الفلك

ماذا سيحدث إذا بدأ الزمكان في الانكماش؟

ماذا سيحدث إذا بدأ الزمكان في الانكماش؟

افترض أن تمدد الكون يتوقف ويبدأ في الانكماش مرة أخرى. ماذا قد يحدث؟

هل ستقل المسافات بين الأشياء فقط ، أم أن هناك تأثيرات أخرى يمكننا توقعها؟


بالنظر إلى أن توسع الكون يوضح لنا أن المسافة بين المجرات (أو بالأحرى أكثر بين مجموعات المجرات) تتزايد ، دون أي تغيير في المسافات داخل أو بين الذرات ، أو بين النجوم داخل المجرات (بصرف النظر عن الحركة النجمية العادية) ، و أن المجرات نفسها لا تتوسع أيضًا ، يمكننا أن نفترض أن الانكماش سيظهر على شكل انخفاض في المسافات بين المجرات / عناقيد المجرات.


كيف سينتهي الكون يعتقد العلماء أنهم يعرفون كيف بدأ الكون ، لكن ما يحدث في الطرف الآخر من استمرارية الزمكان كان لغزًا عميقًا ومظلمًا - حتى الآن

بالنسبة لأولئك الذين يعيشون في مدينة أو بالقرب منها ، فإن سماء الليل ليست بالكثير للنظر إليها - فقط عدد قليل من النجوم المتناثرة في مساحة ضبابية ضبابية ، باهتة ، ملوثة بالضوء. في المناطق الريفية بولاية مين ، أو الصحراء الجنوبية الغربية أو الجبال العالية في هاواي ، فإن المنظر مختلف تمامًا. حتى بدون تلسكوب ، يمكنك رؤية آلاف النجوم المتلألئة بظلال من الأزرق والأحمر والأصفر والأبيض ، مع مجرة ​​درب التبانة العريضة التي تقطع رقعة شبحية من أفق إلى آخر. لا عجب أن أسلافنا القدامى ألقوا نظرة على السماء برهبة وتوقير ، فمن السهل تخيل الآلهة والأبطال الأسطوريين الذين يسكنون مثل هذا العالم المضيء.

ومع ذلك ، على الرغم من روعة النجوم المرئية ، يعرف علماء الفلك أنها ليست سوى أول حجاب متلألئ في كون شاسع يفوق الخيال. مسلحين بتلسكوبات أقوى من أي وقت مضى ، اكتشف مستكشفو الزمان والمكان هؤلاء أن درب التبانة عبارة عن عجلة دوارة ضخمة مصنوعة من 100 مليار أو أكثر من النجوم التي تقع وراء حوافها عشرات المليارات من المجرات الأخرى ، والأكثر إثارة للدهشة ، أن هذه المجرات تندفع بعيدًا عن بعضها البعض في أعقاب كارثة متفجرة تُعرف باسم الانفجار العظيم.

هذا الحدث - الولادة الحرفية للزمان والمكان منذ حوالي 15 مليار سنة - تم فهمه ، على الأقل في أوسع خطوطه العريضة ، منذ الستينيات. ولكن في أكثر من ثلث قرن ، فشلت أفضل العقول في علم الفلك في حل لغز ما يحدث في نهاية الزمان الأخرى. هل ستستمر المجرات في التحليق بعيدًا إلى الأبد ، وهجها يتلاشى حتى يصبح الكون باردًا ومظلمًا؟ أم أن التوسع سيتباطأ حتى يتوقف ويعكس الاتجاه ويرسل 10 أوكتليون (10 تريليونات مليار) من النجوم تتصادم معًا مرة أخرى في أزمة كبرى نهائية مروعة ، صورة طبق الأصل عن ولادة الكون المتفجرة؟ على الرغم من عقود من الملاحظات باستخدام أقوى التلسكوبات الموجودة تحت تصرفهم ، لم يتمكن علماء الفلك ببساطة من اتخاذ القرار.

لكن سلسلة من الاكتشافات الرائعة التي تم الإعلان عنها في تتابع سريع ابتداءً من هذا الربيع قطعت شوطًا طويلاً نحو تسوية المسألة مرة واحدة وإلى الأبد. أحب العلماء الذين كانوا يراهنون على Big Crunch أن يقتبسوا من الشاعر روبرت فروست: "يقول البعض أن العالم سينتهي بالنار ، / البعض يقول بالجليد. / مما تذوقته من الرغبة / أنا أحمل مع أولئك الذين يفضلون النار. " أولئك في المعسكر الآخر فضلوا تي. إليوت: "هذه هي الطريقة التي ينتهي بها العالم / ليس بانفجار بل بالأنين." الآن ، باستخدام الملاحظات من مسح Sloan الرقمي للسماء في نيو مكسيكو ، وتلسكوب هابل الفضائي المداري ، والتلسكوب العملاق Keck في هاواي وأجهزة الكشف عن الراديو الحساسة في أنتاركتيكا ، كان الحكم في: T.S. إليوت يفوز.

لهذا السبب وحده ، فإن آخر الأخبار من الفضاء ستكون ذات مغزى عميق لفهم من أين أتينا وإلى أين نتجه كان هاجس تفكير البشر ، ربما طوال فترة سيرنا على الأرض. لكن تفاصيل هذه الاكتشافات تلقي الضوء على أسرار الكون الأكثر عمقًا ، مما يوفر دعمًا قويًا للأفكار الراديكالية التي كانت تعتبر تخمينية في أحسن الأحوال. لسبب واحد ، تدعم الملاحظات الجديدة نظرية التضخم: الفكرة القائلة بأن الكون قد مر بفترة توسع بشاحن توربيني قبل أن يكون تريليون من الثانية القديمة ، متطايرًا (في تناقض واضح ، ولكن ليس فعليًا ، لنظريات ألبرت أينشتاين. النسبية) أسرع من سرعة الضوء.

من المعنى الغريب أيضًا أن الكون يعمه نوع غريب من "الجاذبية المضادة" ، وهو مفهوم اقترحه في الأصل وتخلي عنه لاحقًا أينشتاين باعتباره أكبر خطأ فادح في حياته. هذه القوة ، التي أُطلق عليها مؤخرًا اسم "الطاقة المظلمة" ، لا تمنع التمدد من التباطؤ فحسب ، بل تجعل الكون يطير بشكل أسرع وأسرع طوال الوقت ، مثل سفينة صاروخية مفتوحة على مصراعيها.

لا يزال الأمر أكثر غرابة. لا تقتصر الطاقة المظلمة على غمر الجاذبية العادية فحسب ، بل يبدو أيضًا أن مادة غير مرئية معروفة للعلماء باسم "المادة المظلمة" تفوق المواد العادية للنجوم والكواكب والأشخاص بمعامل من 10 إلى 1 ". حول الكون ، "علق عالم الفيزياء الفلكية جويل بريماك في جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز ،" لم نخلق حتى من نفس الأشياء التي يتكون منها الكون. "

تثير هذه الاكتشافات المقلقة للعقل أسئلة أكثر مما تجيب. على سبيل المثال ، لمجرد معرفة العلماء بوجود المادة المظلمة لا يعني أنهم يفهمون ماهيتها حقًا. الشيء نفسه ينطبق على الطاقة المظلمة. يقول مايكل تورنر ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة شيكاغو ، "إذا كنت تعتقد أن الكون كان من الصعب فهمه من قبل ، فمن الأفضل أن تتناول بعض الحبوب الذكية ، لأنها ستزداد سوءًا."

بدت الأمور أبسط كثيرًا في عام 1965 عندما قدم اثنان من علماء الفلك في مختبرات بيل في هولمدل بولاية نيوجيرسي تأكيدًا مدويًا لنظرية الانفجار العظيم ، في ذلك الوقت كانت مجرد واحدة من عدة أفكار تطفو حول كيفية بدء الكون. حدث الاكتشاف عن طريق الصدفة: كان أرنو بينزياس وروبرت ويلسون يحاولان الحصول على هسهسة مزعجة من هوائي الاتصالات ، وبعد استبعاد أي تفسير آخر - بما في ذلك بقايا فضلات الطيور - قرروا أن الهسهسة قادمة من الفضاء الخارجي.

دون علم الثنائي ، كان علماء الفيزياء في جامعة برينستون القريبة على وشك تشغيل هوائيهم الخاص في السماء للبحث عن نفس الإشارة. كان علماء الفلك يعرفون منذ عشرينيات القرن الماضي أن المجرات كانت تتفرق. لكن المنظرين أدركوا في وقت متأخر تأثيرًا رئيسيًا: يجب أن يكون الكون بأكمله في وقت ما أصغر بكثير وأكثر سخونة. بعد حوالي 300000 عام من لحظة الانفجار العظيم ، كان الكون المرئي بأكمله عبارة عن سحابة من الغاز الساخن الكثيف بشكل لا يصدق ، وليس أكبر بكثير من مجرة ​​درب التبانة الآن ، يتوهج باللون الأبيض مثل فرن الانفجار أو سطح نجم . ولأن هذا التوهج الكوني لم يكن له مكان يذهب إليه ، فلا بد أنه لا يزال موجودًا ، وإن كان ضعيفًا لدرجة أنه اتخذ شكل موجات ميكروويف ضعيفة. فاز Penzias و Wilson لاحقًا بجائزة نوبل لاكتشافهما عرضيًا لهذا الراديو منذ فجر التاريخ.

أقنع اكتشاف إشعاع الخلفية الكونية الميكروية العلماء أن الكون قد نشأ بالفعل من الانفجار الكبير الأولي منذ حوالي 15 مليار سنة. شرعوا على الفور في معرفة المزيد. لسبب واحد ، بدأوا في محاولة استكشاف هذا الوهج الكوني لمعرفة الاختلافات الدقيقة في الشدة. من الواضح عبر التلسكوبات العادية أن المادة لا تنتشر بالتساوي عبر الكون الحديث. تميل المجرات إلى التجمع بالقرب نسبيًا من بعضها البعض ، عشرات أو حتى المئات منها في مجموعات تعرف باسم العناقيد والتجمعات العملاقة. بينهما ، لا يوجد شيء على الإطلاق.

يجب أن يكون هذا التكتل ، كما هو الحال بالنسبة للمنظرين المنطقيين ، قد تطور من بعض التكتلات الأصلية في السحابة البدائية للمادة التي أدت إلى إشعاع الخلفية. كان من المفترض أن تكون عُقد المادة الأكثر كثافة قليلًا داخل أسلاف السحابة للتجمعات العملاقة اليوم أكثر سخونة قليلاً من المتوسط. لذلك بدأ العلماء في البحث عن نقاط ساخنة خفية.

في غضون ذلك ، هاجم آخرون جانبًا مختلفًا من المشكلة. مع تمدد الكون ، تميل الجاذبية المشتركة من كل المادة الموجودة فيه إلى إبطاء هذا التمدد ، مثلما تحاول جاذبية الأرض سحب صاروخ صاعد إلى الأرض. إذا كان السحب قويًا بدرجة كافية ، فسيتوقف التمدد ويعكس نفسه إذا لم يكن كذلك ، فسيستمر الكون في الاتساع ، حرفيًا إلى الأبد. والذي هو؟ طريقة واحدة لمعرفة ذلك هي وزن الكون - لجمع كل النجوم وكل المجرات ، وحساب جاذبيتها ومقارنتها بمعدل تمدد الكون. إذا كان الكون يتحرك بسرعة هروب ، فلا أزمة كبيرة.

المشكلة هي أنه لا أحد يستطيع معرفة مقدار المادة الموجودة بالفعل. كان من السهل رؤية النجوم والمجرات. ولكن لوحظ منذ ثلاثينيات القرن الماضي أن شيئًا ما كامنًا هناك إلى جانب النجوم المتوهجة والغازات التي يمكن لعلماء الفلك رؤيتها. كانت المجرات في مجموعات تدور حول بعضها بسرعة كبيرة جدًا ، وكان من المفترض ، عن طريق الحقوق ، أن تطير في الفضاء مثل الأطفال غير المقيدين الذين يتدفقون من دوامة سريعة الدوران. كانت المجرات الفردية تدور حول مراكزها بسرعة كبيرة جدًا ، وكان من المفترض أن تتفرق بعيدًا منذ فترة طويلة. الاحتمال الوحيد: شكل من أشكال المادة المظلمة غير المرئية كان يربط الأشياء ببعضها البعض ، وبينما يمكنك استنتاج كتلة المادة المظلمة داخل المجرات وحولها ، لم يعرف أحد ما إذا كانت تملأ أيضًا الفراغات المظلمة في الفضاء ، حيث لا يمكن اكتشاف آثارها.

لذلك حاول علماء الفيزياء الفلكية مقاربة أخرى: تحديد ما إذا كان التوسع يتباطأ ، ومقدار ذلك. هذا ما شرع بريان شميدت ، عالم الفلك الشاب في مرصد ماونت ستروملو في أستراليا ، في عام 1995. جنبًا إلى جنب مع فريق من الزملاء ، أراد قياس التباطؤ الكوني ، المعروف رسميًا باسم "معامل التباطؤ". كانت الفكرة مباشرة: انظر إلى الكون القريب وقياس مدى سرعته في التوسع. ثم افعل الشيء نفسه بالنسبة للكون البعيد ، الذي يصل ضوءه إلينا الآن ، بعد أن انبعث عندما كان الكون صغيرًا. ثم قارن بين الاثنين.

استخدمت مجموعة شميدت وفريق منافس بقيادة شاول بيرلماتر ، من مختبر لورانس بيركلي في كاليفورنيا ، تقنيات مشابهة جدًا لإجراء القياسات. لقد بحثوا عن نوع من الانفجار يسمى المستعر الأعظم من النوع Ia ، يحدث عندما يدمر نجم كبير السن نفسه في انفجار نووي حراري هائل. النوع Ia ساطع جدًا بحيث يمكن رؤيته على طول الطريق عبر الكون وموحد بما يكفي لحساب المسافة التي تفصلها عن الأرض بدقة. هذا هو المفتاح: نظرًا لأن الكون كله يتمدد بمعدل معين في أي وقت ، فإن المجرات البعيدة تبتعد عنا أسرع من المجرات القريبة. لذا قام فريق شميدت وبيرلماتر بقياس المسافة إلى هذه المستعرات الأعظمية (مستنبطة من سطوعها) وسرعة ركودها (استنتاجها من احمرار ضوءها ، وهي ظاهرة تؤثر على جميع الأجسام المتحركة ، والمعروفة للفيزيائيين باسم انزياح دوبلر). أعطى الجمع بين هاتين المعلومتين معدل التوسع ، سواء الآن أو في الماضي.

بحلول عام 1998 ، عرف كلا الفريقين أن شيئًا غريبًا جدًا كان يحدث. كان من المفترض أن يتباطأ التوسع الكوني كثيرًا أو قليلاً ، اعتمادًا على ما إذا كان يحتوي على الكثير من المادة أو القليل - وهو تأثير كان يجب أن يظهر كمستعرات عظمى بعيدة ، تبدو أكثر إشراقًا مما تتوقعه مقارنةً بالمستعرات الأعظمية الأقرب. لكن في الواقع ، كانوا أكثر قتامة - كما لو كان التوسع يتسارع. يتذكر آدم ريس ، عالم الفلك بمعهد علوم تلسكوب الفضاء الذي يحلل البيانات من مجموعة شميدت ، "ظللت أجري الأرقام عبر الكمبيوتر ، ولم تكن الإجابات منطقية. كنت متأكدًا من وجود خطأ في البرنامج." في غضون ذلك ، أمضت مجموعة بيرلماتر الجزء الأكبر من العام في محاولة لمعرفة ما يمكن أن يؤدي إلى نتائج مجنونة خاصة بها.

في النهاية ، تبنى كلا الفريقين موقف شيرلوك هولمز: بمجرد القضاء على المستحيل ، كل ما تبقى ، بغض النظر عن مدى احتماله ، يجب أن يكون صحيحًا. كان الكون يتسارع بالفعل ، مما يشير إلى أن نوعًا من القوة المضادة للجاذبية كانت تعمل ، مما أجبر المجرات على التحليق بعيدًا حتى عندما كانت الجاذبية العادية تحاول تجميعها معًا. يقول ريس: "لقد ساعدت كثيرًا أن مجموعة شاول كانت تحصل على نفس الإجابة التي حصلنا عليها. عندما تكون لديك نتيجة غريبة ، فأنت تحب أن تكون لديك شركة". أعلنت كلتا المجموعتين عن نتائجهما في وقت واحد تقريبًا ، وتم تسمية الكون المتسارع اكتشاف العام لعام 1998 من قبل مجلة العلوم.

رغم كل ما يبدو من غرابة ، كان للجاذبية المضادة تاريخ ، يعود تاريخه إلى نظرية النسبية العامة لأينشتاين عام 1916. تشير معادلات النظرية إلى أن الكون يجب أن يتمدد أو يتقلص بحيث لا يمكن ببساطة أن يظل هناك. ومع ذلك ، أصر علماء الفلك اليوم ، المسلحين بتلسكوبات ضعيفة نسبيًا ، على أنهم يفعلون ذلك بالضبط. متذمرًا بشأن الاضطرار إلى تشويه أناقة الرياضيات المحبوبة ، أضاف أينشتاين مصطلحًا إضافيًا إلى معادلات النسبية. يسمى الثابت الكوني ، وهو يرقى إلى القوة التي تعارض الجاذبية وتدعم الكون.

بعد عقد من الزمان ، اكتشف إدوين هابل أن الكون يتوسع بعد كل شيء. تخلى أينشتاين على الفور وبارتياح كبير عن الثابت الكوني ، معلناً أنه أكبر خطأ فادح في حياته. (إذا كان قد تمسك ببندقيته ، فربما يكون قد أمسك بجائزة نوبل أخرى).

ومع ذلك ، لم تكن فكرة الثابت الكوني ميتة تمامًا. اقترحت معادلات فيزياء الكم بشكل مستقل أن الفراغ الذي يبدو فارغًا للفضاء يجب أن يغلي بشكل من أشكال الطاقة التي من شأنها أن تتصرف تمامًا مثل الجاذبية المضادة التي تبرأ منها أينشتاين. كانت المشكلة أن هذه القوة كانت ستصبح قوية جدًا لدرجة أنها كانت ستفجر الكون قبل أن تتشكل الذرات ، ناهيك عن المجرات - وهو ما لم يحدث بشكل واضح. "القيمة التي يتنبأ بها علماء فيزياء الجسيمات للثابت الكوني ،" كما يعترف تيرنر من شيكاغو ، "هي الرقم الأكثر إحراجًا في الفيزياء".

