف الكون بأكمله. من ناحية أخرى ، هناك نظرية المجال الكمي ، التي تصف الكهرومغناطيسية والقوى النووية ، وتفسر جميع الجسيمات في الكون والتفاعلات الكمية التي تحكمها. من ناحية أخرى ، هناك النسبية العامة ، التي تشرح العلاقة بين المادة / الطاقة والمكان / الزمان ، وتصف ما نختبره بالجاذبية. في سياق النسبية العامة ، هناك نوع جديد من الإشعاع ينشأ: موجات الجاذبية. ومع ذلك ، على الرغم من أنه لا علاقة لها بالضوء ، يجب أن تنتقل موجات الجاذبية هذه بسرعة الضوء. لماذا هذا؟ روجر رينولدز يريد أن يعرف ، متسائلاً:

نحن نعلم أن سرعة الإشعاع الكهرومغناطيسي يمكن اشتقاقها من معادلة ماكسويل في الفراغ. ما هي المعادلات (على غرار معادلات ماكسويل - ربما؟) التي تقدم إثباتًا رياضيًا على أن موجات الجاذبية يجب السفر [بسرعة] الضوء؟

إنه سؤال عميق وعميق. دعونا نتعمق في التفاصيل.

ليس من الواضح للوهلة الأولى أن معادلات ماكسويل تتنبأ بالضرورة بوجود إشعاع ينتقل بسرعة الضوء. ما تلك المعادلات those - التي تحكم الكهرومغناطيسية الكلاسيكية - تخبرنا بوضوح عن سلوك:

  • الشحنات الكهربائية الثابتة ،
  • الشحنات الكهربائية المتحركة (التيارات الكهربائية) ،
  • المجالات الكهربائية والمغناطيسية الساكنة (غير المتغيرة) ،
  • وكيف تتحرك هذه الحقول والرسوم وتتسارع وتتغير استجابةً لبعضها البعض.

الآن ، باستخدام قوانين الكهرومغناطيسية وحدها ، يمكننا إنشاء نظام مناسب ماديًا: نظام ذو كتلة منخفضة ، جسيم سالب الشحنة يدور حول كتلة عالية ، موجبة الشحنة. كان هذا هو النموذج الأصلي لذرة رذرفورد ، وقد تزامن مع أزمة وجودية كبيرة. عندما تتحرك الشحنة السالبة عبر الفضاء ، فإنها تختبر مجالًا كهربائيًا متغيرًا ، وتتسارع نتيجة لذلك. ولكن عندما يتسارع الجسيم المشحون ، عليه أن يشع الطاقة بعيدًا ، والطريقة الوحيدة للقيام بذلك هي من خلال الإشعاع الكهرومغناطيسي: أي الضوء.

هذا له تأثيران يمكن حسابهما في إطار الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية. التأثير الأول هو أن الشحنة السالبة سوف تتصاعد داخل النواة ، كما لو كنت تشع الطاقة بعيدًا ، عليك الحصول على هذه الطاقة من مكان ما ، والمكان الوحيد الذي يمكنك الحصول عليه منه هو الطاقة الحركية للجسيم المتحرك. إذا فقدت تلك الطاقة الحركية ، فسوف تتدحرج حتمًا نحو الجسم الجاذب المركزي.

التأثير الثاني الذي يمكنك حسابه هو ما يحدث للإشعاع المنبعث. هناك نوعان من ثوابت الطبيعة التي تظهر في معادلات ماكسويل:

  • ε_0 ، سماحية الفضاء الحر ، وهو الثابت الأساسي الذي يصف القوة الكهربائية بين شحنتين كهربائيتين في الفراغ.
  • μ_0 ، نفاذية المساحة الحرة ، والتي يمكنك التفكير فيها على أنها الثابت الذي يحدد القوة المغناطيسية الناتجة عن سلكين موصلين متوازيين في فراغ مع تيار مستمر يمر عبرهما.

عندما تحسب خصائص الإشعاع الكهرومغناطيسي الناتج ، فإنه يتصرف كموجة تساوي سرعة انتشارها (ε_0 · μ_0) ^ (- 1/2) ، وهو ما يساوي سرعة الضوء.

في الكهرومغناطيسية ، حتى لو كانت التفاصيل هي تمرين يجب القيام به ، فإن التأثير الكلي واضح ومباشر. إن الشحنات الكهربائية المتحركة التي تواجه مجالًا كهرومغناطيسيًا خارجيًا متغيرًا ستصدر إشعاعًا ، وهذا الإشعاع يحمل الطاقة بعيدًا ويتحرك نفسه بسرعة انتشار محددة: سرعة الضوء. هذا تأثير كلاسيكي ، يمكن اشتقاقه بدون إشارات إلى فيزياء الكم على الإطلاق.

الآن ، النسبية العامة هي أيضًا نظرية كلاسيكية للجاذبية ، مع عدم وجود إشارات إلى التأثيرات الكمية على الإطلاق. في الواقع ، يمكننا أن نتخيل نظامًا مشابهًا جدًا للنظام الذي أنشأناه في الكهرومغناطيسية: كتلة متحركة ، تدور حول كتلة أخرى. ستشهد الكتلة المتحركة مجال جاذبية خارجي متغير (أي أنها ستشهد تغيرًا في الانحناء المكاني) مما يؤدي إلى إصدار إشعاع يحمل الطاقة بعيدًا. هذا هو الأصل المفاهيمي لإشعاع الجاذبية ، أو موجات الجاذبية.

لكن لماذا ⁠ - كما يميل المرء إلى التساؤل ⁠ - هل يجب أن تنتقل موجات الجاذبية هذه بسرعة الضوء؟ لماذا يجب أن تساوي سرعة الجاذبية ، التي قد تتخيل أنها يمكن أن تأخذ أي قيمة على الإطلاق ، سرعة الضوء بالضبط؟ وربما الأهم من ذلك ، كيف نعرف؟

تخيل ما يمكن أن يحدث إذا سحبت فجأة الخدعة السحرية الكونية المطلقة ، وجعلت الشمس تختفي ببساطة. إذا فعلت هذا ، فلن ترى السماء مظلمة لمدة 8 دقائق و 20 ثانية ، وهو مقدار الوقت الذي يستغرقه الضوء للسفر في

150 مليون كيلومتر من الشمس إلى الأرض. لكن الجاذبية لا تحتاج بالضرورة أن تكون بنفس الطريقة. من الممكن ، كما تنبأت نظرية نيوتن ، أن قوة الجاذبية ستكون ظاهرة فورية ، تشعر بها جميع الأجسام ذات الكتلة في الكون عبر المسافات الكونية الشاسعة دفعة واحدة.

ماذا سيحدث في ظل هذا السيناريو الافتراضي؟ إذا اختفت الشمس بطريقة ما في لحظة معينة ، فهل ستطير الأرض في خط مستقيم على الفور؟ أم أن الأرض ستستمر في التحرك في مدارها الإهليلجي لمدة 8 دقائق و 20 ثانية أخرى ، وتنحرف بمجرد وصول إشارة الجاذبية المتغيرة ، المنتشرة بسرعة الضوء ، إلى عالمنا؟

إذا سألت النسبية العامة ، فإن الإجابة أقرب بكثير إلى الأخيرة ، لأنها ليست الكتلة التي تحدد الجاذبية ، ولكن انحناء الفضاء ، الذي يتم تحديده من خلال مجموع كل المادة والطاقة الموجودة فيه. إذا كنت ستأخذ الشمس بعيدًا ، فسيتحول الفضاء من كونه منحني إلى مسطح ، ولكن فقط في المكان الذي توجد فيه الشمس فعليًا. سينتشر تأثير هذا الانتقال شعاعيًا إلى الخارج ، مما يؤدي إلى إرسال تموجات كبيرة جدًا - أي موجات الجاذبية - تنتشر عبر الكون مثل التموجات في بركة ثلاثية الأبعاد.

في سياق النسبية ، سواء كانت تلك النسبية الخاصة (في الفضاء المسطح) أو النسبية العامة (في أي فضاء معمم) ، يتم تحديد سرعة أي شيء في الحركة من خلال نفس الأشياء: طاقتها ، وزخمها ، وكتلة الراحة. موجات الجاذبية ، مثل أي شكل من أشكال الإشعاع ، ليس لها كتلة راحة ، ومع ذلك لديها طاقات وعزم محدود ، مما يعني أنه ليس لديها خيار: يجب أن تتحرك دائمًا بسرعة الضوء.

هذا له بعض النتائج الرائعة.

  1. أي مراقب في أي إطار مرجعي بالقصور الذاتي (غير متسارع) سيرى موجات الجاذبية تتحرك بسرعة الضوء بالضبط.
  2. سيرى مراقبون مختلفون انزياحًا أحمرًا لموجات الجاذبية والانزياح الأزرق بسبب كل التأثيرات - مثل حركة المصدر / المراقب ، والانزياح الأحمر الثقالي / الانزياح الأزرق ، وتمدد الكون - التي تشهدها الموجات الكهرومغناطيسية أيضًا.
  3. وبالتالي ، فإن الأرض ليست منجذبة جاذبيًا إلى مكان وجود الشمس الآن ، بل حيث كانت الشمس قبل 8 دقائق و 20 ثانية.

الحقيقة البسيطة المتمثلة في أن المكان والزمان يرتبطان بسرعة الضوء تعني أن كل هذه العبارات يجب أن تكون صحيحة.

هذه العبارة الأخيرة ، حول انجذاب الأرض إلى موقع الشمس منذ 8 دقائق و 20 ثانية ، كان فرقًا ثوريًا حقًا بين نظرية نيوتن للجاذبية والنسبية العامة لأينشتاين. يعود السبب في كونها ثورية إلى هذه الحقيقة البسيطة: إذا كانت الجاذبية ببساطة قد اجتذبت الكواكب إلى الموقع السابق للشمس بسرعة الضوء ، فإن المواقع المتوقعة للكواكب لن تتوافق بشدة مع المكان الذي شوهدت فيه بالفعل.

إنها ضربة رائعة أن ندرك أن قوانين نيوتن تتطلب سرعة فورية للجاذبية إلى هذه الدقة لدرجة أنه إذا كان ذلك هو القيد الوحيد ، فيجب أن تكون سرعة الجاذبية أسرع بـ 20 مليار مرة من سرعة الضوء! لكن في النسبية العامة ، هناك تأثير آخر: الكوكب الذي يدور حول الشمس يتحرك. عندما يتحرك كوكب ما ، يمكنك التفكير في أنه يركب فوق تموج الجاذبية ، وينزل في مكان مختلف عن حيث صعد.

في النسبية العامة ، على عكس جاذبية نيوتن ، هناك اختلافان كبيران مهمان. من المؤكد أن أي جسمين سيؤثران في الجاذبية على الآخر ، إما عن طريق انحناء الفضاء أو ممارسة قوة بعيدة المدى. لكن في النسبية العامة ، تلعب هاتان القطعتان الإضافيتان دورًا: تؤثر سرعة كل جسم في كيفية تعرضه للجاذبية ، وكذلك التغييرات التي تحدث في مجالات الجاذبية.

تسبب السرعة المحدودة للجاذبية تغيرًا في مجال الجاذبية ينحرف بشكل كبير عن تنبؤات نيوتن ، وكذلك تأثيرات التفاعلات المعتمدة على السرعة. بشكل مثير للدهشة ، هذان التأثيران يلغيان تمامًا تقريبًا إن عدم الدقة الضئيل لهذا الإلغاء هو الذي سمح لنا أولاً باختبار ما إذا كانت "سرعة نيوتن اللانهائية" أو نموذج "سرعة الجاذبية لأينشتاين تساوي سرعة الضوء" تتطابق مع فيزياء الكون.

لاختبار سرعة الجاذبية ، من الناحية الملاحظة ، نريد نظامًا يكون فيه انحناء الفضاء كبيرًا ، وحقول الجاذبية قوية ، وحيث يحدث الكثير من التسارع. من الناحية المثالية ، سنختار نظامًا به جسم ضخم ضخم يتحرك بسرعة متغيرة عبر مجال جاذبية متغير. بعبارة أخرى ، نرغب في نظام به زوج قريب من الأجسام عالية الكتلة التي تدور في مدارها ويمكن ملاحظتها في منطقة صغيرة من الفضاء.

تتعاون الطبيعة مع هذا ، حيث يوجد كل من النجم النيوتروني الثنائي ونظام الثقب الأسود الثنائي. في الواقع ، أي نظام به نجم نيوتروني لديه القدرة على القياس بشكل غير عادي بدقة في حالة حدوث شيء مصادفة واحدة: إذا كان منظورنا يتماشى تمامًا مع الإشعاع المنبعث من قطب نجم نيوتروني. إذا تقاطعنا مسار هذا الإشعاع ، يمكننا أن نلاحظ نبضة في كل مرة يدور فيها النجم النيوتروني.

أثناء دوران النجوم النيوترونية ، يحمل النجم النابض - المعروف باسم النجم النابض - كميات هائلة من المعلومات حول الكتل والفترات المدارية لكلا المكونين. إذا لاحظت هذا النجم النابض في نظام ثنائي لفترة طويلة من الزمن ، لأنه مصدر منتظم تمامًا للنبضات ، فيجب أن تكون قادرًا على اكتشاف ما إذا كان المدار يتحلل أم لا. إذا كان الأمر كذلك ، فيمكنك حتى استخلاص قياس للإشعاع المنبعث: ما مدى سرعة انتشاره؟

إن التنبؤات من نظرية الجاذبية لأينشتاين حساسة بشكل لا يصدق لسرعة الضوء ، لدرجة أنه حتى من أول نظام نجمي ثنائي تم اكتشافه في الثمانينيات ، PSR 1913 + 16 (أو ثنائي Hulse-Taylor) ، قمنا بتقييد أن تكون سرعة الجاذبية مساوية لسرعة الضوء مع خطأ قياس قدره 0.2٪ فقط!

هذا قياس غير مباشر بالطبع. أجرينا نوعًا ثانيًا من القياس غير المباشر في عام 2002 ، عندما اصطفت مصادفة الأرض والمشتري وكوازار راديو قوي جدًا (QSO J0842 + 1835) على طول نفس خط البصر. عندما كان المشتري يتحرك بين الأرض والكوازار ، سمح لنا الانحناء الثقالي لكوكب المشتري بقياس سرعة الجاذبية بشكل غير مباشر.

