الفلك

هل كل الوقت موجود وإذا كان الأمر كذلك فأين هو؟

هل كل الوقت موجود وإذا كان الأمر كذلك فأين هو؟

لقد تعلمت مؤخرًا عن نظرية النسبية والوقت. أحاول أن أفهمها أكثر.

فهمي (الأساسي) هو أنه لا يوجد تمييز بين الماضي الحاضر والمستقبل وأن كل الوقت موجود بالفعل.

إذا كان هذا صحيحًا ، فما الذي يمنعنا من رؤية الماضي والمستقبل؟ و / أو ما الذي يجعلنا قادرين على رؤية "الحاضر" فقط؟


من الصعب الإجابة على سؤالك بالضبط ، لأنه يمس سؤال الوعي ، الذي يمثل إشكالية بشكل عام. لكن الجواب في الأساس هو:

تصف نظرية النسبية الزمكان بأنه فضاء رباعي الأبعاد موجود ككل. يتم وصفك بخط عالمي ، والذي يحتوي على جميع الحالات التي تمر بها من الولادة إلى الموت. هناك العديد من الشرائح التي تصف "أنت" في أوقات مختلفة. ما يمكنك رؤيته يتم تقديمه من خلال المعلومات التي وصلت إلى مدخلاتك الحسية (حواسك) وكيف يتم معالجتها بواسطة عقلك. يخلق الدماغ نموذجًا للواقع بناءً على مدخلاتك الحسية ، والتي يتم تخزينها في شريحة تشبه الفضاء من خطك العالمي في الزمكان ، والذي نسميه الحاضر. هذا ما تراه "أنت". لذا السبب في الأساس هو كيفية معالجة الدماغ للبيانات التي يحصل عليها.

على طول خط العالم ، هناك العديد من الإصدارات الخاصة بك في مختلف الأعمار وكل نسخة تشعر بحاضرها الخاص ، كما أن النسخ الأخرى في المستقبل تحتوي أيضًا على ذكريات الماضي (لأن الدماغ يخزن المدخلات الحسية السابقة). لا يوجد "وقت حاضر" واحد في نظرية النسبية ، فقط الزمكان ككل.

لكن يجب ألا تنسى أن نظرية النسبية ما زالت مجرد نموذج يعمل جيدًا. حتى ضمن نظرية النسبية ، فإن السؤال عما إذا كان الزمكان موجودًا ككل ، أو ما إذا كانت هناك "حالة حالية" ، والتي تتطور بمرور الوقت ، هو بالأحرى فلسفي أكثر منه علميًا ، لأنه لا يوجد فرق يمكن ملاحظته بين الاثنين.


الوقت ليس تماما مثل الفضاء.

الاختلاف الأول هو أننا لا نستطيع التوقف عن التحرك في الوقت المناسب.

في هذه الصورة ، يكون الوقت على المحور الرأسي ، والمساحة أفقية. لديك تاريخ ومستقبل. إذا لم تتحرك ، فسوف تسافر بشكل مستقيم لأعلى المحور الرأسي. حتى لو تحركت ، فلن تتمكن أبدًا من الهروب من المخروط ، والذي يوضح المسار الذي يسلكه الضوء في الزمكان.

يمكنك الحصول على معلومات من أي شيء في مخروط الضوء السابق ، ويمكنك إرسال المعلومات إلى شيء ما في مخروط الضوء المستقبلي. لا يمكن للنقاط الموجودة في الزمكان خارج المخروط أن تعطي أو تحصل على معلومات عنك.

ثانيًا ، هناك الانتروبيا: الأنتروبيا تزداد بمرور الوقت. هذا يعطي اتجاه للوقت. هذا يمنعنا من تذكر المستقبل.


اسأل إيثان: إذا كانت الكتلة تؤدي إلى انحناء الزمكان ، فكيف تنحرف مرة أخرى؟

يتم تحديد انحناء الزمكان حول أي جسم هائل من خلال الجمع بين الكتلة و. [+] المسافة من مركز الكتلة. يجب مراعاة المخاوف الأخرى ، مثل السرعة والتسارع ومصادر الطاقة الأخرى.

تخبر المادة الفضاء كيف ينحني ، والفضاء المنحني يخبر المادة كيف تتحرك. هذا هو المبدأ الأساسي وراء النسبية العامة لأينشتاين ، الذي ربط ، لأول مرة ، ظاهرة الجاذبية بظاهرة الزمكان والنسبية. ضع كتلة في أي مكان في الكون ، وسوف تنحني المساحة حولها استجابةً لذلك. ولكن إذا أخذت هذه الكتلة بعيدًا ، أو نقلتها إلى مكان آخر ، فما الذي يجعل الزمكان "يعود" إلى موضعه غير المحدود؟ هذا هو سؤال اسأل إيثان لإدغار كاربنتر ، الذي يكتب:

لقد تعلمنا أن الكتلة تشوه الزمكان ، وانحناء الزمكان حول الكتلة يفسر الجاذبية - بحيث أن جسمًا في مدار حول الأرض ، على سبيل المثال ، يسير في الواقع في خط مستقيم عبر الزمكان المنحني. حسنًا ، هذا منطقي ، ولكن عندما تتحرك الكتلة (مثل الأرض) عبر الزمكان وتثنيها ، فلماذا لا يظل الزمكان منحنيًا؟ ما هي الآلية التي تزيل الاعوجاج تلك المنطقة من الزمكان بينما تتحرك الكتلة؟

هناك الكثير من الأشياء المثيرة للاهتمام حول هذا السؤال ، والإجابة هي التي يمكن أن تساعدك حقًا على فهم كيفية عمل الجاذبية بالفعل.

يجب أخذ انحناء الفضاء ، الذي تحدثه الكواكب والشمس في نظامنا الشمسي ، في الاعتبار. [+] اشرح أي ملاحظات تقوم بها مركبة فضائية أو مرصد آخر. لا يمكن تجاهل تأثيرات النسبية العامة ، حتى تلك الدقيقة منها.

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

لمئات السنين قبل أينشتاين ، جاءت أفضل نظرية في الجاذبية من نيوتن. كان مفهوم نيوتن عن الكون بسيطًا ومباشرًا وغير مرضٍ فلسفيًا للكثيرين. وادعى أن أي كتلتين في الكون ، بغض النظر عن مكان وجودهما أو مدى تباعدهما ، ستجذبان على الفور بعضهما البعض عبر قوة مشتركة تُعرف باسم الجاذبية. وكلما زادت كتلة كل كتلة ، زادت القوة ، وكلما زادت المسافة (مربعة) ، قلت القوة. سينطبق هذا على جميع الكائنات في الكون ، واتفق قانون نيوتن للجاذبية العالمية ، على عكس جميع البدائل الأخرى المطروحة ، مع الملاحظات بدقة.

حلت النسبية العامة لأينشتاين محل قانون نيوتن للجاذبية الكونية ، ولكن. [+] اعتمد على مفهوم الفعل الفوري (القوة) عن بعد.

ويكيميديا ​​المستخدم المشاع دنيس نيلسون

لكنها قدمت فكرة لا يمكن للعديد من كبار المثقفين في ذلك الوقت قبولها: مفهوم العمل عن بعد. كيف يمكن لجسمين يقعان في نصف كون بعيدًا فجأة وفورًا أن يضغط أحدهما على الآخر؟ كيف يمكن أن يتفاعلوا من بعيد دون أن يتدخل أي شيء للتوسط في ذلك؟ لم يستطع ديكارت قبولها ، وبدلاً من ذلك صاغ بديلاً حيث يوجد وسط تنتقل خلاله الجاذبية. وقال إن الفضاء مليء بنوع من المادة ، وأنه عندما تتحرك كتلة خلاله ، فإنها تزيح هذه المادة وتشكل دوامات: نسخة مبكرة من الأثير. كان هذا هو الأقدم في سلسلة طويلة مما يمكن أن يسمى النظريات الميكانيكية (أو الحركية) للجاذبية.

في رؤية ديكارت للجاذبية ، كان هناك الأثير يتخلل الفضاء ، ويزاح فقط. [+] المادة من خلالها يمكن أن تفسر الجاذبية. لم يؤد هذا إلى صياغة دقيقة للجاذبية تتطابق مع الملاحظات.

رينيه ديكارت: Prinzipien der Philosophie، Teil 3

كان تصور ديكارت خاطئًا بالطبع. الاتفاق مع التجربة هو ما يحدد فائدة النظرية الفيزيائية ، وليس ميولنا تجاه معايير جمالية معينة. عندما جاءت النسبية العامة ، غيرت الصورة التي رسمتها لنا قوانين نيوتن من بعض النواحي الأساسية. على سبيل المثال:

  • لم يكن المكان والزمان مطلقين ومتشابهين في كل مكان ، لكنهما كانا مرتبطين ويتصرفان بشكل مختلف بالنسبة للمراقبين الذين يتحركون بسرعات مختلفة وفي مواقع مختلفة.
  • الجاذبية ليست لحظية ، لكنها تنتقل فقط بسرعة محدودة: سرعة الجاذبية ، والتي يجب أن تساوي سرعة الضوء.
  • وهذا الجاذبية لا يتم تحديده بالكتلة والموقع بشكل مباشر ، ولكن من خلال انحناء الفضاء ، والذي يتم تحديده من خلال المجموعة الكاملة للمادة والطاقة في جميع أنحاء الكون.

كانت الحركة على مسافة موجودة لتبقى ، ولكن "قوة المدى اللانهائي لنيوتن من خلال الفضاء الثابت" تم استبدالها بانحناء الزمكان.

إنحناء الفضاء يعني أن الساعات أعمق في بئر الجاذبية - وبالتالي ، في. [+] مساحة شديدة الانحناء - تشغيل بمعدل مختلف عن تلك الموجودة في مساحة ضحلة وأقل انحناءًا.

إذا كانت الشمس ستختفي ببساطة من الوجود ، وتختفي من الكون ، فلن نعرف لبعض الوقت. لن تطير الأرض على الفور في خط مستقيم ، بل تستمر في الدوران حول موقع الشمس لمدة 8 دقائق و 20 ثانية أخرى. ليست الكتلة هي التي تحدد الجاذبية ، بل إنحناء الفضاء ، الذي يتم تحديده من خلال مجموع كل المادة والطاقة الموجودة فيه.

إذا كنت ستأخذ الشمس بعيدًا ، فسينتقل الفضاء من كونه منحنيًا إلى كونه مسطحًا ، لكن هذا التحول ليس فوريًا. نظرًا لأن الزمكان عبارة عن نسيج ، يجب أن يحدث هذا الانتقال في نوع من الحركة "المفاجئة" ، والتي من شأنها إرسال تموجات كبيرة جدًا - أي موجات الجاذبية - عبر الكون ، تنتشر إلى الخارج مثل التموجات في البركة.

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.

سيرجيو باسيويو من رومانيا

يتم تحديد سرعة هذه التموجات بنفس الطريقة التي يتم بها تحديد سرعة أي شيء في النسبية: من خلال طاقتها وكتلتها. نظرًا لأن موجات الجاذبية عديمة الكتلة ولكن لها طاقة محدودة ، يجب أن تتحرك بسرعة الضوء. مما يعني ، إذا فكرت في الأمر ، أن الأرض لا تنجذب مباشرةً إلى موقع الشمس في الفضاء ، بل إلى مكان الشمس منذ ما يزيد قليلاً عن 8 دقائق.

ينبعث إشعاع الجاذبية عندما تدور كتلة حول أخرى ، مما يعني ذلك على مدى طويل. [+] نطاقات زمنية كافية ، سوف تتحلل المدارات. في يوم من الأيام في المستقبل ، سوف تتصاعد الأرض بشكل حلزوني إلى كل ما تبقى من الشمس ، على افتراض أن لا شيء آخر قد طردها من قبل. تنجذب الأرض إلى المكان الذي كانت فيه الشمس منذ حوالي 8 دقائق ، وليس إلى مكانها في الوقت الحالي.

الجمعية الفيزيائية الأمريكية

هذا غريب ، وربما يمثل مشكلة ، بسبب مدى جودة دراسة النظام الشمسي. إذا انجذبت الأرض إلى موضع الشمس

قبل 8 دقائق باستخدام قوانين نيوتن ، لم تتطابق مدارات الكواكب مع الملاحظات. هناك طريقة أخرى تختلف بها النسبية العامة. تحتاج أيضًا إلى حساب سرعة الكوكب الذي يدور حول الشمس.

على سبيل المثال ، نظرًا لأنها تتحرك أيضًا ، هناك نوع من "الركوب" فوق التموجات التي تنتقل عبر الفضاء ، وتنزل في مكان مختلف عن المكان الذي تم رفعها فيه. هناك تأثيران جديدان يحدثان في النسبية العامة يجعلان هذه النظرية مختلفة تمامًا عن نظرية نيوتن: تؤثر سرعة كل جسم على كيفية تعرضه للجاذبية ، وكذلك التغييرات التي تحدث في مجالات الجاذبية.

نسيج الزمكان ، مصور ، مع تموجات وتشوهات بسبب الكتلة. نسيج الفضاء. [+] المنحنيات ، بالتأكيد ، ولكن مع تحرك الكتل خلال مجال جاذبية متغير ، تحدث العديد من الأشياء المثيرة للاهتمام.

إذا كنت تريد حساب ماهية انحناء الزمكان في أي نقطة في الفضاء ، فإن النسبية العامة تسمح لك بالقيام بذلك ، لكنك تحتاج إلى معرفة بعض الأشياء. أنت بحاجة إلى معرفة المواقع والمقادير والتوزيعات لجميع الكتل في الكون ، تمامًا كما طلب نيوتن. لكنك تحتاج أيضًا إلى معلومات حول:

  • كيف تتحرك هذه الجماهير وكيف تحركت بمرور الوقت ،
  • كيف يتم توزيع جميع أشكال الطاقة الأخرى (غير الجماعية) ،
  • كيف يتحرك الجسم الذي تراقبه / تقيسه في مجال جاذبية متغير ،
  • وكيف يتغير الانحناء المكاني بمرور الوقت.

فقط باستخدام هذه الأجزاء الإضافية من المعلومات ، يمكنك حساب كيف تنحني المساحة بالنسبة لك في موقع معين في المكان والزمان.

ليست مواقع الكتل ومقاديرها فقط هي التي تحدد كيفية عمل الجاذبية والزمكان. [+] تتطور ، ولكن بالأحرى كيف تتحرك تلك الكتل بالنسبة لبعضها البعض وتتسارع من خلال مجال الجاذبية المتغير بمرور الوقت.

ديفيد شامبيون ، معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي

ومع ذلك ، يجب أن يكون هناك تكلفة لهذا الانحناء وعدم الانحناء. لا يمكنك فقط تحريك الأرض المتسارعة ، على سبيل المثال ، من خلال مجال الجاذبية المتغير للشمس وليس لها عواقب. في الحقيقة إنه موجود ، على الرغم من صغر حجمه ، ويمكن اختباره. على عكس نظرية نيوتن ، حيث يجب أن تتبع الأرض شكلًا بيضاويًا مغلقًا أثناء دورانها حول الشمس ، تتنبأ النسبية العامة بأن هذا القطع الناقص يجب أن يتحرك بمرور الوقت ، وأن المدار يجب أن يتلاشى ببطء شديد. قد يستغرق الأمر وقتًا أطول بكثير من عمر الكون للقيام بذلك ، لكنه لن يكون مستقرًا بشكل عشوائي.