بصرف النظر عن هذه التفاصيل ، فإن علاقة أينشتاين جعلت فكرة الطاقة المظلمة ، أو الجاذبية المضادة ، تبدو أقل جاذبية إلى حد ما عندما كان شميدت وبيرلماتر يزنانها. بالطبع ، كان لدى بعض علماء الفيزياء الفلكية شكوك باقية. ربما لم يكن لدى المراقبين سطوع المستعرات الأعظمية بشكل صحيح ، فربما يكون الضوء من الانفجارات النجمية البعيدة خافتًا بسبب نوع من الغبار. علاوة على ذلك ، فإن الخصائص الفريدة للثابت الكوني تجعل الكون يتباطأ في وقت مبكر ، ثم يتسارع. ذلك لأن الطاقة المظلمة تنمو كوظيفة للفضاء. لم يكن هناك مساحة كبيرة في الكون الصغير ، لذا في ذلك الوقت كانت قوة الجاذبية الكابحة ستسيطر. في الآونة الأخيرة ، تراجعت قوة الجاذبية مع نمو المسافة بين المجرات وأحدثت هذه الزيادة نفسها لمزيد من الطاقة المظلمة. لم يقم أحد بالتحقيق بعمق كافٍ لمعرفة ما كان يحدث بالفعل في الماضي البعيد.

أو بالأحرى ، لم يحصل أي شخص على بيانات كافية. في عام 1997 ، استخدم عالما الفلك مارك فيليبس من معهد علوم تلسكوب الفضاء ورون جيليلاند من معهد كارنيجي بواشنطن هابل لاكتشاف مستعر أعظم بعيدًا تم تحديده SN 1997ff وبمساعدة بيتر نوجنت ، عالم فلك لورانس بيركلي في فريق بيرلماتر ، قد حددت سرعتها من الركود من الأرض. لم يستطع Nugent معرفة المسافة ، على الرغم من ذلك: تحديد سطوع النوع Ia لا يتطلب قياس واحد فقط بل عدة قياسات ، موزعة بمرور الوقت.

على الفريق المنافس ، علم ريس بالاكتشاف ، لكنه علم بعد ذلك بوقت قصير أن صورًا أخرى من هابل قد التقطت أيضًا المستعر الأعظم ، عن طريق الصدفة تمامًا. لذلك في أحد أيام الصيف الماضي ، يتذكر ، "اتصلت ببيتر وبدأت في البحث عن المعلومات. أعتقد أنني لم أكن حذرًا بشكل خاص. قال على الفور تقريبًا ، هل تسأل عن 1997 وما بعده؟"

بدلاً من محاولة الإمساك ببعضهم البعض ، قرر المنافسون الودودون التعاون - وسرعان ما أدركوا أنهم عثروا على شيء مذهل حقًا. كان المستعر الأعظم الجديد ، الذي كان أقرب بنحو 50٪ من بداية الكون من أي مستعر أعظم معروف من قبل ، أكثر سطوعًا مما كان متوقعًا. أدى ذلك إلى استبعاد فكرة الغبار تمامًا ، حيث كان من المفترض أن يكون النجم الأبعد خافتًا للغبار أكثر من النجوم القريبة منه. لكن مستوى السطوع أشار أيضًا إلى أن هذا المستعر الأعظم كان يتألق عندما كان توسع الكون لا يزال يتباطأ. يقول ريس: "في العادة ، نرى أشياءً غريبة ونحاول جعل نماذجنا للكون مناسبة. هذه المرة وضعنا حلقة لتقفز الملاحظات مسبقًا ، وقد فعلوا ذلك - مما يجعل الأمر أكثر إقناعًا . "

اختبار الكرة النارية الكونية

ما يجعلها أكثر إقناعًا هو أن نوعًا مختلفًا تمامًا من الملاحظة - البحث الطويل الأمد عن التكتل في إشعاع الخلفية الكونية - يشير الآن بشكل مستقل إلى أن الطاقة المظلمة حقيقية. تم اكتشاف الكتل نفسها لأول مرة منذ حوالي عقد من الزمن ، وذلك بفضل القمر الصناعي Cosmic Background Explorer. في ذلك الوقت ، أعلن عالم الفيزياء الفلكية والمتحدث باسم الكوب جورج سموت أنه "إذا كنت متدينًا ، فهذا يشبه رؤية الله".

لكن الأمر كان أشبه برؤية الله من خلال أكواب زجاجات الكوكاكولا القذرة: فقد رأى القمر الصناعي كتلًا لكنه لم يستطع تحديد الكثير عنها. في أبريل ، على الرغم من ذلك ، قدم العلماء صورًا أكثر وضوحًا من تجربة محمولة بالبالون تسمى boomerang (ملاحظات البالون للإشعاع المليمتري خارج المجرة والجيوفيزياء) ، والتي رفعت الأدوات إلى طبقة الستراتوسفير في أنتاركتيكا من حد أقصى آخر مسمى (مصفوفة تصوير تجربة تباين المليمتر ، والتي فعلت نفس الشيء فوق الولايات المتحدة) ومن تلسكوب ميكروويف على الأرض في القطب الجنوبي ، يسمى dasi (مقياس التداخل الزاوي الدرجة).

اتفقت كل هذه القياسات إلى حد كبير مع بعضها البعض ، مما يؤكد أن الكتل التي رآها العلماء كانت حقيقية ، وليست بعض الأعطال في التلسكوبات. وقبل أسبوعين فقط ، أكد علماء الفلك من مسح سلون الرقمي للسماء أن هذا التكتل البدائي قد انتقل إلى العصر الحديث. مهمة المسح التي استمرت خمس سنوات ، وهي إنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد للكون ، لم تكتمل بعد ، لكن العلماء أفادوا في اجتماع الربيع للجمعية الفلكية الأمريكية في باسادينا ، كاليفورنيا ، أنه من الواضح أكثر من أي وقت مضى أن مجموعة المجرات معًا في كتل ضخمة تعكس الظروف التي كانت موجودة بعد الانفجار العظيم بوقت قصير.

بالنسبة للعين المجردة ، الصور لا معنى لها. ومع ذلك ، يُظهر تحليل إحصائي أن الكتل المبكرة - في الواقع بقع من الإشعاع الأكثر دفئًا أو برودة قليلاً - لا تأتي عشوائياً ، بل تأتي بأحجام ثابتة معينة. يقول عالم الفيزياء الفلكية في جامعة بنسلفانيا ماكس تيغمارك ، "يبدو الأمر كما لو كنت تدرس الكلاب ، وتكتشف أنها تأتي في ثلاثة أنواع فقط: لابرادور ، ولعبة البودل ، والشيواوا."

تبين أن هذا مهم للغاية.إن معرفة الأحجام المميزة ودرجات الحرارة ، حتى جزء من المليون من الدرجة ، لهذه المناطق الدافئة والباردة يمنح علماء الفيزياء النظرية جميع أنواع المعلومات حول الكون حديث الولادة. لقد كانوا بالفعل متأكدين تمامًا ، من معادلات الفيزياء النووية ومن قياسات الكميات النسبية للهيدروجين والهيليوم والليثيوم في الكون ، أن البروتونات والنيوترونات والإلكترونات (اللبنات الأساسية لكل ذرة في الكون) تضيف ما يصل إلى حوالي 5٪ مما يسمى بالكثافة الحرجة - وهو ما يتطلبه الأمر لإيقاف التمدد الكوني بشكل أساسي عن طريق الجاذبية.

ولكن عندما تضيف "كلاب" Tegmark ، بالإضافة إلى المعادلات الباطنية في فيزياء شبه نووية ، اتضح أن 30٪ إضافية من المادة المطلوبة تأتي على الأرجح في شكل جسيمات غامضة تم تحديدها من الناحية النظرية فقط ، أبدًا جسيمات ملحوظة مباشرة بأسماء غريبة مثل نيوترالينو وأكسيون. هذه هي المادة المظلمة الغامضة ، أو معظمها على أي حال. بدأ إشعاع الخلفية الكونية نفسه في التألق عندما كان عمر الكون 300 ألف عام ، لكن تقلبات درجات الحرارة كانت موجودة عندما كان عمره جزء من الثانية فقط. يقول Tegmark: "إنه لأمر رائع أن تكون قادرًا على النظر إلى الوراء إلى هذا الحد".

تقدم الكلاب أيضًا جزءًا أساسيًا آخر من المعلومات: فهي تخبر المنظرين كيف يكون الكون منحنيًا ، بالمعنى الآينشتاين. لا توجد طريقة لنقل هذا المفهوم إلى غير الفيزيائي إلا عن طريق القياس ثنائي الأبعاد (انظر كيف ينحني الكون؟ الرسم التخطيطي). يحتوي سطح الكرة على ما يسمى الانحناء الإيجابي إذا ذهبت بعيدًا بدرجة كافية في اتجاه واحد ، فلن تصل أبدًا إلى الحافة ولكنك ستعود في النهاية إلى نقطة البداية. ورقة كبيرة بلا حدود مسطحة ، ولأنها لا نهائية ، فهي أيضًا بلا حواف. والسرج الذي يمتد إلى الأبد يعتبر بلا حواف ومنحني سلبًا. اتضح أيضًا أن أي مثلث ترسمه على الورقة له زوايا مجموعها 180 درجة ، لكن زوايا الكرة دائمًا أكبر من 180 درجة والسرج دائمًا أقل.

الشيء نفسه ينطبق على الكون ، ولكن بعد واحد آخر. وفقًا لأينشتاين ، يمكن أن يكون كل شيء منحنيًا أو مسطحًا بشكل إيجابي أو سلبي (لكن لا تحاول أن تتخيل في أي اتجاه قد يكون منحنيًا ، فمن المستحيل تمامًا تخيله). يقول تيرنر: "ما تخبرنا به القياسات الجديدة هو أن الكون في الواقع مسطح. ارسم مثلثًا يصل طوله عبر الكون ، وستكون الزوايا مجموعها دائمًا 180 درجة."

وفقًا لأينشتاين ، يتم تحديد انحناء الكون من خلال كمية المادة والطاقة التي يحتوي عليها. من الواضح أن الكون الذي نعيش فيه قد تم تسويته بالمادة فقط - لكن الاكتشافات الجديدة تثبت أن المادة العادية والجسيمات الغريبة تضيف ما يصل إلى حوالي 35٪ فقط مما قد تحتاجه. Ergo ، يجب أن يأتي الانحناء الإضافي من بعض الطاقة غير المرئية - تقريبًا تقريبًا ، كما اتضح ، التي اقترحتها ملاحظات المستعر الأعظم. يقول عالم الفيزياء الفلكية في جامعة برينستون ، إدوين تيرنر ، "كنت شديد الشك بشأن الطاقة المظلمة التي تعتمد فقط على المستعرات الأعظمية" (لا علاقة له بمايكل ، على الرغم من أن الاثنين غالبًا ما يشيران إلى بعضهما البعض باسم "توأم الشرير") "هذا يجعلني آخذ الطاقة المظلمة بجدية أكبر."

إن تسطيح الكون يعني أيضًا أن نظرية التضخم قد اجتازت اختبارًا رئيسيًا. نشأت النظرية في الأصل في عام 1980 (في سياق البحث عن الجسيمات الأولية ، وليس الفلكية) ، وتقول النظرية إن الكون المرئي بأكمله نما من بقعة أصغر بكثير من البروتون إلى كتلة صلبة بحجم حبة الجريب فروت ، بشكل فوري تقريبًا ، عندما كان الشيء .000000000000000000000000000000000001 ثانية. قديم. كان هذا التوسع التوربيني مدفوعًا بشيء مثل الطاقة المظلمة ولكنه أقوى كثيرًا. ما نسميه الكون ، باختصار ، جاء من العدم تقريبًا في وقت قصير جدًا. يقول آلان جوث من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، أحد رواد نظرية التضخم: "أسمي الكون الغداء المجاني النهائي". كانت إحدى عواقب التضخم ، التي تم التنبؤ بها قبل 20 عامًا ، أن الكون يجب أن يكون مسطحًا كما اتضح الآن.

إذا استمرت هذه الملاحظات في الصمود ، يمكن لعلماء الفيزياء الفلكية أن يكونوا متأكدين تمامًا من أنهم قاموا بتجميع قائمة الأجزاء الكاملة للكون أخيرًا: 5٪ مادة عادية ، 35٪ مادة مظلمة غريبة وحوالي 60٪ طاقة مظلمة. لديهم أيضًا فكرة جيدة عن مستقبل الكون. كل المواد مجتمعة ليس لديها جاذبية كافية لإيقاف التوسع بعد ذلك ، فإن تأثير الجاذبية المضادة للطاقة المظلمة يعمل في الواقع على تسريع التمدد. ولأن كمية الطاقة المظلمة ستزداد كلما كبر الفضاء ، فإن تأثيرها سيزداد فقط.

هذا يعني أن 100 مليار مجرة ​​أو نحو ذلك يمكننا رؤيتها الآن على الرغم من أن تلسكوباتنا ستنطلق خارج النطاق ، واحدة تلو الأخرى. بعد عشرات المليارات من السنين من الآن ، ستكون مجرة ​​درب التبانة هي المجرة الوحيدة التي ندركها بشكل مباشر (المجرات الأخرى القريبة ، بما في ذلك سحابة ماجلان الكبيرة ومجرة أندروميدا ، سوف تنجرف إلى مجرة ​​درب التبانة واندمجت معها) .

بحلول ذلك الوقت ، ستكون الشمس قد تقلصت لتصبح قزمًا أبيض ، مما يعطي القليل من الضوء وحتى حرارة أقل لكل ما تبقى من الأرض ، ودخلت في موت طويل الأمد يمكن أن يدوم 100 تريليون سنة - أو ألف مرة أطول مما كان عليه الكون. حتى تاريخه. سيحدث نفس الشيء لمعظم النجوم الأخرى ، على الرغم من أن القليل منهم سينهي حياتهم على شكل سوبر نوفا مشتعلة. أخيرًا ، على الرغم من ذلك ، فإن كل ما سيبقى في الكون سيكون ثقوبًا سوداء ، ورماد النجوم المحترقة وقشور الكواكب الميتة. سيكون الكون باردًا وأسودًا.

لكن هذه ليست النهاية ، وفقًا لعالم الفيزياء الفلكية بجامعة ميتشيغان فريد آدامز. خبير في مصير الكون ومؤلف مشارك مع جريج لافلين من The Five Ages of the Universe (Touchstone Books 2000) ، يتوقع آدامز أن كل هذه المادة الميتة ستنهار في النهاية إلى ثقوب سوداء. بحلول الوقت الذي يبلغ فيه عمر الكون 1 تريليون تريليون تريليون تريليون سنة ، سوف تتفكك الثقوب السوداء نفسها إلى جزيئات شاردة ، والتي سوف تترابط بشكل غير محكم لتكوين "ذرات" فردية أكبر من حجم كون اليوم. في النهاية،


تاريخ استكشاف الفضاء

خلال الفترة التي انقضت منذ إطلاق أول قمر صناعي عام 1957 ، سافر رواد الفضاء إلى القمر ، واكتشفت المجسات النظام الشمسي ، واكتشفت الأجهزة الموجودة في الفضاء آلاف الكواكب حول النجوم الأخرى.

علوم الأرض ، علم الفلك ، الدراسات الاجتماعية ، تاريخ الولايات المتحدة ، تاريخ العالم

رواد فضاء أبولو 11 على القمر

كان سباق الفضاء جزءًا أقل عدوانية ، ولكن ليس أقل قدرة على المنافسة ، من الحرب الباردة بين الاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة. تفوق الاتحاد السوفيتي على منافسه في كل منعطف تقريبًا ، حتى تغلبت عليهم الولايات المتحدة حتى خط النهاية عن طريق هبوط رواد الفضاء على القمر. أكمل نيل أرمسترونج وباز ألدرين تلك المهمة في عام 1969.

يسرد هذا شعارات البرامج أو شركاء NG Education الذين قدموا أو ساهموا في المحتوى على هذه الصفحة. مستوي بواسطة

بدأنا نحن البشر المغامرة في الفضاء منذ 4 أكتوبر 1957 ، عندما أطلق اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (الاتحاد السوفيتي) سبوتنيك ، أول قمر صناعي يدور حول الأرض. حدث هذا خلال فترة العداء السياسي بين الاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة المعروفة باسم الحرب الباردة. لعدة سنوات ، كانت القوتان العظميان تتنافسان لتطوير صواريخ ، تسمى الصواريخ الباليستية العابرة للقارات (ICBMs) ، لحمل أسلحة نووية بين القارات. في الاتحاد السوفياتي ، طور مصمم الصواريخ سيرجي كوروليف أول صاروخ باليستي عابر للقارات ، وهو صاروخ يسمى R7 ، والذي سيبدأ سباق الفضاء.

وصلت هذه المنافسة إلى ذروتها مع إطلاق سبوتنيك. كان القمر الصناعي سبوتنيك ، الذي تم حمله فوق صاروخ R7 ، قادرًا على إرسال أصوات تنبيه من جهاز إرسال لاسلكي. بعد وصوله إلى الفضاء ، دار سبوتنيك حول الأرض مرة كل 96 دقيقة. يمكن الكشف عن أصوات التنبيه اللاسلكي على الأرض أثناء مرور القمر الصناعي في سماء المنطقة ، لذلك عرف الناس في جميع أنحاء العالم أنه كان بالفعل في المدار. أدركت الولايات المتحدة أن لدى الاتحاد السوفيتي قدرات تفوق التقنيات الأمريكية التي يمكن أن تعرض الأمريكيين للخطر. ثم بعد شهر ، في 3 نوفمبر 1957 ، حقق السوفييت مشروعًا فضائيًا أكثر إثارة للإعجاب. كان هذا سبوتنيك الثاني ، قمر صناعي يحمل كائنًا حيًا ، كلبًا اسمه لايكا.

قبل إطلاق سبوتنيك ، كانت الولايات المتحدة تعمل على قدرتها الخاصة لإطلاق قمر صناعي. بذلت الولايات المتحدة محاولتين فاشلتين لإطلاق قمر صناعي إلى الفضاء قبل أن تنجح في إطلاق صاروخ يحمل قمرًا صناعيًا يُدعى Explorer في 31 يناير 1958. وكان الفريق الذي حقق أول إطلاق قمر صناعي أمريكي يتألف إلى حد كبير من مهندسي الصواريخ الألمان الذين طوروا ذات مرة قمرًا باليستيًا. صواريخ لألمانيا النازية. العمل مع الجيش الأمريكي في ريدستون أرسنال في هانتسفيل ، ألاباما ، قاد مهندسو الصواريخ الألمان فيرنر فون براون وقاموا بتطوير صاروخ V2 الألماني إلى صاروخ أقوى ، يسمى جوبيتر سي ، أو جونو. حمل إكسبلورر عدة أدوات إلى الفضاء لإجراء تجارب علمية. كانت إحدى الأدوات عبارة عن عداد جيجر لاكتشاف الأشعة الكونية. كان هذا لتجربة أجراها الباحث جيمس فان ألين ، والتي أثبتت ، جنبًا إلى جنب مع قياسات من الأقمار الصناعية اللاحقة ، وجود ما يسمى الآن بأحزمة فان ألين الإشعاعية حول الأرض.

في عام 1958 ، تم دمج أنشطة استكشاف الفضاء في الولايات المتحدة في وكالة حكومية جديدة ، الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا). عندما بدأت ناسا عملياتها في أكتوبر 1958 ، استوعبت ما كان يسمى اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية (NACA) ، والعديد من المرافق البحثية والعسكرية الأخرى ، بما في ذلك وكالة الصواريخ الباليستية التابعة للجيش (ريدستون أرسنال) في هانتسفيل.