كانت النتائج حاسمة: لقد استبعدوا تمامًا سرعة لانهائية لانتشار تأثيرات الجاذبية. من خلال هذه الملاحظات وحدها ، قرر العلماء أن سرعة الجاذبية كانت بين 2.55 × 10 م / ث و 3.81 × 10 م / ث ، بما يتوافق تمامًا مع تنبؤات أينشتاين البالغة 299،792،458 م / ث.

لكن أكبر تأكيد على أن سرعة الجاذبية تساوي سرعة الضوء يأتي من ملاحظة عام 2017 لكيلونوفا: الإلهام والاندماج بين نجمين نيوترونيين. مثال مذهل على علم الفلك متعدد الرسائل ، وصلت إشارة موجات الجاذبية أولاً ، وتم تسجيلها في كل من كاشفات LIGO و Virgo. ثم ، بعد 1.7 ثانية ، وصلت أول إشارة كهرومغناطيسية (ضوئية): أشعة غاما عالية الطاقة من الكارثة المتفجرة.

نظرًا لأن هذا الحدث وقع على بعد حوالي 130 مليون سنة ضوئية ، ووصلت إشارات الجاذبية والضوء بفارق أقل من ثانيتين بينهما ، يمكننا تقييد المغادرة المحتملة لسرعة الجاذبية من سرعة الضوء. نحن نعلم الآن ، بناءً على هذا ، أنها تختلف بأقل من جزء واحد في 10¹⁵ ، أو أقل من واحد كوادريليون من السرعة الفعلية للضوء.

بالطبع ، نعتقد أن هاتين السرعتين متطابقتين تمامًا. يجب أن تكون سرعة الجاذبية مساوية لسرعة الضوء طالما أن كلا من موجات الجاذبية والفوتونات ليس لهما كتلة سكون مرتبطة بهما. من المحتمل جدًا تفسير التأخير البالغ 1.7 ثانية من خلال حقيقة أن موجات الجاذبية تمر عبر المادة دون اضطراب ، بينما يتفاعل الضوء كهرومغناطيسيًا ، مما قد يؤدي إلى إبطائها أثناء مروره عبر وسط الفضاء بأصغر كمية.

إن سرعة الجاذبية حقًا تساوي سرعة الضوء ، على الرغم من أننا لا نشتقها بنفس الطريقة. في حين أن ماكسويل جمع الكهرباء والمغناطيسية - ظاهرتان كانتا مستقلتان ومتميزتان سابقًا - فقد وسع أينشتاين ببساطة نظريته في النسبية الخاصة لتطبيقها على جميع الأزمنة المكانية بشكل عام. في حين أن الدافع النظري لسرعة الجاذبية التي تساوي سرعة الضوء كان موجودًا منذ البداية ، إلا أنه فقط مع التأكيد المرصود يمكننا أن نعرفه على وجه اليقين. تنتقل موجات الجاذبية بسرعة الضوء!


اسأل إيثان: لماذا تسافر موجات الجاذبية بسرعة الضوء بالضبط؟

التموجات في الزمكان هي موجات الجاذبية ، وتنتقل عبر الفضاء بسرعة. [+] ضوء في كل الاتجاهات. على الرغم من أن ثوابت الكهرومغناطيسية لا تظهر أبدًا في معادلات النسبية العامة لأينشتاين ، فإن موجات الجاذبية تتحرك بلا شك بسرعة الضوء. إليكم السبب.

مرصد الجاذبية الأوروبي ، ليونيل بريت / يوروليوس

هناك فئتان أساسيتان من النظريات المطلوبة لوصف الكون بأكمله. من ناحية ، هناك نظرية المجال الكمومي ، التي تصف الكهرومغناطيسية والقوى النووية ، وتفسر جميع الجسيمات في الكون والتفاعلات الكمية التي تحكمها. من ناحية أخرى ، هناك النسبية العامة ، التي تشرح العلاقة بين المادة / الطاقة والمكان / الزمان ، وتصف ما نختبره بالجاذبية. في سياق النسبية العامة ، هناك نوع جديد من الإشعاع ينشأ: موجات الجاذبية. ومع ذلك ، على الرغم من أنه لا علاقة لها بالضوء ، يجب أن تنتقل موجات الجاذبية هذه بسرعة الضوء. لماذا هذا؟ روجر رينولدز يريد أن يعرف ، متسائلاً:

نحن نعلم أن سرعة الإشعاع الكهرومغناطيسي يمكن اشتقاقها من معادلة ماكسويل في الفراغ. ما هي المعادلات (على غرار معادلات ماكسويل - ربما؟) التي تقدم إثباتًا رياضيًا على أن موجات الجاذبية يجب السفر [بسرعة] الضوء؟

إنه سؤال عميق وعميق. دعنا نتعمق في التفاصيل.

من الممكن كتابة مجموعة متنوعة من المعادلات ، مثل معادلات ماكسويل ، لوصف بعضها. [+] جانب من الكون. يمكننا كتابتها بعدة طرق ، كما هي موضحة في كل من الشكل التفاضلي (على اليسار) والصيغة المتكاملة (على اليمين). فقط من خلال مقارنة تنبؤاتهم بالملاحظات المادية يمكننا استخلاص أي استنتاج حول صحتها.

احسان كمال نجاد من جامعة تورنتو

ليس من الواضح للوهلة الأولى أن معادلات ماكسويل تتنبأ بالضرورة بوجود إشعاع ينتقل بسرعة الضوء. ما تخبرنا به هذه المعادلات which - التي تحكم الكهرومغناطيسية الكلاسيكية ⁠ - بشكل واضح حول سلوك:

  • الشحنات الكهربائية الثابتة ،
  • الشحنات الكهربائية المتحركة (التيارات الكهربائية) ،
  • المجالات الكهربائية والمغناطيسية الساكنة (غير المتغيرة) ،
  • وكيف تتحرك هذه الحقول والرسوم وتتسارع وتتغير استجابةً لبعضها البعض.

الآن ، باستخدام قوانين الكهرومغناطيسية وحدها ، يمكننا إنشاء نظام مناسب ماديًا: نظام ذو كتلة منخفضة ، جسيم سالب الشحنة يدور حول كتلة عالية ، موجبة الشحنة. كان هذا هو النموذج الأصلي لذرة رذرفورد ، وقد تزامن مع أزمة وجودية كبيرة. عندما تتحرك الشحنة السالبة عبر الفضاء ، فإنها تختبر مجالًا كهربائيًا متغيرًا ، وتتسارع نتيجة لذلك. ولكن عندما يتسارع الجسيم المشحون ، عليه أن يشع الطاقة بعيدًا ، والطريقة الوحيدة للقيام بذلك هي من خلال الإشعاع الكهرومغناطيسي: أي الضوء.

في نموذج رذرفورد للذرة ، دارت الإلكترونات حول النواة الموجبة الشحنة ، لكنها كانت ستدور. [+] تصدر إشعاعات كهرومغناطيسية وترى أن المدار يتحلل. تطلبت تطوير ميكانيكا الكم ، وتحسينات نموذج بوهر ، لفهم هذا التناقض الظاهري.

جيمس هيدبيرج / CCNY / CUNY

هذا له تأثيران يمكن حسابهما في إطار الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية.التأثير الأول هو أن الشحنة السالبة سوف تتصاعد داخل النواة ، كما لو كنت تشع الطاقة بعيدًا ، عليك الحصول على تلك الطاقة من مكان ما ، والمكان الوحيد الذي يمكنك الحصول عليه منه هو الطاقة الحركية للجسيم المتحرك. إذا فقدت تلك الطاقة الحركية ، فسوف تتدحرج حتمًا نحو الجسم الجاذب المركزي.

التأثير الثاني الذي يمكنك حسابه هو ما يحدث مع الإشعاع المنبعث. هناك نوعان من ثوابت الطبيعة يظهران في معادلات ماكسويل:

  • ε0، سماحية الفضاء الحر ، وهي الثابت الأساسي الذي يصف القوة الكهربائية بين شحنتين كهربائيتين في الفراغ.
  • ميكرومتر0، نفاذية الفضاء الحر ، والتي يمكنك التفكير فيها على أنها الثابت الذي يحدد القوة المغناطيسية الناتجة عن سلكين موصلين متوازيين في فراغ مع تيار مستمر يمر عبرهما.

عندما تحسب خصائص الإشعاع الكهرومغناطيسي الناتج ، فإنه يتصرف كموجة تساوي سرعة انتشارها (ε0ميكرومتر0) -1/2 ، وهي تساوي سرعة الضوء.

يمكن تسريع الإلكترونات والبوزيترونات النسبية إلى سرعات عالية جدًا ، ولكنها ستصدر. [+] إشعاع السنكروترون (أزرق) عند طاقات عالية بما يكفي ، مما يمنعها من التحرك بشكل أسرع. هذا الإشعاع السنكروتروني هو التناظرية النسبية للإشعاع الذي تنبأ به رذرفورد منذ سنوات عديدة ، وله تشبيه الجاذبية إذا استبدلت المجالات والشحنات الكهرومغناطيسية بأخرى للجاذبية.

Chung-Li Dong ، و Jinghua Guo ، و Yang-Yuan Chen ، و Chang Ching-Lin ، "أجهزة التحليل الطيفي للأشعة السينية اللينة ، الأجهزة القائمة على المواد النانوية"

في الكهرومغناطيسية ، حتى لو كانت التفاصيل هي تمرين يجب القيام به ، فإن التأثير الكلي واضح ومباشر. إن الشحنات الكهربائية المتحركة التي تواجه مجالًا كهرومغناطيسيًا خارجيًا متغيرًا ستصدر إشعاعًا ، وهذا الإشعاع يحمل الطاقة بعيدًا ويتحرك نفسه بسرعة انتشار محددة: سرعة الضوء. هذا تأثير كلاسيكي ، يمكن اشتقاقه بدون إشارات إلى فيزياء الكم على الإطلاق.

الآن ، النسبية العامة هي أيضًا نظرية كلاسيكية للجاذبية ، مع عدم وجود إشارات إلى التأثيرات الكمية على الإطلاق. في الواقع ، يمكننا أن نتخيل نظامًا مشابهًا جدًا للنظام الذي أنشأناه في الكهرومغناطيسية: كتلة متحركة ، تدور حول كتلة أخرى. ستشهد الكتلة المتحركة مجال جاذبية خارجي متغير (أي أنها ستشهد تغيرًا في الانحناء المكاني) مما يؤدي إلى إصدار إشعاع يحمل الطاقة بعيدًا. هذا هو الأصل المفاهيمي لإشعاع الجاذبية ، أو موجات الجاذبية.

ربما لا يوجد تشبيه أفضل للتفاعل الإشعاعي في الكهرومغناطيسية من الكواكب. [+] تدور حول الشمس في نظريات الجاذبية. الشمس هي أكبر مصدر للكتلة ، ونتيجة لذلك تنحني الفضاء. عندما يتحرك كوكب هائل عبر هذا الفضاء ، فإنه يتسارع ، وهذا يعني بالضرورة أنه يجب أن يصدر نوعًا من الإشعاع للحفاظ على الطاقة: موجات الجاذبية.

ناسا / مختبر الدفع النفاث- معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، لمهمة كاسيني

لكن لماذا ⁠ - كما قد يميل المرء لأن يسأل ⁠ - هل يجب أن تنتقل موجات الجاذبية هذه بسرعة الضوء؟ لماذا يجب أن تساوي سرعة الجاذبية ، التي قد تتخيل أنها يمكن أن تأخذ أي قيمة على الإطلاق ، سرعة الضوء بالضبط؟ وربما الأهم من ذلك ، كيف نعرف؟

تخيل ما يمكن أن يحدث إذا سحبت فجأة الخدعة السحرية الكونية المطلقة ، وجعلت الشمس تختفي ببساطة. إذا فعلت هذا ، فلن ترى السماء مظلمة لمدة 8 دقائق و 20 ثانية ، وهو مقدار الوقت الذي يستغرقه الضوء للسفر في

150 مليون كيلومتر من الشمس إلى الأرض. لكن ليس بالضرورة أن يكون الجاذبية بنفس الطريقة. من الممكن ، كما تنبأت نظرية نيوتن ، أن قوة الجاذبية ستكون ظاهرة فورية ، تشعر بها جميع الأجسام ذات الكتلة في الكون عبر المسافات الكونية الشاسعة دفعة واحدة.

نموذج دقيق لكيفية دوران الكواكب حول الشمس ، والتي تتحرك بعد ذلك عبر المجرة في أ. [+] اتجاهات مختلفة للحركة. إذا كانت الشمس ستختفي ببساطة من الوجود ، تتنبأ نظرية نيوتن بأنها ستطير جميعًا على الفور في خطوط مستقيمة ، بينما يتوقع أينشتاين أن الكواكب الداخلية ستستمر في الدوران لفترات زمنية أقصر من الكواكب الخارجية.

ماذا سيحدث في ظل هذا السيناريو الافتراضي؟ إذا اختفت الشمس بطريقة ما في لحظة معينة ، فهل ستطير الأرض في خط مستقيم على الفور؟ أم أن الأرض ستستمر في التحرك في مدارها الإهليلجي لمدة 8 دقائق و 20 ثانية أخرى ، وتنحرف بمجرد وصول إشارة الجاذبية المتغيرة ، المنتشرة بسرعة الضوء ، إلى عالمنا؟

إذا سألت النسبية العامة ، فإن الإجابة أقرب بكثير إلى الأخيرة ، لأنها ليست الكتلة التي تحدد الجاذبية ، ولكن انحناء الفضاء ، الذي يتم تحديده من خلال مجموع كل المادة والطاقة الموجودة فيه. إذا كنت ستأخذ الشمس بعيدًا ، فسيتحول الفضاء من كونه منحني إلى مسطح ، ولكن فقط في المكان الذي توجد فيه الشمس فعليًا. سينتشر تأثير هذا الانتقال شعاعيًا إلى الخارج ، مما يؤدي إلى إرسال تموجات كبيرة جدًا - أي موجات الجاذبية - تنتشر عبر الكون مثل التموجات في بركة ثلاثية الأبعاد.