قبل أن نقيس أي موجات ثقالية ، في الواقع ، كانت هذه هي الطريقة الأساسية التي استخدمناها لقياس سرعة الجاذبية. ليس من أجل الأرض ، بل من أجل نظام متطرف حيث يمكن ملاحظة التغيرات المدارية بسهولة: لنظام مدار ضيق يحتوي على نجم نيوتروني واحد على الأقل.

ستظهر التأثيرات الأكبر بالنسبة لجسم ضخم يتحرك بسرعة متغيرة بسرعة عبر مجال جاذبية قوي ومتغير. هذا ما يعطينا نجم نيوتروني ثنائي! عندما يدور أحد هذين النجمين النيوترونيين أو كليهما ، فإنهما ينبضان ، وتكون النبضات مرئية لنا هنا على الأرض في كل مرة يمر فيها قطب نجم نيوتروني عبر خط بصرنا. إن التنبؤات من نظرية الجاذبية لأينشتاين حساسة بشكل لا يصدق لسرعة الانتشار ، 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!

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٪.

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

من هذه النجوم النابضة الثنائية فقط ، تعلمنا أن سرعة الجاذبية يجب أن تكون بين 2.993 × 10⁸ و 3.003 × 10 مترًا في الثانية. يمكننا تأكيد النسبية العامة واستبعاد جاذبية نيوتن والعديد من البدائل الأخرى. لكن لا توجد آلية مطلوبة لشرح سبب عدم انحناء الفضاء عندما كانت الكتلة موجودة ، والآن لم تعد النسبية العامة هي التفسير. الكتلة التي تتسارع من خلال مجال جاذبية متغير ستشع الطاقة بعيدًا ، وهذه الطاقة المشعة هي تموج عبر نسيج الفضاء المعروف باسم موجات الجاذبية. بدون المادة أو الطاقة هناك ، لا يوجد شيء للحفاظ على الانحناء في الفضاء. إن العودة إلى حالة توازنها غير المنحنية تحدث بشكل طبيعي وتؤدي ببساطة إلى إشعاع الجاذبية. لا يحتاج إلى شرح إضافي. النسبية العامة تحل كل شيء.


هل كل الوقت موجود وإذا كان الأمر كذلك فأين هو؟ - الفلك

ألبرت أينشتاين ونسيج الزمن

قد يكون الأمر مفاجئًا لمعظم غير العلماء وحتى لبعض العلماء ، فقد خلص ألبرت أينشتاين في سنواته الأخيرة إلى أن الماضي والحاضر والمستقبل كلها موجودة في وقت واحد. في عام 1952 ، كتب أينشتاين في كتابه النسبية ، في مناقشة تفسير مينكوفسكي لعالم الفضاء لنظريته النسبية:

نظرًا لوجود هيكل رباعي الأبعاد [الزمكان] لم يعد أي أقسام تمثل & quotnow & quot بشكل موضوعي ، فإن مفاهيم الحدوث والتحول لم يتم تعليقها تمامًا ، ولكنها مع ذلك معقدة. لذلك يبدو من الطبيعي أكثر أن نفكر في الواقع المادي كوجود رباعي الأبعاد ، بدلاً من ، كما كان الحال حتى الآن ، تطور وجود ثلاثي الأبعاد.

كان إيمان أينشتاين بحقيقة صلبة غير مقسمة واضحًا بالنسبة له ، لدرجة أنه رفض تمامًا الانفصال الذي نعيشه الآن. كان يعتقد أنه لا يوجد تقسيم حقيقي بين الماضي والمستقبل ، بل هناك وجود واحد. جاءت شهادته الأكثر وصفًا لهذا الإيمان عندما مات صديقه بيسو مدى الحياة. كتب أينشتاين رسالة إلى عائلة بيسو ، قائلاً إنه على الرغم من أن بيسو سبقه في الموت ، إلا أنه لم يكن له أي نتيجة ، & مثل. يعتقد علماء الفيزياء بالنسبة لنا أن الفصل بين الماضي والحاضر والمستقبل هو مجرد وهم ، رغم أنه مقنع.

يعلم الجميع أن أينشتاين أثبت أن الوقت نسبي ، وليس مطلقًا كما ادعى نيوتن. باستخدام التكنولوجيا المناسبة ، مثل سفينة الفضاء السريعة جدًا ، يمكن لشخص ما تجربة عدة أيام بينما يواجه شخص آخر في وقت واحد بضع ساعات أو دقائق فقط. يمكن أن يلتقي نفس الشخصين مرة أخرى ، أحدهما مر بأيام أو حتى سنوات بينما الآخر لم يمر سوى بدقائق. لا يحتاج الشخص الموجود في المركبة الفضائية إلا إلى الاقتراب من سرعة الضوء. فكلما سافروا بشكل أسرع ، كلما كان وقتهم أبطأ بالنسبة لشخص مزروع بثبات على الأرض. إذا كانوا قادرين على السفر بسرعة الضوء ، فإن وقتهم سيتوقف تمامًا ولن يكونوا موجودين إلا محاصرين في الأبدية. بالكاد كان أينشتاين يصدق أنه كان هناك فيزيائيون لا يؤمنون بالخلود ، ومع ذلك فإن حكمة قناعات أينشتاين كان لها تأثير ضئيل جدًا على علم الكونيات أو العلوم بشكل عام. كان غالبية الفيزيائيين بطيئين في التخلي عن الافتراضات العادية التي نتخذها بشأن الوقت.

توصل الفيزيائيان الأكثر شهرة منذ أينشتاين إلى استنتاجات مماثلة ، بل وحققا تقدمًا مثيرًا نحو منظور خالد للكون ، ومع ذلك لم يتمكنوا أيضًا من تغيير العقلية الزمنية المتأصلة في التيار الرئيسي للفيزياء والمجتمع. تبع أينشتاين في التاريخ ريتشارد فاينمان الملون والرائع. طور Feynman التفسير الأكثر فعالية وتفسيرًا لميكانيكا الكم التي تم تطويرها حتى الآن ، والمعروفة اليوم باسم مجموع التاريخ.

تمامًا كما قادت نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين أينشتاين إلى رفض الوقت ، فإن نظرية Feynman's Sum over Histories أدت به إلى وصف الوقت ببساطة على أنه اتجاه في الفضاء. تنص نظرية فاينمان على أن احتمال وقوع حدث ما يتم تحديده من خلال جمع كل التواريخ الممكنة لذلك الحدث. على سبيل المثال ، بالنسبة لجسيم يتحرك من النقطة أ إلى النقطة ب ، نتخيل أن الجسيم يسير في كل مسار ممكن ، ومسارات منحنية ، ومسارات متذبذبة ، ومسارات متعرجة ، وحتى للخلف في الزمن وإلى الأمام في المسارات الزمنية. كل مسار له سعة ، وعندما يتم تلخيصه ، فإن الغالبية العظمى من كل هذه السعات تضيف ما يصل إلى الصفر ، وكل ما تبقى هو التواريخ القليلة نسبيًا التي تلتزم بقوانين وقوى الطبيعة. يشير مجموع التواريخ إلى أن اتجاه وقت ساعتنا العادي هو ببساطة مسار في الفضاء يكون أكثر احتمالًا من الاتجاهات الأكثر غرابة التي قد يتخذها الوقت بخلاف ذلك.

العوالم الأخرى هي مجرد اتجاهات أخرى في الفضاء ، بعضها أقل احتمالية ، والبعض الآخر محتمل بنفس القدر مثل الاتجاه الوحيد الذي نختبره. وفي بعض الأحيان يمثل عالمنا الطريق غير المحتمل. يمكن وصف تلخيص Feynman لجميع التواريخ الممكنة بأنه أول وصف خالد للعديد من عوالم الزمكان الموجودة جميعها في وقت واحد. كتب البروفيسور ستيفن هوكينج من كامبريدج في ورقة بحثية حديثة بعنوان علم الكونيات من أعلى إلى أسفل بعض الناس يصنعون لغزًا كبيرًا للكون المتعدد ، أو تفسير العوالم المتعددة لنظرية الكم ، لكن بالنسبة لي ، هذه مجرد تعبيرات مختلفة عن تكامل مسار فاينمان.

ما لم يتم حله بعد في الفيزياء الحديثة هو كيفية دمج نظرية الكم بشكل صحيح مع نظرية النسبية لأينشتاين. يبدو واضحًا أن الوقت هو مجرد اتجاه في الفضاء ولكن كيف يمكننا إذن أن نفسر عدم اليقين في ميكانيكا الكم؟ لماذا يبدو أن الله يلعب النرد مع العالم. النظريتان ، كل منهما أثبتت فائدتهما ، تحكيان بالطبع نفس القصة عن هذا الكون الواحد ، لكننا لم نتعلم بعد أن نسمع القصة بشكل صحيح. من المحتمل أن تكون أفضل نظرية حديثة هي لا يوجد اقتراح حدود، المركز الرابع من قبل ستيفن هوكينج وجيم هارتل. تقدم هذه النظرية مرجعًا ثانيًا للوقت تم تسميته بشكل غير لائق وقت خيالي. هوكينج يكتب عن اقتراح بلا حدود ، سيكون الكون محتفظًا بذاته تمامًا ولن يتأثر بأي شيء خارج نفسه. لن يتم إنشاؤها ولا تدميرها. سيكون مجرد BE. & quot

في كتابي كل شيء إلى الأبد، وهنا في موقع الويب الخاص بي ، أشرح كيف تنتقل الاتجاهات المكانية ذات الأبعاد الرابعة عبر سلسلة من الفراغات المستقلة ثلاثية الأبعاد الشبيهة بالكتل ، والتي نسميها في العلم حالات ، ولكن يمكن أيضًا اعتبارها مجرد أنماط. لقد اقترح هوكينج بالفعل أنه يمكن العثور على الوقت التخيلي بزوايا قائمة على الوقت العادي. أوضح كذلك أنه من الممكن بطريقة موضوعية فهم الكون ليكون مثل كتاب أو فيلم سينمائي. كل لحظة عبارة عن عالم منفصل تمامًا مثل كل إطار لفيلم أو صفحة من كتاب منفصل. ومع ذلك ، فإن تلك الحالات المنفصلة تشكل في وقت واحد الجزء الأكبر من الفيلم أو الكتاب. إن رؤية كل لحظة كمكان موجود باستمرار تلقي الضوء على سبب انتقال الجسيمات كموجة كمومية ، وليس خطيًا من النقطة أ إلى النقطة ب. يتم شرح هذا بشكل أفضل في مكان آخر ، ولكن إذا كانت كل لحظة من الوقت العادي عبارة عن كتلة صلبة وثابتة ومتساوية من الآن & quot أو مجالًا للفضاء ، فإن الوقت الذي تكون فيه كل لحظة جديدة هو كون مختلف تمامًا. ما نسميه الوقت هو اتجاه مكاني ينتقل عبر العديد من الأكوان الثابتة ثلاثية الأبعاد.

في مثل هذا النموذج ، ما نسميه الوقت يتم إنشاؤه من الفضاء تمامًا. اتجاهات خاصة في الفضاء تسافر عبر كل فضاء ثابت ثلاثي الأبعاد ، مما ينتج عنه عالم جديد من الفضاء يتجاوز ثلاثة أبعاد ، وهو ما نسميه الوقت. الجودة المثيرة للاهتمام التي ينتجها هذا ، هي كيف يسافر سكان هذا البعد الرابع للفضاء مسارًا خطيًا من الماضي إلى المستقبل ، لكن البيئة المحيطة لكل مسار تتحول من نمط إلى آخر. يؤدي هذا إلى إرسال الجسيمات من موضع واحد في فضاء رباعي الأبعاد إلى الموضع التالي دون التحرك خطيًا. نتيجة لذلك ، يمر كل مراقب فردي في البعد الرابع بزمن خطي مستمر ، على الرغم من أن كل شيء في بيئته المباشرة يتحرك بالتتابع من مكان إلى آخر. ومن ثم يتم إنشاء كل بيئة زمنية ذات فضاء رباعي الأبعاد بالنسبة لكل مراقب مستقل.

يمكن للمرء أن يتخيل نفسه يسافر بسلاسة في مسار مباشر ومترابط عبر الزمن ، ولكن بالنظر إلى البيئة المحيطة به ، يرى المرء أن جميع الاتجاهات الأخرى للوقت معطلة ، مما يتسبب في ظهور الجسيمات وكأنها تقفز بالتتابع من مكان إلى آخر. من المفارقات أن كل شخص يلاحظ مساره الخاص وتجربة الوقت ليكون خطيًا ، في حين أن كل شيء آخر من حولهم متسلسل. في الواقع ، عندما نستكشف الوقت باعتباره اتجاهًا عبر العديد من المساحات ثلاثية الأبعاد ، نجد صفات الانحناء ، وتمدد الوقت ، والانكماش المكاني ، تمامًا كما تصف النسبية تلك الصفات داخل الزمكان الخاص بنا.

هناك اقتباس واحد وجدته من أينشتاين وهو إلى حد ما فكرة ذهنية تأملية حول فكرة المساحات اللانهائية ، والتي لا تتعلق بشكل مباشر بنهجي الخاص لوصف الشكل لجميع المساحات الممكنة ، ولكنه يفتح على الأقل. يصل موضوع عدد لا حصر له من المساحات للمضاربة. ويظهر أيضًا الطبيعة المنفتحة لأفكار أينشتاين حول الفضاء الفارغ ، والتي يعتقد البعض أنها مغلقة.

عندما يتم وضع مربع صغير s ، والنسبية في حالة راحة ، داخل الفضاء المجوف لمربع أكبر S ، فإن المساحة المجوفة لـ s هي جزء من الفضاء المجوف لـ S ، ونفس & quotspace & quot التي تحتوي على كليهما ، ينتمي إلى كل من الصناديق. عندما تكون s في حالة حركة فيما يتعلق بـ S ، فإن المفهوم أقل بساطة. يميل المرء بعد ذلك إلى الاعتقاد بأن s يحيط دائمًا بنفس المساحة ، ولكن جزءًا متغيرًا من الفضاء S. يصبح من الضروري بعد ذلك تقسيم مساحته الخاصة لكل مربع ، وليس التفكير في حدوده ، وافتراض أن هذين الفراغين موجودان في الحركة فيما يتعلق ببعضها البعض.

قبل أن يدرك المرء هذا التعقيد ، يظهر الفضاء كوسط أو حاوية غير محدودة تسبح فيها الأشياء المادية. ولكن يجب أن نتذكر أن هناك عددًا لا حصر له من المساحات التي تتحرك فيما يتعلق ببعضها البعض.

إن مفهوم الفضاء كشيء موجود بشكل موضوعي ومستقل عن الأشياء ينتمي إلى الفكر ما قبل العلمي ، ولكن ليس كذلك فكرة وجود عدد لا حصر له من المساحات المتحركة نسبيًا مع بعضها البعض. هذه الفكرة الأخيرة لا مفر منها بالفعل ، لكنها بعيدة كل البعد عن لعب دور كبير حتى في الفكر العلمي.