كان أول إنسان في الفضاء هو رائد الفضاء السوفيتي يوري جاجارين ، الذي قام بمدار واحد حول الأرض في 12 أبريل 1961 ، في رحلة استغرقت 108 دقيقة. بعد أكثر من ثلاثة أسابيع بقليل ، أطلقت ناسا رائد الفضاء آلان شيبرد إلى الفضاء ، ليس في رحلة مدارية ، ولكن على مسار دون مداري ورحلة مدشا تذهب إلى الفضاء ولكنها لا تسير على طول الطريق حول الأرض. استغرقت رحلة شيبرد ورسكووس شبه المدارية أكثر من 15 دقيقة بقليل. بعد ثلاثة أسابيع ، في 25 مايو ، تحدى الرئيس جون ف. كينيدي الولايات المتحدة لتحقيق هدف طموح ، معلنًا: & ldquo أعتقد أن هذه الأمة يجب أن تلتزم بتحقيق الهدف ، قبل انتهاء العقد ، وهو إنزال رجل على سطح القمر. وإعادته بسلام إلى الأرض ".

بالإضافة إلى إطلاق أول قمر صناعي ، وأول كلب في الفضاء ، وأول إنسان في الفضاء ، حقق الاتحاد السوفيتي معالم فضاء أخرى متقدمًا على الولايات المتحدة. تضمنت هذه المعالم لونا 2 ، الذي أصبح أول جسم من صنع الإنسان يضرب القمر في عام 1959. بعد ذلك بوقت قصير ، أطلق الاتحاد السوفيتي لونا 3. بعد أقل من أربعة أشهر من رحلة Gagarin & rsquos في عام 1961 ، دارت مهمة بشرية سوفيتية ثانية حول رائد فضاء حول الأرض ليوم كامل. كما حقق الاتحاد السوفيتي أول عملية سير في الفضاء وأطلق مهمة فوستوك 6 ، مما جعل فالنتينا تيريشكوفا أول امرأة تسافر إلى الفضاء.

خلال الستينيات ، أحرزت وكالة ناسا تقدمًا نحو هدف الرئيس كينيدي ورسكووس المتمثل في إنزال إنسان على القمر من خلال برنامج يسمى مشروع الجوزاء ، حيث اختبر رواد الفضاء التكنولوجيا اللازمة للرحلات المستقبلية إلى القمر ، واختبروا قدرتهم على تحمل أيام عديدة في رحلات الفضاء. تبع مشروع الجوزاء مشروع أبولو ، الذي أخذ رواد فضاء إلى مدار حول القمر وإلى سطح القمر بين عامي 1968 و 1972. وفي عام 1969 ، في أبولو 11 ، أرسلت الولايات المتحدة أول رواد فضاء إلى القمر ، وأصبح نيل أرمسترونج أول رواد فضاء. أن تطأ قدم الإنسان على سطحه. خلال مهمات الهبوط ، جمع رواد الفضاء عينات من الصخور والغبار القمري التي لا يزال العلماء يدرسونها لمعرفة المزيد عن القمر. خلال الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي ، أطلقت وكالة ناسا أيضًا سلسلة من المسابير الفضائية تسمى مارينر ، والتي درست الزهرة والمريخ وعطارد.

تمثل المحطات الفضائية المرحلة التالية من استكشاف الفضاء. كانت أول محطة فضاء في مدار الأرض هي محطة ساليوت 1 السوفيتية ، والتي تم إطلاقها في عام 1971. وتبعتها محطة ناسا ورسكووس سكايلاب الفضائية ، وهي أول مختبر مداري درس فيه رواد الفضاء والعلماء الأرض وتأثيرات رحلات الفضاء على جسم الإنسان. خلال السبعينيات ، نفذت وكالة ناسا أيضًا مشروع Viking حيث هبط مسباران على سطح المريخ ، والتقطوا صورًا عديدة ، وفحصوا كيمياء بيئة سطح المريخ ، واختبروا الأوساخ المريخية (تسمى الثرى) لوجود الكائنات الحية الدقيقة.

منذ انتهاء برنامج أبولو القمري في عام 1972 ، اقتصر استكشاف الإنسان للفضاء على مدار أرضي منخفض ، حيث تشارك العديد من الدول وتجري أبحاثًا في محطة الفضاء الدولية. ومع ذلك ، فقد سافرت المجسات غير المأهولة في جميع أنحاء نظامنا الشمسي. في السنوات الأخيرة ، توصلت المجسات إلى مجموعة من الاكتشافات ، بما في ذلك أن قمر كوكب المشتري ، المسمى يوروبا ، وقمر زحل ، المسمى إنسيلادوس ، لهما محيطات تحت جليدهما السطحي يعتقد العلماء أنها قد تأوي الحياة. وفي الوقت نفسه ، اكتشفت أجهزة في الفضاء ، مثل تلسكوب كبلر الفضائي ، والأدوات الموجودة على الأرض آلاف الكواكب الخارجية ، والكواكب التي تدور حول نجوم أخرى. بدأ هذا العصر من اكتشاف الكواكب الخارجية في عام 1995 ، وتسمح التكنولوجيا المتقدمة الآن للأجهزة الموجودة في الفضاء بتوصيف الغلاف الجوي لبعض هذه الكواكب الخارجية.

كان سباق الفضاء جزءًا أقل عدوانية ، ولكن ليس أقل قدرة على المنافسة ، من الحرب الباردة بين الاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة. تفوق الاتحاد السوفيتي على منافسه في كل منعطف تقريبًا ، حتى تغلبت عليهم الولايات المتحدة حتى خط النهاية عن طريق هبوط رواد الفضاء على القمر. أكمل نيل أرمسترونج وباز ألدرين تلك المهمة في عام 1969.


تصور انقباض الزمان والمكان والجاذبية

أنا سعيد بمكان كهذا حيث يمكنني أن آتي لمناقشة ما يدور في ذهني مع المهتمين. تعمل delema الخاصة بي على توسيع فهمي المفاهيمي للنسبية وكيف يتم إدراكها للزمكان والجاذبية.

للبدء ، سوف أتطرق إلى كيفية فهمي لتقلص الزمكان. يبدو أن إطارًا S يراقب إطارًا متحركًا آخر S 'سوف يلاحظ إطار S' كما هو متقلص في المكان والزمان. من أجل التبسيط ، كلاهما يسيران في اتجاه المحور x و x. لنفترض أننا في مركبة فضائية قريبة من سرعة الضوء ونرى أنفسنا كالمعتاد. لكن الإطار الآخر يتحرك بالقرب من سرعة الضوء ويتقلص. لها سرعة نحونا. يشير هذا إلى تقليصه ، ثم نضيف وقتًا إلى مقدمة إطاره لتقريبه ، لكن الجزء الخلفي من الإطار سنحصل على مزيد من الوقت الإضافي حيث نقترب من الجزء الأمامي من هذا الإطار المتحرك. هذا من شأنه أن ينكمش الإطار المرصود. بالطبع سنفعل ذلك باستخدام رياضيات انكماش لورنتز. ثم يمكنك التفكير في النهاية البعيدة للإطار S الذي تم تعيينه مسبقًا في الوقت المناسب مما يرمز إلى السفر إلى مستقبل الإطار S. قد يبدو هذا منطقيًا لأنك ستعيش لفترة أطول مسافرًا بسرعة تقترب من سرعة الضوء. كما أنه يلمح إلى العلاقة التي لا يمكن فصلها بين المكان والزمان.

حسنًا ، لدينا شخص ما على الأرض يراقب مركبة فضائية مباشرة فوق رأسه بالقرب من سرعة الضوء. يبدو متعاقدًا ولكن لأسباب مختلفة. لديه سرعة أمامية ويبدو أنه متقلص. لها سرعة أمامية ، ثم تقوم بطرح الوقت من مقدمة المركبة وإضافة الوقت إلى مؤخرة المركبة وهذا يؤدي إلى تقليصها. يمكنك بعد ذلك أن تتخيل بينما تسافر المركبة إلى الأمام باستمرار مما يؤدي إلى طرح الوقت منها والحفاظ على العمر الافتراضي للركاب. يبدو أن هذا يشير أيضًا إلى اتصال المكان والزمان ولكن من منظور الإطار S.

ومع ذلك ، لا يبدو أن الانكماش في الزمكان يتغير بسرعة ثابتة. يشير هذا إلى أن السبب في انكماش الزمكان يرجع إلى التسارع. إذن ، بينما نقوم بتسريع هذا التشويه في الزمكان يبدو أنه ينكمش الفضاء ويشوه الزمن.

حسنًا الآن دعنا نفكر في الجاذبية والأرض على سبيل المثال. إذا وضعنا ساعة عالية فوق الأرض بسرعة أقل وساعة أخرى في قاعدة الأرض بتراكم أعلى ، فيجب تشويه الساعات في الوقت المناسب وإلغاء التزامن بسبب تقلص الوقت والمكان. لكن بالنسبة للأرض ، يبدو أن هذا الانكماش في الزمان والمكان في كل الاتجاهات. يقترح تقريبًا تدفق الزمان والمكان إلى الأرض أو المادة. أو أن المستقبل يتدفق إلى بئر جاذبية.

الآن يبدو أن هذا يوحي لي بالمهمة باعتبارها فجوة في الزمان والمكان يتدفق فيها الزمان والمكان؟ يبدو أنه يشير إلى تسمية مناسبة للثقب الأسود على ما أعتقد. أو أن هذا يشير إلى أن الجاذبية هي تأثير نسبي. أتساءل عما إذا كان هذا يعني أن هذا يتطلب أن ما يقنع الجاذبية هو تأثير نسبي في ذاتها؟

وهذا يؤدي إلى سؤالي النهائي الذي يفترض أن جميع افتراضاتي الأخرى صحيحة أعلاه. إذا لم تخبرني. سؤالي الآن دعونا ننظر في المادة وصولا إلى الذرة. ما هو التأثير النسبي الذي نعرفه في الذرة والذي يمكن أن يسبب الجاذبية وتشويه الزمكان. هل يمكن أن تكون الاختلافات بين سرعات البروتون والإلكترون؟ هل هناك تأثير نسبي آخر يحدث في الذرة لا يمكنني أخذه بعين الاعتبار؟


يقوم الفيزيائيون بعكس الزمن باستخدام الكمبيوتر الكمومي

الائتمان: @ tsarcyanide / MIPT

تعاون باحثون من معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا مع زملائهم من الولايات المتحدة وسويسرا وأعادوا حالة الكمبيوتر الكمومي بجزء من الثانية إلى الماضي. كما قاموا بحساب احتمال أن إلكترونًا في الفضاء بين النجوم الفارغ سيعود تلقائيًا إلى ماضيه القريب. تم نشر الدراسة في التقارير العلمية.

"هذه واحدة من سلسلة من الأوراق حول إمكانية انتهاك القانون الثاني للديناميكا الحرارية. يرتبط هذا القانون ارتباطًا وثيقًا بمفهوم سهم الوقت الذي يفترض الاتجاه أحادي الاتجاه للوقت من الماضي إلى المستقبل ،" قال المؤلف الرئيسي للدراسة جوردي ليسوفيك ، الذي يرأس مختبر فيزياء تكنولوجيا المعلومات الكمومية في MIPT.

قال ليسوفيك: "بدأنا بوصف ما يسمى بآلة الحركة الدائمة المحلية من النوع الثاني. ثم ، في ديسمبر ، نشرنا ورقة تناقش انتهاك القانون الثاني عبر جهاز يسمى شيطان ماكسويل". "تتناول الورقة البحثية الأخيرة نفس المشكلة من زاوية ثالثة: لقد أنشأنا بشكل مصطنع حالة تتطور في اتجاه معاكس لاتجاه السهم الديناميكي الحراري للوقت."

ما الذي يجعل المستقبل مختلفًا عن الماضي

معظم قوانين الفيزياء لا تميز بين المستقبل والماضي.على سبيل المثال ، دع معادلة تصف التصادم والارتداد لكرتي بلياردو متطابقتين. إذا تم تسجيل لقطة مقربة لهذا الحدث بالكاميرا وتشغيلها في الاتجاه المعاكس ، فلا يزال من الممكن تمثيلها بنفس المعادلة. علاوة على ذلك ، لا يمكن التمييز بين التسجيل إذا تم التلاعب به. كلا الإصدارين يبدو معقولاً. يبدو أن كرات البلياردو تتحدى الشعور الحدسي بالوقت.

ومع ذلك ، تخيل تسجيل كرة رئيسية تكسر الهرم ، وتنتشر كرات البلياردو في جميع الاتجاهات. في هذه الحالة ، من السهل التمييز بين سيناريو الحياة الواقعية والتشغيل العكسي. ما يجعل هذا الأخير يبدو سخيفًا للغاية هو فهمنا البديهي للقانون الثاني للديناميكا الحرارية - نظام منعزل إما يظل ثابتًا أو يتطور نحو حالة من الفوضى بدلاً من النظام.

معظم قوانين الفيزياء الأخرى لا تمنع كرات البلياردو المتدحرجة من التجمع في شكل هرم ، أو الشاي المنقوع من التدفق عائدًا إلى كيس الشاي ، أو البركان من "الانفجار" في الاتجاه المعاكس. لكن هذه الظواهر لا تُلاحظ ، لأنها تتطلب نظامًا منعزلاً ليفترض حالة أكثر تنظيماً دون أي تدخل خارجي ، وهو ما يتعارض مع القانون الثاني. لم يتم شرح طبيعة هذا القانون بالتفصيل الكامل ، لكن الباحثين حققوا تقدمًا كبيرًا في فهم المبادئ الأساسية الكامنة وراءه.

انعكاس تلقائي للوقت

قرر علماء فيزياء الكم من MIPT التحقق مما إذا كان الوقت يمكن أن يعكس نفسه تلقائيًا على الأقل بالنسبة لجسيم فردي ولجزء صغير من الثانية. أي بدلاً من اصطدام كرات البلياردو ، قاموا بفحص إلكترون منفرد في مساحة فارغة بين النجوم.

"لنفترض أن الإلكترون تم تحديد موقعه عندما نبدأ في رصده. وهذا يعني أننا متأكدون تمامًا من موقعه في الفضاء. تمنعنا قوانين ميكانيكا الكم من معرفته بدقة مطلقة ، ولكن يمكننا تحديد منطقة صغيرة حيث يقول المؤلف المشارك في الدراسة أندري ليبيديف من MIPT و ETH Zurich.

يشرح الفيزيائي أن تطور حالة الإلكترون تحكمه معادلة شرودنجر. على الرغم من أنه لا يميز بين المستقبل والماضي ، فإن منطقة الفضاء التي تحتوي على الإلكترون ستنتشر بسرعة كبيرة. وهذا يعني أن النظام يميل إلى أن يصبح أكثر فوضوية. يتزايد عدم اليقين بشأن موقع الإلكترون. هذا مشابه للاضطراب المتزايد في نظام واسع النطاق - مثل طاولة البلياردو - بسبب القانون الثاني للديناميكا الحرارية.

تعكس المراحل الأربع للتجربة الفعلية على جهاز كمبيوتر كمي مراحل التجربة الفكرية التي تتضمن إلكترونًا في الفضاء والتشابه التخيلي مع كرات البلياردو. يتطور كل نظام من الأنظمة الثلاثة في البداية من النظام إلى الفوضى ، ولكن بعد ذلك يؤدي الاضطراب الخارجي الموقوت تمامًا إلى عكس هذه العملية. الائتمان: @ tsarcyanide / MIPT

"ومع ذلك ، فإن معادلة شرودنغر قابلة للعكس ،" يضيف فاليري فينوكور ، المؤلف المشارك للورقة ، من مختبر أرغون الوطني بالولايات المتحدة "رياضيًا ، فهذا يعني أنه في ظل تحول معين يسمى الاقتران المعقد ، فإن المعادلة ستصف" اللطخة " إعادة توطين الإلكترون في منطقة صغيرة من الفضاء خلال نفس الفترة الزمنية ". على الرغم من أن هذه الظاهرة لا تُلاحظ في الطبيعة ، إلا أنها يمكن أن تحدث نظريًا بسبب التقلب العشوائي في الخلفية الكونية الميكروية التي تخترق الكون.

شرع الفريق في حساب احتمالية ملاحظة إلكترون "ملطخ" خلال جزء من الثانية يتم تحديده تلقائيًا في ماضيه القريب. اتضح أنه حتى عبر عمر الكون بأكمله - 13.7 مليار سنة - مع ملاحظة 10 مليارات إلكترون حديث التواجد كل ثانية ، فإن التطور العكسي لحالة الجسيم لن يحدث إلا مرة واحدة. وحتى ذلك الحين ، لن ينتقل الإلكترون أكثر من جزء واحد من عشرة مليارات من الثانية إلى الماضي.

من الواضح أن الظواهر واسعة النطاق التي تنطوي على كرات البلياردو والبراكين تتكشف على نطاقات زمنية أكبر بكثير وتتميز بعدد مذهل من الإلكترونات والجسيمات الأخرى. وهذا ما يفسر سبب عدم ملاحظتنا لكبار السن وهم يكبرون في سن أصغر أو انفصال بقعة حبر عن الورق.

عكس الوقت عند الطلب

ثم حاول الباحثون عكس الوقت في تجربة من أربع مراحل. بدلاً من الإلكترون ، لاحظوا حالة الكمبيوتر الكمومي المكون من عنصرين وثلاثة عناصر أساسية تسمى وحدات توصيل فائقة التوصيل.

  • المرحلة 1: طلب. تتم تهيئة كل كيوبت في الحالة الأساسية ، ويُشار إليها بالرمز صفر. يتوافق هذا التكوين المرتب للغاية مع إلكترون متمركز في منطقة صغيرة ، أو رف من كرات البلياردو قبل الاستراحة.
  • المرحلة الثانية: التدهور. النظام مفقود. تمامًا كما يتم تلطيخ الإلكترون على مساحة كبيرة بشكل متزايد من الفضاء ، أو يتم كسر الرف على طاولة البلياردو ، تصبح حالة الكيوبتات نمطًا متغيرًا أكثر تعقيدًا من الأصفار والآحاد. يتم تحقيق ذلك من خلال إطلاق برنامج التطور لفترة وجيزة على الكمبيوتر الكمومي. في الواقع ، قد يحدث تدهور مماثل في حد ذاته بسبب التفاعلات مع البيئة. ومع ذلك ، فإن البرنامج الخاضع للرقابة للتطور الذاتي سيمكن المرحلة الأخيرة من التجربة.
  • المرحلة 3: عكس الوقت. يقوم برنامج خاص بتعديل حالة الكمبيوتر الكمومي بطريقة تتطور بعد ذلك "إلى الوراء" ، من الفوضى إلى النظام. هذه العملية مشابهة لتقلب خلفية الموجات الدقيقة العشوائية في حالة الإلكترون ، ولكن هذه المرة ، يتم تحريضها عمداً. من الواضح أن التشبيه بعيد المنال لمثال البلياردو هو قيام شخص ما بإعطاء الطاولة ركلة محسوبة تمامًا.
  • المرحلة 4: التجديد. يتم إطلاق برنامج التطور من المرحلة الثانية مرة أخرى. شريطة أن يتم تسليم "الركلة" بنجاح ، لا ينتج عن البرنامج المزيد من الفوضى ، بل يعيد حالة الكيوبتات إلى الماضي ، بالطريقة التي يتم بها توطين الإلكترون الملطخ أو إعادة كرات البلياردو لمساراتها في الاتجاه المعاكس التشغيل ، وتشكيل مثلث في النهاية.