سواء كان ذلك من خلال وسط أو في الفراغ ، فإن كل تموج ينتشر له سرعة انتشار. في لا. [+] الحالات هي سرعة الانتشار اللانهائية ، ومن الناحية النظرية ، يجب أن تكون السرعة التي تنتشر بها تموجات الجاذبية هي نفس السرعة القصوى في الكون: سرعة الضوء.

في سياق النسبية ، سواء كانت النسبية الخاصة (في الفضاء المسطح) أو النسبية العامة (في أي فضاء معمم) ، يتم تحديد سرعة أي شيء في الحركة من خلال نفس الأشياء: طاقتها ، وزخمها ، وكتلة الراحة. موجات الجاذبية ، مثل أي شكل من أشكال الإشعاع ، ليس لها كتلة راحة ، ومع ذلك لديها طاقات وعزم محدود ، مما يعني أنه ليس لديها خيار: يجب أن تتحرك دائمًا بسرعة الضوء.

هذا له بعض النتائج الرائعة.

  1. أي مراقب في أي إطار مرجعي بالقصور الذاتي (غير متسارع) سيرى موجات الجاذبية تتحرك بسرعة الضوء بالضبط.
  2. سيرى مراقبون مختلفون انزياحًا أحمرًا لموجات الجاذبية والانزياح الأزرق بسبب كل التأثيرات - مثل حركة المصدر / المراقب ، والانزياح الأحمر الثقالي / الانزياح الأزرق ، وتمدد الكون - التي تشهدها الموجات الكهرومغناطيسية أيضًا.
  3. وبالتالي ، فإن الأرض ليست منجذبة جاذبيًا إلى مكان وجود الشمس الآن ، بل حيث كانت الشمس قبل 8 دقائق و 20 ثانية.

الحقيقة البسيطة المتمثلة في أن المكان والزمان يرتبطان بسرعة الضوء تعني أن كل هذه العبارات يجب أن تكون صحيحة.

ينبعث إشعاع الجاذبية عندما تدور كتلة حول أخرى ، مما يعني ذلك على مدى طويل. [+] نطاقات زمنية كافية ، سوف تتحلل المدارات. قبل أن يتبخر أول ثقب أسود على الإطلاق ، ستدور الأرض باتجاه كل ما تبقى من الشمس ، بافتراض أن شيئًا آخر لم يقذفها من قبل. تنجذب الأرض إلى المكان الذي كانت فيه الشمس منذ حوالي 8 دقائق ، وليس إلى مكانها الحالي.

الجمعية الفيزيائية الأمريكية

هذا البيان الأخير ، حول انجذاب الأرض إلى موقع الشمس منذ 8 دقائق و 20 ثانية ، كان فرقًا ثوريًا حقًا بين نظرية نيوتن للجاذبية والنسبية العامة لأينشتاين. السبب في كونها ثورية هو لهذه الحقيقة البسيطة: إذا كانت الجاذبية ببساطة تجذب الكواكب إلى الموقع السابق للشمس بسرعة الضوء ، فإن المواقع المتوقعة للكواكب لن تتوافق بشدة مع المكان الذي تمت ملاحظتها فيه بالفعل.

إنها ضربة رائعة أن ندرك أن قوانين نيوتن تتطلب سرعة فورية للجاذبية إلى هذه الدقة لدرجة أنه إذا كان ذلك هو القيد الوحيد ، فلا بد أن سرعة الجاذبية كانت أسرع بـ 20 مليار مرة من سرعة الضوء! لكن في النسبية العامة ، هناك تأثير آخر: الكوكب الذي يدور حول الشمس يتحرك. عندما يتحرك كوكب ما ، يمكنك التفكير في أنه يركب فوق تموج الجاذبية ، وينزل في مكان مختلف عن حيث صعد.

عندما تتحرك كتلة عبر منطقة من الفضاء المنحني ، فإنها ستشهد تسارعًا بسبب. [+] مساحة منحنية تسكنها. كما أنه يواجه تأثيرًا إضافيًا بسبب سرعته أثناء تحركه عبر منطقة يتغير فيها الانحناء المكاني باستمرار. يؤدي الجمع بين هذين التأثيرين إلى اختلاف طفيف وصغير عن تنبؤات جاذبية نيوتن.

ديفيد شامبيون ، معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي

في النسبية العامة ، على عكس جاذبية نيوتن ، هناك اختلافان كبيران مهمان. من المؤكد أن أي جسمين سيؤثران في الجاذبية على الآخر ، إما عن طريق انحناء الفضاء أو ممارسة قوة بعيدة المدى. لكن في النسبية العامة ، تلعب هاتان القطعتان الإضافيتان دورًا: تؤثر سرعة كل جسم في كيفية تعرضه للجاذبية ، وكذلك التغييرات التي تحدث في مجالات الجاذبية.

تسبب السرعة المحدودة للجاذبية تغيرًا في مجال الجاذبية ينحرف بشكل كبير عن تنبؤات نيوتن ، وكذلك تأثير التفاعلات المعتمدة على السرعة. بشكل مثير للدهشة ، هذان التأثيران يلغيان تمامًا تقريبًا إن عدم الدقة الضئيل لهذا الإلغاء هو الذي سمح لنا أولاً باختبار ما إذا كانت "سرعة نيوتن اللانهائية" أو نموذج "سرعة الجاذبية لأينشتاين تساوي سرعة الضوء" تتطابق مع فيزياء الكون.

لاختبار سرعة الجاذبية ، من الناحية الملاحظة ، نريد نظامًا يكون فيه انحناء الفضاء كبيرًا ، وحقول الجاذبية قوية ، وحيث يحدث الكثير من التسارع. من الناحية المثالية ، سنختار نظامًا به جسم ضخم ضخم يتحرك بسرعة متغيرة عبر مجال جاذبية متغير. بعبارة أخرى ، نريد نظامًا به زوج قريب من الأجسام عالية الكتلة التي تدور في مدارها ويمكن ملاحظتها في منطقة صغيرة من الفضاء.

تتعاون الطبيعة مع هذا ، حيث يوجد كل من النجم النيوتروني الثنائي ونظام الثقب الأسود الثنائي. في الواقع ، أي نظام به نجم نيوتروني لديه القدرة على القياس بشكل غير عادي بدقة في حالة حدوث شيء مصادفة واحدة: إذا كان منظورنا يتماشى تمامًا مع الإشعاع المنبعث من قطب نجم نيوتروني. إذا تقاطعنا مسار هذا الإشعاع ، يمكننا أن نلاحظ نبضة في كل مرة يدور فيها النجم النيوتروني.

معدل الانحلال المداري للنجم الثنائي يعتمد بشكل كبير على سرعة الجاذبية و. [+] المعلمات المدارية للنظام الثنائي. لقد استخدمنا بيانات النجوم النابضة الثنائية لتقييد سرعة الجاذبية لتكون مساوية لسرعة الضوء بدقة 99.8٪ ، ولاستنتاج وجود موجات الجاذبية قبل عقود من اكتشافها LIGO و Virgo. ومع ذلك ، فإن الكشف المباشر عن موجات الجاذبية كان جزءًا حيويًا من العملية العلمية ، وسيظل وجود موجات الجاذبية موضع شك بدونها.

ناسا (على اليسار) ، معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي / مايكل كرامر (على اليمين)

أثناء دوران النجوم النيوترونية ، يحمل النجم النابض - المعروف باسم النجم النابض - كميات هائلة من المعلومات حول الكتل والفترات المدارية لكلا المكونين. إذا لاحظت هذا النجم النابض في نظام ثنائي لفترة طويلة من الزمن ، لأنه مصدر منتظم تمامًا للنبضات ، فيجب أن تكون قادرًا على اكتشاف ما إذا كان المدار يتحلل أم لا. إذا كان الأمر كذلك ، فيمكنك حتى استخلاص قياس للإشعاع المنبعث: ما مدى سرعة انتشاره؟

إن التنبؤات من نظرية الجاذبية لأينشتاين حساسة بشكل لا يصدق لسرعة الضوء ، لدرجة أنه حتى من أول نظام نجمي ثنائي تم اكتشافه في الثمانينيات ، PSR 1913 + 16 (أو ثنائي Hulse-Taylor) ، قمنا بتقييد أن تكون سرعة الجاذبية مساوية لسرعة الضوء مع خطأ قياس قدره 0.2٪ فقط!

الكوازار QSO J0842 + 1835 ، الذي تغير مساره جاذبيًا بواسطة المشتري في عام 2002 ، مما سمح بامتداد. [+] تأكيد غير مباشر على أن سرعة الجاذبية تساوي سرعة الضوء.

فومالونت وآخرون. (2000) ، ApJS 131 ، 95-183

هذا قياس غير مباشر بالطبع. أجرينا نوعًا ثانيًا من القياس غير المباشر في عام 2002 ، عندما اصطفت مصادفة الأرض والمشتري وكوازار راديو قوي جدًا (QSO J0842 + 1835) على طول نفس خط البصر. عندما كان المشتري يتحرك بين الأرض والكوازار ، سمح لنا الانحناء الثقالي لكوكب المشتري بقياس سرعة الجاذبية بشكل غير مباشر.

كانت النتائج حاسمة: لقد استبعدوا تمامًا سرعة لانهائية لانتشار تأثيرات الجاذبية. من خلال هذه الملاحظات وحدها ، قرر العلماء أن سرعة الجاذبية كانت بين 2.55 × 10 8 م / ث و 3.81 × 10 8 م / ث ، بما يتوافق تمامًا مع تنبؤات أينشتاين البالغة 299،792،458 م / ث.

رسم فنان لنجمين نيوترونيين مدمجين. تمثل شبكة الزمكان المتموجة. [+] موجات الجاذبية المنبعثة من الاصطدام ، في حين أن الحزم الضيقة هي نفاثات أشعة غاما التي تنطلق بعد ثوانٍ فقط من موجات الجاذبية (تم اكتشافها على أنها انفجار أشعة غاما بواسطة علماء الفلك). يجب أن تنتقل موجات الجاذبية والإشعاع بنفس السرعة بدقة 15 رقماً معنوياً.

NSF / LIGO / جامعة ولاية سونوما / أ. سيمونيت

لكن أكبر تأكيد على أن سرعة الجاذبية تساوي سرعة الضوء يأتي من ملاحظة عام 2017 لكيلونوفا: الإلهام والاندماج بين نجمين نيوترونيين. مثال مذهل على علم الفلك متعدد الرسائل ، وصلت إشارة موجات الجاذبية أولاً ، وتم تسجيلها في كل من كاشفات LIGO و Virgo. ثم ، بعد 1.7 ثانية ، وصلت أول إشارة كهرومغناطيسية (ضوئية): أشعة غاما عالية الطاقة من الكارثة المتفجرة.

نظرًا لأن هذا الحدث وقع على بعد حوالي 130 مليون سنة ضوئية ، ووصلت إشارات الجاذبية والضوء بفارق أقل من ثانيتين بينهما ، يمكننا تقييد المغادرة المحتملة لسرعة الجاذبية من سرعة الضوء. نحن نعلم الآن ، بناءً على هذا ، أنها تختلف بأقل من جزء واحد في 10 15 ، أو أقل من واحد كوادريليون من السرعة الفعلية للضوء.

رسم توضيحي لانفجار سريع لأشعة غاما ، يُعتقد منذ فترة طويلة أنه يحدث من اندماج النجوم النيوترونية ال . [+] البيئة الغنية بالغاز المحيطة بهم يمكن أن تؤخر وصول الإشارة ، مما يفسر الفرق الملحوظ 1.7 ثانية بين الوافدين من التواقيع الكهرومغناطيسية والجاذبية.

بالطبع ، نعتقد أن هاتين السرعتين متطابقتين تمامًا. يجب أن تكون سرعة الجاذبية مساوية لسرعة الضوء طالما أن كلا من موجات الجاذبية والفوتونات ليس لهما كتلة سكون مرتبطة بهما. من المحتمل جدًا تفسير التأخير البالغ 1.7 ثانية من خلال حقيقة أن موجات الجاذبية تمر عبر المادة دون اضطراب ، بينما يتفاعل الضوء كهرومغناطيسيًا ، مما قد يؤدي إلى إبطائها أثناء مروره عبر وسط الفضاء بأصغر كمية.

إن سرعة الجاذبية تساوي بالفعل سرعة الضوء ، على الرغم من أننا لا نشتقها بنفس الطريقة. في حين أن ماكسويل جمع الكهرباء والمغناطيسية - ظاهرتان كانتا مستقلتان ومتميزتان سابقًا - فقد وسع أينشتاين ببساطة نظريته في النسبية الخاصة لتطبيقها على جميع الأزمنة المكانية بشكل عام. في حين أن الدافع النظري لسرعة الجاذبية التي تساوي سرعة الضوء كان موجودًا منذ البداية ، إلا أنه فقط مع التأكيد المرصود الذي يمكننا أن نعرفه على وجه اليقين. تنتقل موجات الجاذبية بسرعة الضوء!


يساعد أساتذة الفيزياء في جامعة UM روبرتو ميرلين ، وغريغوري تارلي ، وطالب الدراسات العليا نوح جرين في ابتكار طريقة جديدة في الفيزياء البصرية لقياس توسع الكون

النجوم الزائفة هي أجرام سماوية بعيدة بشكل غير عادي تطلق كمية هائلة من الضوء ، ويستخدمها علماء الفيزياء الفلكية لسبر النظريات الكونية.

في بعض الحالات ، استخدمها علماء الفيزياء الفلكية لتقدير معدل تمدد الكون ، والذي يسمى ثابت هابل.

الآن ، يقترح فريق من الباحثين من جامعة ميشيغان ومعهد علم الفلك بجامعة هاواي طريقة جديدة لاستخدامهما لقياس توسع الكون بشكل مباشر. يقترحون طريقة تسمى نقاط ارتباط الكثافة لقياس الفرق بين الانزياح الأحمر - حيث يتمدد الضوء أثناء انتقاله عبر كون متسع ، مما يتسبب في استطالة طوله الموجي - في مسارين من الضوء من نفس الكوازار. نُشرت طريقة الفريق في مجلة Physical Review A.