يمكنني أن أشهد أن تكهنات أينشتاين التي تم الكشف عنها هنا فيما يتعلق بالمساحات اللانهائية المتحركة تحملنا على الأقل في الاتجاه الصحيح في الكيفية التي يقترحون بها أن الفضاء قد يحتوي على محتوى غير مرئي وربما لا نهائي تم تقديم أفكار مماثلة من قبل ديفيد بوم ، الذي ادعى أن هناك نوعين من النظام في الطبيعة ، ما أسماه النظام المفسر والنظام المتضمن. كان الترتيب الضمني لبوم طريقة للاعتراف بكيفية كشف ميكانيكا الكم عن نظام خفي حيث يتأثر عالمنا بكل الحالات الممكنة. ومع ذلك ، فإن هذا الترتيب أكثر وضوحًا مما أدركه Bohm على الإطلاق ، كما هو موضح في الجزء الثاني.

لسوء الحظ ، لم يبدأ العلماء في التفكير في نظرية العوالم المتعددة في العلم إلا بعد وفاة أينشتاين. من الآمن أن نقول إننا في زمن أينشتاين كنا ما زلنا نعتاد على فكرة الانفجار العظيم ، والتكيف مع البحر الواسع المرئي أكثر من أي وقت مضى للمجرات الأخرى ، وإمكانية وجود حياة غريبة على الكواكب الأخرى. لا يزال الكون والواقع يعتبران أساسًا صلبًا بحتًا وقائمًا على أساس مادي. لم تكن نظرية الكم ، التي أدت في النهاية إلى نظرية العديد من العوالم ، قد صمدت بشكل كامل في اختبار الزمن. حتى أن أينشتاين رفض تداعياته ، قائلاً: "إن الله لا يلعب النرد" مع العالم ، حتى عندما أثبت هو نفسه أن هناك ما هو أكثر في الكون من مجرد لحظة تطور واحدة في الوقت الحالي.

في استطلاعاتي للخلود ، كشفت أن الفضاء العادي ليس فقط مليئًا بالمساحات الفارغة الأخرى ، ولكن الفضاء الفارغ هو في الواقع كل الحقائق المادية ، كل الأكوان في نظرية العوالم المتعددة. قد يكون الأمر عميقًا ، إذا كانت النظريات التي أقترحها صحيحة ، فالمساحة ممتلئة وليست فارغة. الأشياء المادية أقل من امتلاء الفضاء. في الواقع ، قد يكون هذا هو المكان الذي يجب أن يشمل جميع الاحتمالات حتى يبدو لنا فارغًا. باختصار ، الكون الذي نراه هو مجرد جزء متداخل في كل (كل شيء) خالٍ من الزمن ، بدلاً من عالم مادي واحد نشأ بطريقة سحرية فوق أي شيء بدائي. توجد جميع الأكوان بدون بداية أو نهاية في الحلبة النهائية للوقت ، وكل لحظة نختبرها موجودة إلى الأبد.

اكتشف المزيد حول الخلود على:

الجزء الأول بداية الخلود

Ch1 الوقت خيالي
Ch2 لماذا الكون موجود إلى الأبد
الفصل 3 الحدود الكونية العظيمة
Ch4 وصف عالم كل الاحتمالات
Ch5 عالق بين نوعين من النظام

الجزء الثاني الديناميات الحاكمة

Ch6 الترتيب الطبيعي
Ch7 Enfolded Symmetry. التناظر المطوي
Ch8 Beautiful Diversity
Ch9 شيء من لا شيء؟

الجزء الثالث قابلية الفهم للجميع

Ch10 Infinity يعني ماذا؟
10.1 فرع من عوالم متعددة
10.2 الكون المتعدد
10.3 العديد من العوالم
10.4 الفوضى المطلقة
10.5 الكمال
Ch11 الوقت هو اتجاه في الفضاء

الجزء الرابع الجاذب الكوني العظيم

Ch12 شكل كل ما يمكن تصوره
Ch13 كل شيء يتحرك نحو التوازن
Ch14 التوازن
Ch15 التقارب
Ch16 The Big Bloom

الجزء الخامس القانون الثاني بسيط للغاية

Ch17 بعيدًا عن الترتيب باتجاه الترتيب
Ch18 متعددة أسهم الوقت
Ch19 A Matter of Space. الفصل التاسع عشر مسألة مساحة
Ch20 مدمج من البداية

الجزء السادس النفس الكونية

Ch21 الله الرياضيات
Ch22 Proto و Elea
Ch23 طبائعنا الأساسية
Ch24 Cosmic Lovers

الجزء السابع العلوم الروحية

Ch25 أن تصبح مدركًا
Ch26 العالم الأبيض
Ch27 الله ، اللانهاية ، والطبيعة كواحد


هل كل الوقت موجود وإذا كان الأمر كذلك فأين هو؟ - الفلك

كجزء من بحثنا عن الحياة خارج الأرض ، نحاول أن نفهم كيف بدأت الحياة على الأرض ، أي أصول الحياة على الأرض ، حتى نتمكن من معرفة كيف يمكن أن تنشأ الحياة على كوكب أو قمر آخر. هناك أيضًا سؤال حول ماذا سيكون مستقبل الحياة على الأرض والكون. ومع ذلك ، سواء كنت تبحث عن الحياة الموجودة الآن أو كيف بدأت الحياة أو كيف ستؤثر البيئة على الحياة في المستقبل البعيد ، فأنت بحاجة إلى معرفة ما هي الحياة. لسوء الحظ ، ليس لدينا تعريف متفق عليه عالميًا للحياة. هناك طريقتان يكمل أحدهما الآخر محاولة الإجابة على ما هو حي مقابل ما هو غير حي في أبحاث أصول الحياة: the & quotمن أعلى إلى أسفل& quot و & quotتصاعدي& quot النهج. ال نهج من أعلى إلى أسفل يبحث في جميع أنواع الكائنات الحية والحياة الأحفورية لمعرفة أكثر الأشكال بدائية التي كانت أو كانت على قيد الحياة. لسوء الحظ ، جميع أشكال الحياة التي نعرفها معقدة للغاية بالفعل. هناك فجوة كبيرة بين أشكال الحياة التي نعرفها (سواء الحالية أو المتحجرة) والمواد وردود الفعل التي لا تعيش أبدًا. ال النهج التصاعدي يستخدم التجارب المعملية لتقليد العمليات الكيميائية الناشئة لبيئات الأرض القديمة أو الظروف الحالية على كوكب آخر (مثل المريخ) أو القمر (على سبيل المثال ، أوروبا أو تيتان) من أجل إنشاء نظام كيميائي ذاتي التكاثر. لكن لا يزال الجدل محتدمًا حول أي نظام إعادة إنتاج ذاتي يمكن اعتباره حيًا حقًا.

نحن مقيدون بحجم عينة واحد & mdashthe Earth & mdashin لمعرفة ماهية الحياة. تشترك جميع أشكال الحياة على الأرض في العديد من العمليات والميزات المشتركة ، وبالتالي يبدو أنها تطورت من سلف مشترك. تتضمن هذه العمليات والميزات الشائعة أشياء مثل: (أ) كل أشكال الحياة على الأرض تستخدم النسخة & quotleft-hand & quot من الأحماض الأمينية لبناء البروتينات التي تحتاجها لتنفيذ عمليات الحياة (ابحث عن & quotchirality & quot في محرك بحث لمزيد من المعلومات عن هذا) (ب) تستخدم جميع الخلايا الحية الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) لتخزين الطاقة وإطلاقها و (ج) يتم استخدام الشفرة الوراثية بواسطة جميع الخلايا تقريبًا في قراءة المعلومات المخزنة في الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) لبناء البروتينات. تمثل هذه القواسم المشتركة بين جميع الكائنات الحية على الأرض تحديًا لنا في البحث عن الحياة بدون تحيز الأرض.

منظمة. يتم تنظيم جميع الكائنات الحية وهيكلها على المستوى الجزيئي ، والخلوي ، والأنسجة ، والأعضاء ، والنظام ، والمستوى الفردي. توجد المنظمة أيضًا على مستويات تتجاوز الفرد ، مثل السكان والمجتمعات والنظم البيئية. يمكن أن تكون الأمثلة المضادة المحتملة هي البلورات الصخرية والآلات والإلكترونيات. ومع ذلك ، فهي خاصية لطيفة لأنها مرئية في فترة زمنية قصيرة ويمكن استخدامها أيضًا مع الحياة الماضية.

الصيانة / التمثيل الغذائي. للتغلب على الانتروبيا (ميل النظام إلى أن يصبح أكثر تشوشًا وأقل تعقيدًا) ، تستخدم الكائنات الحية الطاقة للحفاظ على التوازن (أي الحفاظ على تماثلها في بيئة داخلية منظمة وثابتة). التمثيل الغذائي هو مصطلح جماعي لوصف التفاعلات الكيميائية والفيزيائية التي تؤدي إلى الحياة. على الرغم من أن الكائنات غير الحية مثل الأجهزة الكهربائية أو الغازية تستخدم الطاقة أيضًا ، فمن السهل ملاحظة هذه الخاصية في فترة زمنية قصيرة ويمكن أن تترك التفاعلات مخلفات أو تغييرات في البيئة تخبرنا عن الحياة الماضية.

نمو. تنمو الكائنات الحية. يتم تحديد حجم وشكل الفرد من خلال تركيبته الجينية والبيئة. البندان 2 و 3 مرتبطان. تنمو الحياة من خلال خلق المزيد والمزيد من النظام. نظرًا لتناقص الانتروبيا (تزداد كمية البنية والتعقيد) ، تتطلب الحياة مدخلاً للطاقة. تكتسب الحياة بنية محلية على حساب البيئة المحيطة التي تبدو فوضوية على نطاق واسع. يمكن أن تكون الأمثلة المضادة المحتملة هي النار والبلورات. قد يكون البحث عن نمو في الكائنات الحية صعبًا إذا كان شكل الحياة ينمو ببطء أو توقف عن النمو ولا يمكن استخدام هذه الخاصية في الحياة الماضية.

الاستجابة للمنبهات. تتفاعل الكائنات الحية مع المعلومات التي تأتي من الخارج أو من داخلها. تشمل الأمثلة المضادة الأنهار أو تشكل السحب أو منظمات الحرارة. في حين أنه من الممكن رؤية الردود على نطاق زمني قصير ، فإننا نحتاج إلى معرفة الاستجابة المعينة مسبقًا للبحث عنها وهذه الخاصية لن تكون مفيدة في البحث عن الحياة الماضية.

التكاثر. يتكاثر الأفراد بأنفسهم. تتكاثر الحياة أيضًا على المستويات الخلوية الفرعية والخلوية. في بعض الحالات ، يتم تغيير المعلومات الجينية. تؤدي هذه الطفرات والتركيبات الجينية إلى ظهور اختلافات في النوع. تتضمن بعض الأمثلة المضادة المحتملة بعض أنواع الروبوتات أو رموز الكمبيوتر أو كائنات حية محددة مثل البغال التي هي نسل عقيم لحصان متزاوج وذكور حمار. & quot؛ بين & quot الحالات مثل الفيروسات والبريونات تسبب مناقشات بين علماء الأحياء حول ما إذا كانوا على قيد الحياة بالفعل. يمكن للفيروسات أن تتكاثر فقط عن طريق غزو أشكال الحياة الأخرى. البريونات عبارة عن بروتينات معدية تصنع نسخًا من نفسها عن طريق التسبب في تغيير البروتينات الموجودة والمكوّنة بشكل صحيح إلى شكل البريون بدلاً من تكرار نفسها (تشمل الأمثلة & amp ؛ qumad cow disease & quot BSE و CJD في البشر). إن فعل التكاثر في الكائنات الحية حقًا ليس مناسبًا دائمًا للمراقبة في وقت معين ، وبالتأكيد لن ينجح في الحياة الماضية.

تفاوت. تتنوع الكائنات الحية بسبب الطفرات والتراكيب الجينية. قد تؤثر الاختلافات على مظهر الفرد أو التركيب الكيميائي ويتم تمرير العديد من الاختلافات الجينية من جيل إلى آخر (الوراثة). ومع ذلك ، فإن البحث عن الوراثة يتطلب سلسلة كاملة من الكائنات الحية وربما وقتًا طويلاً لمعرفة السمة التي يتم نقلها مقابل الصدفة العشوائية ، وكذلك قد لا تكون السمة الموروثة مرئية بسهولة.

التكيف. الكائنات الحية تتكيف مع التغيرات في بيئتها. البنود 5 و 6 و 7 ذات صلة. تتكاثر الحياة --- الهياكل المعقدة تستنسخ نفسها. تتغير الحياة نفسها استجابة للانتقاء الطبيعي على المستوى العياني وللتغيرات في الحمض النووي على المستوى المجهري. على الجانب الإيجابي ، من الممكن استخدام هذه الخاصية عند فحص الحياة الماضية ولكن على الجانب السلبي ، قد يستغرق الأمر وقتًا طويلاً للمراقبة للبحث عن التكيف والتطور عن طريق الانتقاء الطبيعي.

التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي

  • الملاحظة رقم 1: هناك تباين بين أفراد النوع (البند 6 أعلاه).
  • الملاحظة رقم 2: بعض هذا الاختلاف وراثي. لم يفهم داروين كيف تعمل الوراثة. تم تطوير فكرة الوراثة عبر الجينات من قبل الراهب النمساوي ، جريجور مندل ، في ستينيات القرن التاسع عشر ، ولكن لم يتم دمج الانتقاء الطبيعي وعلم الوراثة المندلية في نظرية التطور الحديثة التي توجه علم الأحياء اليوم حتى الأربعينيات من القرن الماضي.
  • الملاحظة رقم 3: بشكل عام ، يتم إنتاج المزيد من النسل من قبل الأنواع التي يمكنها البقاء على قيد الحياة.
  • الاستنتاج رقم 1: بسبب الملاحظة رقم 3 ، هناك تنافس بين الأفراد على الموارد المتاحة لهم للنمو والبقاء والتكاثر.
  • الاستنتاج رقم 2: ستكون بعض الاختلافات أكثر نجاحًا من غيرها في السماح للأفراد بالاستفادة من هذه الموارد في بيئة معينة. سيكون هؤلاء الأفراد الأكثر نجاحًا أكثر عرضة للبقاء على قيد الحياة والتكاثر ، تاركين المزيد من الأبناء الذين يشاركون تلك التكيفات الناجحة لتلك البيئة. يتم اختيارهم من قبل البيئة.
  • الاستنتاج رقم 3: بمرور الوقت ، بالنسبة لتلك السمات الوراثية (التي نعرفها الآن من خلال الجينات) ، سيؤدي الانتقاء الطبيعي إلى تطور الأنواع لتكيفات مناسبة بشكل خاص للبقاء والتكاثر في بيئة معينة.