وجد الباحثون أنه في 85 بالمائة من الحالات ، عاد الكمبيوتر الكمومي المكون من 2 كيوبت إلى حالته الأولية. عندما تم تضمين ثلاثة كيوبتات ، حدث المزيد من الأخطاء ، مما أدى إلى معدل نجاح بنسبة 50 بالمائة تقريبًا. وفقًا للمؤلفين ، فإن هذه الأخطاء ناتجة عن عيوب في الكمبيوتر الكمومي الفعلي. نظرًا لتصميم أجهزة أكثر تطوراً ، من المتوقع أن ينخفض ​​معدل الخطأ.

ومن المثير للاهتمام أن خوارزمية انعكاس الوقت نفسها يمكن أن تكون مفيدة في جعل أجهزة الكمبيوتر الكمومية أكثر دقة. وأوضح ليبيديف أنه "يمكن تحديث الخوارزمية الخاصة بنا واستخدامها لاختبار البرامج المكتوبة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية والقضاء على الضوضاء والأخطاء".


شركة الفضاء Astra توقع أول عقد إطلاق تجاري لتعزيز قدرة الصاروخ

سياتل (رويترز) - قال الرئيس التنفيذي لشركة أسترا الناشئة للنقل الفضائي المدعومة من الملياردير والتي تهدف إلى طرح أسهمها للاكتتاب العام قبل يوليو تموز في صفقة بشيك على بياض بقيمة 2.1 مليار دولار ، إنها وقعت أول عقد إطلاق تجاري لها مع شركة التصوير الخاصة بلانيت. .

وقالت شركة ألاميدا ، التي تتخذ من كاليفورنيا مقراً لها ، إنها ستكون قادرة على رفع الأقمار الصناعية التي يصل وزنها إلى 500 كيلوغرام (1100 رطل) إلى مدار أرضي منخفض قبل عام 2025 ، وهي قفزة في السعة بمقدار عشرة أضعاف عن تصاميمها الحالية ، والتي تهدف إلى كسب الأعمال من النطاق العريض القادم. الأبراج الضخمة مثل Amazon.com Inc & # x27s (AMZN.O) Project Kuiper.

لم يتضح على الفور كيف تغيرت تصاميم صواريخ الشركة و # x27s لزيادة سعة الحمولة.

من المتوقع الإعلان عن العقد التجاري وقدرات حمولة الصاروخ و # x27s في وقت لاحق يوم الأربعاء.

وقال كريس كيمب الرئيس التنفيذي لشركة Astra لرويترز قبل الإعلان: `` نحن ملتزمون بالانطلاق من أي مكان على الأرض إلى أي مكان في الفضاء ، متى احتاجنا عملاؤنا.

رفضت كيمب الكشف عن قيمة صفقة الإطلاق المتعددة مع بلانيت ، لكنها قالت إن أسترا ، التي لديها أيضًا عقد إطلاق حكومي واحد على الأقل ، ضمنت عائدات خدمات الإطلاق بما يقرب من 150 مليون دولار حتى الآن. قد يتم إطلاق أول كوكب Astra & # x27s في أقرب وقت في العام المقبل.

قال كيمب ، الذي تأسس في عام 2016 في مرآب لتصليح السيارات ، افتتحت أسترا مقرًا رئيسيًا ومصنعًا للصواريخ بالقرب من سان فرانسيسكو في عام 2019 ، ويعمل بها ما يقرب من 175 موظفًا. وتهدف إلى بدء إطلاق صواريخ شهريًا في الصيف المقبل ، على الرغم من فشل صاروخها في الوصول إلى مداره خلال رحلة تجريبية من ألاسكا العام الماضي.

يأمل داعموها ، بما في ذلك رائد الهاتف الخلوي الملياردير كريج مكاو والشريك المؤسس لشركة مايكروسوفت (MSFT.O) بيل جيتس ، في نموذج منخفض التكلفة وإيقاع إطلاق لافت للنظر - حيث تنطلق صواريخ Astra أسبوعيًا أو حتى يوميًا من منصة الإطلاق المحمولة. - سيميزها عن مجال مزدحم من الشركات الناشئة في مجال الصواريخ الصغيرة.

تأمل مثل هذه الشركات في الاستفادة من العدد المتزايد من الأقمار الصناعية المدمجة التي تحتاج إلى رحلة إلى المدار في السنوات القادمة. هذه الحمولات ، في حدود مئات الكيلوجرامات ، أصغر بكثير من الأقمار الصناعية التجارية أو العلمية أو العسكرية التقليدية ، التي يمكن أن تزن عشرات الآلاف من الكيلوجرامات.

هذا الاتجاه يغذيه النقد الاستثماري والقفزات التكنولوجية التي عززت قدرات الأقمار الصناعية المصغرة لكل شيء من خدمات النطاق العريض إلى الأمن القومي إلى دراسات المناخ.

أدى صخب النشاط إلى نوبة جنون من ضخ رأس المال وعقد الصفقات بشيك على بياض.

يتم طرح Astra للاكتتاب العام بقيمة 2.1 مليار دولار من خلال صفقة من المتوقع أن تغلق قبل يوليو مع شركة الاستحواذ ذات الأغراض الخاصة Holicity Inc (HOL.O) ، بدعم من McCaw and Gates.

تتضمن الصفقة استثمارًا خاصًا بقيمة 200 مليون دولار بقيادة صناديق وحسابات تديرها شركة BlackRock Inc (BLK.N).

كما أعلنت شركة Rocket Lab الصغيرة لصناعة الصواريخ ، التي أطلقت بالفعل 97 قمراً صناعياً للاستخدام الحكومي والتجاري ، عن صفقة في مارس مع شركة SPAC للاكتتاب العام عند تقييم يقارب 4.1 مليار دولار بما في ذلك الديون.


ما هو محرك Alcubierre "الاعوجاج"؟

تصور حقل الاعوجاج ، حسب Alcubierre Drive. الائتمان: AllenMcC

من الجيد دائمًا معرفة أن الأفكار الشائعة في الخيال العلمي لها أساس في الحقيقة العلمية. المجمدات المبردة ، مسدسات الليزر ، الروبوتات ، غرسات السيليكات ... ودعونا لا ننسى محرك الاعوجاج! صدق أو لا تصدق ، هذا المفهوم - المعروف بالتناوب باسم السفر FTL (Faster-Than-Light) ، Hyperspace ، Lightspeed ، وما إلى ذلك - في الواقع له قدم واحدة في عالم العلم الحقيقي.

في الفيزياء ، هو ما يُعرف باسم Alcubierre Warp Drive. على الورق ، يعد هذا حلًا تخمينيًا للغاية ، ولكنه ربما يكون صحيحًا ، لحل معادلات مجال أينشتاين ، وتحديدًا كيفية تفاعل المكان والزمان والطاقة. في هذا النموذج الرياضي الخاص للزمكان ، هناك ميزات تذكرنا على ما يبدو بـ "محرك الالتواء" الخيالي أو "الفضاء الفائق" من امتيازات الخيال العلمي البارزة ، ومن هنا جاءت العلاقة.

منذ أن اقترح أينشتاين لأول مرة نظرية النسبية الخاصة في عام 1905 ، ظل العلماء يعملون في ظل القيود التي يفرضها الكون النسبي. أحد هذه القيود هو الاعتقاد بأن سرعة الضوء غير قابلة للكسر ، وبالتالي ، لن يكون هناك شيء مثل السفر أو الاستكشاف في الفضاء FTL.

على الرغم من أن الأجيال اللاحقة من العلماء والمهندسين تمكنت من كسر حاجز الصوت وهزيمة جاذبية الأرض ، إلا أن سرعة الضوء بدت وكأنها أحد العوائق التي كان من المقرر أن تستمر. ولكن بعد ذلك ، في عام 1994 ، جاء عالم فيزياء مكسيكي يُدعى ميغيل ألكوبيير (Miguel Alcubierre) جنبًا إلى جنب مع طريقة مقترحة لتمديد نسيج الزمكان بطريقة من شأنها ، من الناحية النظرية ، أن تسمح لسفر FTL أن يسير بخطى سريعة.

لتوضيح الأمر ببساطة ، تتضمن طريقة السفر الفضائي هذه شد نسيج الزمكان في موجة من شأنها (من الناحية النظرية) أن تتسبب في تقلص الفضاء أمام جسم ما بينما تتسع المساحة خلفه. عندئذٍ يكون جسم داخل هذه الموجة (أي مركبة فضائية) قادرًا على ركوب هذه المنطقة ، والمعروفة باسم "فقاعة الالتواء" للفضاء المسطح.

هذا ما يُعرف باسم "مقياس الكوبيير". يُفسَّر المقياس في سياق النسبية العامة ، ويسمح لفقاعة الالتواء بالظهور في منطقة مسطحة سابقًا من الزمكان والابتعاد عنها ، بشكل فعال بسرعات تتجاوز سرعة الضوء. الجزء الداخلي من الفقاعة هو الإطار المرجعي بالقصور الذاتي لأي كائن يسكنها.

نظرًا لأن السفينة لا تتحرك داخل هذه الفقاعة ، ولكن يتم نقلها مع تحرك المنطقة نفسها ، فلن تنطبق التأثيرات النسبية التقليدية مثل تمدد الوقت. ومن ثم ، فإن قواعد الزمان والمكان وقوانين النسبية لن يتم انتهاكها بالمعنى التقليدي.

مفهوم الفنان لمركبة فضائية تستخدم Alcubierre Warp Drive. الائتمان: ناسا

أحد أسباب ذلك هو أن هذه الطريقة لن تعتمد على التحرك أسرع من الضوء بالمعنى المحلي ، حيث أن شعاع الضوء داخل هذه الفقاعة لا يزال يتحرك دائمًا أسرع من السفينة. إنه فقط "أسرع من الضوء" بمعنى أن السفينة يمكن أن تصل إلى وجهتها بشكل أسرع من شعاع الضوء الذي كان يسافر خارج فقاعة الالتواء.

ومع ذلك ، هناك مشاكل قليلة مع هذه النظرية. أولاً ، لا توجد طرق معروفة لإنشاء مثل هذه الفقاعة الملتوية في منطقة من الفضاء لا تحتوي بالفعل على واحدة. ثانيًا ، بافتراض وجود طريقة لإنشاء مثل هذه الفقاعة ، فلا توجد حتى الآن أي طريقة معروفة لمغادرة الفقاعة مرة واحدة داخلها. نتيجة لذلك ، يظل محرك Alcubierre (أو المقياس) في فئة النظرية في هذا الوقت.

رياضياً ، يمكن تمثيلها بالمعادلة التالية: ds2 = - (a2 - BiBi) dt2 + 2Bi dxi dt + gijdxi dxj ، حيث a هي دالة الفاصل التي تعطي الفاصل الزمني المناسب بين الأسطح الفوقية القريبة ، Bi هو ناقل التحول التي تتعلق بأنظمة الإحداثيات المكانية على الأسطح الفوقية المختلفة و gij هو مقياس محدد إيجابي على كل من الأسطح الفوقية.

محاولات التطوير:

في عام 1996 ، أسست وكالة ناسا مشروعًا بحثيًا يُعرف باسم مشروع فيزياء الدفع الاختراق (BPP) لدراسة مقترحات وتقنيات المركبات الفضائية المختلفة. في عام 2002 ، توقف تمويل المشروع ، مما دفع المؤسس - مارك جي ميليس - والعديد من الأعضاء إلى إنشاء مؤسسة Tau Zero Foundation. سميت هذه المنظمة على اسم الرواية الشهيرة التي تحمل نفس الاسم من تأليف بول أندرسون ، وهي مكرسة للبحث في السفر بين النجوم.

في عام 2012 ، أعلن مختبر فيزياء الدفع المتقدم التابع لوكالة ناسا (المعروف أيضًا باسم Eagleworks) أنهم بدأوا في إجراء تجارب لمعرفة ما إذا كان "محرك الالتواء" ممكنًا في الواقع. وشمل ذلك تطوير مقياس تداخل لاكتشاف التشوهات المكانية الناتجة عن تمدد وتقلص الزمكان لمقياس Alcubierre.

وصف رئيس الفريق - الدكتور هارولد سوني وايت - عملهم في ورقة ناسا بعنوان Warp Field Mechanics 101. كما شرح عملهم في منشور ناسا 2012 Roundup:

"لقد بدأنا سرير اختبار مقياس التداخل في هذا المختبر ، حيث سنقوم بالمرور ومحاولة إنشاء مثيل مجهري لفقاعة الاعوجاج الصغيرة. وعلى الرغم من أن هذا مجرد مثال مجهري للظاهرة ، إلا أننا نشعر بالقلق وقت الفضاء ، جزء واحد من 10 ملايين ، مقدار ضئيل جدًا ... تسمح لك الرياضيات بالذهاب إلى Alpha Centauri في غضون أسبوعين كما تقاس بالساعات هنا على الأرض. لذا فإن ساعة شخص ما على متن المركبة الفضائية لها نفس معدل الوقت الذي يستغرقه شخص ما في قد يكون هناك سيطرة على المهمة هنا في هيوستن. لا توجد قوى مد والجزر ، ولا توجد مشكلات لا داعي لها ، والتسارع المناسب هو صفر. عندما تقوم بتشغيل الحقل ، لا يقوم الجميع بالهجوم على الحاجز ، (والذي) سيكون قصيرًا جدًا ورحلة حزينة ".

في عام 2013 ، نشر الدكتور وايت وأعضاء من Eagleworks نتائج اختبارهم الميداني الذي استغرق 19.6 ثانية في ظروف الفراغ. تم تقديم هذه النتائج ، التي اعتبرت غير حاسمة ، في 2013 Icarus Interstellar Starship Congress الذي عقد في دالاس ، تكساس.

عندما يتعلق الأمر بمستقبل استكشاف الفضاء ، يبدو أن بعض الأسئلة الصعبة للغاية لا مفر منها. وأسئلة مثل "سنستغرق وقتًا طويلاً للوصول إلى أقرب نجم؟" تبدو مزعجة إلى حد ما عندما لا نسمح بنوع من السرعة الفائقة أو طريقة عبور أسرع من الضوء. كيف يمكننا أن نتوقع أن نصبح نوعًا بين النجوم عندما تستغرق جميع الطرق المتاحة قرونًا (أو أطول) ، أو ستشمل إرسال مركبات نانوية بدلاً من ذلك؟

في الوقت الحاضر ، لا يبدو أن مثل هذا الشيء يقع بالكامل في نطاق الاحتمال. ومحاولات إثبات خلاف ذلك تظل غير ناجحة أو غير حاسمة. ولكن كما علمنا التاريخ ، فإن ما يعتبر مستحيلًا يتغير بمرور الوقت. يوما ما ، من يدري ما قد نكون قادرين على تحقيقه؟ ولكن حتى ذلك الحين ، علينا فقط التحلي بالصبر وانتظار الأبحاث المستقبلية.


12 إجابات 12

إجابة لوبوس صحيحة تمامًا بالطبع. سأحاول أن أعطيك بعض الأمثلة عن سبب تحفيز الخط المستقيم جسديًا (إلى جانب كونه استثنائيًا رياضيًا باعتباره منحنى أقصى).

صورة 2-المجال (سطح الكرة). إذا كانت النملة تعيش هناك وسار بشكل مستقيم ، فيجب أن يكون واضحًا أنه سيعود من حيث أتى بمسار مساره على شكل دائرة. تخيل نملة ثانية وافترض أنه سيبدأ في المشي من نفس نقطة النملة الأولى وبنفس السرعة ولكن في اتجاه مختلف. سينتج أيضًا دائرة وستتقاطع الدائرتان عند نقطتين (يمكنك تخيل هاتين الدائرتين على أنها خطوط زوال ونقاط عبور على أنها قطب شمالي وجنوبي).

الآن ، من وجهة نظر النمل الذين لا يدركون أنهم يعيشون في مساحة منحنية ، يبدو أن هناك قوة بينهم لأن المسافة بينهم ستتغير بمرور الوقت بشكل غير خطي (فكر في خطوط الطول هذه مرة أخرى). هذا هو أحد تأثيرات الزمكان المنحني على الحركة على الجسيمات (هذه في الواقع قوى المد والجزر). قد تتخيل أنه إذا لم يكن السطح كرويًا ولكن بدلاً من ذلك كان منحنيًا بشكل مختلف ، فإن الخطوط المستقيمة ستبدو مختلفة أيضًا. على سبيل المثال بالنسبة للترامبولين ، ستحصل على علامات ناقصة (حسنًا ، تقريبًا ، لا تغلق تمامًا ، مما يؤدي على سبيل المثال إلى مقدمة الحضيض الشمسي لعطارد).

الكثير لشرح كيفية انحناء الزمكان (المناقشة أعلاه كانت فقط حول الفضاء إذا أدخلت النسبية الخاصة في الصورة ، ستحصل أيضًا على تأثيرات جديدة لخلط المكان والزمان كالمعتاد). ولكن كيف يعرف الزمكان أنه يجب أن يكون منحنيًا في المقام الأول؟ حسنًا ، لأنه يتبع معادلات أينشتاين (لكن لماذا يطيع هذه المعادلات هو سؤال منفصل). تصف هذه المعادلات بدقة كيف تؤثر المادة على الزمكان. إنها بالطبع متوافقة مع الجاذبية النيوتونية في السرعة المنخفضة ونظام الكتلة الصغيرة ، على سبيل المثالبالنسبة للشمس ، ستحصل على انحناء الترامبولين والكواكب (التي ستنتج أيضًا خدوشًا صغيرة ، مثل التقاط الأقمار ، على سبيل المثال ، لكن انس أمرها للحظة لأنها ليست مهمة لحركة الكوكب حول الشمس) اتبع الخطوط المستقيمة ، متحركًا في علامات الحذف (مرة أخرى ، قطع ناقص تقريبًا).

يوجد في الواقع جزءان مختلفان من النسبية العامة. غالبًا ما يتم ذكرهم على أنهم

النقطة رقم 1 هي في الواقع واضحة ومباشرة للشرح: تنتقل الأشياء ببساطة على أقصر المسارات الممكنة عبر الزمكان ، والتي تسمى الجيوديسيا. تبدو المسارات منحنية فقط بسبب التواء الزمكان. إذا كنت فيزيائيًا ، فأنت تريد أن تعرف أن هذه الحقيقة يمكن اشتقاقها من مبدأ الفعل المتطرف (مع كل التفاصيل الرياضية المطلوبة) ، ولكن إذا كنت لا تريد الخوض في الرياضيات ، آمل ذلك في الأقل منطقيًا أن تتحرك الأشياء على خطوط "مستقيمة". لا توجد قوة فعلية عندما ينحني مسار جسم ضخم (أو حتى عديم الكتلة) استجابة للجاذبية ، لأنه لا يتطلب أي قوة لإبقاء شيء ما يتحرك في خط مستقيم. (يمكنني بالتأكيد التوسع في هذه النقطة إذا أردت)

الآن ، ذكرت أن الزمكان يحتاج إلى الالتواء حتى تظهر لنا مسارات الأجسام منحنية على الرغم من كونها في الواقع "مستقيمة". لذا فإن جوهر النقطة رقم 2 هو ، لماذا يتشوه الزمكان في المقام الأول؟ ليس للفيزياء إجابة جيدة على ذلك. من الناحية الفنية ، ليس لدينا إجابة للنقطة رقم 1 أيضًا ، ولكن حجة "الخط المستقيم" على الأقل تجعلها تبدو معقولة للأسف ، لا توجد حجة معقولة مماثلة لسبب التفاف الزمكان حول المادة. (ربما في يوم من الأيام سنخرج بواحد) كل ما يمكننا فعله الآن هو إنتاج معادلات تصف كيف يتصرف الزمكان حول المادة ، أي معادلات أينشتاين التي يمكن كتابتها $ G_ < mu nu> = 8 pi T _ < mu nu> $ من بين طرق أخرى.