عندما تقع مجموعة مجرات ضخمة بين الأرض وكوازار معين ، يمكن للضوء من نفس الكوازار أن ينتقل مباشرة إلينا أو ينحني حول مجموعة المجرات بسبب تأثير جاذبية العنقود. يمكن أن يصل الضوء الذي ينحني حول العناقيد لما يصل إلى 100 عام بعد الضوء الذي ينتقل إلى الأرض في خط مستقيم. هذا يمكن أن يتسبب في أن يصبح الكوازار ما يسمى بقوة العدسة: بالنسبة لأعيننا ، ما يشبه أربعة كوازارات هو في الواقع كوازار واحد ينكسر ضوءه إلينا عن طريق سحب الجاذبية لمجموعات المجرات الأمامية.

من الناحية النظرية ، يمكن للفيزيائيين قياس الانزياح الأحمر للضوء الذي ينتقل في مسار منحني إلى الأرض من كوازار واحد ومقارنته بالانزياح الأحمر للضوء الذي ينتقل إلى الأرض على طول مسار مختلف. ومع ذلك ، على الرغم من أن التأخير الزمني قد تم تحديده لعدد صغير من الكوازارات عن طريق قياس التباين الزمني في ألوانها ، إلا أن قياس الانزياح الأحمر الصغير بين المسارين ، المقابل لتمدد صغير للكون خلال عقد أو نحو ذلك ، لم يكن كذلك. ممكن حتى الآن.

"لقد تأخر الانزياح الأحمر لهذه الصور المختلفة ، وفي هذا التأخير ، توسع الكون. لا يمكن قياس ذلك باستخدام أجهزة الطيف العادية ، حيث يمكنك قياس الطول الموجي للضوء بدقة شديدة لخطين متقاربين. قال الفيزيائي U-M إن السبب الذي لا يمكن القيام به هو أن مصدر الضوء يحتوي على جميع أنواع الذرات التي تتحرك بشكل عشوائي وتنبعث منها إشعاع يتم إزاحته عن طريق دوبلر ". جريجوري تارلي.

هذه المجموعة من إزاحات دوبلر ، التي تسمى توسيع دوبلر ، تتسبب في انتشار ترددات الضوء داخل نفس الصورة إلى الحد الذي يصعب معه الحصول على قياس دقيق لمتوسط ​​الانزياح الأحمر لصورة كوازار واحدة.

"جاء المشروع من فكرة كانت لديّ لفترة من الوقت ، وهي قياس تمدد الكون مباشرةً. المشكلة هي أنه ليس لدينا مطياف يمكنه قياس الانزياح الأحمر الصغير للكون الذي يحدث خلال 100 عام ، "قال المنظر الكوني في جامعة هاواي إستفان زابودي. "مثل هذا القياس سيخبرنا بشكل مباشر عن مدى توسع الكون في 10 سنوات ، وفي النهاية يحدد ثابت هابل ، الكأس المقدسة الحالية لعلم الكونيات."

اقترب Tarlé و Szapudi من الفيزيائي البصري UM روبرتو ميرلين، الذي اقترح استخدام طريقة من الفيزياء البصرية تسمى ارتباط الكثافة. تأخذ هذه الطريقة في الاعتبار تجميع ترددات هذا الضوء الموسع بالدوبلر وضغط الترددات في خط متوسط.يشبه Tarlé أيضًا الانسجام الذي تسمعه عند ضرب شوكة توليف متشابهة جدًا ، أو عندما يتم عزف خيطين مضبوطين عن كثب معًا على جيتار مكون من 12 وترًا.


5.1 سلوك الضوء

مشفرة في الضوء وأنواع أخرى من الإشعاع التي تصل إلينا من الأجسام الموجودة في الكون هي مجموعة واسعة من المعلومات حول ماهية تلك الأشياء وكيف تعمل. إذا تمكنا من فك شفرة هذا الرمز وقراءة الرسائل التي يحتوي عليها ، فيمكننا معرفة قدر هائل عن الكون دون الحاجة إلى مغادرة الأرض أو بيئتها المباشرة.

يتولد الضوء المرئي والإشعاعات الأخرى التي نتلقاها من النجوم والكواكب عن طريق عمليات على المستوى الذري - عن طريق التغييرات في الطريقة التي تتفاعل بها أجزاء الذرة وتتحرك. وبالتالي ، لتقدير كيفية توليد الضوء ، يجب علينا استكشاف كيفية عمل الذرات. هناك القليل من السخرية في حقيقة أنه من أجل فهم بعض أكبر الهياكل في الكون ، يجب أن نتعرف على بعض من أصغرها.

لاحظ أننا استخدمنا عبارة "الضوء والإشعاع الآخر" مرتين. تتمثل إحدى الأفكار الرئيسية التي تم استكشافها في هذا الفصل في أن الضوء المرئي ليس فريدًا ، بل إنه مجرد مثال مألوف لعائلة أكبر بكثير من الإشعاع يمكنها نقل المعلومات إلينا.

ستُستخدم كلمة "إشعاع" بشكل متكرر في هذا الكتاب ، لذلك من المهم أن نفهم ما تعنيه. في اللغة اليومية ، غالبًا ما يستخدم مصطلح "الإشعاع" لوصف أنواع معينة من الجسيمات دون الذرية النشطة التي تطلقها المواد المشعة في بيئتنا. (مثال على ذلك هو نوع الإشعاع المستخدم في علاج بعض أنواع السرطان). لكن هذا ليس ما نعنيه عندما نستخدم كلمة "إشعاع" في نص علم الفلك. إشعاع، كما هو مستخدم في هذا الكتاب ، هو مصطلح عام للموجات (بما في ذلك موجات الضوء) يشع الخارج من المصدر.

كما رأينا في المدارات والجاذبية ، تفسر نظرية نيوتن في الجاذبية حركات الكواكب وكذلك الأجسام على الأرض. سيطر تطبيق هذه النظرية على مجموعة متنوعة من المشاكل على عمل العلماء لما يقرب من قرنين من الزمان. في القرن التاسع عشر ، تحول العديد من علماء الفيزياء إلى دراسة الكهرباء والمغناطيسية ، المرتبطين ارتباطًا وثيقًا بإنتاج الضوء.

كان العالم الذي لعب دورًا في هذا المجال مشابهًا لدور نيوتن في دراسة الجاذبية هو الفيزيائي جيمس كليرك ماكسويل ، المولود والمتعلم في اسكتلندا (الشكل 5.2). مستوحى من عدد من التجارب البارعة التي أظهرت علاقة حميمة بين الكهرباء والمغناطيسية ، طور ماكسويل نظرية تصف كلاً من الكهرباء والمغناطيسية بعدد صغير فقط من المعادلات الأنيقة. هذه النظرية هي التي تعطينا رؤى مهمة حول طبيعة وسلوك الضوء.

نظرية ماكسويل للكهرومغناطيسية

سننظر في بنية الذرة بمزيد من التفصيل لاحقًا ، لكننا نبدأ بالإشارة إلى أن الذرة النموذجية تتكون من عدة أنواع من الجسيمات ، وعدد منها ليس له كتلة فحسب ، بل له خاصية إضافية تسمى الشحنة الكهربائية. في النواة (الجزء المركزي) من كل ذرة البروتونات، والتي هي موجبة الشحنة خارج النواة الإلكترونات ، والتي لها شحنة سالبة.

تتعامل نظرية ماكسويل مع هذه الشحنات الكهربائية وتأثيراتها ، خاصة عندما تتحرك. على مقربة من شحنة إلكترونية ، تشعر شحنة أخرى بقوة جذب أو تنافر: تجتذب الشحنات المعاكسة مثل الشحنات المتنافرة. عندما لا تكون الشحنات في حالة حركة ، فإننا نلاحظ فقط هذا التجاذب أو التنافر الكهربائي. ومع ذلك ، إذا كانت الشحنات في حالة حركة (لأنها داخل كل ذرة وفي سلك يحمل تيارًا) ، فإننا نقيس قوة أخرى تسمى المغناطيسية.

كانت المغناطيسية معروفة جيدًا لكثير من التاريخ البشري المسجل ، ولكن لم يتم فهم سببها حتى القرن التاسع عشر. أظهرت التجارب على الشحنات الكهربائية أن المغناطيسية كانت نتيجة لتحريك الجسيمات المشحونة. في بعض الأحيان ، تكون الحركة واضحة ، كما هو الحال في ملفات الأسلاك الثقيلة التي تصنع مغناطيسًا كهربائيًا صناعيًا. في أوقات أخرى ، يكون الأمر أكثر دقة ، كما هو الحال في نوع المغناطيس الذي تشتريه في متجر الأجهزة ، حيث تدور العديد من الإلكترونات داخل الذرات في نفس الاتجاه تقريبًا ، فإن محاذاة حركتها هي التي تجعل المادة تصبح مغناطيسي.

يستخدم الفيزيائيون الكلمة مجال لوصف عمل القوى التي يمارسها كائن واحد على أشياء أخرى بعيدة. على سبيل المثال ، نقول أن الشمس تنتج a مجال الجاذبية يتحكم في مدار الأرض ، على الرغم من أن الشمس والأرض لا يتلامسان بشكل مباشر. باستخدام هذا المصطلح ، يمكننا القول أن الشحنات الكهربائية الثابتة تنتج المجالات الكهربائية، كما تنتج الشحنات الكهربائية المتحركة المجالات المغناطيسية.

في الواقع ، العلاقة بين الظواهر الكهربائية والمغناطيسية أكثر عمقًا. أظهرت التجارب أن تغيير الحقول المغناطيسية يمكن أن ينتج تيارات كهربائية (وبالتالي تغيير الحقول الكهربائية) ، ويمكن أن ينتج عن التيارات الكهربائية المتغيرة بدورها مجالات مغناطيسية متغيرة. لذلك بمجرد أن تبدأ التغييرات في المجال الكهربائي والمغناطيسي يمكن أن تستمر في إثارة بعضها البعض

حلل ماكسويل ما يمكن أن يحدث إذا كانت الشحنات الكهربائية تتأرجح (تتحرك باستمرار ذهابًا وإيابًا) ووجد أن النمط الناتج من المجالات الكهربائية والمغناطيسية سينتشر وينتقل بسرعة عبر الفضاء. يحدث شيء مشابه عندما تضرب قطرة المطر سطح الماء أو يقفز الضفدع إلى البركة. ينتقل الاضطراب إلى الخارج ويخلق نمطًا نسميه أ لوح في الماء (الشكل 5.3). قد تعتقد ، في البداية ، أنه يجب أن يكون هناك عدد قليل جدًا من المواقف في الطبيعة حيث تتأرجح الشحنات الكهربائية ، لكن هذا ليس هو الحال على الإطلاق. كما سنرى ، الذرات والجزيئات (التي تتكون من جسيمات مشحونة) تتأرجح ذهابًا وإيابًا طوال الوقت. تعتبر الاضطرابات الكهرومغناطيسية الناتجة من أكثر الظواهر شيوعًا في الكون.

كان ماكسويل قادرًا على حساب السرعة التي يتحرك بها الاضطراب الكهرومغناطيسي عبر الفضاء ، ووجد أنها تساوي سرعة الضوء ، والتي تم قياسها تجريبيًا. على هذا الأساس ، تكهن أن الضوء هو أحد أشكال عائلة الاضطرابات الكهرومغناطيسية المحتملة تسمى الإشعاع الكهرومغناطيسي ، وهو استنتاج تم تأكيده مرة أخرى في التجارب المعملية. عندما يدخل الضوء (المنعكس من صفحات كتاب علم الفلك ، على سبيل المثال) إلى عين الإنسان ، فإن المجالات الكهربائية والمغناطيسية المتغيرة تحفز النهايات العصبية ، والتي تنقل المعلومات الواردة في هذه المجالات المتغيرة إلى الدماغ. يدور علم الفلك في المقام الأول حول تحليل الإشعاع من الأشياء البعيدة لفهم ماهيتها وكيفية عملها.

خصائص الضوء الشبيهة بالموجة

تتشابه المجالات الكهربائية والمغناطيسية المتغيرة في الضوء مع الموجات التي يمكن تكوينها في بركة ماء هادئة. في كلتا الحالتين ، ينتقل الاضطراب بسرعة إلى الخارج من نقطة الأصل ويمكن أن يستخدم طاقته لإزعاج أشياء أخرى بعيدة. (على سبيل المثال ، في الماء ، يمكن للتموجات المتوسعة التي تتحرك بعيدًا عن الضفدع أن تزعج سلام اليعسوب الذي يستريح على ورقة في نفس البركة.) في حالة الموجات الكهرومغناطيسية ، فإن الإشعاع الناتج عن هوائي إرسال مليء بالجسيمات المشحونة ويمكن أن يؤدي تحريك الإلكترونات في محطة الراديو المحلية ، في وقت لاحق ، إلى إزعاج مجموعة من الإلكترونات في هوائي راديو السيارة وإبلاغك بالأخبار والطقس أثناء القيادة إلى الفصل أو العمل في الصباح.

تختلف الموجات الناتجة عن الجسيمات المشحونة عن موجات الماء في بعض النواحي العميقة. تتطلب موجات الماء انتقال الماء إلى الداخل. والموجات الصوتية التي نسمعها ، على سبيل المثال ، هي اضطرابات ضغط تتطلب انتقال الهواء بالرغم من ذلك. لكن الموجات الكهرومغناطيسية لا تتطلب الماء أو الهواء: تولد الحقول بعضها البعض وبالتالي يمكنها التحرك عبر الفراغ (مثل الفضاء الخارجي). كانت هذه فكرة مزعجة لعلماء القرن التاسع عشر لدرجة أنهم صنعوا بالفعل مادة لملء كل الفضاء - واحد لم يكن هناك دليل واحد - فقط حتى يمكن لموجات الضوء أن تنتقل من خلالها: أطلقوا عليه ال الأثير. اليوم ، نعلم أنه لا يوجد أثير وأن الموجات الكهرومغناطيسية لا تواجه أي مشكلة على الإطلاق في التحرك عبر الفضاء الفارغ (كما هو الحال مع كل ضوء النجوم المرئي في ليلة صافية بالتأكيد).