تقدم نظرية التطور تفسيرًا معقولًا للغاية لما نراه في السجل الأحفوري لكيفية تغير الكائنات الحية على مدى فترات طويلة من الزمن وتسلسل تلك التغييرات ، لما نراه من البقايا التطورية والهيكلية للأسلاف السابقة الموجودة في الأحياء الأنواع ، وما نراه في التوزيع الجغرافي للنباتات والحيوانات ، خاصة في حالة الجزر المحيطية. من بين جميع النظريات العلمية ، تعتبر نظرية التطور الأكثر إثارة للجدل بين عامة الناس بسبب ما تقوله عن تطور الإنسان العاقل ، أي البشر ، وعلاقتنا ببقية العالم. تنشأ هذه الخلافات في أغلب الأحيان بين أولئك الذين لديهم آراء دينية معينة ، ولكن كما أناقش في الفصل الأول ، من الممكن أن يكون الدين والعلم متوافقين ، حتى في مجال التطور البيولوجي. أقدم طريقة للربط بين الدين والعلم مع تكريم حقائق كليهما في موقع موارد واجهة العلوم والدين (هذا ليس جزءًا من كتاب ملاحظات علم الفلك ، لذلك سيظهر الرابط في نافذة جديدة).

التعريف العملي للحياة

مع إدراك عدم وجود تعريف متفق عليه عالميًا للحياة ، يمكننا على الأقل التوصل إلى تعريف عملي لتوجيه البحث الحالي. أحد التعريفات العملية من جيرالد جويس الذي يوجه أبحاث ناسا في علم الأحياء الفلكي هو & quotlife نظام كيميائي قائم بذاته قادر على الخضوع للتطور الدارويني & quot. تعريف آخر مشابه من ماكس كولمان في وكالة ناسا / مختبر الدفع النفاث يقول & quotLife هو نظام منظم ذاتيًا قادر على معالجة مصادر الطاقة لصالحه. & quot ؛ يستبعد التركيز على الأنظمة الكيميائية والطاقة الكيميائية برامج الكمبيوتر والروبوتات أو الكيانات الإلكترونية الأخرى وهو أكثر قابل للقياس بسهولة. يتضمن التعريف الأول التطور بسبب أسبقية التطور في علم الأحياء الحديث ، لكن من الصعب جدًا (في أفضل الأحوال) قياس التطور في المدة الزمنية لبعثة فضائية نموذجية أو منحة. يركز تعريف العمل الثاني على الخصائص التي يمكن قياسها بسهولة بسرعة. يلاحظ كولمان أن الحياة عادة ما تعالج الطاقة بمعدل مختلف عن بيئتها المحيطة ، وأن الحياة يجب أن تعالج الطاقة بكفاءة أكبر مما تفعله بيئتها أو ستتنافس مع العمليات غير البيولوجية وأن التنظيم الذاتي يفصل الحياة عن محيطها ، ويعزلها. قدرات المعالجة الكيميائية من بيئتها.

على الرغم من أننا كنا ندرك دائمًا أن معرفتنا بالحياة محدودة ، فإن اكتشاف الحياة على قيد الحياة ، وحتى الازدهار ، في ظل ظروف لا تدرس عادةً في المدرسة الثانوية أو فصول علم الأحياء الجامعية ، جعلنا نواجه تحيزاتنا لما يجب أن تكون عليه الحياة. تسمى الكائنات الحية التي تعيش في البيئات القاسية المتطرفين. هناك أشكال الحياة التي تعيش في وديان & quotdry & quot في القارة القطبية الجنوبية عندما يذوب الجليد لبضع ساعات في اليوم في الصيف وفي المياه الجوفية لبحيرة فوستوك على بعد أميال تحت جليد القارة القطبية الجنوبية. هناك أشكال من الحياة تنمو في الينابيع الساخنة المغلية على السطح وأميال تحت سطح المحيط في سواد قاتم بالقرب من الفتحات البركانية المغمورة. تم العثور على البكتيريا تعيش في الصخور على بعد أميال تحت السطح في مناجم عميقة حيث تسربت المياه إلى المسام أو الشقوق في الصخور. في الواقع ، الكتلة الإجمالية لجميع الميكروبات التي تعيش في الصخور على بعد أميال تحت الأرض (تسمى باطن) أكبر من الكتلة الكلية لأشكال الحياة على السطح!

ينابيع حارة في حديقة يلوستون الوطنية. تأتي الألوان المختلفة حول حافة البركة من أنواع مختلفة من البكتيريا تعيش في درجات حرارة وحموضة مختلفة. حدد الصورة لعرض نسخة أكبر. صور الينابيع الساخنة الأخرى متوفرة في ألبوم صور يلوستون.

الحياة وفيرة بالقرب من الفتحات البركانية في أعماق البحار بعيدًا عن أي ضوء الشمس.

ظروف شديدة الحرارة (تصل إلى 120 درجة مئوية) ، ظروف شديدة البرودة ، ظروف شديدة الملوحة ، ظروف حمضية جدًا (درجة حموضة منخفضة) ، ظروف أساسية جدًا (درجة حموضة عالية) ، وضغوط عالية جدًا: الحياة ممكنة في ظل كل هذه الظروف طالما هناك بعض الماء السائل. قد تكون أشكال الحياة الأخرى قادرة على استخدام سائل آخر ولكن الماء السائل له بعض المزايا على السوائل الأخرى كما هو موضح في القسم التالي. تركز عمليات البحث الحالية عن حياة خارج الأرض على الأماكن التي يمكن أن توجد فيها المياه السائلة ، لكن تجربتنا مع الأشخاص المتطرفين علمتنا أن الحياة يمكن أن تكون أكثر إبداعًا مما نتخيله مع تحيزاتنا.


محتويات

يمكن النظر إلى تاريخ الرياضيات على أنه سلسلة متزايدة من الأفكار التجريدية. من المحتمل أن يكون التجريد الأول ، الذي تشترك فيه العديد من الحيوانات ، هو عبارة عن أرقام: إدراك أن مجموعة من تفاحتين ومجموعة من برتقالتين (على سبيل المثال) تشترك في شيء ما ، ألا وهو كمية أعضائها.

كما يتضح من الإحصائيات الموجودة على العظام ، بالإضافة إلى التعرف على كيفية حساب الأشياء المادية ، ربما تكون شعوب ما قبل التاريخ قد أدركت أيضًا كيفية حساب الكميات المجردة ، مثل الوقت - الأيام أو الفصول أو السنوات. [15] [16]

لا تظهر الأدلة على الرياضيات الأكثر تعقيدًا حتى حوالي 3000 قبل الميلاد ، عندما بدأ البابليون والمصريون في استخدام الحساب والجبر والهندسة لفرض الضرائب والحسابات المالية الأخرى ، والبناء والتشييد ، وعلم الفلك. [17] أقدم النصوص الرياضية من بلاد ما بين النهرين ومصر تعود إلى 2000 إلى 1800 قبل الميلاد. [18] تذكر العديد من النصوص المبكرة ثلاثيات فيثاغورس ، وبالتالي ، من خلال الاستدلال ، يبدو أن نظرية فيثاغورس هي أقدم وأقدم تطور رياضي بعد الحساب الأساسي والهندسة. [19] في الرياضيات البابلية ظهر الحساب الأولي (الجمع والطرح والضرب والقسمة) لأول مرة في السجل الآثاري. امتلك البابليون أيضًا نظام القيمة المكانية واستخدموا نظام العد الجنسي [19] والذي لا يزال مستخدمًا حتى اليوم لقياس الزوايا والوقت. [20]

ابتداءً من القرن السادس قبل الميلاد مع الفيثاغورس ، مع الرياضيات اليونانية ، بدأ الإغريق القدماء دراسة منهجية للرياضيات كموضوع في حد ذاته. [21] حوالي 300 قبل الميلاد ، قدم إقليدس الطريقة البديهية التي لا تزال مستخدمة في الرياضيات اليوم ، وتتألف من التعريف ، والبديهية ، والنظرية ، والإثبات. كتابه، عناصر، يعتبر على نطاق واسع الكتاب المدرسي الأكثر نجاحًا وتأثيرًا في كل العصور. [22] غالبًا ما يُعتقد أن أعظم عالم رياضيات في العصور القديمة هو أرخميدس (287-212 قبل الميلاد) من سيراكيوز. [23] طور صيغًا لحساب مساحة السطح وحجم المواد الصلبة للدوران واستخدم طريقة الاستنفاد لحساب المساحة الواقعة تحت قوس القطع المكافئ مع جمع سلسلة لانهائية ، بطريقة لا تختلف كثيرًا عن التفاضل والتكامل الحديث . [24] من الإنجازات البارزة الأخرى للرياضيات اليونانية المقاطع المخروطية (Apollonius of Perga ، القرن الثالث قبل الميلاد) ، [25] علم المثلثات (Hipparchus of Nicaea ، القرن الثاني قبل الميلاد) ، [26] وبدايات الجبر (ديوفانتوس ، القرن الثالث الميلادي) ). [27]

تطور نظام الأرقام الهندوسية العربية وقواعد استخدام عملياته ، المستخدمة في جميع أنحاء العالم اليوم ، على مدار الألفية الأولى للميلاد في الهند وتم نقلها إلى العالم الغربي عبر الرياضيات الإسلامية. [28] تشمل التطورات البارزة الأخرى في الرياضيات الهندية التعريف الحديث والتقريب للجيب وجيب التمام ، [28] وشكل مبكر من السلاسل اللانهائية.

خلال العصر الذهبي للإسلام ، وخاصة خلال القرنين التاسع والعاشر ، شهدت الرياضيات العديد من الابتكارات المهمة التي تعتمد على الرياضيات اليونانية. كان أبرز إنجازات الرياضيات الإسلامية هو تطوير علم الجبر. تشمل الإنجازات الأخرى للعصر الإسلامي التطورات في علم المثلثات الكروية وإضافة العلامة العشرية إلى نظام الأرقام العربية. [29] [30] كان العديد من علماء الرياضيات البارزين من هذه الفترة فارسيين ، مثل الخوارزمي وعمر الخيام وشرف الدين الطوسي.

خلال الفترة الحديثة المبكرة ، بدأت الرياضيات في التطور بوتيرة متسارعة في أوروبا الغربية. أحدث تطور حساب التفاضل والتكامل من قبل نيوتن ولايبنيز في القرن السابع عشر ثورة في الرياضيات. [31] كان ليونارد أويلر أبرز عالم رياضيات في القرن الثامن عشر ، حيث ساهم بالعديد من النظريات والاكتشافات. [32] ربما كان عالم الرياضيات الألماني كارل فريدريش جاوس ، أول عالم رياضيات في القرن التاسع عشر ، [33] الذي قدم مساهمات عديدة في مجالات مثل الجبر ، والتحليل ، والهندسة التفاضلية ، ونظرية المصفوفة ، ونظرية الأعداد ، والإحصاء. في أوائل القرن العشرين ، قام كورت جودل بتحويل الرياضيات من خلال نشر نظريات عدم الاكتمال الخاصة به ، والتي تُظهر جزئيًا أن أي نظام بديهي متسق - إذا كان قويًا بدرجة كافية لوصف الحساب - سيحتوي على افتراضات حقيقية لا يمكن إثباتها. [34]

منذ ذلك الحين تم توسيع الرياضيات بشكل كبير ، وكان هناك تفاعل مثمر بين الرياضيات والعلوم ، لصالح كليهما. تستمر الاكتشافات الرياضية اليوم. وفقًا لـ Mikhail B. Sevryuk ، في عدد يناير 2006 من نشرة الجمعية الرياضية الأمريكية، "عدد الأوراق والكتب الواردة في مراجعات رياضية قاعدة البيانات منذ عام 1940 (السنة الأولى من تشغيل MR) الآن أكثر من 1.9 مليون ، ويتم إضافة أكثر من 75 ألف عنصر إلى قاعدة البيانات كل عام. تحتوي الغالبية العظمى من الأعمال في هذا المحيط على نظريات رياضية جديدة وبراهينها ".

علم أصول الكلمات

الكلمة الرياضيات يأتي من اليونانية القديمة ماتيما ( μμα ) ، وتعني "ما تعلم" ، [36] "ما يعرفه المرء" ، ومن هنا أيضًا "دراسة" و "علم". أصبحت كلمة "رياضيات" لها معنى أضيق وأكثر تقنية "دراسة رياضية" حتى في العصور الكلاسيكية. [37] صفتها هي ماتيكوس (μαθηματικός) ، وتعني "متعلق بالتعلم" أو "مجتهد" ، والذي أصبح أيضًا يعني "رياضي". خاصه، mathēmatikḗ tékhnē (μαθηματικὴ τέχνη اللاتينية: الرياضيات) تعني "الفن الرياضي".

وبالمثل ، كانت إحدى المدرستين الرئيسيتين للفكر في فيثاغورس تُعرف باسم الرياضيات (μαθηματικοί) - التي كانت تعني في ذلك الوقت "المتعلمين" بدلاً من "علماء الرياضيات" بالمعنى الحديث. [38]

في اللاتينية ، وباللغة الإنجليزية حتى حوالي عام 1700 ، هذا المصطلح الرياضيات يعني أكثر شيوعًا "علم التنجيم" (أو أحيانًا "علم الفلك") بدلاً من "الرياضيات" ، تغير المعنى تدريجيًا إلى معناه الحالي من حوالي 1500 إلى 1800. وقد أدى ذلك إلى عدة ترجمات خاطئة. على سبيل المثال ، تحذير القديس أوغسطينوس الذي يجب على المسيحيين الحذر منه الرياضيات، بمعنى المنجمين ، يُساء أحيانًا تفسيره على أنه إدانة لعلماء الرياضيات. [39]

صيغة الجمع الظاهرة في اللغة الإنجليزية ، مثل صيغة الجمع الفرنسية les mathématiques (والمشتق المفرد الأقل استخدامًا لا الرياضيات) ، يعود إلى صيغة الجمع المحايدة اللاتينية الرياضيات (شيشرون) ، بناء على صيغة الجمع اليونانية تا ماثوماتيكا (μαθηματικά) ، استخدمها أرسطو (384-322 قبل الميلاد) ، وتعني تقريبًا "كل الأشياء الرياضية" ، على الرغم من أنه من المعقول أن اللغة الإنجليزية استعارت الصفة فقط رياضيات (آل) وشكلوا الاسم الرياضيات من جديد ، بعد نمط الفيزياء و الميتافيزيقياالتي ورثت عن اليونانية. [40] في اللغة الإنجليزية ، الاسم الرياضيات يأخذ الفعل المفرد. غالبًا ما يتم تقصيرها إلى رياضيات أو في أمريكا الشمالية الرياضيات. [41]

الرياضيات ليس لها تعريف مقبول بشكل عام. [6] [7] عرّف أرسطو الرياضيات على أنها "علم الكمية" وقد ساد هذا التعريف حتى القرن الثامن عشر. ومع ذلك ، لاحظ أرسطو أيضًا أن التركيز على الكمية وحدها قد لا يميز الرياضيات عن العلوم مثل الفيزياء في نظره ، والتجريد ودراسة الكمية باعتبارها خاصية "قابلة للفصل في الفكر" عن الأمثلة الحقيقية التي تميز الرياضيات عن بعضها البعض. [42]

في القرن التاسع عشر ، عندما ازدادت دراسة الرياضيات بصرامة وبدأت في تناول موضوعات مجردة مثل نظرية المجموعة والهندسة الإسقاطية ، والتي ليس لها علاقة واضحة بالكم والقياس ، بدأ علماء الرياضيات والفلاسفة في اقتراح مجموعة متنوعة من التعريفات الجديدة . [43]