يحتاج تشبيه الترامبولين إلى مصدر إضافي للجاذبية - لأن هذا ما يفهمه عامة الناس ، ومتلقي التفسير ، بشكل حدسي - لكن النسبية العامة الحقيقية لا تحتاج إلى أي جاذبية "خارجية" إضافية.

بدلاً من ذلك ، تقول النسبية العامة أن الفضاء ينحني بواسطة معادلات أينشتاين ، $ G = T $ حيث الجانب الأيسر عبارة عن أرقام تصف الانحناء عند نقطة معينة والجانب الأيمن هو كثافة المادة والزخم. لقد حذفت المؤشرات والثوابت هههه. لذا تقول النسبية العامة كيف ينحني الزمكان تحت تأثير المادة.

الجزء الثاني من القصة هو أن النسبية العامة تقول أيضًا كيف تتحرك المادة في الهندسة الخارجية. إنه يتحرك على طول "الجيوديسيا" ، وهي خطوط مستقيمة بقدر ما يمكنك الحصول عليها. $ دلتا S_ = 0 $ هذا يعني في الواقع أن الكائنات تتحرك على طول المسارات المتوقعة والتي تبدو منحنية. هذه المسارات هي في الواقع مستقيمة في الزمكان المنحني بقدر ما يمكنك الحصول عليه.

تخيل أن هناك نصف كروي يحل محل قرص في الترامبولين. لذلك يوجد خط مستقيم (تقريبًا) على نصف الكرة الأرضية - أي خط الاستواء بالقرب من التقاطع مع بقية الترامبولين. لاحظ أن خط الاستواء على الأرض عبارة عن دائرة قصوى - لذا فهي من أكثر الخطوط المستقيمة التي يمكنك رسمها على سطح الأرض. وينطبق الشيء نفسه على جميع المسارات الفعلية التي تختارها الكائنات في الزمكان للنسبية العامة.

لذلك في مثال نصف الكرة فوق الترامبولين ، يمكن للجسيمات أن تدور حول خط الاستواء لنصف الكرة المرتبط ، تمامًا مثل الكواكب ، لأنها الخط الأكثر استقامة والطبيعية التي يمكن أن تختارها. لا أستخدم أي جاذبية خارجية لشرح الجاذبية الحقيقية بدلاً من ذلك ، بل أستخدم المبدأ القائل بأن الجسيمات تختار الخط الأكثر طبيعية - الأكثر استقامة - الذي يمكن أن تجده في الزمكان المنحني.

الإجابات الأخرى صحيحة بشكل أو بآخر ، لكن ربما يمكنني أن أقول شيئًا أكثر إلى حد السؤال ، * كيف يكون الزمكان المنحني نفسه قادرًا بالفعل على ممارسة قوة؟

لا حاجة لأي قوة مهما كانت.

الجاذبية ليست قوة. ما هي القوة على أي حال؟ أوضح نيوتن للمرة الأولى تقريبًا في العلوم ماهية القوة: أولاً سأقولها ، ثم أوضحها: القوة هي الشيء الذي يجعل حركة الجسم تنحرف عن حركة خط مستقيم منتظمة.

أشار نيوتن إلى أن الأجسام تميل ، القصور الذاتي ، إلى الاستمرار في أي اتجاه تسير فيه بالفعل ، وبأي سرعة لديهم في الوقت الحالي. وهذا يعني الحركة المنتظمة والمستقيمة: سرعة ثابتة ، ونفس الاتجاه. عرف نيوتن أن هذا ما سيطلق عليه لاحقًا اسم الجيوديسيا ، لأن "الخط المستقيم هو أقصر مسافة بين نقطتين".

ثم ذهب نيوتن ليقول إن التغلب على القصور الذاتي ، للتغلب على هذا الميل ، يتطلب قوة: القوة هي ما يجعل الجسم يبتعد عن الجيوديسيا الذي يتجه (ولو مؤقتًا) (اتجاهه وسرعته).

كان أينشتاين (وقبله ماخ جزئيًا) هو الذي قال إن هذا لا يصل إلى جوهر السؤال. بالنسبة لأينشتاين ، يجب أن يكون أي نظام إحداثيات مسموحًا به بشكل متساوٍ ، وفي الواقع ، الزمكان منحني (كما أوضحته الملصقات الأخرى بالفعل). الجسم أو الجسيم تحت تأثير الجاذبية ينتقل في الواقع في الجيوديسية. أي أنه يفعل ما يفعله الجسيم الحر. أي أنه يفعل ما جسيم ليس تحت تأثير أي قوة يفعل. إذن الجاذبية ليست قوة.

لم يدرك نيوتن أن الزمكان يمكن أن يكون منحنيًا وأن الجيوديسيا لن تظهر بعد ذلك على أنها خطوط مستقيمة. عند عرضه في الفضاء وحده. هذا القطع الناقص الذي تراه في صور مدارات الكواكب؟ إنه ليس موجودًا حقًا بالطبع لأن الكوكب يصل فقط إلى نقاط مختلفة من القطع الناقص في أوقات مختلفة. هذا القطع الناقص ليس ما يجتازه الكوكب حقًا في الزمكان ، بل هو تنبؤ من مسار الكوكب على أ شريحة للفضاء ، إنه في الحقيقة مجرد ظل للمسار الحقيقي للكوكب ، ويبدو أكثر انحناءًا من المسار الحقيقي حقًا.

(إن انحناء الزمكان في جوار الأرض صغير جدًا حقًا! قد يبدو مسار الأرض في الزمان والمكان مستقيمًا تقريبًا لمراقب إقليدي وهمي ، في فضاء مسطح خماسي الأبعاد أكبر. من عالمنا ، كان ينظر إلينا في الزمكان المنحني قليلاً رباعي الأبعاد المضمن في عالمهم. إنه $ ct $ ، تذكر ، لذلك يتم توزيع الانحناء حول القطع الناقص على مدار سنة ضوئية كاملة ، ويبدو أنه مستقيم تقريبًا . و هو مباشرة عندما يأخذ المرء في الاعتبار الانحناء الطفيف للزمكان.)

نظرًا لأن كل جسيم تحت تأثير الجاذبية وحده يتحرك في جيوديسية ، فإنه لا يواجه أي قوة تجعله يبتعد عن قصوره الذاتي ويجعله يبتعد عن هذه الجيوديسية. إذن الجاذبية ليست قوة ، لكن القوى الكهربائية ما زالت موجودة. يمكنهم التغلب على القصور الذاتي لجسم مشحون وجعله ينحرف عن الجيوديسيا الذي يتجه إليه: تغيير سرعته واتجاهه (عندما تقاس السرعة والاتجاه في الزمكان المنحني).

لم يرغب أينشتاين (وأنا أيضًا) في تغيير تعريف القوة في هذا الوضع الجديد ، لأنه بعد كل القوى الكهربائية معروفة بوجودها ولا تزال قوى في الموارد الوراثية. لذا فإن المفهوم القديم للقوة لا يزال يحتفظ بفائدته للأشياء بخلاف الجاذبية. للتكرار: إذا كان الجسم لا يتحرك في الجيوديسية في الزمكان ، فأنت تبحث عن قوة تتغلب على قصورها الذاتي. ولكن بما أن الجاذبية وانحناء الزمكان لا يجعلان الجسم ينحرف عن الجيوديسية ، فلا أحد منهما قوة.

راجع أيضًا http://www.einstein-online.info/elementary/generalRT/GeomGravity.html الذي يتجنب مغالطة الترامبولين وله صورة رائعة عن الدائرة الكبرى.

كما ذكر آخرون ، فإن المشكلة الرئيسية في التصور الشائع هي أنه يغفل البعد الزمني. في الرسم المتحرك المرتبط أدناه ، يتم تضمين البعد الزمني لشرح كيف تختلف النسبية العامة عن نموذج نيوتن.

من السهل معرفة كيفية عمل ملف الهندسة من الزمكان يصف قوة الجاذبية - تحتاج فقط إلى فهم المعادلة الجيوديسية ، التي تصف النسبية العامة مسارات الأشياء الخاضعة للجاذبية ولا شيء غير ذلك. هذا هو جانب "الزمكان يؤثر على المادة" من النظرية.

لفهم سبب أهمية الانحناء على وجه الخصوص ، كخاصية للهندسة ، عليك أن تفهم جانب "تأثير المادة في الزمكان" في النسبية العامة. الافتراض هو أن لاغرانج الجاذبية للنظرية يساوي الانحناء القياسي - وهذا ما يسمى "عمل أينشتاين-هيلبرت" -

يمكنك ضبط التباين في الإجراء على صفر ، كما هو الحال مع أي نظرية كلاسيكية ، وحل معادلات الحركة. الطريقة التقليدية للقيام بذلك هي شيء من هذا القبيل -

لإصلاح قيمة $ kappa = 1 / <2 lambda> $ ، نفرض الجاذبية النيوتونية عند الطاقات المنخفضة ، والتي لا نأخذ فيها سوى عنصر الوقت ، الذي تصفه الجاذبية النيوتونية (سأستخدم $ C $ من أجل ثابت الجاذبية ، محتفظًا بالدولار G $ لتتبع موتر أينشتاين) -

فرض قانون بواسون من الجاذبية النيوتونية مع $ جزئي ^ 2 Phi $ تقريبًا $ Gamma _ <00، alpha> ^ alpha $،

4 دولارات بي سي rho تقريبًا < nabla ^ 2> Phi almost Gamma _ <00، alpha> ^ alpha almost > تقريبًا frac < kappa> <2> c ^ 4 rho Rightarrow kappa = frac << 8 pi G >> <> \ $

(حقيقة أن هذا ممكن أمر رائع - فهذا يعني أن افتراض أن الزمكان منحني بمعنى معين ينتج قوة تتفق مع ملاحظاتنا المتعلقة بالجاذبية عند الطاقات المنخفضة.) مما يمنحنا معادلة أينشتاين-مجال ،

أعتقد أن مشكلة الشخص العادي هي فهم سبب وجود حركة في الزمكان وأعتقد أن نوعًا من الإجابة هو أننا نقبل بالفعل الحركة عبر الزمن عندما نفكر في الزمان والمكان على أنهما منفصلان. حسنًا ، نحن نتحرك عبر الزمكان حيث لا يمكن فصل الزمان والمكان وعندما نتحرك عبر منطقة من الزمكان تحتوي على المادة ، فإن أقصر مسار للزمكان بين حدثين هو المسار الذي يتضمن الحركة عبر بت الفضاء بالإضافة إلى بت الوقت ( أي غير متعامد مع محاور الفضاء). يتم اختبار ذلك على أنه يقع تحت الجاذبية.

بديل كامل للإجابة المختصرة التي كتبتها منذ بعض الوقت:

طرح أكثر من شخص فكرة زوج من النمل يمشي على سطح كرة. كل نملة تتحرك في ما هو ، بالنسبة لها ، في خط مستقيم ، لكنها تقترب من بعضها البعض بمعدل متزايد حتى تصطدم. (بشرط أن يكونوا مصطفين بشكل صحيح.)

هذه استعارة ممتازة ، لكنها قد تكون مربكة لأن كل نملة تدفع نفسها ، لذلك يمكن أن تتوقف إذا أرادت ، ويجب أيضًا أن تصطف عند البدء وإلا لن تصطدم. إذا كنت تمسك بصخرة ثم تركتها ، فإنها تبدأ في التحرك ، والتي تبدو مختلفة عن صورة النمل.

تختفي كل هذه المشاكل إذا أدركت أنهم لا يسمونها الفضاءزمن من أجل لا شيء. سطح البالون ثنائي الأبعاد في تشبيه النمل على بالون (وفي الحقيقة يجب أن يكون النمل ثنائي الأبعاد ، يعيش داخل سطح البالون تمامًا كما ندمج في الزمكان). لكن من الخطأ الاعتقاد بأننا نتخلص من بُعد واحد فقط لنكون قادرين على تصور الفضاء المنحني. الطريقة الصحيحة للتفكير في البالون هي أن له بُعدًا واحدًا من الفضاء وآخر للوقت ، لذلك نحن حقًا نتخلص منه اثنين من بين الأبعاد الأربعة.

كل نملة تسابق بتهور نحو مستقبلها ، ولا يمكنها التوقف أو حتى الإبطاء. ولا يمكن للنمل أن يغيب عن بعضه البعض ، لأن المسارات التي يتبعونها هي في الحقيقة تاريخ حياتهم. تسمى المسارات خطوط العالم. كل نقطة على خط العالم هي وقت ومكان مرت به النملة. إذا تقاطع خطان من العالم ، فهذا يعني أن نملين كانا في نفس المكان في نفس الوقت.

لا يزال هذا محيرًا ، لأن البالون مستدير. أي اتجاه هو الوقت وأي اتجاه هو الفضاء؟ ماذا يحدث عندما تدور النملة حول الكرة؟ لفهم هذه الأسئلة ، عليك وضع نظام إحداثيات على الكرة. بالنسبة لعالم الألعاب هذا ، من المنطقي استخدام خطوط الطول والعرض كإحداثيات. القطب الجنوبي هو نوع من الانفجار الكبير (خذ هذا مع الكثير من الملح) والقطب الشمالي هو الأزمة الكبيرة في المستقبل (وهذا بالتأكيد لن يحدث في الحياة الحقيقية). خطوط خط العرض هي إحداثي الوقت ، مما يعني أن الوقت يتقدم على طول خطوط الطول.

تم وضع علامة على أحد الأسئلة على أنه نسخة مكررة من هذا السؤال ، لذلك أقوم بنشر إجابتي هنا.

الجاذبية هي بسبب انحناء الزمكان

اعتقد انه صحيح. هذا ما تقوله النسبية العامة ، وقد تم تأكيد النسبية العامة في تنبؤات تتراوح من وجود الثقوب السوداء إلى مدار عطارد إلى انحناء الضوء.

العلاقة بين الزمكان والانحناء والكتلة والجاذبية

أنت تقول إنك مرتبك بشأن كيفية ارتباط انحناء الزمكان والجاذبية. سأشرح ذلك بشكل أساسي في إجابتي ، بدءًا من الأمثلة الأبسط ، والانتقال إلى أمثلة أكثر تعقيدًا.

حسنًا ، لنفترض أن لديك ورقة من المطاط. هذا هو المثال الكلاسيكي للزمكان. لنفترض أنك أخذت كرة بولينج ووضعتها على لوح مطاطي مشدود. لديها كتلة كبيرة (مقارنة بما سنضعه على الورقة) ، وبالتالي فإن الورقة تنحني كثيرًا بالنسبة لكرة البولينج. لدينا الآن صورة في رأسنا مثل الصورة أدناه:

لذا فإن الكتلة تؤدي إلى الانحناء. ثم خذ كرة بيسبول ، على سبيل المثال ، وضعها بالقرب من كرة البولينج. تتدحرج باتجاه كرة البولينج ، أليس كذلك؟ يحدث هذا بسبب انحناء الورقة. إذن ، الانحناء يؤدي إلى الجاذبية. لذلك ، إذا كان جسم ما لديه كتلة كبيرة ، فإنه سينحني الزمكان بشكل كبير ، مما يؤدي إلى جاذبية قوية.

هذا ، بالطبع ، مثال مفرط في التبسيط. إنه ثنائي الأبعاد ، ولا يأخذ في الاعتبار العوامل الأخرى. دعونا ننتقل إلى 3-d (مع الأخذ في الاعتبار أن الكون مقبول ليكون في 4-d ، متجاهلاً مبدأ الهولوغرام). تمتص كتلة كرة البولينج الآن في الفراغ المحيط بها ، كما في الصورة أدناه:

والآن ، في هذه الحالة ، يمكننا أن نرى (أو نفهم) أن المزيد من الكتلة لا تزال تؤدي إلى مزيد من الانحناء. كلما زادت الكتلة ، كلما "يتقلص" الزمكان حول الجسم. لذلك ما زلنا نعتقد أن الكتلة تؤدي إلى الانحناء. الآن ، إذا وضعنا جسمًا بالقرب من هذا الجسم الضخم (مثل القمر المجاور للأرض) فإنه "يُمتص" نوعًا ما ، بسبب انحناء الزمكان ، على الرغم من أن القمر بالطبع ينقبض الزمكان حوله أيضًا. في هذه المرحلة ، لا يزال بإمكاننا أن نستنتج بشكل معقول أنه في الأبعاد الثلاثية ، تؤدي الكتلة إلى انحناء يؤدي إلى الجاذبية.

ولكن ، كما قلت سابقًا ، يُنظر إلى الكون عمومًا على أنه 4-d. كيف تبدو صورتنا عندما نضيف الوقت؟ حسنًا ، يتقلص البعد الزمني حول جسم ضخم. لذلك دعونا نتخيل مثالنا السابق ولكن نسيج الزمكان يحتوي على بضع ساعات مدمجة فيه من حين لآخر. مع اتساع المساحة وتقلصها ، فإن الساعات ("الوقت") وبالتالي سيكون الوقت على تلك الساعات "خاطئًا" - سيختلف عن الساعات الأخرى. وفي هذه الحالة ، عندما تتقلص الأرض في المكان والزمان حولها ، فإنها تغير الزمان والمكان (تنحني الزمكان) وهكذا عندما يدخل جسم آخر منطقتنا من الزمكان ، فإنه "يُمتص للداخل" ، ولكن حان الوقت أيضًا . هذا ، بالطبع ، مثال متطرف للغاية ، لكنني آمل أن يوضح هذا أنه يمكننا أن نستنتج أن الكتلة تؤدي إلى انحناء يؤدي إلى الجاذبية. والثقب الأسود ، هو ببساطة كتلة كبيرة لدرجة أنه يؤدي إلى الكثير من الانحناء بحيث تكون الجاذبية قوية جدًا بحيث لا يمكن للضوء الهروب.

ما تخبرنا به معادلة أينشتاين ، على المستوى الأساسي ، هو أن انحناء الزمكان وطاقة الإجهاد هما نفس الشيء.

من أجل احترام هذا القانون ، من الواضح أن طاقة الإجهاد لجسيم الاختبار لا يمكن أن تكون ثابتة في الزمكان مع الانحناء المتغير.