الاختلاف الآخر هو ذلك الكل تتحرك الموجات الكهرومغناطيسية بنفس السرعة في الفضاء الفارغ (سرعة الضوء - حوالي 300.000 كيلومتر في الثانية ، أو 300.000.000 متر في الثانية ، والتي يمكن كتابتها أيضًا على أنها 3 × 10 8 م / ث) ، والتي تبين أنها الأسرع السرعة الممكنة في الكون. بغض النظر عن مكان تولد الموجات الكهرومغناطيسية وبغض النظر عن الخصائص الأخرى التي تمتلكها ، عندما تتحرك (ولا تتفاعل مع المادة) ، فإنها تتحرك بسرعة الضوء. ومع ذلك ، فأنت تعلم من التجربة اليومية أن هناك أنواعًا مختلفة من الضوء. على سبيل المثال ، ندرك أن موجات الضوء تختلف عن بعضها البعض في خاصية نسميها اللون. دعونا نرى كيف يمكننا أن نشير إلى الاختلافات بين جميع أفراد الأسرة الكبيرة من الموجات الكهرومغناطيسية.

الشيء الجميل في الموجة أنها ظاهرة متكررة. سواء كانت حركة صعودًا وهبوطًا لموجة الماء أو تغير المجالات الكهربائية والمغناطيسية في موجة من الضوء ، فإن نمط الاضطراب يتكرر بطريقة دورية. وبالتالي ، يمكن وصف أي حركة موجية بسلسلة من القمم والقيعان (الشكل 5.4). الانتقال من قمة واحدة عبر قاع إلى القمة التالية يكمل دورة واحدة. الطول الأفقي الذي تغطيه دورة واحدة يسمى الطول الموجي. توفر أمواج المحيط تشبيهًا: الطول الموجي هو المسافة التي تفصل بين قمم الموجات المتتالية.

بالنسبة للضوء المرئي ، ترى أعيننا أطوال موجية مختلفة كألوان مختلفة: الأحمر ، على سبيل المثال ، هو أطول طول موجي مرئي ، والبنفسجي هو الأقصر. يمكن تذكر الألوان الرئيسية للضوء المرئي من الطول الموجي الأطول إلى الأقصر باستخدام ذاكري ROY G BIV — for صإد ، انطاق، صاصفر جيرين ، بلو أناndigo و الخامسآيوليت. الأشكال الأخرى غير المرئية من الإشعاع الكهرومغناطيسي لها أطوال موجية مختلفة ، كما سنرى في القسم التالي.

يمكننا أيضًا تمييز الموجات المختلفة بترددها ، وهو عدد دورات الموجات التي تمر في كل ثانية. إذا كنت تحسب 10 قمم تتحرك في كل ثانية ، على سبيل المثال ، فإن التردد هو 10 دورات في الثانية (cps). تكريما لهينريش هيرتز ، الفيزيائي الذي اكتشف موجات الراديو - مستوحى من عمل ماكسويل - ، يُطلق على cps أيضًا هيرتز (هرتز). قم بإلقاء نظرة على الراديو الخاص بك ، على سبيل المثال ، وسترى أن القناة المخصصة لكل محطة راديو تتميز بترددها ، عادةً بوحدات KHz (كيلو هرتز ، أو آلاف هرتز) أو MHz (ميغا هرتز ، أو ملايين هرتز) .

الطول الموجي (λ) والتردد (F) لأن كل الموجات الكهرومغناطيسية تسير بنفس السرعة. لترى كيف يعمل هذا ، تخيل موكبًا يجبر فيه الجميع بسبب ظروف المرور السائدة على التحرك بنفس السرعة بالضبط. أنت تقف على الزاوية وتشاهد موجات المتظاهرين تأتي. أولاً ، ترى صفًا تلو الآخر من المهور الصغيرة. نظرًا لأنها ليست كبيرة جدًا ، وبالتالي لها طول موجي أقصر ، يمكن لعدد كبير من المهور أن يتجاوزك في كل دقيقة ويمكننا القول إن لديهم ترددًا عاليًا. بعد ذلك ، تأتي عدة صفوف من أفيال السيرك. الأفيال كبيرة الحجم وتسير بنفس سرعة المهور ، لذا فإن عددًا أقل بكثير منها يمكنه تجاوزك في الدقيقة: نظرًا لأن لديهم تباعدًا أوسع (طول موجي أطول) ، فإنهم يمثلون ترددًا أقل.

يمكن التعبير عن صيغة هذه العلاقة على النحو التالي: بالنسبة لأي حركة موجة ، فإن السرعة التي تتحرك بها الموجة تساوي التردد مضروبًا في الطول الموجي. الموجات ذات الأطوال الموجية الأطول لها ترددات أقل. رياضيا ، يمكننا التعبير عن هذا كـ

حيث يتم استخدام الحرف اليوناني لـ "l" --lambda، - للإشارة إلى الطول الموجي و ج هو الرمز العلمي لسرعة الضوء. عند حل الطول الموجي ، يتم التعبير عن ذلك على النحو التالي:

مثال 5.1

اشتقاق واستخدام معادلة الموجة

(لذلك ، على سبيل المثال ، سيارة على الطريق السريع تسير بسرعة 100 كم / ساعة تغطي 100 كم خلال فترة ساعة واحدة.) لكي تقطع موجة كهرومغناطيسية مسافة أحد أطوالها الموجية ، λ ، بسرعة من الضوء ج، نحن لدينا ج = λ /ر. تردد الموجة هو عدد الدورات في الثانية. إذا كان تردد الموجة مليون دورة في الثانية ، فإن وقت كل دورة يمر بها هو جزء من المليون من الثانية. لذلك ، بشكل عام ، ر = 1/F. بالتعويض في معادلة الموجة ، نحصل على ج = λ × F. دعنا الآن نستخدم هذا لحساب مثال. ما الطول الموجي للضوء المرئي الذي تردده 5.66 × 10 14 هرتز؟

حل

يؤدي استبدال قيمنا إلى:

يمكن أيضًا كتابة هذه الإجابة على شكل 530 نانومتر ، والتي تقع في الجزء الأصفر والأخضر من الطيف المرئي (نانومتر تعني نانومتر ، حيث مصطلح "نانو" يعني "المليار").

تحقق من التعلم الخاص بك

إجابه:

λ = 600 كلم / س 4 موجات / س = 150 كلم λ = 600 كلم / س 4 موجات / س = 150 كلم

ضوء الفوتون

كان نموذج الموجات الكهرومغناطيسية للضوء (كما صاغه ماكسويل) أحد أعظم انتصارات علوم القرن التاسع عشر. في عام 1887 ، عندما صنع هاينريش هيرتز موجات كهرومغناطيسية غير مرئية (ما يسمى اليوم موجات الراديو) على جانب واحد من الغرفة واكتشفها على الجانب الآخر ، كان إيذانا ببدء حقبة جديدة أدت إلى عصر الاتصالات السلكية واللاسلكية الحديث. أدت تجربته في النهاية إلى تقنيات التلفزيون والهواتف المحمولة والشبكات اللاسلكية اليوم حول العالم.

ومع ذلك ، في بداية القرن العشرين ، كشفت التجارب الأكثر تعقيدًا أن الضوء يتصرف بطرق معينة لا يمكن تفسيرها من خلال نموذج الموجة. على مضض ، كان على الفيزيائيين أن يقبلوا أن الضوء أحيانًا يتصرف مثل "جسيم" - أو على الأقل حزمة طاقة قائمة بذاتها - أكثر من كونه موجة. نحن نطلق على مثل هذه الحزمة من الطاقة الكهرومغناطيسية الفوتون.

كانت حقيقة أن الضوء يتصرف مثل الموجة في تجارب معينة وكجسيم في تجارب أخرى فكرة مفاجئة للغاية وغير مرجحة. بعد كل شيء ، يقول الفطرة السليمة لدينا أن الموجات والجسيمات هي مفاهيم معاكسة. من ناحية ، تعتبر الموجة اضطرابًا متكررًا ، بحكم طبيعتها ، ليس في مكان واحد فقط ، بل ينتشر. الجسيم ، من ناحية أخرى ، هو شيء يمكن أن يكون في مكان واحد فقط في أي وقت. يبدو الأمر غريبًا ، رغم أن تجارب لا حصر لها تؤكد الآن أن الإشعاع الكهرومغناطيسي يمكن أن يتصرف أحيانًا مثل الموجة وفي أوقات أخرى مثل الجسيم.

ثم ، مرة أخرى ، ربما لا ينبغي أن نتفاجأ من أن شيئًا ما يسافر دائمًا عند "الحد الأقصى للسرعة" للكون ولا يحتاج إلى وسيط للتنقل خلاله قد لا يطيع أفكارنا اليومية المنطقية. تم حل الارتباك الذي تسببه ثنائية الموجة والجسيم للضوء في الفيزياء في النهاية عن طريق إدخال نظرية أكثر تعقيدًا للموجات والجسيمات ، تسمى الآن ميكانيكا الكم. (هذا أحد أكثر مجالات العلوم الحديثة إثارة للاهتمام ، لكنه في الغالب خارج نطاق كتابنا. إذا كنت مهتمًا به ، فراجع بعض الموارد المقترحة في نهاية هذا الفصل.)

على أي حال ، يجب أن تكون مستعدًا الآن عندما يناقش العلماء (أو مؤلفو هذا الكتاب) أحيانًا الإشعاع الكهرومغناطيسي كما لو كان يتكون من موجات وفي أوقات أخرى يشيرون إليه على أنه تيار من الفوتونات. يحمل الفوتون (كونه حزمة من الطاقة) كمية محددة من الطاقة. يمكننا استخدام فكرة الطاقة لربط نموذجي الفوتون والموجة. تعتمد كمية الطاقة التي يمتلكها الفوتون على تردده عندما تفكر فيه على أنه موجة. الموجة الراديوية منخفضة الطاقة لها تردد منخفض مثل الموجة ، في حين أن الأشعة السينية عالية الطاقة في عيادة طبيب الأسنان هي موجة عالية التردد. من بين ألوان الضوء المرئي ، تمتلك فوتونات الضوء البنفسجي أعلى طاقة وفوتونات الضوء الأحمر هي الأقل.

اختبر ما إذا كانت العلاقة بين الفوتونات والموجات واضحة بالنسبة لك. في المثال أعلاه ، أي الفوتون سيكون له الطول الموجي الأطول كموجة: الموجة الراديوية أم الأشعة السينية؟ إذا أجبت على موجة الراديو ، فأنت على صواب. موجات الراديو لها تردد أقل ، لذا فإن دورات الموجات أطول (فهي فيلة وليست مهور صغيرة).

انتشار الضوء

دعونا نفكر للحظة في كيفية انتقال الضوء من المصباح عبر الفضاء. مع تمدد الموجات ، فإنها تنتقل بعيدًا عن المصباح ، ليس فقط باتجاه عينيك ولكن في كل الاتجاهات. لذلك يجب أن تغطي مساحة متزايدة الاتساع. ومع ذلك ، لا يمكن أن يتغير المقدار الإجمالي للضوء المتاح بمجرد مغادرة المصباح للمصباح. هذا يعني أنه نظرًا لأن نفس الغلاف المتوسع للضوء يغطي مساحة أكبر وأكبر ، يجب أن يكون هناك القليل منه في أي مكان معين. يصبح الضوء (وجميع الإشعاعات الكهرومغناطيسية الأخرى) أضعف وأضعف كلما ابتعد عن مصدره.

تتناسب الزيادة في المساحة التي يجب أن يغطيها الضوء مع مربع المسافة التي قطعها الضوء (الشكل 5.5). إذا وقفنا على بُعد ضعف المسافة من المصدر ، فستعترض أعيننا مربعين (2 × 2) ، أو أربع مرات أقل من الضوء. إذا وقفنا على بعد 10 مرات من المصدر ، نحصل على 10 تربيع ، أو 100 مرة أقل من الضوء. يمكنك أن ترى كيف أن هذا الضعف يعني مشكلة لمصادر الضوء على مسافات فلكية. أحد أقرب النجوم ، Alpha Centauri A ، ينبعث منه نفس إجمالي الطاقة مثل الشمس. لكنها أبعد بنحو 270 ألف مرة ، ولذا فهي تبدو أكثر خفوتًا بنحو 73 مليار مرة. لا عجب في أن النجوم ، التي تبدو الصورة المقربة لها تشبه الشمس إلى حد ما ، تبدو وكأنها نقاط ضوء خافتة من بعيد.

هذه الفكرة - أن السطوع الظاهر للمصدر (مدى سطوعه لنا) يصبح أضعف مع المسافة بالطريقة التي وصفناها - تُعرف بقانون التربيع العكسي لانتشار الضوء. في هذا الصدد ، فإن انتشار الضوء مشابه لتأثيرات الجاذبية. تذكر أن قوة الجاذبية بين كتلتين جذبتين تتناسب أيضًا عكسياً مع مربع الفصل بينهما.


ما هي النظرية المستثناة لشرح سبب انتقال الضوء بهذه السرعة.

لا يتعلق الأمر بمستويات الطاقة فقط ، فهناك عوامل تتحكم في سرعة الضوء ، مثل الانكسار. يغير الضوء سرعته أثناء مروره من وسط إلى آخر ، وهذا واضح من خلال التغير في اتجاهه.

كيف ثم & quot. موجة الكم. & مثل يحدد سرعة الضوء ، ويقول الماء. (أنا أبحث عن فكرة عامة.)


علاوة على ذلك ، أخبار مثيرة للاهتمام من هذا الموقع:

& quotS العلماء كسروا على ما يبدو حدود سرعة الكون.

لأجيال ، اعتقد الفيزيائيون أنه لا يوجد شيء أسرع من الضوء يتحرك عبر الفراغ - بسرعة 186000 ميل في الثانية. ولكن في تجربة أجريت في برينستون بولاية نيوجيرسي ، أرسل الفيزيائيون نبضة من ضوء الليزر عبر بخار السيزيوم بسرعة كبيرة بحيث غادرت الغرفة قبل أن تنتهي من دخولها.

تحركت النبضة بمقدار 310 أضعاف المسافة التي كانت ستقطعها لو احتوت الحجرة على فراغ.