لا يهتم عدد كبير من علماء الرياضيات المحترفين بتعريف الرياضيات ، أو يعتبرونه غير قابل للتعريف. [6] لا يوجد إجماع حول ما إذا كانت الرياضيات فنًا أم علمًا. [7] يقول البعض فقط ، "الرياضيات هي ما يفعله علماء الرياضيات". [6]

ثلاثة أنواع رائدة

ثلاثة أنواع رائدة من تعريف الرياضيات اليوم تسمى المنطق ، والحدس ، والشكلية ، ويعكس كل منها مدرسة فلسفية مختلفة. [44] جميعها بها عيوب خطيرة ، ولا يوجد قبول واسع لأي منها ، ولا يبدو أن المصالحة ممكنة. [44]

تعريفات منطقية

كان التعريف المبكر للرياضيات من حيث المنطق هو تعريف بنجامين بيرس (1870): "العلم الذي يستخلص الاستنتاجات الضرورية". [45] في مبادئ الرياضياتقام كل من برتراند راسل وألفريد نورث وايتهيد بتطوير البرنامج الفلسفي المعروف باسم المنطق ، وحاولوا إثبات أن جميع المفاهيم والبيانات والمبادئ الرياضية يمكن تعريفها وإثباتها بالكامل من حيث المنطق الرمزي. تعريف منطقي للرياضيات هو راسل (1903) "كل الرياضيات هي منطق رمزي." [46]

تعريفات حدسية

التعريفات الحدسية ، التي نشأت من فلسفة عالم الرياضيات L.EJ Brouwer ، تحدد الرياضيات بظواهر عقلية معينة. مثال على التعريف الحدسي هو "الرياضيات هي النشاط العقلي الذي يتكون من تنفيذ البنى واحدًا تلو الآخر". [44] خصوصية الحدس هو أنه يرفض بعض الأفكار الرياضية التي تعتبر صالحة وفقًا لتعريفات أخرى. على وجه الخصوص ، في حين أن فلسفات الرياضيات الأخرى تسمح بالأشياء التي يمكن إثبات وجودها على الرغم من عدم إمكانية بنائها ، فإن الحدس يسمح فقط بالأشياء الرياضية التي يمكن للمرء أن يبنيها بالفعل. يرفض الحدس أيضًا قانون الوسط المستبعد (أي P ∨ ¬ P ). في حين أن هذا الموقف يجبرهم على رفض نسخة شائعة واحدة من الإثبات عن طريق التناقض كطريقة إثبات قابلة للتطبيق ، أي استنتاج P من ¬ P → ⊥ ، هم لا يزال قادرًا على الاستنتاج ¬ P من P → ⊥ . بالنسبة لهم ، ¬ (¬ P) هي عبارة أضعف تمامًا من P . [47]

التعريفات الشكلية

تعرّف التعريفات الشكلية الرياضيات برموزها وقواعد العمل عليها. عرّف هاسكل كاري الرياضيات ببساطة على أنها "علم الأنظمة الرسمية". [48] ​​النظام الرسمي هو مجموعة من الرموز ، أو الرموز، و البعض قواعد حول كيفية دمج الرموز المميزة الصيغ. في النظم الرسمية ، الكلمة بديهية له معنى خاص يختلف عن المعنى العادي لـ "حقيقة بديهية" ، ويستخدم للإشارة إلى مجموعة من الرموز المميزة المضمنة في نظام رسمي معين دون الحاجة إلى اشتقاقها باستخدام قواعد النظام.

الرياضيات كعلم

أشار عالم الرياضيات الألماني كارل فريدريش جاوس إلى الرياضيات باسم "ملكة العلوم". [49] وفي الآونة الأخيرة ، أطلق ماركوس دو سوتوي على الرياضيات اسم "ملكة العلوم. القوة الدافعة الرئيسية وراء الاكتشاف العلمي". [50] لاحظ الفيلسوف كارل بوبر أن "معظم النظريات الرياضية ، مثل نظريات الفيزياء وعلم الأحياء ، هي نظريات استنتاجية افتراضية: لذا تبين أن الرياضيات البحتة أقرب بكثير إلى العلوم الطبيعية التي تعتبر فرضياتها تخمينات ، مما بدا حتى مؤخرًا. " [51] أشار بوبر أيضًا إلى أنه "سأعترف بالتأكيد بأن نظامًا ما تجريبيًا أو علميًا فقط إذا كان يمكن اختباره بالتجربة. [52]

يعتبر العديد من المؤلفين أن الرياضيات ليست علمًا لأنها لا تعتمد على الأدلة التجريبية. [53] [54] [55] [56]

تشترك الرياضيات كثيرًا مع العديد من المجالات في العلوم الفيزيائية ، ولا سيما استكشاف النتائج المنطقية للافتراضات. يلعب الحدس والتجريب أيضًا دورًا في صياغة التخمينات في كل من الرياضيات والعلوم (الأخرى). تستمر الرياضيات التجريبية في النمو من حيث الأهمية في الرياضيات ، ويلعب الحساب والمحاكاة دورًا متزايدًا في كل من العلوم والرياضيات.

تتنوع آراء علماء الرياضيات حول هذه المسألة. يشعر العديد من علماء الرياضيات [57] أن تسمية منطقتهم علمًا يعني التقليل من أهمية جانبها الجمالي ، وتاريخها في الفنون الليبرالية السبعة التقليدية يشعر الآخرون أن تجاهل ارتباطها بالعلوم يعني غض الطرف عن حقيقة أن التفاعل بين الرياضيات وتطبيقاتها في العلوم والهندسة قد أدى إلى تطور كبير في الرياضيات. [58] إحدى الطرق التي يظهر بها هذا الاختلاف في وجهة النظر هي الجدل الفلسفي حول ما إذا كانت الرياضيات كذلك خلقت (كما في الفن) أو اكتشف (كما في العلم). في الممارسة العملية ، عادةً ما يتم تجميع علماء الرياضيات مع العلماء على المستوى الإجمالي ولكن يتم فصلهم على مستويات أدق. هذه واحدة من العديد من القضايا التي تم أخذها في الاعتبار في فلسفة الرياضيات. [59]

تنشأ الرياضيات من عدة أنواع مختلفة من المسائل. تم العثور على هذه في البداية في التجارة وقياس الأرض والهندسة المعمارية وعلم الفلك لاحقًا اليوم ، وتقترح جميع العلوم مشاكل درسها علماء الرياضيات ، وتظهر العديد من المشكلات داخل الرياضيات نفسها. على سبيل المثال ، اخترع الفيزيائي ريتشارد فاينمان صياغة المسار المتكاملة لميكانيكا الكم باستخدام مزيج من التفكير الرياضي والبصيرة الفيزيائية ، ولا تزال نظرية الأوتار ، وهي نظرية علمية لا تزال قيد التطوير تحاول توحيد القوى الأساسية الأربعة للطبيعة ، مصدر إلهام رياضيات جديدة. [60]

بعض الرياضيات ذات صلة فقط في المنطقة التي ألهمتها ، ويتم تطبيقها لحل المزيد من المشاكل في هذا المجال. ولكن غالبًا ما تكون الرياضيات المستوحاة من مجال واحد مفيدة في العديد من المجالات ، وتنضم إلى المخزون العام للمفاهيم الرياضية. غالبًا ما يتم التمييز بين الرياضيات البحتة والرياضيات التطبيقية. ومع ذلك ، غالبًا ما تتحول موضوعات الرياضيات البحتة إلى تطبيقات ، على سبيل المثال نظرية الأعداد في التشفير.

هذه الحقيقة الرائعة ، أنه حتى "أنقى" الرياضيات غالبًا ما يكون لها تطبيقات عملية ، هو ما أطلق عليه الفيزيائي يوجين فيجنر "الفعالية غير المعقولة للرياضيات". [13] كتب فيلسوف الرياضيات مارك شتاينر على نطاق واسع حول هذه المسألة ويقر بأن قابلية تطبيق الرياضيات تشكل "تحديًا للطبيعية". [61] بالنسبة لفيلسوفة الرياضيات ماري لينج ، فإن حقيقة أن العالم المادي يتصرف وفقًا لإملاءات الكيانات الرياضية غير السببية الموجودة خارج الكون هي "صدفة سعيدة". [62] من ناحية أخرى ، بالنسبة لبعض مناهضي الواقعية ، فإن الروابط ، التي يتم اكتسابها بين الأشياء الرياضية ، تعكس فقط الروابط المكتسبة بين الأشياء في الكون ، بحيث لا توجد "مصادفة سعيدة". [62]

كما هو الحال في معظم مجالات الدراسة ، أدى انفجار المعرفة في العصر العلمي إلى التخصص: هناك الآن المئات من المجالات المتخصصة في الرياضيات وأحدث تصنيف لموضوع الرياضيات يصل إلى 46 صفحة. [63] اندمجت العديد من مجالات الرياضيات التطبيقية مع التقاليد ذات الصلة خارج الرياضيات وأصبحت تخصصات في حد ذاتها ، بما في ذلك الإحصاء وبحوث العمليات وعلوم الكمبيوتر.

بالنسبة لأولئك الذين يميلون للرياضيات ، غالبًا ما يكون هناك جانب جمالي محدد لكثير من الرياضيات. يتحدث العديد من علماء الرياضيات عن أناقة الرياضيات ، وجمالياتها الجوهرية والجمال الداخلي. البساطة والعموم موضع تقدير. هناك جمال في برهان بسيط وأنيق ، مثل برهان إقليدس على وجود عدد لا نهائي من الأعداد الأولية ، وبطريقة عددية أنيقة تسرع الحساب ، مثل تحويل فورييه السريع. G. H. هاردي في اعتذار عالم رياضيات أعرب عن اعتقاده بأن هذه الاعتبارات الجمالية ، في حد ذاتها ، كافية لتبرير دراسة الرياضيات البحتة. حدد معايير مثل الأهمية ، وعدم توقع ، والحتمية ، والاقتصاد كعوامل تساهم في الجمالية الرياضية. [64] غالبًا ما يبحث البحث الرياضي عن السمات الهامة للشيء الرياضي. النظرية التي يتم التعبير عنها كتوصيف للكائن بهذه الميزات هي الجائزة. تم نشر أمثلة على الحجج الرياضية الموجزة والكشفية بشكل خاص في البراهين من الكتاب.

تعد شعبية الرياضيات الترفيهية علامة أخرى على المتعة التي يجدها الكثيرون في حل الأسئلة الرياضية. وعلى الطرف الاجتماعي الآخر ، يستمر الفلاسفة في إيجاد مشاكل في فلسفة الرياضيات ، مثل طبيعة البرهان الرياضي. [65]

لم يتم اختراع معظم الرموز الرياضية المستخدمة اليوم حتى القرن السادس عشر. [66] قبل ذلك ، كانت الرياضيات تُكتب بالكلمات ، مما يحد من الاكتشاف الرياضي. [67] كان أويلر (1707-1783) مسؤولاً عن العديد من الرموز المستخدمة اليوم. يجعل التدوين الحديث الرياضيات أسهل بكثير للمحترفين ، ولكن غالبًا ما يجدها المبتدئين أمرًا شاقًا. وفقًا لباربرا أوكلي ، يمكن أن يُعزى ذلك إلى حقيقة أن الأفكار الرياضية أكثر من ذلك نبذة مختصرة و اكثر مشفر من تلك الموجودة في اللغة الطبيعية. [68] على عكس اللغة الطبيعية ، حيث يمكن للناس في كثير من الأحيان مساواة كلمة (مثل بقرة) مع الكائن المادي الذي يتوافق معه ، فإن الرموز الرياضية مجردة ، وتفتقر إلى أي نظير فيزيائي. [69] الرموز الرياضية هي أيضًا أكثر تشفيرًا من الكلمات العادية ، مما يعني أن رمزًا واحدًا يمكن أن يشفر عددًا من العمليات أو الأفكار المختلفة. [70]

قد يكون من الصعب فهم اللغة الرياضية للمبتدئين بسبب المصطلحات الشائعة ، مثل أو و فقط، لها معنى أكثر دقة مما هي عليه في الكلام اليومي ، ومصطلحات أخرى مثل افتح و مجال تشير إلى أفكار رياضية محددة ، لا تغطيها معانيهم العاديين. تتضمن اللغة الرياضية أيضًا العديد من المصطلحات الفنية مثل التماثل و تكامل التي ليس لها معنى خارج الرياضيات. بالإضافة إلى ذلك ، عبارات مختصرة مثل iff لـ "if and only if" تنتمي إلى المصطلحات الرياضية. هناك سبب للتدوين الخاص والمفردات الفنية: تتطلب الرياضيات دقة أكبر من الكلام اليومي. يشير علماء الرياضيات إلى هذه الدقة في اللغة والمنطق على أنها "الصرامة".

البرهان الرياضي هو في الأساس مسألة صرامة. يريد علماء الرياضيات أن تتبع نظرياتهم البديهيات عن طريق التفكير المنهجي. هذا لتجنب "النظريات" الخاطئة ، القائمة على الحدس غير المعصوم ، والتي حدثت العديد من الأمثلة في تاريخ الموضوع. [ب] اختلف مستوى الدقة المتوقع في الرياضيات بمرور الوقت: توقع الإغريق حججًا مفصلة ، ولكن في وقت إسحاق نيوتن كانت الأساليب المستخدمة أقل صرامة. ستؤدي المشاكل المتأصلة في التعريفات التي استخدمها نيوتن إلى عودة ظهور التحليل الدقيق والإثبات الرسمي في القرن التاسع عشر. إن سوء فهم الصرامة هو سبب لبعض المفاهيم الخاطئة الشائعة في الرياضيات. اليوم ، يواصل علماء الرياضيات الجدال فيما بينهم حول البراهين المدعومة بالحاسوب. نظرًا لصعوبة التحقق من الحسابات الكبيرة ، فقد تكون هذه البراهين خاطئة إذا كان برنامج الكمبيوتر المستخدم خاطئًا. [ج] [71] من ناحية أخرى ، يسمح مساعدو الإثبات بالتحقق من جميع التفاصيل التي لا يمكن تقديمها في إثبات مكتوب بخط اليد ، ويوفرون اليقين بصحة البراهين الطويلة مثل إثبات نظرية Feit-Thompson. [د]

كانت البديهيات في الفكر التقليدي "حقائق بديهية" ، لكن هذا المفهوم إشكالي. [72] على المستوى الرسمي ، البديهية هي مجرد سلسلة من الرموز ، لها معنى جوهري فقط في سياق جميع الصيغ المشتقة لنظام بديهي. كان هدف برنامج هيلبرت هو وضع جميع الرياضيات على أساس بديهي ثابت ، ولكن وفقًا لنظرية عدم الاكتمال لجودل ، فإن كل نظام بديهي (قوي بما فيه الكفاية) له صيغ غير قابلة للتقرير ، وبالتالي فإن البديهية النهائية للرياضيات أمر مستحيل. ومع ذلك ، غالبًا ما يُتخيل أن الرياضيات (بقدر محتواها الرسمي) ليست سوى نظرية محددة في بعض البديهيات ، بمعنى أن كل بيان أو دليل رياضي يمكن أن يُطرح في صيغ ضمن نظرية المجموعة. [73]

يمكن تقسيم الرياضيات ، بشكل عام ، إلى دراسة الكمية والبنية والفضاء والتغيير (أي الحساب والجبر والهندسة والتحليل). بالإضافة إلى هذه الاهتمامات الرئيسية ، هناك أيضًا أقسام فرعية مخصصة لاستكشاف الروابط من قلب الرياضيات إلى المجالات الأخرى: إلى المنطق ، ووضع النظرية (الأسس) ، والرياضيات التجريبية لمختلف العلوم (الرياضيات التطبيقية) ، ومؤخراً. إلى الدراسة الدقيقة لعدم اليقين. في حين أن بعض المناطق قد تبدو غير ذات صلة ، فقد وجد برنامج لانجلاندز روابط بين المناطق التي كان يعتقد سابقًا أنها غير متصلة ، مثل مجموعات جالوا وأسطح ريمان ونظرية الأعداد.