لذلك ، إذا كان بإمكانك اختيار مجموعة إحداثيات يتم فيها تمثيل موتر طاقة الإجهاد بواسطة كتلة طاقة الجسيم ، فإن التأثير العملي الذي يمكنك ملاحظته هو تغيير الطاقة والعزم لجسيم الاختبار.

لذلك عندما تلاحظ جسيم الاختبار ، سترى أنه يحتوي على طاقة وعزم متغيرين ، وبالتالي تستمد قوة تدفع هذه التغييرات. هذا ما نسميه الجاذبية.

ومع ذلك ، فإن النسبية العامة تعطي صورة أعمق بكثير للجاذبية كوصف لانحناء الزمكان ، لذلك ، بطريقة ما ، الجاذبية هي تأثير ملحوظ من انحناء الزمكان ، أو ، إذا أردت ، تأثير ملحوظ لتوزيع الكتلة والطاقة.

يؤثر الانحناء على الحركة من خلال جعل الخطوط المستقيمة قدر الإمكان تتقارب في النهاية ، ما عليك سوى تحديد الطريقة التي ستطير بها أنت وأصدقاؤك على ارتفاع ثابت من القطب الشمالي ، ثم بغض النظر عن الاتجاهات التي تسلكها (حتى إذا خرجت أنت وصديقك في اتجاهات مختلفة جدًا) ثم تبدأ في الالتقاء في القطب الجنوبي. هذه طريقة جيدة جدًا لوصف التأثير الذي يتم تحديده بواسطة المسار وليس بواسطة كتلة الكائن الذي يسلك المسار. يوصف هذا أحيانًا بأنه "الزمكان يخبر الأمر بكيفية التحرك" ولكن هذا في الحقيقة هو أن أقصر الخطوط الممكنة تتلاقى عندما ينحني الزمكان بالطريقة الصحيحة.

لكن الشيء الذي لم يتم ذكره بشكل كافٍ هو أنه في حين أن الكتلة والطاقة والزخم والضغط والضغط هي مصادر الانحناء ، فهي ليست الأشياء الوحيدة التي تخلق الانحناء ، فإن الانحناء نفسه يمكن أن يخلق مزيدًا من الانحناء الإضافي. يمكن لموجة الجاذبية أن تنتشر أو حتى تنتشر في فراغ من الفضاء الفارغ الخالي من كل الكتلة والطاقة والزخم والإجهاد والضغط.

المنطقة خارج نجم ساكن متماثل غير دوار منحنية ، حتى الأجزاء البعيدة عن أي كتلة أو طاقة أو زخم أو ضغط أو ضغط. تظل المساحة منحنية لأن الانحناء الحالي يتشكل تمامًا بحيث يستمر (أو يتسبب في حدوث انحناء مستقبلي تمامًا مثله تمامًا).

لذا فإن الانحناء يسمح ويتطلب في بعض الأحيان المزيد من الانحناء و / أو في المستقبل ، تمامًا كما تسمح الموجة الكهرومغناطيسية المتنقلة و / أو تتطلب وجود المزيد من الموجات الكهرومغناطيسية في مكان آخر و / أو لاحقًا. يسمح الفراغ بالانحناء بعيدًا عن مصادر الجاذبية تمامًا كما يسمح للموجات الكهرومغناطيسية بعيدًا عن المصادر الكهرومغناطيسية. ما تسمح به المصادر الكهرومغناطيسية هو أن تتصرف الحقول الكهرومغناطيسية بشكل مختلف (أي اكتساب الطاقة أو فقدها وكذلك التحرك بطرق مختلفة واكتساب الزخم والضغط وفقدانهما). وبالمثل ، فإن ما تفعله مصادر الجاذبية هو السماح للانحناء بالتفاعل مع نفسه بشكل مختلف عما قد يفعله بخلاف ذلك.

تخيل مساحة مسطحة من الفضاء على شكل كرة ، ثم تخيل مساحة منحنية من نوع قمع حيث تكون منطقتان من مساحة السطح متباعدتين أكثر مما لو كانت مسطحة (مثل نسخة ذات أبعاد أعلى من قمع وعلى سطح قمع دائرتان من محيط معين يكون بعيدًا كما تم قياسه على طول القمع ، ثم إذا كانت دائرتان متماثلتان في الحجم في ورقة مسطحة). لا يسمح الزمكان من تلقاء نفسه بربط هذين النوعين من المناطق معًا ، لكن عدم التطابق هذا هو بالضبط النوع أو عدم التطابق الذي يضع بعض الكتلة أو الطاقة هناك على إصلاحات الحدود. لذلك بدون كتلة لا يمكن أن تصطف هاتان المنطقتان ، مع الكتلة يمكنها ذلك. تمامًا مثل المجال الكهرومغناطيسي ، يمكن أن يكون له التواء إذا كان هناك شحنة هناك.

لذلك يحب انحناءك أن ينتشر بطريقة معينة ، وإذا كنت تريد أن ينحرف عن ذلك ، فأنت بحاجة إلى كتلة و / أو طاقة و / أو زخم و / أو ضغط و / أو ضغط. وستحتاج إلى النوع المناسب لمطابقته ، قد يكون النوع الذي تريده متاحًا ، وقد لا يكون موجودًا ، لذلك لن يُسمح بجميع أنواع الانحناءات. لكن الهدف من المصدر هو أنه يغير التوازن بين الانحناء القريب وليس ذلك يؤثر على الانحناء المستقبلي. إذن هناك نوع من التوازن ، وهناك أشياء يمكن أن تشوه هذا التوازن. تلك الأشياء التي تشوه توازن الفراغ الطبيعي تسمى مصادر الجاذبية.

إن وجود الزمكان المنحني هو شيء نلاحظه. إن وجود مصادر جاذبية يمكنها تغيير الطريقة الطبيعية أو العادية لتطور الانحناء هو شيء آخر تمامًا. يمكننا أن نجعل نظريات حول كيفية تطور المصادر ، ومن ثم يُجبر الانحناء على التطور معها ، وهذا ما تدور حوله الجاذبية ، حول تفاعلات الجاذبية (المصدر والانحناء معًا) وتغيير كيفية تطور الانحناء وتغيير التطور الذي يحدث فيه الانحناء وإلا فقد تطورت بطريقة مختلفة.

لذلك لا يوجد شيء دائري ، يتم ملاحظة الانحناء ، ويتفاعل بمفرده ويؤثر على نفسه بطريقة معينة (يتم ملاحظتها أيضًا) ، لكن مصادر الجاذبية يمكنها تغيير ذلك ومن خلال التفاعل مع مصادر الجاذبية (وهو ما يمكننا القيام به) يمكننا أن نجعل الانحناء بأنفسنا يتغير بطرق مختلفة عما قد يحدث لولا ذلك!


فك العلماء شفرة أصل العناصر الثقيلة للكون في الضوء من اندماج النجوم النيوترونية

عندما تصطدم النجوم النيوترونية: انقر هنا للحصول على رسم متحرك يظهر محاكاة اندماج لزوج من النجوم النيوترونية. (الائتمان: معهد كاليفورنيا للتقنية)

في بعض الأحيان - حتى في الأمور العلمية - يجب أن تكون محظوظًا.

في 17 أغسطس ، تمت معالجة العلماء في جميع أنحاء العالم لملاحظات شبه متزامنة بواسطة أدوات منفصلة: قامت مجموعة واحدة من الكواشف الأرضية بقياس توقيع حدث كارثي يرسل تموجات عبر نسيج الزمكان ، وكاشف قائم على الفضاء قاس بصمة أشعة غاما لانفجار عالي الطاقة صادر من نفس المنطقة من السماء.

قادت هذه الاكتشافات المتوازية علماء الفلك وعلماء الفيزياء الفلكية في بحث شامل عن قياسات أكثر تفصيلاً تشرح هذا التقاء الإشارات ، والتي سيتم تأكيدها في النهاية على أنها أول قياس لدمج نجمين نيوترونيين ونتائجها المتفجرة.

قبل أسبوع واحد فقط ، كان دانيال كاسين ، العالم في قسم العلوم النووية في مختبر لورانس بيركلي الوطني التابع لوزارة الطاقة (مختبر بيركلي) وأستاذ الفيزياء وعلم الفلك بجامعة كاليفورنيا في بيركلي ، يحضر مؤتمرًا علميًا في سياتل.

طُرح سؤال افتراضي على الحضور حول متى يكتشف علماء الفلك مصدرًا فيزيائيًا فلكيًا ينتج عنه اضطرابًا قويًا في استمرارية الزمكان - في شكل موجات الجاذبية - ويرون انفجارًا ضوئيًا مرتبطًا به.

توضح هذه الصورة ، المأخوذة من محاكاة تُظهِر تكوّن إطلاق يشبه الشرنقة في اندماج نجمين نيوترونيين ، كثافة الطاقة بعد تسع ثوانٍ من الاندماج ، مع كثافة أعلى موضحة بظلال صفراء. (معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا)

الهدف المحتمل هو الاندماج العنيف لنجم نيوتروني ، وهو بقايا فائقة الكثافة لنجم مفجر ، مع نجم نيوتروني آخر أو ثقب أسود. تم وضع مثل هذه الأحداث نظريًا لتزويد الكون بعناصر ثقيلة مثل الذهب والبلاتين والعناصر المشعة مثل اليورانيوم.

توقع معظم العلماء في الغرفة ، بناءً على الحساسية المخطط لها للأجهزة المستقبلية ، والندرة المفترضة لعمليات اندماج النجوم النيوترونية ، أن مثل هذا الاكتشاف التاريخي - مع بعض الحظ - قد يكون على بعد أكثر من عقد من الزمان.

إذن ، كاسن ، الذي كان يعمل منذ سنوات النماذج والمحاكاة للمساعدة في فهم الإشارات المحتملة من اندماج النجوم النيوترونية ، صُدمت عندما بدأت البيانات حول اندماج نجم نيوتروني وعواقبه تتدفق بعد أسبوع واحد فقط.

قال كاسن: "بدا الأمر جيدًا لدرجة يصعب تصديقها". "لم يكتشفوا موجات الجاذبية فحسب ، ولكن من اندماج نجم نيوتروني كان قريبًا جدًا ، كان عمليا في الفناء الخلفي لمنزلنا. بدأ كل شخص على وجه الأرض تقريبًا باستخدام التلسكوب في الإشارة إلى نفس الجزء من السماء ".

LIGO و VIRGO - شبكة من أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية الأرضية القادرة على مراقبة بعض الأحداث الأكثر عنفًا في الكون من خلال اكتشاف التغيرات الطفيفة جدًا في المسافات المقاسة بالليزر الناتجة عن تمرير موجات الجاذبية - قد التقطت حدثًا.

بعد ثانيتين ، تم الكشف عن انفجار قصير لأشعة جاما بواسطة أداة على متن تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة جاما. بعد أقل من 12 ساعة من ذلك ، رصد علماء الفلك اللمحة الأولى للضوء المرئي من الحدث.

عندما رأى Kasen تنبيهات البريد الإلكتروني تتداول حول الملاحظات المختلفة ، لم يسعه إلا أن يشعر بعدم الارتياح. قال: "لقد كنا ندرس لسنوات كيف ستبدو النجوم النيوترونية المتصادمة ، مع عدم وجود أي شيء يحدث سوى خيالنا النظري ونمذجة الكمبيوتر". "الآن ، كانت البيانات الحقيقية تتدفق ، وكانت ستختبر كل ما توقعناه."

خلال الأيام والأسابيع التالية ، قدم تدفق الملاحظات بيانات تؤكد أن الاندفاع اللامع تصرف بشكل ملحوظ مثل الاندماج النظري لنجمين نيوترونيين.

اقترحت المحاكاة الحاسوبية أنه خلال هذا الاندماج ، سيتم قذف جزء صغير من مادة النجوم النيوترونية إلى الفضاء المحيط. تنبأت النماذج بأن هذه السحابة من الحطام الغريب سوف تتجمع في عناصر ثقيلة وتصدر وهجًا إشعاعيًا أكثر سطوعًا من الشمس بعشرة ملايين مرة. تسمى هذه الظاهرة كيلونوفا أو ماكرونوفا.

رسم متحرك (انقر للحصول على نسخة أكبر) لنموذج كيلونوفا مرتبط بدمج نجم نيوتروني (يمين) ، يظهر تأثيرات سريعة باللون الأزرق وتأثيرات أبطأ باللون الأحمر ، ورسم بياني مرتبط يوضح كيف يتطابق النموذج مع البيانات المأخوذة من الملاحظة كيلونوفا. (الائتمان: Daniel Kasen / Berkeley Lab ، جامعة كاليفورنيا في بيركلي)

قالت جينيفر بارنز ، زميلة آينشتاين لما بعد الدكتوراه في جامعة كولومبيا ، والتي عملت كطالب دراسات عليا في جامعة كاليفورنيا في بيركلي مع كاسن لحساب بعض التنبؤات النموذجية التفصيلية الأولى للكيلونوفا ، "توقعنا من النظرية والمحاكاة أن يكون لون كيلونوفا أحمر خفيفًا إذا كان ثقيلًا تم إنتاج العناصر ، وستتألق باللون الأزرق إذا لم يتم إنتاجها.

وأضافت: "إن فهم هذه العلاقة سمح لنا بتفسير الانبعاثات الناتجة عن هذا الحدث بثقة أكبر وتشخيص وجود عناصر ثقيلة في حطام الاندماج".

كان كاسن وبارنز واثنان آخران من علماء مختبر بيركلي من بين المؤلفين المشاركين لعدة أوراق بحثية نُشرت اليوم في المجلات طبيعة, علم، و ال مجلة الفيزياء الفلكية. نشرت المنشورات تفاصيل الاكتشاف ومتابعة الملاحظات والتفسير النظري لهذا الحدث.

تم إجراء عمليات المحاكاة المتعلقة بالحدث في المختبر مركز الحوسبة العلمية لبحوث الطاقة الوطنية (نيرسك).

كما تابع بيتر نوجينت ، وهو عالم كبير في قسم البحوث الحاسوبية في مختبر بيركلي وأستاذ مساعد في علم الفلك في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، عن كثب التنبيهات المتعلقة بملاحظات 17 أغسطس.

في ذلك الوقت ، كان يساعد في الاستعدادات النهائية لبدء تشغيل مرفق زويكي العابر (ZTF) في مرصد بالومار في جنوب كاليفورنيا. Berkeley Lab هو عضو في التعاون مع ZTF ، المصمم لاكتشاف المستعرات الأعظمية وأيضًا للبحث عن الأحداث النادرة والغريبة مثل تلك التي تحدث في أعقاب اندماج النجوم النيوترونية.

يشير السهم الموجود في الصورة اليسرى إلى الضوء المرتبط بالمادة المنبثقة من اندماج النجوم النيوترونية ، كما هو مسجل بواسطة كاميرا الطاقة المظلمة. (الائتمان: DECam / DES Collaboration)

قال نوجنت: "حدث هذا الحدث مبكرًا جدًا بثلاثة أشهر" ، حيث تم تصميم ZTF قريبًا للإطلاق لمتابعة قياسات موجات الجاذبية LIGO / VIRGO للبحث عن نظرائهم المرئية في السماء.

قال نوجنت إنه اعتقد في البداية أن الملاحظات المتعددة للجسم (المعروف باسم العبور البصري) المرتبطة بدمج النجوم النيوترونية وانفجار أشعة جاما كانت مجرد مستعر أعظم شائع. لكن الكائن كان يتطور بسرعة كبيرة وكان له توقيع ضوء أزرق لا يصدق يشير إلى نوع مختلف من الأحداث عن المستعرات الأعظمية المرتبطة عادة بنوع المجرة التي تستضيف هذا الحدث.

وقال نوجنت أيضًا: "لم نتوقع حدثًا قريبًا بهذا الشكل. إنه أقرب إلى انفجار سوبرنوفا في أندروميدا "، التي تبعد حوالي 2.5 مليون سنة ضوئية عن مجرتنا درب التبانة. نأمل أن يعني هذا أنه سيكون هناك المزيد من هذه الأحداث. نحن نعلم الآن أن المعدل ليس صفرًا ".

ساهم نوجنت في تحليل أحد الأوراق البحثية في المجلة علم يخلص إلى أنه قد يكون هناك "العديد من الأحداث" مثل الاندماج المرصود ، وأن اندماج النجوم النيوترونية من المحتمل أن تكون "مواقع الإنتاج الرئيسية" للعناصر الثقيلة في درب التبانة. يمكن أن توفر الملاحظة أيضًا أدلة قيمة حول كيفية قيام العلماء بالبحث عن عمليات اندماج أخرى للنجوم النيوترونية في المسوحات الضوئية دون اكتشاف LIGO / VIRGO.

قال كاسن: "كيف تشكلت أثقل العناصر كان أحد أطول الأسئلة المطروحة في أصولنا الكونية". "الآن شاهدنا لأول مرة بشكل مباشر سحابة من المعادن الثمينة الطازجة في موقع إنتاجها مباشرة."

قال كاسن إن سحابة الحطام من الاندماج تكاثرت من حجم مدينة تقريبًا بعد الاندماج بفترة وجيزة إلى حجم نظام شمسي تقريبًا بعد يوم واحد فقط. من المحتمل أيضًا أن نسبة ضئيلة فقط من المادة في النجوم النيوترونية المندمجة قد هربت من الموقع المركزي للاندماج ، ومن المحتمل أن يكون الباقي قد انهار لتشكيل ثقب أسود.

من المتوقع أن يكون الحطام الهارب طويل الأمد للغاية ، حيث ينتشر عبر المجرة على مدى مليار سنة ويثري النجوم والكواكب بالعناصر الثقيلة مثل تلك التي نجدها على الأرض اليوم.

قال كاسن: "بالنسبة لي ، إنه حدث فلكي في العمر. إنها أيضًا لحظة لا تصدق في مجال الحوسبة العلمية. نجحت المحاكاة في نمذجة ما يمكن أن يحدث في ظاهرة معقدة بشكل لا يصدق مثل اندماج النجوم النيوترونية. بدون النماذج ، ربما شعرنا جميعًا بالحيرة بسبب ما كنا نراه في السماء ".

رسم توضيحي يوضح التأثيرات النموذجية لدمج نجم نيوتروني ينتج عنه تكوين ثقب أسود. (الائتمان: Daniel Kasen / Berkeley Lab ، جامعة كاليفورنيا في بيركلي)

إن التطورات المستقبلية في مجال الحوسبة ، والرؤى الجديدة من مرفق حزم النظائر النادرة (FRIB) في جامعة ولاية ميتشيغان حول التفاعلات الغريبة التي تنتج نوى ثقيلة ، يجب أن توفر نظرة أكثر ثاقبة حول كيفية ظهور العناصر الثقيلة ، والفيزياء المتطرفة لـ المادة والجاذبية التي تحدث في عمليات الاندماج.

Kasen هو أيضًا المحقق الرئيسي في ملف مشروع الحوسبة الإكساسكيل التابع لوزارة الطاقة التي تعمل على تطوير رموز محاكاة فيزيائية فلكية عالية الأداء تعمل على الجيل القادم من أجهزة الكمبيوتر العملاقة في الولايات المتحدة. وهو أيضًا عضو في تعاون SciDAC (الاكتشاف العلمي من خلال الحوسبة المتقدمة) المدعوم من وزارة الطاقة والذي يستخدم الحوسبة لمحاكاة المستعرات الأعظمية وعمليات اندماج النجوم النيوترونية والأحداث ذات الطاقة العالية ذات الصلة.