يبدو أن هذا لا يتعارض مع الفطرة السليمة فحسب ، بل يتعارض أيضًا مع المبدأ الأساسي لنظرية النسبية لألبرت أينشتاين ، والتي تحدد سرعة الضوء في الفراغ ، حوالي 186000 ميل في الثانية ، باعتبارها أسرع ما يمكن لأي شيء أن يذهب إليه.

لكن النتائج - أول دليل واضح طال انتظاره على حركة أسرع من الضوء - لا تتعارض مع أينشتاين ، كما قال ليجون وانج ، الذي قدم مع زملائه في معهد أبحاث NEC في برينستون ، نيوجيرسي ، نتائجهم في عدد اليوم من مجلة الطبيعة.


لا شيء له كتلة يمكن أن يتجاوز حد سرعة الضوء. لكن الفيزيائيين يعتقدون الآن أن نبضة من الضوء - وهي مجموعة من الموجات الفردية عديمة الكتلة - يمكنها ذلك.

لإثبات ذلك ، ابتكر الباحثون بخارًا مُعالجًا بعناية من الذرات المشعة بالليزر والتي تلتوي وتضغط وتعزز في النهاية سرعة موجات الضوء بطرق غير طبيعية بحيث تنطلق نبضة عبر البخار في حوالي 1/300 من الوقت الذي تستغرقه نبضة لتقطع نفس المسافة في الفراغ.

كقاعدة عامة ، ينتقل الضوء بشكل أبطأ في أي وسط أكثر كثافة من الفراغ (والذي ، بحكم التعريف ، ليس له كثافة على الإطلاق). على سبيل المثال ، في الماء ، ينتقل الضوء بحوالي ثلاثة أرباع سرعته في الفراغ في الزجاج ، أي حوالي الثلثين.

النسبة بين سرعة الضوء في الفراغ وسرعته في مادة تسمى معامل الانكسار. يمكن تغيير المؤشر قليلاً عن طريق تغيير التركيب الكيميائي أو الفيزيائي للوسيط. الزجاج العادي له معامل انكسار يقارب 1.5. & quot

ولكن بإضافة القليل من الرصاص ، يرتفع إلى 1.6.

تؤدي السرعة الأبطأ والانحناء الأكبر لموجات الضوء إلى مزيد من التألق الرشيق للزجاج البلوري الرصاصي. & quot

تجربة بخار Ceisum مثيرة جدًا للاهتمام وسيكون من المثير للاهتمام أن نرى كيف يتم شرح التأثير.
عمل مخيف عن بعد؟
أو تسريع الضوء فعليًا والذي من شأنه أن يشير إلى أشياء أخرى تعمل.

الطاقة الكامنة الباطلة

هناك مساحة كبيرة هناك. مقدار المساحة الفارغة ومقدار المقدار المملوء بالتقلبات الكمية. وماذا عن سرعة الضوء في الفضاء الفارغ.

الكثير من المعلومات الخاطئة فيه. أقتبس مجرد فقرة:

& quot ولكن نتيجة ثانوية لأحد المبادئ الأساسية في ميكانيكا الكم ، مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ ، ينص على أن هناك حدًا لمقدار ما يمكننا معرفته عن الجسيمات الكمومية ، ونتيجة لذلك ، الفراغ ليس فارغًا ، إنه في الواقع مزدحم به طاقتها الغريبة ، ومليئة بأزواج الجسيمات المضادة التي تظهر وتختفي بشكل عشوائي. & مثل


إنه يساوي مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ . ويصل إلى استنتاج أن الفراغ لم يكن فارغًا. كيف يمكن لمبدأ أن يؤدي إلى استنتاج عام ل الكل الفضاء . لم تكن فارغة ، هو لغزا بالنسبة لي.

بشكل عام ، تحدث مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ يقول ، إذا كنت تعرف قيمة زوج تكميلي واحد بدقة عالية ، فكلما قل ما تعرفه عن قيمة الجزء الآخر من الزوج.

أعتقد أن العالم الكمي يملأ كل مساحة ممكنة.
سيكون حجمها محدودًا أيضًا ، لذا في بعض الحجم ليس لدينا شيء.
تخميني هو أن الحجم هو حجم مدار الاضمحلال للإلكترون.
إنه يقفز من النقطة A إلى النقطة B ولا يوجد مكان داخل هذا المدار ، لذا فهو يقول شيئًا مؤكدًا.

الضوء بالتأكيد له حد معين ، لذا فهو يمر عبر وسيط من نوع ما عندما يمر عبر الفضاء.
هل هو الوقت / الفضاء أو ببساطة المكان والزمان / QF ككيانين مختلفين.

الطاقة الكامنة الباطلة

تجربة بخار Ceisum مثيرة جدًا للاهتمام وسيكون من المثير للاهتمام أن نرى كيف يتم شرح التأثير.
عمل مخيف عن بعد؟
أو تسريع الضوء فعليًا والذي من شأنه أن يشير إلى أشياء أخرى تعمل.

النظرية والتجربة

أعتقد ، حيث أن نبضة الضوء من الليزر بالتزامن مع بخار السيزيوم كان لها التأثير الكلي لتقليل عتبة التقييد الكمومي وبالتالي سافر الضوء بشكل أسرع.

نوع من الإعجاب. ذهب الضوء داخل الغرفة إلى محرك الاعوجاج (أسلوب Star Trek) بينما كان جزء نبضة الضوء خارج الغرفة يتحرك بسرعات الفضاء العادية.

الطاقة الكامنة الباطلة

أعتقد ، حيث أن نبضة الضوء من الليزر بالتزامن مع بخار السيزيوم كان لها التأثير الكلي لتقليل عتبة التقييد الكمومي وبالتالي سافر الضوء بشكل أسرع.

نوع من الإعجاب. ذهب الضوء داخل الغرفة إلى محرك الاعوجاج (أسلوب Star Trek) بينما كان جزء نبضة الضوء خارج الغرفة يتحرك بسرعات الفضاء العادية.

ديفيد جي فرانكس

الحالة الثابتة من اللانهائي: الإرادة الحرة للوقت العشوائية السبب والتأثير المعلومات والنظام الثقوب السوداء الانفجار الكبير: فرانكس ، ديفيد جي: 9781098852924: Amazon.com: الكتب

Truthseeker007

ما هو الوقت ، أو بشكل أدق ، هل الوقت موجود.

الوقت يشبه الأرقام ، في الواقع ، إنه مجموعة فرعية من الأرقام ، أو الأفضل من ذلك ، أنه ينتمي إلى مفهوم الأرقام ، أو نظام الترقيم ، فهو يصف الأحداث.

هل الأرقام موجودة. الجواب هو "لا" كبيرة بأحرف كبيرة.

ومع ذلك ، فإننا نستخدم الأرقام كل يوم ، في المدرسة ، والتسوق ، وما إلى ذلك. إنها اختراع للعقل البشري لأنها غير موجودة في الطبيعة ، وهو اختراع أصبح ضروريًا ، في البداية ، للتعبير عن الكمية ، 1 خروف ، 2 شاة ، 3 خروف . إلخ.

مع نمو استخدام الأرقام ، أصبحت أكثر تعقيدًا ، وطوروا هيكلها المنطقي الخاص ، وعمومًا ، سميت الرياضيات ، دراسة الأرقام.

بسبب أحداث معينة ، تشرق الشمس كل يوم ، ويوم أمس ليس هو نفسه اليوم أو يوم الغد. الكائنات الحية ، ولدت ، وتبقى حية لفترة معينة ثم تموت ، اضطر العقل البشري إلى اختراع مفهوم الوقت ، تمامًا مثل الأرقام.

ومع ذلك ، في وقت لاحق ، حاولت تعريفه بشكل أكثر دقة. أي ، ما هي اللحظة الماضية ، وما هي اللحظة الحالية وأي لحظة هي المستقبل. وماذا عن ما بين اللحظات ، هل هناك حقًا فاصل زمني - يتوقف الوقت عن الوجود ، قبل أن يبدأ مرة أخرى.

إلى هذه النقطة ، بما في ذلك ألبرت أينشتاين ، كما توصل بعض الإغريق القدماء ، إلى استنتاج أن الماضي والحاضر والمستقبل موجودون في نفس الوقت. مفهوم الوقت هو وهم ولكنه ضروري لشرح الأحداث في الوقت المناسب.

. كل ما سبق ، فيما يتعلق ببيانك & quotI ، كنت أفكر في الخيارات ، فإن تدفق الوقت كما نراه نسبي. & مثل

. وأن تكون أكثر إيجازًا. وهم تمامًا مثل إحداثيات موضع الكائن.

كما كنت تدرس في المدرسة ، نحتاج إلى ثلاثة إحداثيات: xyz لتحديد الوظيفة ، وآخرون يجادلون في الوقت أيضًا.

إذا كنت في الفضاء ، كيف ستحدد أي مجموعة من الإحداثيات أعلاه ، موقعك في الفضاء. هل يمكنك معرفة موقع الأرض ، على سبيل المثال ، قبل ساعة ، في الفضاء. ينسق الفضاء ، بمعنى آخر.

Truthseeker007

النظرية والتجربة

يجعل القراءة ممتعة للغاية حول سرعة الضوء:

تناقض نظريات النسبية

& مثل
التحول الأحمر الجذاب يرفض "مبدأ التكافؤ" الذي وضعه أينشتاين و "الهيكل الإضافي" الخادع

يعتقد أينشتاين أن التنبؤ الأكثر مباشرة وشفافية لمبدأ التكافؤ الخاص به هو انزياح الجاذبية الأحمر. في الواقع ، اكتشفت أنه في ديناميات الكم عندما تكون السرعة الثابتة c للفوتون ثنائي القطب موازية للجاذبية Fg ثم وفقًا لقانون نيوتن الثاني Fg = dp / dt ، لا يمكن للفوتون أن يتسارع على طول اتجاه c ولكن يغير كتلته تحت تقلص الطول وتمدد الوقت.

في ورقي البحثي ، تأثير معادلة ماكسويل لتيار الإزاحة على القوانين الكهرومغناطيسية ومقارنة موجات ماكسويل مع نموذجنا للجسيمات ثنائية القطب ، أظهرت أن الفوتون ثنائي القطب عند سرعة الضوء ج له جاذبية كهربائية متساوية وتنافر مغناطيسي. وبالتالي لا يمكن أن تتحرك أسرع من سرعة الضوء لأن زيادة القوة المغناطيسية ستخالف قانون نيوتن الثالث. هذا هو التسارع الذي يقترب دائمًا من الصفر في ظل انكماش الطول وتمدد الوقت. في ظل هذه الحالة ، لا يمكن للفوتون أن يتسارع على طول اتجاه سرعته ج. وبعبارة أخرى ، فإن مبدأ التكافؤ الذي ينص على أن الجاذبية تعادل التسارع ، في الواقع ، في ديناميات الكم يؤدي إلى تعقيدات. نكتب هنا وفقًا لقوانين نيوتن الثانية

Fg ds = dw = hdν = (dmc / dt) ds = dmc2

في هذه الحالة ، يشير انخفاض الطاقة dw إلى انخفاض التردد مما يعني أن انزياح الجاذبية إلى الأحمر هو حالة مختلفة تمامًا عن حالة انحناء الضوء بالقرب من الشمس. لاحظ أن أينشتاين لتفسير هذه الظاهرة لم يستخدم تأثير دوبلر النسبي ولكن تأثير دوبلر البسيط لميكانيكي نيوتن.

والتي تحدث وفقًا لمبدأ النسبية المستخلصة من قوانين نيوتن. على سبيل المثال ، عندما يتحرك المطياف بعيدًا عن مصدر الضوء ، يتناقص التردد. بنفس الطريقة ، ينخفض ​​التردد عندما يتحرك مصدر الضوء بعيدًا عن المطياف. وهذا يعني ، وفقًا لمبدأ النسبية المستنتج من القوانين فقط الحركة النسبية لأحدهما فيما يتعلق بالمسائل الأخرى. هذه النتيجة في الحقيقة ليست مفاجئة. إذا أحدثت فرقًا تم تحريكه وراحته ، يجب أن نضطر إلى استنتاج أن هناك "بنية أثيرية" خاطئة أو "انحناء فراغ" غريب. لاحظ أن أينشتاين الأول تطوره للنسبية الخاصة انتهك أيضًا مبدأ النسبية هذا لأنه كان يعتقد أنه عندما يتحرك مغناطيس فيما يتعلق بملف ، يتولد مجال كهربائي ماكسويل. على الرغم من أن نيومان اكتشف في عام 1845 أن قوانين الاستقراء تتفق مع قوة قانون أمبير (1820) إلا أن ماكسويل في عام 1865 لتطوير نظريته الكهرومغناطيسية أدخل المجال الكهربائي الخاطئ من خلال انتهاك مبدأ النسبية.

Truthseeker007

يجعل القراءة ممتعة للغاية حول سرعة الضوء:

تناقض نظريات النسبية

& مثل
التحول الأحمر الجذاب يرفض "مبدأ التكافؤ" الذي وضعه أينشتاين و "الهيكل الإضافي" الخادع

يعتقد أينشتاين أن التنبؤ الأكثر مباشرة وشفافية لمبدأ التكافؤ الخاص به هو انزياح الجاذبية الأحمر. في الواقع ، اكتشفت أنه في ديناميات الكم عندما تكون السرعة الثابتة c للفوتون ثنائي القطب موازية للجاذبية Fg ثم وفقًا لقانون نيوتن الثاني Fg = dp / dt ، لا يمكن للفوتون أن يتسارع على طول اتجاه c ولكن يغير كتلته تحت تقلص الطول وتمدد الوقت.