تجمع الرياضيات المنفصلة بشكل تقليدي مجالات الرياضيات التي تدرس الهياكل الرياضية المنفصلة بشكل أساسي بدلاً من الاتصال المستمر.

الأسس والفلسفة

من أجل توضيح أسس الرياضيات ، تم تطوير مجالات المنطق الرياضي ونظرية المجموعات. يتضمن المنطق الرياضي الدراسة الرياضية للمنطق وتطبيقات المنطق الرسمي إلى مجالات أخرى من نظرية مجموعة الرياضيات هي فرع الرياضيات الذي يدرس مجموعات أو مجموعات من الأشياء. تصف عبارة "أزمة الأسس" البحث عن أساس صارم للرياضيات الذي حدث في الفترة من عام 1900 إلى عام 1930 تقريبًا. تم تحفيز أزمة المؤسسات بسبب عدد من الخلافات في ذلك الوقت ، بما في ذلك الجدل حول نظرية مجموعات كانتور والجدل بين بروير وهيلبرت.

يهتم المنطق الرياضي بوضع الرياضيات في إطار بديهي صارم ، ودراسة الآثار المترتبة على مثل هذا الإطار. على هذا النحو ، فهي موطن لنظريات عدم الاكتمال لجودل والتي (بشكل غير رسمي) تشير إلى أن أي نظام رسمي فعال يحتوي على العمليات الحسابية الأساسية ، إذا يبدو (بمعنى أن جميع النظريات التي يمكن إثباتها صحيحة) ، هي بالضرورة غير مكتمل (بمعنى أن هناك نظريات حقيقية لا يمكن إثباتها في هذا النظام). مهما كانت المجموعة المحدودة من البديهيات النظرية العددية التي تؤخذ كأساس ، فقد أظهر جودل كيفية بناء بيان رسمي يمثل حقيقة نظرية للأرقام ، لكنه لا يتبع تلك البديهيات. لذلك ، لا يوجد نظام رسمي هو البديهية الكاملة لنظرية الأعداد الكاملة. ينقسم المنطق الحديث إلى نظرية العودية ، ونظرية النموذج ، ونظرية الإثبات ، ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بعلوم الكمبيوتر النظرية ، [75] بالإضافة إلى نظرية الفئات. في سياق نظرية العودية ، يمكن أيضًا إثبات استحالة البديهية الكاملة لنظرية الأعداد بشكل رسمي كنتيجة لنظرية MRDP.

تشمل علوم الكمبيوتر النظرية نظرية الحوسبة ، ونظرية التعقيد الحسابي ، ونظرية المعلومات. تقوم نظرية الحوسبة بفحص قيود النماذج النظرية المختلفة للكمبيوتر ، بما في ذلك النموذج الأكثر شهرة - آلة تورينج. نظرية التعقيد هي دراسة قابلية التتبع بواسطة الكمبيوتر ، بعض المشكلات ، على الرغم من إمكانية حلها نظريًا بواسطة الكمبيوتر ، إلا أنها مكلفة للغاية من حيث الوقت أو المكان الذي من المحتمل أن يظل حلها غير ممكن عمليًا ، حتى مع التقدم السريع في أجهزة الكمبيوتر. والمشكلة الشهيرة هي " ص = NP؟ "مشكلة ، إحدى مشكلات جائزة الألفية. [76] أخيرًا ، تهتم نظرية المعلومات بكمية البيانات التي يمكن تخزينها على وسيط معين ، وبالتالي تتعامل مع مفاهيم مثل الضغط والإنتروبيا.

الرياضيات البحتة

أنظمة الأعداد ونظرية الأعداد

تبدأ دراسة الكمية بالأرقام ، أولاً الأعداد الطبيعية المألوفة N > والأعداد الصحيحة Z > ("الأعداد الصحيحة") والعمليات الحسابية عليها ، والتي تتميز في الحساب. تتم دراسة الخصائص الأعمق للأعداد الصحيحة في نظرية الأعداد ، والتي تأتي منها نتائج شائعة مثل نظرية فيرما الأخيرة. التخمين الأولي المزدوج وتخمين جولدباخ مشكلتان لم يتم حلهما في نظرية الأعداد.

مع تطوير نظام الأرقام بشكل أكبر ، يتم التعرف على الأعداد الصحيحة كمجموعة فرعية من الأرقام المنطقية Q > ("الكسور"). هذه ، بدورها ، مضمنة في الأرقام الحقيقية ، R > التي تستخدم لتمثيل حدود متواليات الأعداد المنطقية والكميات المستمرة. يتم تعميم الأعداد الحقيقية على الأعداد المركبة C >. وفقًا للنظرية الأساسية للجبر ، فإن جميع المعادلات متعددة الحدود في واحدة غير معروفة مع المعاملات المعقدة لها حل في الأعداد المركبة ، بغض النظر عن درجة كثير الحدود. N ، Z ، Q ، R ، mathbb ، mathbb ، mathbb > و C < displaystyle mathbb > هي الخطوات الأولى للتسلسل الهرمي للأرقام الذي يستمر ليشمل المربعات والأوكتونات. يؤدي النظر في الأعداد الطبيعية أيضًا إلى الأعداد العابرة للحدود ، والتي تضفي الطابع الرسمي على مفهوم "اللانهاية". مجال آخر للدراسة هو حجم المجموعات ، والذي تم وصفه بالأرقام الأصلية. تتضمن هذه الأرقام أعداد aleph ، والتي تسمح بمقارنة ذات مغزى لحجم المجموعات الكبيرة بشكل لا نهائي.

بنية

تعرض العديد من الكائنات الرياضية ، مثل مجموعات الأرقام والوظائف ، بنية داخلية كنتيجة للعمليات أو العلاقات التي تم تحديدها في المجموعة. ثم تدرس الرياضيات بعد ذلك خصائص تلك المجموعات التي يمكن التعبير عنها من حيث الهيكل ، على سبيل المثال ، تدرس نظرية الأعداد خصائص مجموعة الأعداد الصحيحة التي يمكن التعبير عنها من حيث العمليات الحسابية. علاوة على ذلك ، غالبًا ما يحدث أن تظهر مثل هذه المجموعات (أو الهياكل) المهيكلة المختلفة خصائص متشابهة ، مما يجعل من الممكن ، من خلال خطوة أخرى من التجريد ، تحديد البديهيات لفئة من الهياكل ، ثم دراسة فئة الهياكل الكاملة المرضية في الحال. هذه البديهيات. وهكذا يمكن للمرء أن يدرس المجموعات والحلقات والحقول والأنظمة المجردة الأخرى معًا ، وتشكل هذه الدراسات (للهياكل المحددة بواسطة العمليات الجبرية) مجال الجبر المجرد.

بعموميتها الكبيرة ، يمكن تطبيق الجبر المجرد غالبًا على مشاكل غير ذات صلة على ما يبدو ، على سبيل المثال ، تم حل عدد من المشكلات القديمة المتعلقة ببوصلة وإنشاءات التسوية أخيرًا باستخدام نظرية جالوا ، والتي تتضمن نظرية المجال ونظرية المجموعة. مثال آخر على النظرية الجبرية هو الجبر الخطي ، وهو الدراسة العامة للمساحات المتجهية ، التي تحتوي عناصرها المسماة بالمتجهات على الكمية والاتجاه ، ويمكن استخدامها لنمذجة (العلاقات بين) النقاط في الفضاء. هذا مثال على ظاهرة أن المناطق غير المرتبطة أصلاً في الهندسة والجبر لها تفاعلات قوية جدًا في الرياضيات الحديثة. التوافقية تدرس طرق تعداد عدد الأشياء التي تناسب بنية معينة.

(1، 2، 3) (1، 3، 2) (2، 1، 3) (2، 3، 1) (3، 1، 2) (3، 2، 1) (1،2،3) & أمبير (1،3،2) (2،1،3) & أمبير (2،3،1) (3،1،2) & أمبير (3،2،1) نهاية>>
التوافقية نظرية الأعداد نظرية المجموعة نظرية الرسم البياني نظرية النظام الجبر

مساحة

نشأت دراسة الفضاء مع الهندسة - على وجه الخصوص ، الهندسة الإقليدية ، التي تجمع بين الفضاء والأرقام ، وتشمل نظرية فيثاغورس المعروفة. علم المثلثات هو فرع الرياضيات الذي يتعامل مع العلاقات بين أضلاع وزوايا المثلثات والدوال المثلثية. تعمم الدراسة الحديثة للفضاء هذه الأفكار لتشمل الهندسة عالية الأبعاد والهندسة غير الإقليدية (التي تلعب دورًا مركزيًا في النسبية العامة) والطوبولوجيا. تلعب كل من الكمية والفضاء دورًا في الهندسة التحليلية والهندسة التفاضلية والهندسة الجبرية. تم تطوير الهندسة المحدبة والمنفصلة لحل المشكلات في نظرية الأعداد والتحليل الوظيفي ولكن يتم متابعتها الآن مع التركيز على التطبيقات في التحسين وعلوم الكمبيوتر. ضمن الهندسة التفاضلية ، توجد مفاهيم حزم الألياف وحساب التفاضل والتكامل على المشعبات ، على وجه الخصوص ، حساب التفاضل والتكامل المتجه. ضمن الهندسة الجبرية ، يوجد وصف للكائنات الهندسية كمجموعات حلول من المعادلات متعددة الحدود ، تجمع بين مفاهيم الكمية والفضاء ، وكذلك دراسة المجموعات الطوبولوجية ، التي تجمع بين البنية والفضاء. تُستخدم مجموعات الكذب لدراسة الفضاء والبنية والتغيير. قد تكون الطوبولوجيا بكل تشعباتها العديدة هي أكبر منطقة نمو في رياضيات القرن العشرين ، فهي تشمل طوبولوجيا مجموعة النقاط ، وطوبولوجيا نظرية المجموعات ، والطوبولوجيا الجبرية والطوبولوجيا التفاضلية. على وجه الخصوص ، أمثلة الطوبولوجيا الحديثة هي نظرية القياس ، ونظرية المجموعة البديهية ، ونظرية التماثل ، ونظرية مورس. تتضمن الطوبولوجيا أيضًا تخمين بوانكاريه الذي تم حله الآن ، والمناطق التي لم يتم حلها بعد من تخمين هودج. تم إثبات النتائج الأخرى في الهندسة والطوبولوجيا ، بما في ذلك نظرية الألوان الأربعة وحدسية كبلر ، فقط بمساعدة أجهزة الكمبيوتر.

يتغيرون

يعد فهم التغيير ووصفه موضوعًا شائعًا في العلوم الطبيعية ، وقد تم تطوير حساب التفاضل والتكامل كأداة للتحقيق فيه. تظهر الدالات هنا كمفهوم مركزي يصف الكمية المتغيرة. تُعرف الدراسة الدقيقة للأرقام الحقيقية ووظائف المتغير الحقيقي بالتحليل الحقيقي ، مع التحليل المعقد للحقل المكافئ للأعداد المركبة. يركز التحليل الوظيفي الانتباه على مساحات الوظائف (اللانهائية عادةً). تعتبر ميكانيكا الكم واحدة من العديد من تطبيقات التحليل الوظيفي. تؤدي العديد من المشكلات بشكل طبيعي إلى العلاقات بين الكمية ومعدل تغيرها ، ويتم دراستها كمعادلات تفاضلية. يمكن وصف العديد من الظواهر في الطبيعة من خلال نظرية فوضى الأنظمة الديناميكية التي توضح الطرق التي تظهر بها العديد من هذه الأنظمة سلوكًا لا يمكن التنبؤ به ولكنه لا يزال حتميًا.

الرياضيات التطبيقية

تهتم الرياضيات التطبيقية بالأساليب الرياضية التي تُستخدم عادةً في العلوم والهندسة والأعمال والصناعة. وبالتالي ، فإن "الرياضيات التطبيقية" هي علم رياضي مع معرفة متخصصة. على المدى الرياضيات التطبيقية يصف أيضًا التخصص المهني الذي يعمل فيه علماء الرياضيات على المشكلات العملية كمهنة تركز على المشكلات العملية ، الرياضيات التطبيقية يركز على "صياغة ودراسة واستخدام النماذج الرياضية" في العلوم والهندسة وغيرها من مجالات الممارسة الرياضية.

في الماضي ، حفزت التطبيقات العملية على تطوير النظريات الرياضية ، والتي أصبحت بعد ذلك موضوعًا للدراسة في الرياضيات البحتة ، حيث تم تطوير الرياضيات بشكل أساسي لمصلحتها الخاصة. وبالتالي ، يرتبط نشاط الرياضيات التطبيقية ارتباطًا حيويًا بالبحث في الرياضيات البحتة.

الإحصاء وعلوم القرار الأخرى

تتداخل الرياضيات التطبيقية بشكل كبير مع تخصص الإحصاء ، الذي صيغت نظريته رياضيًا ، خاصة مع نظرية الاحتمالات. الإحصائيون (يعملون كجزء من مشروع بحثي) "ينشئون بيانات منطقية" بأخذ عينات عشوائية وباستخدام التجارب العشوائية [77] يحدد تصميم عينة إحصائية أو تجربة تحليل البيانات (قبل أن تصبح البيانات متاحة). عند إعادة النظر في البيانات من التجارب والعينات أو عند تحليل البيانات من الدراسات القائمة على الملاحظة ، فإن الإحصائيين "يفهمون البيانات" باستخدام فن النمذجة ونظرية الاستدلال - مع اختيار النموذج وتقديره ، يجب اختبار النماذج المقدرة والتنبؤات اللاحقة على جديد البيانات. [هـ]

تدرس النظرية الإحصائية مشكلات القرار مثل تقليل المخاطر (الخسارة المتوقعة) لإجراء إحصائي ، مثل استخدام إجراء في ، على سبيل المثال ، تقدير المعلمات واختبار الفرضيات واختيار الأفضل. في هذه المجالات التقليدية للإحصاءات الرياضية ، تتم صياغة مشكلة القرار الإحصائي عن طريق تقليل دالة موضوعية ، مثل الخسارة أو التكلفة المتوقعة ، في ظل قيود محددة: على سبيل المثال ، غالبًا ما ينطوي تصميم المسح على تقليل تكلفة تقدير متوسط ​​السكان باستخدام مستوى الثقة. [78] نظرًا لاستخدامها التحسين ، تشترك النظرية الرياضية للإحصاء في الاهتمامات مع علوم القرار الأخرى ، مثل بحوث العمليات ونظرية التحكم والاقتصاد الرياضي. [79]

الرياضيات الحسابية

تقترح الرياضيات الحسابية وتدرس طرقًا لحل المشكلات الرياضية التي عادة ما تكون كبيرة جدًا بالنسبة للقدرة العددية البشرية. يدرس التحليل العددي طرق المشكلات في التحليل باستخدام التحليل الوظيفي ونظرية التقريب. يشمل التحليل العددي دراسة التقريب والتقدير على نطاق واسع مع الاهتمام الخاص بأخطاء التقريب. التحليل العددي ، وعلى نطاق أوسع ، الحوسبة العلمية يدرسان أيضًا الموضوعات غير التحليلية في العلوم الرياضية ، وخاصة المصفوفة الحسابية ونظرية الرسم البياني. تشمل المجالات الأخرى للرياضيات الحسابية جبر الكمبيوتر والحساب الرمزي.