قال كاسن: "قبل هذه الملاحظات ، كانت الإشارات من اندماجات النجوم النيوترونية في الأساس تكهنات نظرية". "الآن ، أصبح فجأة مجالًا رئيسيًا جديدًا للفيزياء الفلكية."

مركز الحوسبة العلمية لبحوث الطاقة الوطنية هو أحد مكاتب وزارة الطاقة لمنشأة مستخدم العلوم.


4. ردود الفعل

ما مقدار ما ورد أعلاه صحيح؟ أنا مهتم بتلقي ردود الفعل. ولكن قبل الاتصال بي للشكوى من أنك لا تشعر أنك اختفت على الإطلاق ، يرجى التأكد من فهمك لمحتويات هذه الصفحة بشكل كافٍ ، وربما كان لديك بعض البصيرة التي استعصت عليّ. إذا كنت تعتقد أن هذا هو الحال ، فسيسعدني جدًا معرفة سبب استمرار وجودك. ومع ذلك ، هذه الصفحة ليست مدونة ، لذلك لن أقوم هنا بتضمين كل رأي عشوائي ، ولكن فقط تلك التي ، في رأيي ، هي اعتراضات محتملة على قانون الاختفاء. سأقدم مثل هذه الآراء بشكل مجهول فقط.

1. طرح أحد المراجعين ، وهو أستاذ في الفيزياء (على ما أعتقد) ، الاعتراض التالي: "[T] ليس لـ" حجته "أي شيء وثيق الصلة بشكل فريد بالنسبية الخاصة مقارنة بأي نظرية أخرى." ما قصده الأستاذ هو أن نفس الحجج التي تم شرحها أعلاه يمكن أيضًا استخدامها دون الإشارة إلى نسبية أينشتاين. على سبيل المثال ، يمكنني استخدام مساحة 4-D Galilean ، أي مساحة بهندسة إقليدية ، وستكون الحجج متطابقة. قال البروفيسور إن النسبية غير ذات صلة.

لا أعتقد ذلك. إن فيزياء غاليليو رباعية الأبعاد ، أي التي تستند إلى الهندسة الإقليدية ، لا تفسر سبب إدراكنا لأحد الأبعاد (التي نسميها "الوقت") على أنها خاصة. لماذا الذي - التي البعد يبدو مختلفا؟ لماذا واحد من الأربعة؟ في الواقع ، يتم إعطاء المقياس في الفضاء الإقليدي 4-D بالصيغة: د 2 = x 2 + ذ 2 + ض 2 + ر 2 ، أين س ، ص ، و ض تقف للأبعاد المكانية الثلاثة ، و ر للزمانية. لكن جميع الأبعاد الأربعة تظهر تماثلًا كاملاً في هذه الصيغة. يمكننا التبادل بحرية ر مع أي من س ، ص ، ض في هذه الصيغة ، ولن يتغير شيء على سبيل المثال ، يمكننا الكتابة د 2 = x 2 + ر 2 + ض 2 + ذ 2 ، وتعميد الأبعاد "المكانية" س ، تي ، و ض ، والبعد "الزمني" ذ. في المقابل ، في هندسة مينكوفسك 4-D ، يكون المقياس: د 2 = x 2 + ذ 2 + ض 2 – ر 2 ، الذي يخبرنا بوضوح شديد أن أحد الأبعاد الأربعة يختلف عن الأبعاد الثلاثة الأخرى: إنه البعد الذي يحتوي على علامة الطرح في صيغة المقياس الذي - التي هو البعد الذي نعتبره "الوقت" والذي ننسب إليه الخصائص الزمنية. لماذا ا؟ لأننا لو لخصنا x 2 + ذ 2 + ض 2 في س 2 (أي ، إذا س هو الطول المكاني المألوف لدينا ثلاثي الأبعاد) ، ثم نحصل عليه د 2 = س 2 – ر 2. الآن إذا وضعنا د = 0 ، مما يعني أننا مهتمون بمعرفة الإحداثيات المكانية والزمانية التي تؤدي إلى أحداث 4-D متزامنة (انظر أيضًا المناقشة في الفقرة 1.6) ، ثم نحصل على |س| = |ر| ، أو: طول الفضاء يساوي طول الوقت لمثل هذه الأحداث. هذا ممكن فقط في هندسة Minkowskian للنسبية الخاصة.

أيضًا ، النسبية ذات صلة بطريقة أخرى مهمة في فعل الاختفاء أعلاه: إنه بسبب العلاقة النسبية للكتلة والطاقة التي يمكن للمرء أن يتصورها "البلازمويدات" ، مما يجعلها قريبة من الطرف المقابل لنطاق الكتلة والطاقة من واحد نشغله: على سبيل المثال ، تحتوي البلازمويدات في الغالب على طاقة حركية ولكن ليس لديها كتلة بالقصور الذاتي كبيرة ، بينما لدينا في الغالب كتلة بالقصور الذاتي ولكن ليس لدينا الكثير من الطاقة الحركية. لن تصمد أي من الحجج المذكورة أعلاه إذا كانت النسبية مفقودة من الصورة.

2. اعترض المراجع نفسه بحجة أن هندسة مينكوفسكيان تصف زمكانًا خاليًا من الكتلة والطاقة ، وأمضى حوالي صفحتين كاملتين ليخبرني (في عمليات إعادة صياغة مختلفة وتغييرات في الكلمات لنفس الفكرة) أن النسبية العامة تلغي زمكان مينكوفسكي ، وبدلاً من ذلك يستخدم فريدمان الزمكان ، الذي نعيش فيه ، حيث لا يوجد فقط زمكان فارغ ، ولكن أيضًا كتلة وطاقة في عالمنا. وهكذا ، بما أنني لا أشير إلى فريدمان الزمكان والنسبية العامة ، اعتقد الأستاذ ، أن حججي ليست ذات صلة في العالم الحقيقي. على وجه التحديد كتب الأستاذ:

"إن أكثر سوء فهم أساسي لنظرية النسبية لأينشتاين الكامنة وراء هذه المقالة هو أن المؤلف لا يبدو أنه يعرف أن Minkowski spacetime هو حل الفراغ لمعادلات المجال للنظرية النسبية العامة ، مما يعني أن Minkowski Spacetime لا يمكن أن تحتوي على المادة والمراقبين و مثل. لكن مقالة المؤلف تدور حول زمكان مينكوفسكي الذي يُفترض أنه يحتوي على مادة وحركة ومراقبين وما إلى ذلك ، ويحاول المؤلف استخلاص استنتاجات حول المكان والزمان من هذا الافتراض المتناقض مع الذات (بمعنى ، أن هناك مادة ، الحركة ، والمراقبين ، وما إلى ذلك في الكون الذي يمنع فيه المقياس والعنصر الخطي ومجموعة التناظر [مجموعة بوانكاريه] وجود المادة والحركة والمراقبين ، وما إلى ذلك "

بخير. (حسنًا ، ليس جيدًا: أنا لست مجرد "مؤلف" يتم مراجعته ، أيها الأستاذ العزيز ، ولكن الساحر العظيم هاري فوديني ، كما أعلنت بالفعل في المقدمة وأنت إرادة تختفي ، مع ذلك ، على كل ما تبذلونه من جهود جديرة بالثناء. ) ومع ذلك ، فقد غاب الأستاذ عن تفاصيل دقيقة ولكنها حاسمة: لا شيء في هذه المقالة يتطلب أن يكون الزمكان مسطحًا ، وبالتالي وصفه هندسة Minkowskian للنسبية الخاصة ، وليس منحنيًا ، هكذا وصفها فريدمان الزمكان. لنكن أكثر تحديدًا ووضوحًا:

يمكن النظر إلى النسبية الخاصة على أنها هندسة مستوي 4D الزمكان.

يمكن النظر إلى النسبية العامة على أنها هندسة منحن الزمكان رباعي الأبعاد حيث ، بالطبع ، ما ينحني الزمكان هو وجود الكتلة-الطاقة.

الآن ، الملاحظة الأساسية التي أدت إلى هذه المقالة ليست أن الزمكان رباعي الأبعاد مسطح ، ولكن ذلك الوقت هو بعد آخر مساوٍ للأبعاد الثلاثة للفضاء أي أن المكان والزمان هما نفس "الأشياء" ، أي أن س = ر وهذا ينطبق على ما إذا كان الزمكان مسطحًا أم منحنيًا ، فإنه يحمل في كل من النسبية الخاصة والنسبية العامة. وبالتالي ، فإن ملاحظة الأستاذ القائلة بأن هندسة مينكوفسكيان (الزمكان المسطح) هي شرط أساسي للتوصل إلى الاستنتاجات التي توصلنا إليها هي ببساطة غير صحيح.

ومع ذلك ، لا يزال هناك شيء يستحق التأمل فيه ، متضمنًا من خلال اعتراض البروفيسور: إذا كان الزمكان منحنيًا بسبب وجود الكتلة ، فلماذا نستخدم هندسة Minkowskian للزمكان المسطح للتفكير على الإطلاق حول المراقبين ، الذين لديها كتلة؟ لماذا لا يتم استخدام النسبية العامة وفضاء فريدمان ، وبالتالي تجنب الاعتراضات مثل ما سبق؟

لأنه على الرغم من انحناء الزمكان عمومًا (وبالتالي تنطبق النسبية العامة) ، محليًا يكون الزمكان المنحني مسطحًا (باستثناء التفردات ، مثل الثقوب السوداء). يأتي هذا من "مبدأ التكافؤ" (على سبيل المثال ، انظر Hartle ، الفقرة 6.3) ، الذي ينص على أن نتائج التجارب التي تم إجراؤها في مساحة صغيرة بما فيه الكفاية والتي تستمر لفترة قصيرة بما فيه الكفاية لا يمكن تمييزها عن نتائج نفس التجارب التي تم إجراؤها في إطار بالقصور الذاتي. من الناحية الحسابية ، هذا يعني أن الزمكان المنحني بسبب وجود الكتلة يكون سلسًا ومستمرًا ، ويمكن تمييزه في كل مكان (مرة أخرى ، باستثناء التفردات). وبالتالي ، إذا كان لدينا مقياس عام ز αβ (x) في بعض أنظمة الإحداثيات (أنا أتبع تدوين هارتل ، انظر له §7.4) ، فمن الممكن أن يكون ذلك بالنسبة لكل نقطة (أو "حدث") ص من الزمكان يمكننا تحديد إحداثيات جديدة x مثل ذلك: ز ΄ αβ (x ΄ ص ) = diag (–1،1،1،1) ، وهو مقياس Minkowskian للزمكان المسطح. هذا المطلب هو أحد افتراضات النسبية العامة ، ويعني ذلك في كل نقطة ص هناك ثلاثة إحداثيات مكانية وواحد زمني ، سواء كانت الكتلة موجودة عند ص أم لا. لكن ماذا يعني كل هذا عمليا، بالنسبة لنا كمراقبين؟

هذا يعني أننا كمراقبين بشريين ، مع أعداد لا تذكر من بيئتنا ، نعيش في عالم يمثل حالة خاصة للعالم العام. نحن لا نسير على سطح نجم نيوتروني ولا نبحر بالقرب من ثقب أسود. عالمنا هو مسطحة بشكل أساسي ، خالية من الكتلة والطاقة ، على الأقل من مقدار الكتلة - الطاقة التي من شأنها أن تجعل الزمكان منحنيًا (بشكل ملموس) ، وحل فريدمان المعمم وثيق الصلة ولا غنى عنه في الإدراك البشري. وبالتالي ، نظرًا لمعايير العالم الذي تطورنا فيه ، لا يزال Minkowski-space-time هو المكان والزمان لبيئتنا لتقريب ممتاز (على الرغم من أنه ، كما تمت مناقشته سابقًا ، فإننا نعتبره أبسط: مثل الإقليدية 3. د الفضاء + الوقت). حل الفراغ لمعادلات النسبية العامة هو على وجه التحديد ما يثير إدراكنا وهو سبب وصول أينشتاين أول في النسبية الخاصة مع الزمكان Minkowskian: لأن هذا ما نحصل عليه في ظل افتراض أنه لا توجد كتلة كبيرة حولها ، وبالتالي فإن الزمكان محليًا ليس منحن. قد تكون النسبية العامة "أكثر صحة" من النسبية الخاصة ، ولكنها ليست مفيدة بشكل خاص في شرح خصائصنا الإدراكية وغيرها من الخصائص المعرفية. بمعنى ما ، النسبية العامة هي مبالغة في الإدراك ، "أكثر من اللازم" بالنسبة لنا ، مراقبين بشريين صغار - بطريقة تذكرنا بتلك التي تكون فيها ميكانيكا الكم بعيدة جدًا عن تجربتنا العادية (اقرأ مقالتي هذه حول هذا الموضوع ).

خلاصة القول هي: هندسة Minkowskian مستخدمة في هذا النص لشرح ليس الكون نفسه ، ولكن إدراكنا ، إن إدراكنا للكون وخصائصه لا يفسر الوقت نفسه ، بل يفسر إدراكنا للوقت.

3. استند اعتراض قارئ آخر إلى أسس فلسفية أكثر. فكر القارئ: فماذا إذا كان من الممكن توحيد الزمان والمكان ، وإزالة الخصائص الزمنية للوقت ممكن لا يعني ذلك يجب أن يكون كذلك. ربما أكون قد أظهرت أن تدفق الوقت يمكن أن يحدث ربما أن يكون وهمًا معرفيًا ، لكن هذا ليس كذلك صنع إنه وهم. ووفقًا لرأي ذلك القارئ ، من الممكن أن يكون الأمر كذلك ، أن تدفق الوقت حقيقي (أي أننا كائنات مكانية ثلاثية الأبعاد يتم تقديمها مع أحداث المستقبل ، وشريحة زمنية بعد شريحة زمنية) ، وذلك الوهم المعرفي المُقترح في هذا النص هو مجرد فضول: احتمال ، لكن ليس الواقع.

في الأصل (حتى أكتوبر 2007) ، كنت قد قدمت إجابة للاعتراض أعلاه في هذه الصفحة. استندت إجابتي إلى فكرة أن فكرة تدفق الوقت كخدع معرفي أكثر منطقية من وجهة نظر الفلسفة والفيزياء ، لأنها تؤدي إلى تبسيط (تتخلص من مفاهيم مثل تدفق الوقت. ، والماضي ، والحاضر ، والمستقبل ، وما إلى ذلك) ، وهذا البديل الأكثر تعقيدًا (ولكن ، للأسف ، مألوف جدًا!) يجب رفضه بالاستعانة بشفرة أوكام. (حتى أنني أحلت القارئ إلى تبرير لماكينة أوكام ، انظر أدناه). لكن لاحقًا وافق قارئ آخر مع الأول - على الرغم من إجابتي - وأخبرني أنه ، نعم ، الاحتمال لا يقين. لذلك فكرت ، انتظر لحظة ، هل يمكن أن تكون هذه مسألة تفضيل شخصي؟ هل يمكن لأحد أن يقول ، "أنا أفضل هذا لأنه ينسجم بشكل أفضل مع حدسي!"؟ يجب أن تكون هناك طريقة موضوعية لتحديد وجهة النظر الحقيقية.

بعد مزيد من الدراسة ، أعتقد أنني وجدت خللاً متأصلاً في وجهة نظر القارئ أعلاه. الآن ، سأشرح ما هو الخلل على الفور ، لكنني لا أريد حذف ردي السابق تمامًا ، لأنه كانت هناك بعض التعليقات المثيرة للاهتمام (للآخرين ، على ما آمل ، وليس فقط بالنسبة لي). لذلك سأتابع ردي الأحدث أولاً ، وبعد ذلك سأرفق ردي السابق في مربع (يمكنك العثور عليه أدناه) ، ليطلع عليه القارئ المهتم. (يوجد رابط لتبرير شفرة أوكام هناك.)

لذلك: وفقًا لاعتراض ذلك القارئ ، يمكن أن نكون كائنات ثلاثية الأبعاد يتم تقديمها مع الأحداث ، شريحة زمنية بعد شريحة زمنية. حسنا لما لا؟

لا ، لأن هذا يعمل في إقليدي ، وجهة نظر خاطئة من الزمكان. الزمكان نسبي ، وقد تم إثبات ذلك من خلال تجارب لا حصر لها. سأشرح.

دعونا نرى أولاً ما تعنيه النظرة الإقليدية "شريحة زمنية تلو شريحة زمنية" للواقع. هذا يعني انه الآن يبدو عالمنا ثلاثي الأبعاد هذا ال اللحظة التالية يبدو عالمنا ثلاثي الأبعاد الذي - التي ومن بعد، بعد لحظة ، لديها حتى الآن تكوين مختلف وهلم جرا. عادةً يجب أن أرسم هذه الشرائح ثلاثية الأبعاد بوضعها بجانب بعضها البعض ، وافترض أن الوقت يقدمها لنا من اليسار إلى اليمين ، واحدة تلو الأخرى. ولكن نظرًا لأنه من المستحيل رسم أجزاء ثلاثية الأبعاد من الفضاء بجانب بعضها البعض ، فإن ما يفعله المؤلفون عادةً لتوضيح هذه الفكرة هو تقليل أبعاد مساحتنا من 3 إلى 2 ، لذا تخيل أن كوننا هو عالم مكاني ثنائي الأبعاد ، تبدو وكأنها ورقة مسطحة. يمكننا الآن تكديس هذه الشرائح ثنائية الأبعاد بجانب بعضها البعض ، كما يوضح الشكل 4.1 ، متخيلًا أن كل شريحة هي كوننا بالكامل ، ويتم تقديمها إلينا في وقت معين ر 1 اللحظة التالية ر 2 ، يتم تقديم الشريحة التي تليها وهكذا.

الشكل 4.1: نظرة إلى العالم كما يبدو لأولئك الذين يثيرون الاعتراض الحالي

ولكن ، كما ذكرت أعلاه ، فإن نظرة العالم كما هو موضح في الشكل 4.1 خاطئة. إليكم السبب: افترض أنك تقف في مكان ما ، وأن صديقك يتحرك بسرعة ثابتة بالنسبة لك (الشكل 4.2). ثم يدرك صديقك شرائح زمنية مختلفة من العالم عن تلك التي تتصورها. قبل أينشتاين ، مع فيزياء نيوتن وهندسة إقليدس ، اعتقد الناس أن كل شخص يرى نفس الشرائح الزمنية ، كما في الشكل 4.1. لكن بعد أينشتاين ، بالنسبية ، تعلمنا أن الوضع في الواقع مختلف: أنت وصديقك المتحرك تدركان الشرائح الزمنية كما هو موضح في الشكل 4.2.

الشكل 4.2: تختلف الشرائح إذا تحرك المراقبون بالنسبة لبعضهم البعض

يتم رسم الشرائح الزمنية للكون التي تدركها أنت وصديقك بزاوية نسبية أ في الشكل ، وهذه الزاوية مرتبطة بالسرعة النسبية (ليس بشكل متناسب تمامًا ولكن لكي يكون الشكل منطقيًا ، يمكننا القول أنه مع اقتراب سرعتك النسبية ج الزاوية أ يقترب من 90 درجة).