في ورقي البحثي ، تأثير معادلة ماكسويل لتيار الإزاحة على القوانين الكهرومغناطيسية ومقارنة موجات ماكسويل مع نموذجنا للجسيمات ثنائية القطب ، أظهرت أن الفوتون ثنائي القطب عند سرعة الضوء ج له جاذبية كهربائية متساوية وتنافر مغناطيسي. وبالتالي لا يمكن أن تتحرك أسرع من سرعة الضوء لأن زيادة القوة المغناطيسية ستخالف قانون نيوتن الثالث. هذا هو التسارع الذي يقترب دائمًا من الصفر في ظل انكماش الطول وتمدد الوقت. في ظل هذه الحالة ، لا يمكن للفوتون أن يتسارع على طول اتجاه سرعته ج. بعبارة أخرى ، فإن مبدأ التكافؤ الذي ينص على أن الجاذبية تعادل التسارع ، في الواقع ، في ديناميات الكم يؤدي إلى تعقيدات. نكتب هنا وفقًا لقوانين نيوتن الثانية

Fg ds = dw = hdν = (dmc / dt) ds = dmc2

في هذه الحالة ، يشير انخفاض الطاقة dw إلى انخفاض التردد مما يعني أن انزياح الجاذبية إلى الأحمر هو حالة مختلفة تمامًا عن حالة انحناء الضوء بالقرب من الشمس. لاحظ أن أينشتاين لتفسير هذه الظاهرة لم يستخدم تأثير دوبلر النسبي ولكن تأثير دوبلر البسيط لميكانيكي نيوتن.

والتي تحدث وفقًا لمبدأ النسبية المستخلصة من قوانين نيوتن. على سبيل المثال ، عندما يتحرك المطياف بعيدًا عن مصدر الضوء ، يتناقص التردد. بنفس الطريقة ، ينخفض ​​التردد عندما يتحرك مصدر الضوء بعيدًا عن المطياف. وهذا يعني ، وفقًا لمبدأ النسبية المستنتج من القوانين فقط الحركة النسبية لأحدهما فيما يتعلق بالمسائل الأخرى. هذه النتيجة في الحقيقة ليست مفاجئة. إذا أحدثت فرقًا تم تحريكه وراحته ، يجب أن نضطر إلى استنتاج أن هناك "بنية أثيرية" خاطئة أو "انحناء فراغ" غريب. لاحظ أن أينشتاين الأول تطوره للنسبية الخاصة انتهك أيضًا مبدأ النسبية هذا لأنه كان يعتقد أنه عندما يتحرك مغناطيس فيما يتعلق بملف يتولد مجال كهربائي ماكسويل. على الرغم من أن نيومان اكتشف في عام 1845 أن قوانين الاستقراء تتفق مع قوة قانون أمبير (1820) إلا أن ماكسويل في عام 1865 لتطوير نظريته الكهرومغناطيسية أدخل المجال الكهربائي الخاطئ من خلال انتهاك مبدأ النسبية.


الجاذبية الكهربائية

في عام 1850 ، أجرى فاراداي تجارب في محاولة لربط الجاذبية بالكهرومغناطيسية التي لم تنجح. ومع ذلك ، بقيت إدانته:

"إن الإقناع الطويل والمستمر بأن جميع قوى الطبيعة تعتمد على بعضها البعض ، ولها أصل واحد مشترك ، أو بالأحرى كونها مظاهر مختلفة لقوة أساسية واحدة ، غالبًا ما جعلني أفكر في إمكانية إنشاء ، عن طريق التجربة ، علاقة بين الجاذبية و الكهرباء ... لا يمكن لأي شروط أن تبالغ في قيمة العلاقة التي سيقيمونها ". [12]

تقدير فاراداي لأهمية مثل هذا الارتباط لا يزال قائما. اليوم ، هناك عدد من العلماء الذين يتابعون هذا الخط الواضح من التحقيق. بعد كل شيء ، تشترك القوة الكهربائية وقوى الجاذبية في الخصائص الأساسية - كلاهما يتناقص مع المربع العكسي للمسافة ، وكلاهما يتناسب مع ناتج الكتل أو الشحنات المتفاعلة ، وتعمل كلتا القوتين على طول الخط الفاصل بينهما.

المادة والكتلة

تعمل الجاذبية بما يتناسب مع كتلة الجسم. ماذا نعني عندما نشير إلى "كتلة" الشيء؟ & # 8220 من أكثر السمات المدهشة لتاريخ الفيزياء الارتباك الذي يحيط بتعريف المصطلح الرئيسي في الديناميات والكتلة. & # 8221 [13] في أوائل القرن العشرين ، كانت العديد من الكتب المدرسية تساوي كتلة الجسم بوزنه. أدت هذه المعادلة إلى الارتباك لأنها لا تفسر سبب تطابق كتلة الجسم الذي نقيسه على آلة الوزن (كتلة الجاذبية) مع كتلة ذلك الجسم عندما ندفعه (كتلة القصور الذاتي).

عندما وجد أن الذرات تتكون من جسيمات مشحونة ، كانت هناك محاولات لشرح الكتلة من حيث الكهرومغناطيسية. كتب هنري بوانكاريه في عام 1914 ، "ما نسميه الكتلة يبدو أنه ليس سوى مظهر ، وكل القصور الذاتي من أصل كهرومغناطيسي." من المنطقي أن يتم تفسير تكافؤ كتلة الجاذبية والقصور الذاتي من خلال التركيب الكهربائي للمادة. ومع ذلك ، ليس المفهوم الفلسفي للكتلة هو ما يشغل الفيزيائيين ولكن معالجتها الرياضية. أظهرت معادلة أينشتاين الشهيرة ، E = mc 2 ، أن الكتلة والطاقة الكهرومغناطيسية مرتبطان ارتباطًا مباشرًا. لكن الغموض نتج عندما تم استبدال المفهوم السابق الذي يربط الكتلة بـ "كمية المادة" دون وعي. تنزلق الكتب المدرسية والموسوعات اليوم بشكل غير ملحوظ إلى خطأ استخدام كلمتي "الكتلة" و "المادة" بالتبادل. يخبرنا موقع تعليمي تابع لوكالة ناسا بذلك "الكتلة هي مقياس لمقدار المادة التي يتكون منها كوكب ما." إنه يوضح أن الخلط بين الكتلة وكمية المادة يصيب الفيزياء الفلكية.

العواقب وخيمة على علم الكونيات. لا يمكن لكتلة جرم سماوي أن تخبرنا عن تكوينه. لا يمكننا أن نقول مما صنعت الشمس! مثال آخر هو نوى المذنب ، وهي أجسام مشحونة كهربائيًا. إنهم يسجلون الكتل التي يجب أن تجعلها مبنية مثل الإسفنج الفارغ لكنها تبدو مثل الصخور الصلبة. إن مظهرها ، جنبًا إلى جنب مع المعادن عالية الحرارة المستعادة مؤخرًا (جزيئات الصخور) من المذنب ، هي التي تعطي الصورة الدقيقة. المذنبات والكويكبات هي أجزاء من الكواكب. إنها ليست بدائية - بل على العكس تمامًا في الواقع.

أدى هذا التشويش الفلسفي غير المبرر على المادة والكتلة إلى انتهاك مبدأ الفيزياء الأساسي المتمثل في عدم خلق أو إبادة المادة. لقد سمح لقصة خلق كونية معجزة باكتساب رواج ، يُعرف باسم "الانفجار الكبير". [14] تعتبر مفاهيم "طاقة الفراغ" والجسيمات "الغامضة للوجود والخروج من الوجود" في فراغ الفضاء معجزة بالمثل. الحقيقة البسيطة هي أنه ليس لدينا أي مفهوم عن سبب ظهور المادة بالكتلة.

لكن عندما نطبق القوة على الجسم ، كيف يتم نقل هذه القوة للتغلب على القصور الذاتي؟ الإجابة هي "كهربائيًا" عن طريق التنافر بين الإلكترونات الخارجية في الذرات الأقرب إلى نقاط التلامس. يشير تكافؤ كتلة القصور الذاتي وكتلة الجاذبية بقوة إلى أن قوة الجاذبية هي مظهر من مظاهر القوة الكهربائية.

أصل الكتلة في الطبيعة الكهربائية للمادة.

رالف سانسبري في نيويورك.

بدون قبول نموذجه بالكامل ، أعتبر أن نظرية رالف سانسبري الكهربائية المباشرة للمغناطيسية والجاذبية [15] لها ميزة مفاهيمية. ببساطة ، جميع الجسيمات دون الذرية ، بما في ذلك الإلكترون، هي أنظمة طنين تدور حول شحنات كهربائية أصغر ذات قطبية معاكسة تجمع شحنة هذا الجسيم. هذه الشحنات الكهربائية الأصغر يسميها "subtrons". هذا هو نوع من التبسيط لفيزياء الجسيمات التي تتطلبها شفرة Ockham والمقبولة فلسفيًا ، على الرغم من أنها تترك الطبيعة الحقيقية وأصل subtrons دون إجابة. في هذا النموذج ، لا يمكن معاملة الإلكترون كجسيم أساسي شبيه بالنقطة. يجب أن يكون له هيكل ليكون له زخم زاوي واتجاه مغناطيسي مفضل ، يُعرف بشكل غامض باسم "الدوران". يجب أن تكون هناك حركة مدارية من الترونات الفرعية داخل الإلكترون لتوليد ثنائي القطب المغناطيسي. يجب أن يكون نقل الطاقة بين الأجزاء الفرعية في مداراتها داخل نصف قطر الإلكترون الكلاسيكي رنين و شبه فوري ليكون الإلكترون جسيمًا مستقرًا. تنطبق نفس الحجة على البروتون والنيوترون ، وكما سنرى - النيوترينو.

يلبي هذا النموذج وجهة نظر أينشتاين و # 8217 أنه يجب أن يكون هناك مستوى أدنى من البنية في المادة لإحداث تأثيرات كمومية رنانة. من المثير للسخرية أن مثل هذا النموذج يتطلب القوة الكهربائية بين الشحنات لتعمل أسرع بما لا يقاس من سرعة الضوء حتى يظل الإلكترون جسيمًا متماسكًا. هذا يعني أن نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين ، التي تحظر إرسال الإشارات بشكل أسرع من الضوء ، يجب إلغاؤها. تجربة حديثة تؤكد ذلك.

الموجات الكهرومغناطيسية بطيئة جدًا بحيث لا تكون الوسيلة الوحيدة للإشارة في كون هائل. تتطلب الجاذبية الطابع شبه الفوري للقوة الكهربائية لتشكيل أنظمة مستقرة مثل نظامنا الشمسي والمجرات الحلزونية. من الناحية الجاذبية ، "ترى" الأرض الشمس في مكانها في هذه اللحظة ، وليس المكان الذي كانت عليه قبل أكثر من 8 دقائق.لا يشير قانون الجاذبية الشهير لنيوتن إلى الزمن.

يجب أن يكون لدينا مفهوم عملي لهيكل المادة يرضي ملاحظة أن كتل القصور الذاتي وكتلة الجاذبية لجسم ما متكافئة. عندما نقوم بتسريع الإلكترونات أو البروتونات في مجال كهرومغناطيسي فإنها تصبح أقل استجابة للحقول كلما زادت تسارعها. تم تفسير هذا على أنه زيادة في كتلة الجسيمات ، وهو أمر غير مفيد حتى نفهم أصل الكتلة. إذا كانت الترونات الفرعية المشحونة لها كتلة جوهرية قليلة ، فكيف تعطي مجتمعة للإلكترون والبروتون والنيوترون خاصية الكتلة؟

سوف يسحق المجال الكهربائي بشكل عرضي المدارات الفرعية داخل الإلكترون أو البروتون. إذا تسببت في تسارع عند نقطة ما في مدار دائري وتباطؤ عند النقطة المقابلة تمامًا للمدار ، فإن النتيجة تكون مدارًا إهليلجيًا. في حالة الجسيم المتسارع ، يميل المدار إلى التسطح في اتجاه القوة المطبقة. يبدو أنه مع توفير المزيد من الطاقة لتسريع الجسيم ، يتم استيعاب هذه الطاقة بشكل غير مرن في مزيد من التشويه بدلاً من التسارع. بعبارة أخرى ، تصبح القوة الكهربائية أقل فاعلية في التسارع ، وهو ما قد يدفعنا أينشتاين إلى تفسيره على أنه زيادة في الكتلة. للمقارنة ، فإن نهج ويبر الكلاسيكي تجاه المشكلة له تأثير "انخفاض في القوة الكهربائية وليس تغير في كتلة القصور الذاتي." [16] يشير هذا النموذج إلى أن مراكز شحن البروتون في حالة السكون تكون منفصلة أكثر من تلك الموجودة في الإلكترون عند السكون. يسمح ذلك للبروتون بالتشويه بسهولة أكبر من تشويه الإلكترون في نفس المجال الكهربائي وقد يفسر الاختلافات الكلاسيكية في الحجم والكتلة. "ميزة هذا التفسير لتحويل الكتلة إلى طاقة والعكس بالعكس هي أننا لسنا مجبرين على قبول زيادة الكتلة إلى اللانهاية مع اقتراب كتلة متحركة من سرعة الضوء." [17]

ما هي الجاذبية؟

ترجع الجاذبية إلى ثنائيات الأقطاب الكهروستاتيكية الموجهة شعاعيًا داخل بروتونات الأرض والنيوترونات والإلكترونات. [18] تختلف القوة بين أي ثنائيات أقطاب كهروستاتيكية متوائمة عكسيًا حيث يتم تربيع القوة الرابعة للمسافة بينهما والقوة المجمعة لثنائيات أقطاب كهروستاتيكية متشابهة على سطح معين. والنتيجة هي أن القوة ثنائية القطب - ثنائية القطب ، والتي تتغير عكسيًا مثل القوة الرابعة بين ثنائيات الأقطاب الخطية ، تصبح القوة المربعة العكسية للجاذبية للأجسام الممتدة. يمكن رؤية استجابة الجاذبية والقصور الذاتي للمادة على أنها ناتجة عن سبب مماثل. الضعف الشديد المحير للجاذبية (أقل بألف تريليون تريليون تريليون مرة من القوة الكهروستاتيكية) هو مقياس للتشوه الدقيق للجسيمات دون الذرية في مجال الجاذبية.

تولد الأجرام السماوية مستقطبة كهربائيًا من قرصة z البلازما أو عن طريق طرد النواة من جسم أكبر.