يمكن القول إن أرقى جائزة في الرياضيات هي ميدالية فيلدز ، [80] [81] تأسست عام 1936 وتمنح كل أربع سنوات (باستثناء ما يقرب من الحرب العالمية الثانية) لما يصل إلى أربعة أفراد. غالبًا ما تُعتبر ميدالية فيلدز معادلة رياضية لجائزة نوبل.

جائزة وولف في الرياضيات ، التي أُنشئت في عام 1978 ، تعترف بالإنجازات مدى الحياة ، كما تم إنشاء جائزة دولية كبرى أخرى ، وهي جائزة أبيل ، في عام 2003. تم تقديم ميدالية تشيرن في عام 2010 لتكريم الإنجازات مدى الحياة. تُمنح هذه الجوائز تقديراً لمجموعة معينة من الأعمال ، والتي قد تكون مبتكرة ، أو توفر حلاً لمشكلة معلقة في مجال محدد.

قام عالم الرياضيات الألماني ديفيد هيلبرت بتجميع قائمة شهيرة من 23 مشكلة مفتوحة تسمى "مشاكل هيلبرت" في عام 1900. حققت هذه القائمة شهرة كبيرة بين علماء الرياضيات ، وتم الآن حل تسع مشاكل على الأقل. تم نشر قائمة جديدة من سبع مشاكل مهمة ، بعنوان "مشاكل جائزة الألفية" ، في عام 2000. واحدة منها فقط ، فرضية ريمان ، تكرر واحدة من مشاكل هيلبرت. حل أي من هذه المشاكل يحمل مكافأة قدرها مليون دولار. حاليًا ، تم حل واحدة فقط من هذه المشكلات ، وهي تخمين بوانكاريه.


يعمل علماء الفلك على معرفة وقت تألق النجوم الأولى

يقولون أن هذه الفترة ، المعروفة باسم & quot؛ الفجر الكوني & quot؛ حدثت بين 250 إلى 350 مليون سنة بعد الانفجار العظيم.

تشير النتائج إلى أن المجرات الأولى ستكون ساطعة بما يكفي لرؤيتها بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا ، والذي من المقرر إطلاقه في وقت لاحق من هذا العام.

نُشرت الدراسة في الإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.

كان اكتشاف بداية الفجر الكوني هو عمل البروفيسور ريتشارد إليس من جامعة كوليدج لندن بالمملكة المتحدة.

قال لبي بي سي نيوز: & quot والآن لدينا أول دليل مقنع على وقت غمر الكون لأول مرة في ضوء النجوم. & quot

حلل الفريق ستة من أبعد المجرات. لقد كانوا بعيدين للغاية لدرجة أنه حتى مع أقوى التلسكوبات في العالم و # x27s ، ظهروا على شكل عدد قليل من البكسل على شاشة الكمبيوتر.

كما أنها من بين الأوائل التي ظهرت في الكون ، وبحلول الوقت الذي يتم فيه التقاط صورهم بواسطة التلسكوبات على الأرض ، فإنها تُرى بعد فترة ليست طويلة من الانفجار العظيم.

من خلال تحديد أعمارهم ، قام الفريق بحساب بداية الفجر الكوني - عندما تشكلت النجوم الأولى. قاد التحليل الدكتور نيكولاس لابورت ، من معهد كافلي لعلم الفلك في كامبريدج.

& quot هذا أحد أكبر الأسئلة في علم الكونيات الحديث. هذه هي المرة الأولى التي تمكنا فيها من التنبؤ من الملاحظات عندما حدثت هذه اللحظة الحاسمة في تاريخ الكون. & quot

قال الدكتور لابورت أن الحصول على النتيجة كان بمثابة حلم أصبح حقيقة.

من الرائع التفكير في أن جسيمات الضوء كانت تسافر عبر الفضاء منذ أكثر من 13 مليار سنة ثم دخلت إلى التلسكوب.إن الشيء الرائع في كونك عالم فيزياء فلكية هو القدرة على السفر عبر الزمن ومشاهدة الماضي البعيد.

نشأ الكون قبل 13.8 مليار سنة في الانفجار العظيم. بعد وميض أولي ، مرت فترة تعرف باسم العصور المظلمة الكونية. وفقًا للدراسة الجديدة ، بعد 250 إلى 350 مليون سنة من الانفجار العظيم ، ظهرت النجوم الأولى وجلبت الضوء إلى الكون.

بشكل حاسم ، يشير التحليل الجديد أيضًا إلى أن المجرات الأولى ساطعة بدرجة كافية وداخل النطاق حيث يمكن رؤيتها بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي - خليفة تلسكوب هابل الفضائي الموقر. قد يتمكن علماء الفلك بعد ذلك من مشاهدة هذه اللحظة الحاسمة في تطور الكون مباشرة.

قالت عالمة الفلك الملكية في اسكتلندا ، البروفيسور كاثرين هايمانز ، إنها & quot؛ متحمسة & quot؛ لهذا الاحتمال.

قالت لبي بي سي نيوز: & quotIsn & # x27t ، إنه أمر رائع للغاية أنه ، مثل البشرية ، حضارة صغيرة على panet Earth ، يمكننا إنشاء تلسكوب يمكننا إرساله إلى الفضاء ويمكننا النظر إلى الكون لأنه كان مجرد زوجين. بعد مائة مليون سنة من الانفجار العظيم! & quot

كان العديد من النجوم الأولى مختلفًا تمامًا عن شمسنا. كانت كتلتها أكبر ولم تحرق سوى الهيدروجين. لكن هذه الأجسام خلقت الجيل التالي من النجوم التي أدت إلى تكوين عناصر أثقل في الجدول الدوري.

كل شيء باستثناء الهيدروجين والهيليوم والليثيوم ، يتم إنشاؤه داخل النجوم عندما تنفجر في نهاية حياتها.

لذلك ، فقد صنعنا في النهاية من النجوم التي ولدت بالقرب من فجر الكون.

"لأننا أنفسنا نتاج التطور النجمي ، فإننا ننظر إلى الوراء إلى أصلنا ،" قال البروفيسور إليس.

قام الباحثون بتحليل ضوء النجوم من المجرات باستخدام كل من هابل وتلسكوب سبيتزر الفضائي. لقد قدروا عمر المجرات من خلال فحص نسبة ذرات الهيدروجين في الغلاف الجوي لنجومهم. كلما كبرت النجوم ، زادت نسبة ذرات الهيدروجين.

ثم قام الفريق بحساب مدى بعد المجرات. نظرًا لأن الضوء المنبعث من هذه المجرات يستغرق وقتًا للوصول إلينا ، فكلما ابتعدنا ، كلما كان علماء الفلك يراقبونها.

نظرًا لأن المجرات الست التي درسها الفريق تقع في حدود الأجسام التي يمكن ملاحظتها بواسطة التلسكوبات ، فهي أيضًا من بين أقدم المجرات المعروفة.

احتاج الفريق إلى 70 ساعة من وقت المراقبة ، باستخدام أربعة من أكبر التلسكوبات الأرضية لتقدير مسافاتهم. كانت هذه مجموعة Atacama Large Millimeter Array (Alma) ، والتلسكوب الكبير جدًا (VLT) ، وتلسكوب Gemini South - وكلها تقع في تشيلي - بالإضافة إلى تلسكوبات Keck المزدوجة في هاواي.

مكنت هذه القياسات الفريق من تأكيد أنهم كانوا يرصدون هذه المجرات عندما كان عمر الكون 550 مليون سنة. إن معرفة عمر المجرات ووقت وجودها مكن الفريق من حساب وقت ميلاد النجوم الأولى.

تم إجراء تقديرات مماثلة باستخدام مجرات واحدة فقط ، ولكن هذا هو أول تقدير ذي مغزى يعتمد على مجموعة تمثيلية منها.


تعلم علم الفلك HQ

علم الفلك هواية ممتعة وممتعة. إذا كانت التلسكوبات من موضوعاتك المفضلة ، فهذه المقالة مخصصة لك. التلسكوبات مثيرة جدا للاهتمام. أيضًا ، هذه الأدوات الرائعة التي تسمح لنا بدراسة النجوم لها بعض الأسرار الخاصة بها.

في هذه المقالة ، سوف نعرض لك حقائق ممتعة عن التلسكوبات ربما لم تكن على علم بها. إذا كنت تريد إجراء المزيد من البحث على التلسكوبات ، فراجع TelescopeReviewer.com. يحتوي هذا الموقع على مراجعات متعمقة مذهلة للتلسكوبات المختلفة. ...

ما مقدار التكبير الذي يمكنني الحصول عليه باستخدام التلسكوب الخاص بي؟

الافتراض الذي نتخذه في كثير من الأحيان بسيط: "سأرى الأشياء البعيدة أفضل بكثير مع تكبير أعلى." طريقة التفكير هذه منطقية ولكنها خاطئة. حقيقة الأمر هي أن التكبير يقلل بشكل فعال من سطوع الجسم وقدرة التلسكوب على تجميع الضوء. القاعدة بسيطة. إذا قمت بمضاعفة التكبير ، فإنك تقلل سطوع كائن بمعامل 4. قد لا يمثل ذلك مشكلة بالنسبة لجسم شديد السطوع مثل القمر ، ولكن كلما نظرنا إلى الفضاء ، تصبح الأجسام الباهتة. ...

تصوير محطة الفضاء الدولية من خلال تلسكوب

تعبر محطة الفضاء الدولية أجوائنا بشكل منتظم. يرغب الكثير منا في قضاء بعض الوقت في هذه المركبة الفضائية المبكرة حيث تدور حول الأرض وتدرس كل ما هو فوق وتحت. ولكن بالنسبة لمعظمنا ، كل ما يمكننا فعله هو مشاهدته من حين لآخر وهو يتدفق عبر السماء.

لكن انتظر دقيقة؟ لماذا تقبل بصيص خط مثل قمر صناعي آخر. تعد محطة الفضاء الدولية في الواقع أكبر بكثير من معظم الأقمار الصناعية وقد لمحها البعض منا باختصار في نطاقاتنا ، ولكن عادةً عن طريق الصدفة. ...

ماذا سيحدث إذا توقفت الأرض عن الدوران؟

يبدو وكأنه شيء من فيلم خيال علمي. بين عشية وضحاها ، الأرض تتوقف عن الدوران. بصراحة ، ستكون النتائج كارثية. سوف نستكشف بعض هذه التأثيرات. ولكن ماذا لو توقفت الأرض ببطء عن دورانها وتوقفت تدريجياً. ستكون الآثار مختلفة ، لكنها ستكون كارثية بنفس القدر لجميع أشكال الحياة بما في ذلك نحن.

في هذه الملاحظة السعيدة ، دعنا نفكر في الاحتمالات التي تبدأ مع هوليوود المفضل: توقف مفاجئ.

أفضل 10 أجرام سماوية لتلسكوبك الأول

هناك ما هو أكثر لتراه من القمر

إنه أمر مثير دائمًا عندما تحصل على أول تلسكوب. كم منا قد قام بتجميع المنظار بصبر على حامل ثلاثي القوائم في غرف المعيشة وغرف النوم الخاصة بنا وقاموا بتحويل الرافعات الصغيرة بعناية ومقابض التركيز بينما انتظرنا الليل حتى نكشف عن نفسه لنا.

شيء واحد ستواجهه هو التحدي النسبي المتمثل في العثور على أشياء مختلفة في السماء. القمر بسيط بما فيه الكفاية ، ولكن هناك تطبيقات للعديد من الأجهزة المحمولة اللاسلكية ...

كيف تحصل على وظيفة كرائد فضاء

لا تفترض أنه مستحيل. لكن عليك حقًا أن ترغب في ذلك ، وقد ترغب في إبقاء خياراتك مفتوحة.

دعنا نصل إلى النقطة. فقط جزء بسيط من 1٪ يدخل في برنامج تدريب الفضاء. من هؤلاء الـ 1٪ ، كانوا جميعًا مؤهلين بشكل بارز. هل هذا يعني أنه لا يمكن القيام به؟ لن تعرف حتى تحاول. اذا هيا بنا نبدأ. بادئ ذي بدء ، دعنا نجعلك "مؤهلًا بشكل بارز". ماذا تنطوي؟ حسنًا ، هذا يعني أنك تستوفي المعايير المادية التالية لمعظم البرامج:

دليل سهل لتصوير القمر

لا تحتاج إلى تلسكوب وحوامل للكاميرا ومحرك محرك لالتقاط صور رائعة للقمر. في بعض الأحيان ، تكون الكاميرا الرقمية وبعض إمكانات التقريب هي كل ما يتطلبه الأمر.

يمكن أن يكون التصوير الفلكي تقنيًا للغاية ، ويتطلب كاميرات محددة ، وحوامل ، ومحرك محرك على الحامل ثلاثي القوائم وتعديلات خاصة تتعلق بالتعرض والتوقيت وتحديد الموقع الدقيق للجسم السماوي. بالنسبة للكثيرين منا ، فإن الجهد والتكاليف يستحقان العناء. ولكن بالنسبة للكثيرين منا ، يمكن أن تكون المعرفة والمعدات المعقدة مخيفة. ...

النحافة المفاجئة لحلقات زحل

كما تظهر الصورة من المركبة الفضائية كاسيني ، حلقات زحل رقيقة من الورق بالنسبة إلى عرض الحلقة المصبوب كظل على الكوكب.

ربما يكون زحل أكثر الكواكب المذهلة في نظامنا الشمسي. في حين أن الكوكب نفسه ليس قريبًا من كونه ملونًا أو فريدًا من نوعه مثل مظهر كوكب المشتري ، فإن حلقات زحل تحدد مكانته الخاصة في سماء الليل.

تتكون الحلقات نفسها من العديد من العصابات مع نظام الحلقة الرئيسي الممتد عبر 300000 كيلومتر من الفضاء. ...

15 عوامل "المعتدل" التي تسمح بوجود الحياة على الأرض

هناك ما هو أكثر في الحياة على الأرض من قدرتها على الحفاظ على الماء السائل.

غالبًا ما يشار إلى الأرض باسم كوكب Goldilocks. يرتبط هذا تقليديًا بقرب الأرض من الشمس مما يسمح بوجود الماء السائل على سطحه. في الواقع ، أدى هذا الافتراض وبعض الافتراضات الأخرى إلى ما يسمى بمعادلة دريك التي تم تطويرها في جرينبانك ، فيرجينيا الغربية في عام 1961. كانت معادلة معقدة حسبت عدد الكواكب في مدار حول نجم على مسافة مثالية للوجود المستدام للذكاء الحياة. ...

لماذا قد يكون نظامنا الشمسي فريدًا في مجرة ​​درب التبانة

لسنا وحدنا في هذا الكون ولكننا قد نكون أكثر وحدة مما كنا نظن.


على السطح ، يبدو أن نظامنا الشمسي نموذجي إلى حد ما. بينما نستمر في تعلم أشياء جديدة مفاجئة عن عائلة الكواكب والأقمار التي تشترك في الشمس ، كنا دائمًا واثقين نسبيًا من أن نظامنا الشمسي لا يختلف عن أي نظام شمسي آخر يمكن أن نتخيله. كان هذا إلى حد كبير بسبب مبدأ كوبرنيكان الذي كان يرى أن الأجرام السماوية تشترك في سلوكيات وديناميكيات معينة.

ومع ذلك ، فإن بعض الأدلة الجديدة المتعلقة باكتشاف ...

كيف تجد النيازك وأين تبحث

ليس من السهل العثور عليها ، ولكن مرة أخرى. لا يبحث الكثير من الناس.

بصفتنا علماء فلك ، يسعدنا دائمًا رؤية خط نيزكي عبر سماء الليل أثناء إعداد نطاقاتنا أو مسح الأبراج من أجل الإعداد التالي. في أوقات أخرى ، نراقب بعناية منطقة من السماء تحسبا لابل من الشهب. في بعض المناسبات النادرة ، يُتركنا نتساءل بذهول بينما يتدفق حجر نيزكي لأسفل وفوق الأفق. أين هبطت؟ ...

كم مرة يمكن للضوء أن يسافر حول الأرض في ثانية واحدة؟

إذا كنت تسافر بسرعة الضوء ، يمكنك الطيران حول العالم 7 مرات ونصف في ثانية واحدة. سوبرمان يأكل قلبك.

هذه سرعة لا تصدق تهب العقل وتساعد الدماغ حقًا على تصور السرعة. هل هذا صحيح؟ هيا نكتشف. سنحتاج إلى معرفة محيط كوكب الأرض والمسافة التي يقطعها الضوء في ثانية.

لنبدأ بالجزء السهل. المسافة التي يقطعها الضوء في ثانية.

المسافة ينتقل الضوء في ثانية واحدة

سرعة الضوء 670.616.629 ميلا في الساعة. هذا رقم كبير جدًا لفهمه. لذا إذا قسمنا هذا على 3600 ، وهو عدد الثواني في الساعة ، فإن المسافة التي يقطعها الضوء في الثانية هي 186،282 ميلاً.

ماذا سيحدث لنا عندما يضرب أندروميدا؟

مجرة المرأة المسلسلة ، أقرب مجرة ​​مجرة ​​لنا ، في مسار تصادمي معنا. يجب أن يحدث في حوالي 4 مليارات سنة. تفو

مجرة المرأة المسلسلة هي أقرب مجرة ​​لنا وهي ضخمة. تحتوي مجرتنا درب التبانة ، التي توجد فيها شمسنا ، على حوالي 300 مليار نجم (3 × 10 11). حيث تحتوي مجرة ​​المرأة المسلسلة على تريليون نجم (10 - 12). إذن ماذا يعني هذا بالنسبة لمجرتنا خفيفة الوزن الفقيرة عندما يضرب الوزن الثقيل؟ الجواب هو أن الاثنين سوف يندمجان في مجرة ​​واحدة أكبر يسميها البعض ، Milkomeda. عندما تقترب المجرتان من بعضهما البعض ، ستنبعث موجات الجاذبية التي ستؤدي إلى انقلاب النجوم في كلتا المجرتين وقد يتم طرد بعضها معًا من المجرات. ...

الوقوع في حب كوكب الزهرة القاتل

إنها الكوكب الأكثر انتشارًا في سماء الليل. إليك مكان العثور عليها ومتى.

كوكب الزهرة هو كوكبنا الشقيق. سميت على اسم إلهة الحب الرومانية. كلاهما قريب من الأرض وبنفس الحجم تقريبًا. الأهم من ذلك ، أنه عادة ما يكون ثالث ألمع كائن في السماء بجوار الشمس والقمر على الرغم من أن كوكب المشتري سوف يتفوق عليها أحيانًا. لونه المصفر يحيينا صباحًا ومساءً وغالبًا ما يشار إليه باسم "نجمة الصباح" و "نجمة المساء" وأحيانًا "نجمة الأمنيات". ...

أساسيات علم الفلك ثنائي العينين

خمين ما. لا تحتاج دائمًا إلى تلسكوب. إليك بعض الأشياء المدهشة التي يمكنك رؤيتها باستخدام المنظار في Night Sky.

إنها حقيقة بسيطة. يستغرق إنشاء تلسكوب لمشاهدة السماء ليلة بعض الوقت والجهد. يفترض هذا أنك تمتلك نطاقًا ولديك مكان لتخزينه. ما ينساه الكثير منا هو أن زوجًا من المناظير يمكن أن يمنحنا فرصة لإلقاء نظرة سريعة أو قضاء أمسية في مراقبة القمر والكواكب وحتى بعض أجسام الفضاء السحيق مثل مجرة ​​المرأة المسلسلة والسدم والأحداث المهمة مثل القمر الخسوف والمذنبات. ...

أسرار مراجعة كتاب ديب سكاي

بعد أن كتبت الكثير من المنشورات على هذا الموقع عن علم الفلك للهواة ، كان هدفي التالي هو تجميع بعضها معًا في كتاب إلكتروني. سوف يدمج الكتاب الإلكتروني الكثير من المنشورات في تنسيق سهل القراءة والمتابعة. ترى أن المشكلة في المدونة هي أن المنشورات يتم ترتيبها حسب التاريخ ، لذلك يتم فقد الكثير من الأشياء الجيدة مع تقدم المدونة وتطورها.

قبل الشروع في جمع هذا الكتاب معًا ، ألقيت نظرة على ما كان موجودًا بالفعل ، وذلك عندما صادفت هذا الكتاب الإلكتروني ...

مواقع الهبوط على القمر ولماذا لم نقم بالهبوط على الجانب البعيد من قبل.

لقد ذهب العديد من الرحلات الاستكشافية إلى القمر. إليك أين هبطوا ولماذا لم نذهب أبدًا إلى الجانب البعيد.

رصيد الصورة: المركز الوطني لبيانات علوم الفضاء

أصبح العديد من علماء الفلك الهواة طلابًا للقمر. لا يمكنهم فقط إخبارك أن العديد من المناطق الرمادية الداكنة التي تواجه الأرض تسمى "البحار" أو "ماريا" اللاتينية ، ولكن مواقعها وأسمائها. بالطبع إنها ليست بحارًا حقًا ، ولكنها سهول كبيرة من البازلت الداكن التي انتشرت عبر السطح خلال فترة البراكين التي قطعتها بعض الفوهات الهامة بما في ذلك تايكو وكوبرنيكوس.

دليل سريع لكوكب المشتري

إنه لأمر رائع أن ترى كوكب المشتري. فيما يلي دليل سريع لأكبر كوكب لدينا وأقماره.

كيف تجد المشتري

ابتداءً من مارس 2014 ، سيظهر كوكب المشتري في سماء الليل كواحد من أكثر الأجرام السماوية دراماتيكية. ستستمر هيمنتها لسنوات قادمة لتحقيق اسمها باعتباره الإله المهيمن عند الرومان. في الواقع ، أشار الإغريق إلى كوكب المشتري باسم زيوس ، مما يدل على بروز كوكب المشتري في السماء.

سترتفع في الشرق ، وتتحرك عبر السماء في الجنوب ، وتقع في الغرب ، وسيكون من السهل رؤيتها خلال ساعات المساء المبكرة حتى الصباح الباكر. ...

ليلة في الثريا

إنها نادرة وستختفي قريبًا في الزمن الفلكي. هؤلاء الأخوات السبع وجهة عظيمة لملاحظاتك السماوية.

الثريا هي مجموعة فريدة من النجوم التي انفجرت في الضوء منذ 75 إلى 150 مليون سنة وستنتشر عبر السماء في فترة تزيد قليلاً عن 250 مليون سنة. هذا بسبب تأثيرات الجاذبية لمجرة درب التبانة والسحب الجزيئية العملاقة في المنطقة المجاورة. هذا العدد من السنوات هو حدث قصير إلى حد ما في الزمن الكوني. ...

تطور الأبراج

88 كوكبة رسمية تحدد سماء الليل لدينا حاليًا. في وقت ما ، كان هناك الكثير ، وطور كل من الصينيين والمايا تفسيراتهم الخاصة. يعود الأساس الكلاسيكي لمجموعتنا الحالية من الأبراج إلى الإغريق عندما حدد بطليموس 48 مجموعة نجمية أساسية بما في ذلك الأبراج الاثني عشر التي تحدد دائرة الأبراج. استند الكثير من أعماله إلى التعريف السابق للأبراج التي طورها البابليون والسومريون.

عرض أقمار نظامنا الشمسي

يوجد أكثر من 100 قمر في نظامنا الشمسي ويمكنك في الواقع رؤية العديد منها باستخدام المنظار. إذا كنت تعرف أين تبحث.

في هذا الوقت ، تم تأكيد 146 قمراً في نظامنا الشمسي. ولا يزال 28 شخصاً آخر قيد المراجعة. هناك أحجام مختلفة ولكن القليل منها يمكن رؤيته بسهولة لعالم الفلك الهواة. في الواقع ، العديد من الأقمار التي يمكن رؤيتها لا تتطلب معدات متطورة أو باهظة الثمن. يمكن في الواقع مشاهدة عدد قليل باستخدام مناظير إذا كنت تعرف ما الذي تبحث عنه وأين تبحث عنه.

كيف تبدأ في مراقبة أجسام الفضاء السحيق

وراء القمر والكواكب وأقمار العديد من الكواكب هناك مساحة عميقة. تجمع لا حصر له من المجرات والسدم والمذنبات البعيدة. أشياء مثيرة للفضول ، ولكن ليس من السهل العثور عليها وأحيانًا يصعب رؤيتها. إليك كيفية استكشاف الفضاء السحيق وبعض المعدات والظروف الأساسية التي تريد وضعها في الاعتبار.

بادئ ذي بدء ، تتطلب قدرتك على مراقبة أجسام الفضاء السحيق أحلك سماء يمكنك أن تجدها. يعني هذا عادةً موقعًا بعيدًا بدون "تلوث ضوئي" محلي. ...

اكتشف المزيد من منشورات مدونة علم الفلك هنا. الرجاء ترك التعليقات على الوظائف.

جميع النصائح الواردة في هذا الموقع للأغراض المعلوماتية فقط ، يرجى الاطلاع على إخلاء المسؤولية الخاص بالموقع.


يكتشف العلماء آلاف الأنظمة الشمسية حيث يمكن للأجانب مشاهدة الأرض

حدد العلماء الآلاف من أنظمة الكواكب الأخرى حيث يمكن للحياة الفضائية أن ترى أرضنا.

الأنظمة النجمية القريبة قريبة نسبيًا من الناحية الكونية ، وتم وضعها بحيث تكون قادرة على مشاهدة كوكبنا وهو يعبر أمام الشمس.

ستكون الكواكب حول تلك النجوم قادرة على رؤية الأرض ، وفهم ما إذا كانت تحمل الحياة - وربما فعلت ذلك بالفعل.

تمامًا كما نشاهد النجوم الأخرى بحثًا عن كواكب تمر أمامها ، ونستخدم هذه المعلومات لفهم غلافها الجوي وما إذا كانت قادرة على دعم الحياة الفضائية ، فإن الكائنات الفضائية ستكون قادرة على فعل الشيء نفسه بالنسبة للأرض.

قالت ليزا كالتينيجر ، أستاذة علم الفلك ومديرة معهد كارل ساجان في كلية الفنون والعلوم في جامعة كورنيل: "من وجهة نظر الكواكب الخارجية ، نحن كائنات فضائية".

قالت: "أردنا أن نعرف أي النجوم لديها النقطة الأفضل لرؤية الأرض ، لأنها تحجب ضوء الشمس". "ولأن النجوم تتحرك في كوننا الديناميكي ، فإن نقطة الأفضلية هذه تكتسب وتضيع."

في البحث الجديد ، حدد العلماء ما مجموعه 2034 من الأنظمة النجمية ، وكلها في غضون 326 سنة ضوئية. من بين هؤلاء ، كان من الممكن أن يكون 1715 قد رصدوا الأرض منذ أن بدأت الحضارة البشرية في آلاف السنين القليلة الماضية - سيتمكن الباقون من رؤيتنا في الخمسة آلاف سنة القادمة.

من بين تلك النجوم ، يوجد 75 نجمًا على بعد 100 سنة ضوئية منا - وهذا قريب بما يكفي لدرجة أن موجات الراديو التي أنشأها البشر ستصل إليهم.

النجوم نفسها هي مجموعة متنوعة من الأنواع المختلفة ، مع الحفاظ على توزيع الأحجام والخصائص الأخرى في جميع أنحاء مجرة ​​درب التبانة. تم بالفعل دراسة بعضها عن كثب - بما في ذلك تلك التي نعرف أن لها كواكب خاصة بها - بينما البعض الآخر غير معروف تمامًا تقريبًا.

لا يملك العلماء بيانات كافية لمعرفة عدد هذه النجوم التي لديها كواكب صخرية من هذا النوع ، أو ما هي الظروف التي قد تكون عليها. لكنهم يقدرون أنه يمكن أن يكون هناك 29 عالمًا يحتمل أن تكون صالحة للسكن يتم وضعها بحيث يمكنهم رؤية الأرض أمام الشمس ، وهي قريبة بما يكفي لاكتشاف موجات الراديو منا.

على هذا النحو ، لاحظ العلماء في البحث أن السؤال الذي نوقش كثيرًا حول ما إذا كان يجب علينا إخفاء وجودنا عن الحياة الفضائية قد يكون بالفعل غير ذي صلة. هناك العديد من النجوم القريبة بما يكفي لدرجة أن الحضارات التي تعيش حولها كانت قادرة على تحديد الأرض على أنها "كوكب مثير للاهتمام" ، كما يقولون.

استخدم البحث الجديد بيانات من قاعدة بيانات Gaia ، التي تحتوي على فهرس للأجسام الفلكية التي تم العثور عليها في حدود 100 فرسخ فلكي ، أو حوالي 300 سنة ضوئية ، من شمسنا. من خلال دمج هذه المعلومات معًا ، والنظر في كيفية تغير نقطة الأفضلية بمرور الوقت ، تمكن الباحثون من تحديد أيها ربما كان في المكان المناسب لرؤيتنا.

حاول العلماء سابقًا تحديد النجوم التي قد تكون قادرة على رؤية الأرض أثناء مرورها أمام الشمس ، لكن البحث الجديد هو أول بحث يدرس كيف تغيرت هذه الرؤية بمرور الوقت.

نُشرت الدراسة الجديدة ، "النجوم الماضية والحالية والمستقبلية التي يمكنها رؤية الأرض على أنها كوكب خارجي عابر" ، في مجلة Nature.


شاهد الفيديو: أنشودة الألوان للأطفال - أغنية الألوان - arabic colors song (شهر اكتوبر 2021).