إن الفرق بمقدار 2000 ضعف في كتلة البروتون والنيوترون في النواة مقابل الإلكترون يعني أن الجاذبية ستحافظ على استقطاب الشحنة عن طريق موازنة النواة داخل كل ذرة (كما هو موضح). كتلة الجسم عبارة عن متغير كهربائي - تمامًا مثل البروتون في مسرع الجسيمات. لذلك ، فإن ما يسمى بثابت الجاذبية - "G" ذو البعد الغريب [L] 3 / [M] [T] 2 ، هو متغير! هذا هو السبب في صعوبة تحديد "G".

مضاد الجاذبية؟

سيحمي إجراء المعادن المجالات الكهربائية. ومع ذلك ، فإن عدم وجود حركة للإلكترونات استجابة للجاذبية يفسر سبب عدم قدرتنا على الحماية من الجاذبية بمجرد الوقوف على لوح معدني. كما كتب مهندس كهربائي ، "لا داعي للقلق بشأن تأثير الجاذبية على الإلكترونات داخل السلك المؤدي إلى وعاء القهوة لدينا." [19] إذا كانت الجاذبية قوة كهربائية ثنائية القطب بين الجسيمات دون الذرية ، فمن الواضح أن القوة "سلاسل ديزي" خلال المادة بغض النظر عما إذا كانت موصلة أو غير موصلة. يوضح Sansbury:

".. ثنائيات الأقطاب الكهروستاتيكية داخل جميع النوى الذرية صغيرة جدًا ولكن جميعها لها اتجاه مشترك. ومن ثم فإن تأثيرها على قطعة موصلة من المعدن يكون أقل في سحب الإلكترونات الحرة في المعدن إلى جانب واحد باتجاه مركز الأرض ولكن لجذب ثنائيات الأقطاب الكهروستاتيكية المتشابهة التوجه داخل النواة والإلكترونات الحرة للقطعة الموصلة من المعدن. " [20]

يقدم هذا دليلًا على تأثيرات "التدريع بالجاذبية" المبلغ عنها لقرص دوار فائق التوصيل. [21] تُظهر الإلكترونات في الموصل الفائق "الترابط" ، مما يعني زيادة خمولها الذاتي. أي شيء يتداخل مع قدرة الجسيمات دون الذرية داخل قرص الدوران على محاذاة ثنائيات أقطابها المستحثة جاذبيًا مع تلك الموجودة في الأرض سيُظهر تأثيرات مضادة للجاذبية.

على الرغم من عدد من التجارب التي أظهرت تأثيرات مضادة للجاذبية ، لم يتمكن أحد من إقناع العلماء المرتبطين بالنسبية العامة بأنهم تمكنوا من تعديل الجاذبية. يبدو أن هذه حالة تغض الطرف عن الأدلة غير المرغوب فيها. إن دعم مضاد الجاذبية يقوض ضمنيًا نظرية أينشتاين. [22]

جاذبية "لحظية"

هناك حقيقة مهمة ، عادة ما يتم تجاهلها ، وهي أن قانون نيوتن للجاذبية لا يتضمن الوقت. يثير هذا مشاكل لأي تطبيق تقليدي للنظرية الكهرومغناطيسية لقوة الجاذبية بين جسمين في الفضاء ، حيث تقتصر الإشارات الكهرومغناطيسية على سرعة الضوء. يجب أن تعمل الجاذبية على الفور حتى تدور الكواكب حول الشمس بطريقة مستقرة. إذا انجذبت الأرض إلى المكان الذي تظهر فيه الشمس في السماء ، فستدور حول مساحة فارغة إلى حد كبير لأن الشمس تتحرك في غضون 8.3 دقيقة يستغرقها ضوء الشمس للوصول إلى الأرض. إذا عملت الجاذبية بسرعة الضوء ، فستختبر جميع الكواكب عزمًا من شأنه إخراجها من النظام الشمسي في غضون بضعة آلاف من السنين. من الواضح أن هذا لم يحدث & # 8217t. يدعم هذا الرأي القائل بأن القوة الكهربائية تعمل بسرعة لا نهائية تقريبًا على مقياسنا الكوني ، كما يجب أن تكون داخل الإلكترون. [23] إنه تبسيط مهم لكل التنظير الملتوي الذي دخل في طبيعة الجاذبية والكتلة. إن افتراضات أينشتاين خاطئة. المادة ليس لها تأثير على الفضاء الفارغ. الفضاء ثلاثي الأبعاد - شيء تخبرنا به حواسنا. هناك ساعة عالمية ، لذا فإن السفر عبر الزمن والشيخوخة المتغيرة أمر مستحيل - وهو الشيء الذي أخبرنا به دائمًا. لكن الأهم هو أن الكون متصل ومتماسك.

الطبيعة الحقيقية للضوء

ومع ذلك ، فإنه يترك مسألة ما تعنيه سرعة الضوء. هذا هو المكان الذي أفصل فيه عن Sansbury وآخرين يشرحون الأمر من حيث الاستجابة المتأخرة لإشارة فورية. من وجهة نظري ، فإن الاختلاف الجوهري بين السرعة شبه اللانهائية للقوة الكهربائية والتباعد النسبي للضوء على أي مقياس كوني هو أن القوة الكهربائية طولية بينما الضوء عبارة عن إشارة عرضية متذبذبة تتحرك ببطء عبر وسيط.

إذا كان بإمكاني استخدام تشبيه بسيط ، فإن الضوء ينتقل ببطء مثل التموجات المستعرضة على سطح البركة ، وتنتقل الجاذبية بسرعة وطولية ، مثل سرعة الصوت في الماء. مرة أخرى ، هذا يتعارض مع ميتافيزيقيا أينشتاين لأنه يعيد أثير ماكسويل: تتطلب نظرية ماكسويل الكهرومغناطيسية وسيطًا. كيف لا تلوح بأي شيء؟

تم الإعلان عن تجربة الطابق السفلي لميكلسون مورلي على أنها استهدفت فكرة الأثير. لم تفعل. [24] أجرى دايتون ميلر عمليات تكرار أكثر صرامة لتلك التجربة في مواقع وارتفاعات مختلفة. لقد وجد بقايا ، مما سمح له باستنتاج أن أجسامًا قابلة للتأمل مثل الأرض تسحب الأثير معها. كان قادرًا على تحديد الحركة النسبية للنظام الشمسي فيما يتعلق بالأثير.

دايتون ميلر (يسار) مع ايرفينغ ميكلسون (يمين). الائتمان: أرشيف حالة WRU. "من الواضح أن عمل Miller & # 8217 على انجراف الأثير قد تم بمزيد من الدقة والعناية والاجتهاد أكثر من أي باحث آخر تناول السؤال ، بما في ذلك Michelson ، ومع ذلك ، فقد تم كتابة عمله بشكل أساسي من تاريخ العلم."

لقد جادلت أنا وآخرون بأن مجموعة كاملة من النيوترينوات تشكل الأثير. [25] بناءً على التجارب النووية ، فقد اقترحت أيضًا أن النيوترينوات هي حالة المادة الأكثر انهارًا والأقل طاقة. وبعبارة أخرى ، فإنها تظهر كتلة صغيرة متلاشية. ومع ذلك ، نظرًا لكونها مادة طبيعية تتكون من subtrons ، فإنها قادرة على تكوين ثنائيات أقطاب كهربائية. في المجال الكهرومغناطيسي المتذبذب ، يجب أن يدور النيوترينو 360 درجة في كل دورة. هذا من شأنه أن يربط سرعة الضوء في الفراغ بلحظة القصور الذاتي للنيوترينو. نظرًا لوجود بعض الكتلة ، يجب "جر" النيوترينوات عن طريق جاذبية الأجسام. إنها تشكل نوعًا من "الجو" الممتد الذي ينحني الضوء. لا علاقة له بـ "تزييف الفضاء" الميتافيزيقي.

الكون الكهربائي®

لقد حدث الارتباك حول أي دور للكهرباء في الديناميات السماوية بسبب جهلنا بالطبيعة الكهربائية للمادة والجاذبية. كانت العلامات الكلاسيكية لفهم الجاذبية موجودة في بداية القرن العشرين ، ولكن بعد الحروب العالمية الرهيبة ، يبدو أن الناس كانوا يبحثون عن أبطال برؤية جديدة. أصبح أينشتاين بين عشية وضحاها معبودًا للعبقرية ، وكانت الميتافيزيقيا الهندسية هي الموضة الجديدة في العلم. لقد أصبح التفاني في أسطورة أينشتاين راسخًا لدرجة أن القول بأن "الإمبراطور ليس لديه ملابس" يدعو إلى السخرية. ولكن على مدار ما يقرب من قرن كان هناك ثمن فلكي يجب دفعه مقابل التمسك الذي لا جدال فيه بالعقيدة. يخلص استعراض حديث لتاريخ علم الفلك ،

أدى عدم قدرة الباحثين على تخليص أنفسهم من الأفكار السابقة إلى قرون من الركود. سلسلة لا تصدق من الإغفالات المتعمدة ، والمراوغات اللفظية التي لا يمكن تبريرها ، وقصر النظر ، والعقل البسيط تميز تقدم المشاة على طول هذا الطريق المراوغ للعلم. يجب أن نكون على أهبة الاستعداد باستمرار ، ونقوم بفحص نقدي لجميع الافتراضات الخفية في عملنا ". [26]

نظرًا لأن العلماء أثبتوا عدم قدرتهم على القيام بذلك ، يجب أن يكون الجمهور على دراية بكيفية عمل العلم في الواقع وحمايته من التدقيق. سيتطلب هذا النوع من الصحافة الاستقصائية الجريئة التي نراها غالبًا في السياسة. لسوء الحظ ، يعتبر مراسلو العلوم جزءًا من المشكلة إذا انحنوا للخبير والنشر البطيء للدعاية الأكاديمية.

يجب ألا يكون لعلم الكونيات نهايات فضفاضة. نموذج ELECTRIC UNIVERSE® هو محاولة لربط العديد من خيوط المعرفة. "المقترحات التي تنتشر في العالم في نهاية المطاف من المرجح أن تُظهر اتساقًا سرديًا # 8211 وربما ما يسميه إدوارد أو. ويلسون" الضمير "في كتابه الذي يحمل هذا الاسم." [27] "الهدف من الضمير هو تحقيق التوحيد التدريجي لجميع فروع المعرفة في خدمة التحسين غير المحدود للحالة البشرية." [28]

بغض النظر عن وجود سيل كبير من الكتب والأوراق التي تدعم علم الكون العظيم - لا يوفر التكرار ضمانًا بأن تفسيرًا معينًا للنتائج صحيحًا. "ضمان التفسير يمكن أن يتحقق فقط من خلال مقارنة نجاح الفرضيات المتنافسة في تفسير البيانات من مناطق متباينة." [29] فشل علم الكونيات الانفجار العظيم في هذا الاختبار لأنه لا يحتمل أي منافسة.

على سبيل المثال ، علم الكون البلازمي معترف به رسميًا من قبل أكبر منظمة مهنية في العالم ، معهد المهندسين الكهربائيين والإلكترونيين (IEEE) ، بينما يتجاهله علماء الكون في الانفجار الكبير. يعد نموذج ELECTRIC UNIVERSE® امتدادًا لعلم الكون في البلازما. وهو يقوم على مفاهيم مشتقة من ملاحظات متباينة مثل النقوش الصخرية والانزياح الأحمر الكوازري. ليس لدى علماء الكون في الانفجار العظيم أي سرد ​​يمكن أن ينافسه. ولكن بفعل بسيط يتمثل في تجاهل البدائل ، فإنهم يرفضونها - إذا وافق الجمهور ببساطة ولم يتكلم.


"يا إلهي ، هناك بالفعل شيء هنا"

في تحليل البيانات المأخوذة من 45 نجمًا نابضًا - تمت ملاحظة كل منها لمدة ثلاث سنوات على الأقل - اكتشف باحثو NANOGrav تحولًا متزامنًا في توقيت ضوء النجوم النابضة. يعتقدون أن هذه قد تكون خلفية موجة الجاذبية.

قال سايمون في البيان: "مشينا عبر كل من النجوم النابضة واحدًا تلو الآخر. أعتقد أننا جميعًا كنا نتوقع العثور على عدد قليل منها هو تلك التي تخلصت من بياناتنا". "ولكن بعد ذلك مررنا بها جميعًا ، وقلنا ، 'يا إلهي ، هناك بالفعل شيء هنا."

تكون الإشارة أقوى عند الترددات المنخفضة ، وهو ما يتوقع الباحثون رؤيته في خلفية موجة الجاذبية. ولكن لكي تكون واثقًا من أنهم اكتشفوا هذه الظاهرة الجديدة حقًا ، فإنهم بحاجة إلى تحليل المزيد من البيانات - التي جمعو بعضها بالفعل - للتأكد من استمرار الاتجاه عبر مجموعات البيانات.

قال سايمون: "لدينا هذا الدليل المهم حقًا لإشارة مشتركة. ومع ذلك ، لا يمكننا تحديد ما هو عليه بعد".

تعمل NANOGrav الآن مع اثنين من مشاريع مصفوفة توقيت النجوم النابضة في أوروبا وأستراليا لمعرفة ما إذا كانت لديهم إشارات مماثلة في بياناتهم.

يعتقد ديموريست أن نانوغراف قد تحصل على دليل قاطع على أن هذه هي خلفية موجة الجاذبية خلال العام المقبل. قال سايمون إن تحليل البيانات قد يستغرق وقتًا أطول من ذلك.

قال ديمورست إنه بالإضافة إلى تحليل البيانات الجديدة ، ستعمل NANOGrav على توسيع مجموعتها لتشمل المزيد من النجوم النابضة واستخدام تلسكوبات أكثر حساسية - تلك التي لم يتم بناؤها بعد. في النهاية ، يأمل العلماء في تحديد ودراسة الثقوب السوداء الهائلة التي ترسل تموجات ثقالية.

قال سايمون: "إن القدرة على اكتشاف خلفية الموجة الثقالية ستكون خطوة كبيرة ولكنها في الحقيقة مجرد خطوة واحدة". "الخطوة الثانية هي تحديد أسباب هذه الموجات واكتشاف ما يمكن أن تخبرنا به عن الكون."


شاهد الفيديو: EMOTIES: Wanneer leidt woede ook echt tot agressief gedrag? (شهر اكتوبر 2021).