لذلك إذا تم تقديم الكون لشريحة بعد شريحة ، فمن الواضح أنه يتم تقديمه بشكل مختلف لكل مراقب متحرك.

يصبح الأمر أكثر تعقيدًا من هذا ، ولكن دعنا نتوقف لمدة دقيقة ونتأمل: إذا شعرت أن "الآن" هي واحدة من تلك الشرائح الزمنية ، أي جزء من نفسك يدرك هذه الشريحة الآن؟ إذا قمت بتحريك ذراعك بالنسبة إلى رأسك ، ألن تكون ذراعك المتحركة في شريحة زمنية مختلفة عن رأسك؟ وأين "أنت" التي تختبر الشريحة ، "الآن"؟ هل "أنت" في رأسك باستثناء ذراعك المتحركة؟ هل "أنت" في نقطة داخل دماغك؟ سيخبرك أي طبيب أعصاب أو عالم معرفي أنه لا توجد مثل هذه النقطة في دماغك حيث يتم توزيع "أنا" جميع المعلومات في الدماغ. فكرة أن "أنا" تحتل نقطة معينة في الفضاء هي فكرة غير علمية ولا أساس لها. لذلك لا يمكنك تحديد "الآن" الذي اختبرته "أنت" للتو مع شريحة زمنية معينة من الكون ، لأنك إذا أخذت أي شريحة زمنية ، فلن تعرف مكان وضع "أنت" فيما يتعلق بتلك الشريحة.

لكن ، كما قلت ، يصبح الأمر أكثر تعقيدًا من ذلك. الشكل 4.2 يتعلق بالمراقبين الذين يتحركون بالنسبة لبعضهم البعض ثابت سرعة. لكن في الواقع يتحرك المراقبون بالتسارع والتباطؤ. عندما تقوم بالتخفيض / التسريع ، فإن الشرائح الزمنية في الشكل 4.2 ستكتسب انبعاجات محلية. سيكون لشرائح صديقك خدوش أيضًا ، وكذلك جميع شرائح مليارات الأشخاص على الأرض ، لذلك ستختلط الشرائح وتتداخل مع بعضها البعض. علاوة على ذلك ، كلما ابتعد المراقبون عن بعضهم البعض في الفضاء ، كلما اختلفت شرائحهم (انظر غرين ، [1] ص 132 - 139). إذا كان هناك مراقبون في مجرة ​​أندروميدا (أو إذا سافر أحفادك هناك يومًا ما في المستقبل البعيد) ، فسيحصلون على شرائح مختلفة تمامًا منك. منظمة الصحة العالمية، أو ما الآلية "يخدم" كل تلك الشرائح لجميع هؤلاء المراقبين؟ و من مؤهل كمراقب في المقام الأول؟ هل يعد كل المليارات من الناس على الأرض كمراقبين ليتم تقديمهم مع شرائح؟ لا تحسب الحيوانات؟ أليس حيوانك الأليف مراقبًا؟ رضيع؟ متى يصبح الطفل مراقب؟ بدءًا من مخلوق من خلية واحدة ، أفترض أنك توافق على ذلك الذي - التي ليس مراقبًا - إنه أ القدره واحد ، لكن المخلوق وحيد الخلية لا يلاحظ أي شيء حتى الآن - خشية أن تكون على استعداد للاعتراف بهذا لكل خلية من جسدك. إذن ، متى وفي أي لحظة سحرية يكتسب الطفل صفة المراقب؟ من الواضح أنه لا توجد مثل هذه اللحظة السحرية ، مما يعني أن فكرة "المراقب" لا يمكن تعريفها بطريقة معقولة وهذا يعني أن الفكرة القائلة بأن الكون يتم تقديم شريحة تلو شريحة للمراقبين لا يمكن أن يكون لها معنى كبير أيضًا.

حسنًا ، ما ورد أعلاه هو ردي الأحدث ، وآمل أن يكون الرد الأخير. ومع ذلك ، فإن ردي السابق يظهر في المربع أدناه:

أفترض ذلك يستطع كن كما اقترح القارئ (وكما يشعر كل شخص في هذا العالم بشكل حدسي هو الحال). لا أستطبع إثبات أن الوهم يجري. يمكنني فقط أن أقترح (لسوء الحظ) فكرة الوهم المعرفي لها معنى جسدي أكثر ، بنفس الطريقة التي تجعل فكرة أن الأرض والكواكب الأخرى تدور حول الشمس منطقية أكثر من فكرة أن الأرض غير متحركة وأن جميع الكواكب الأخرى ، بما في ذلك الشمس ، تدور حولها على الكرة السماوية (أو الكرات) في دورة لمدة 24 ساعة. الفكرة الأخيرة هي وهم معرفي الأول هو الواقع. ومع ذلك ، هناك أسباب من أجلها ينهار التشبيه الذي ذكرته للتو: نحن تستطيع إجراء عدد من التجارب والتحقق مما إذا كانت الأرض تدور حول الشمس أم أن الشمس (وكل شيء آخر) تدور حول الأرض. على سبيل المثال ، إذا كانت الأرض تدور حول الشمس على مدار عام واحد (كما هو الحال بالفعل) ، فلا بد أننا نشهد قوة "طرد مركزي" ضعيفة للغاية ذات اتجاه عمودي على مماس مدار الأرض ، بعيدًا عن الشمس ، وهذه القوة يجب أن تكون قابلة للقياس بأداة حساسة للغاية. بدلاً من ذلك ، يمكننا استنتاج صحة النظام الكوبرنيكي (وزوال النظام البطلمي) بفكرة بسيطة: إذا كانت الأرض غير متحركة والكواكب تدور حول الأرض خلال فترة 24 ساعة ، فإنها تدور (كما يمكننا أن نكتشف بعد بعض الحسابات البسيطة) أن كوكب نبتون - وكل شيء يقف على مسافة أكبر - يجب أن يدور حول الأرض بسرعة أكبر من سرعة الضوء (سرعة فائقة الإضاءة) ولكن لا يمكن أن يتحرك الجسم الذي تزيد كتلته عن الصفر بسرعة فائقة ، لذلك ، من خلال الاستفادة من المعرفة الحديثة ، يمكننا أن نستنتج بحجة كرسي بذراعين أن النظام البطلمي لا يحتفظ بأي ماء. حسنًا ، هل يمكن أن تكون هناك تجربة ، أو حتى تجربة فكرية ، يمكن أن تفصل بين فكرة الوهم المعرفي و "الفيزياء البديهية" (مساحة ثلاثية الأبعاد + مرة واحدة)؟

قد يكون هناك ، لكني لست على علم بأي شيء في الوقت الحالي. سبب وجيه لدي لاقتراح أن فكرة الوهم المعرفي هي الفكرة الصحيحة هو مناشدة لـ استمرار الاقتصاد في الفيزياء. أعني بهذا ما يلي: حتى لو لم تكن هناك تجارب (حقيقية أو فكرية) لتمييز النظامين الكوبرنيكي والبطلمي عن بعضهما البعض ، ما يزال الأول هو الأفضل لأنه أكثر اقتصادية من الأخير: يصف الطبيعة بعبارات أقل وأبسط. إن تفضيلنا لنظام كوبرنيكوس هو تطبيق نموذجي لماكينة أوكام (أو أوكام): "لا ينبغي أن تتضاعف الكيانات بلا داع". يتم قطع إدخال عدد لا يحصى من المجالات داخل الكرات وتعقيد التدريبات التي يتطلبها النظام البطلمي بواسطة شفرة أوكام واستبدالها بأشكال كوبرنيكية أبسط (في الواقع Keplerian). الآن ، لا تؤدي فكرة الوهم المعرفي إلى مثل هذا الانخفاض الكبير في التعقيد مقارنةً بـ "الفيزياء البديهية" ، أعترف بذلك كثيرًا. لكنه مع ذلك يسبب بعض التبسيط. على وجه التحديد ، تستخدم الفيزياء البديهية مفهومين مختلفين نوعياً: المكان والزمان (لاحظ أنه على الرغم من أن الفيزياء النسبية العامة تتعامل مع المكان والزمان على أنهما فكرة واحدة ، الزمكان ، فإن ما أعنيه بـ "الفيزياء البديهية" هو طريقة عرض الوقت في كتب الفيزياء الجامعية : ككيان متميز عن الفضاء) ، في حين أن فكرة الوهم المعرفي تلغي الحاجة إلى الحديث عن الوقت على أنه منفصل عن الفضاء. في الأساس الوهم المعرفي يشرح لماذا تتعامل النسبية مع الزمكان الموحد وليس مع الفضاء ثلاثي الأبعاد + وقت واحد ، فهي تفسر أيضًا سبب ظهور الوقت متماثلًا في الصيغ الفيزيائية (حيرة جرين): لأنه كذلك متماثل محليًا ، وإدراكنا فقط هو الذي يمنحنا الوهم بأن الوقت "يتدفق" في اتجاه واحد. (لماذا هذا هو الاتجاه الذي ندركه وليس الاتجاه المعاكس هو موضوع هذه الصفحة.) هناك معنى آخر على الأقل تكون فيه فكرة الوهم المعرفي أكثر اقتصادا من الفيزياء البديهية: الأخير ، مع "تدفق" الوقت ، يعني نوعًا من "السرعة" التي "يتدفق" بها الوقت (موضوع تمت مناقشته سابقًا) ، ويُترك المرء يتساءل ، لماذا يُحس بالوقت على أنه يتدفق في هذا "سرعة" معينة وليس أخرى؟ لماذا تشعر "سرعتها" بأنها موحدة ، ولماذا لا تتسارع أحيانًا ، وفي أحيان أخرى تتباطأ؟ يخبرنا الوهم المعرفي أنه لا يوجد شيء مثل التدفق وسرعة مرور الوقت نشعر بسلاسة التدفق ربما بسبب الطريقة التي يتتبع بها إدراكنا الوقت - على أي حال ، فإن سلاسة التدفق المدرك هي قضية خارج مجال الفيزياء ، وربما في مجال العلوم المعرفية بحاجة إلى تفسير.

إذن: هل تفضل فكرة على أخرى على أساس موس أوكام فقط؟ القارئ الذي طرح هذا الاعتراض لم يظن أن موس أوكام أساس كاف. لكني أعتقد أن الأمر كذلك ، لأن شفرة أوكام ليست مجرد أداة فكرية ، فهي مفيدة للمناقشات الفلسفية فقط ، بل هي ركيزة أساسية للإدراك ، كما أوضحت في هذا المقال (انظر "المبدأ الثاني" في تلك المقالة): "قانون "التي نستخدمها في كل لحظة ، دون علم ، طوال حياتنا. بالإضافة إلى ذلك ، عملت ماكينة حلاقة أوكام على العجائب في جميع أنحاء مشروع الفيزياء ، فلا يوجد سبب لطرحها الآن خارج النافذة لأننا مرتبطون عاطفياً بنظرة أكثر بديهية - حتى وإن كانت أكثر تعقيدًا - للعالم. بالعودة إلى أيام كوبرنيكوس ، أتخيل أن هناك مفكرين اعترضوا على فكرة أن الأرض ليست في مركز العالم ، بناءً على أسباب عاطفية بحتة. تهاجم فكرة الوهم المعرفي بالمثل اعتقادًا عزيزًا: أن الإدراك شيء خاص في الكون (تذكر فكر فريمان دايسون). لكن لا ينبغي أن يكون إعجابنا أو كرهنا سببًا للاختيار من بين البدائل التفسيرية.

هذا ما لدي من حيث التعليقات ، حتى الآن. لا تتردد في الاتصال بي والإضافة إلى هذه المناقشة ، مما يدعم وجودك بطريقة أغفلتني عنها.

الحواشي (بالضغط على رقم الحاشية التي ترجعها إلى النص):

(1) لاحظ أن كل سطح هو كائن ذو بعدين رياضيًا ، على الرغم من أنه قد يكون منحنيًا في مساحة ثلاثية الأبعاد. هذا لأنه محليًا (بالقرب من أي نقطة) كل سطح أملس يشبه المستوى المسطح ، وهو ثنائي الأبعاد. حتى السطح الذي له حواف يمكن تقريبه من خلال مجموعة من المستويات المتقاطعة.

(2) أضع البادئة الكلية - أمام "الأبعاد" لأن بعض نظريات فيزياء الكم ، بما في ذلك نظرية الأوتار ، تفترض وجود عدد من مجهريأبعاد. هذه الحقيقة لن تهمنا ، لأننا هنا ندرس الهيكل الواسع النطاق للعالم.

(3) الحقيقة موجودة نكون بعض الأنظمة الفيزيائية التي تكسر تناسق الوقت ، لكنها بالأحرى ليست مهمة جدًا. على وجه الخصوص ، هناك بعض الجسيمات الباطنية نسبيًا ، مثل K-mesons و B-mesons ، والتي تُظهر أن ما يسمى بالقوة النووية الضعيفة لا تعامل الماضي والمستقبل بشكل متماثل تمامًا.ومع ذلك ، يعتقد جرين ، جنبًا إلى جنب مع الفيزيائيين الآخرين ، أنه نظرًا لأن هذه الجسيمات لا تلعب دورًا أساسيًا في تحديد خصائص الأشياء المادية اليومية ، فمن غير المرجح أن تكون مهمة في تفسير لغز عدم التناسق النفسي للوقت (Greene، 2004، [1] p 495).

(4) دعونا نوضح هذين المصطلحين: عدم التناسق يشير الوقت إلى ملاحظة أن الماضي يبدو مختلفًا عن المستقبل (والمستقبل مختلفًا عن الماضي). ال الاتجاهية يشير الوقت إلى الشعور بأن حياتنا تبدو وكأنها تتحرك من عند الماضي و داخل المستقبل. إذا كان القارئ يجد صعوبة في التمييز بين المفهومين ، فربما يساعد القياس: فكر في مخروط يكون المخروط غير متماثل على طول الاتجاه الذي يمتد بطوله ، لأنه أضيق عند طرفه ، وأكثر سمكًا عند قاعدته. لكن لا يمكننا تعيين أي اتجاه معين لهذا التباين ، لأننا قد ندير طول المخروط إما بدءًا من الطرف وينتهي عند القاعدة ، أو بدءًا من القاعدة وينتهي عند الطرف. إذا قررنا أن نختار اتجاهًا معينًا بين الاثنين ، على سبيل المثال ، من الحافة إلى القاعدة ، فإننا قد أعطينا الاتجاه لعدم تناسق المخروط. وبالمثل ، فإننا نختبر الاتجاه في الوقت الذي نشعر فيه أن المستقبل قادم باتجاه لنا ، والوجود الماضي تركت وراءها ، وليس العكس.

(5) إنه يذكرنا بوهم القمر: كلما قمت بقياس القطر الظاهري للقمر باستخدام أدوات مادية ، تجد نفس القيمة. ولكن في أي وقت نظرة عندها ، يبدو مختلفًا تمامًا اعتمادًا على ما إذا كان القمر قريبًا من الأفق (أكبر) ، أو من ذروة السماء (أصغر).

(6) مصطلح "بلازمويد" موجود في الفيزياء الحديثة ، ولكن له معنى تقني للغاية. وهذا يعني ، "تدفق البلازما السريع نحو الذيل بتوقيعات B ثنائية القطب [...] التي لوحظت داخل ورقة البلازما" (في Hones، E.W، Jr.، D.N Baker وآخرون.، 1984: "هيكل الذيل المغناطيسي عند 220 Re". الجيوفيز. الدقة. بادئة رسالة.، لا. 11 ، ص 5-7). لذلك لا يوجد خطر حدوث ارتباك مع استخدامنا للمصطلح هنا ، نظرًا لأننا نستخدمه في سياق مختلف غير تقني ، على الرغم من أن معنى كلمة الجذر ("البلازما") يظل كما هو. يجب فهم معنى اللاحقة "-oid" عن طريق القياس على معنى نفس اللاحقة في كلمات مثل "humanoid" ، إلخ.

(7) كمثال آخر ، لمجرد أنه من الممكن جسديًا أن يتحرك جسم ما في الفضاء أسرع من الرصاصة ، لا يعني ذلك أن بعض أنواع الحيوانات لابد أن تكون قد تطورت بحيث يمكنها تحقيق ذلك.

(8) ج هو كبير موضوعيا ، ليس فقط بالنسبة لنا ، بقياسه في وحدة معينة من الفضاء خلال وحدة زمنية معينة: من بين جميع السرعات النسبية الممكنة للأجسام الضخمة ، ج هي القيمة الأكبر ، والصفر هي الأصغر.

(9) أظهر مراجع فيزيائي لمسودة سابقة لهذه المقالة بعض الصعوبة في قبول هذه الفكرة ، معتقدًا أنها تنتهك النتيجة النسبية المتمثلة في أنه لا يمكن لأي كائن بكتلة غير صفرية الوصول إلى سرعة الضوء (ناهيك عن تجاوزها). ربما لم يمتلك هذا الشخص الصبر اللازم لفهم هذه النقطة البسيطة. الفكرة هي أن مجموع الكتلة بالقصور الذاتي والطاقة الحركية للجسم يظل ثابتًا ، وما يتغير هو النسبة المئوية للكتلة على إجمالي [الكتلة + الطاقة]. إذا كنا صفر الكتلة ، ستصل الطاقة إلى أقصى قيمة ، وإذا م 0 كانت كتلة القصور الذاتي الأصلية للجسم ، ثم الطاقة القصوى ه سوف تساوي م 0 ج 2. عند هذه النقطة ، سيكون للجسم كتلة م = 0 والطاقة ه ، تتحرك بسرعة ج. ما هو مطلوب لتخيله هو آلية لتحويل الكتلة إلى طاقة (آلية تمتلكها بالفعل الميتوكوندريا في خلايانا). لا يبدو أن هناك أي انتهاك للنسبية. الآن ، يمكن للمرء أن يدعي أن ملف مجموع تحويل م 0 ل ه ليس ممكنًا ماديًا (لأن الآلية نفسها ستدمر في عملية التحويل) ، وبالتالي لا يمكن للبلازمويدات أن توجد في الواقع (وهي حجة مختلفة عن تهمة انتهاك النسبية). لكن تذكر أن البلازمويدات كائنات افتراضية ، متخيلة لأغراض تجربة فكرية ، عدم وجودها في الواقع (وعدم إمكانية تحقيق خصائصها الغريبة) لا يضعف أو يعزز هذه الحجة. بعبارة أخرى ، أوافق على أن البلازمويدات لا توجد ولا يمكن أن توجد في الواقع ولكن هذا كليًا عرضي لأغراض تجربة فكرية تم اختراعها لمساعدتنا على فهم بعض ميزات إدراكنا البشري.

(10) لن يقيس الفيزيائيون البلازموديون السرعة ت = ق / ر لكن معكوسه الخامس -1 = ر / س، لأن س / ر قد ينتج عنه القسمة على صفر في الحالة التي يكون فيها ر يبقى ثابتًا وهناك حركة في الفضاء (ما سيبدو لنا كحركة بسرعة ج). بافتراض أن القسمة على الصفر تسبب للبلازميدات نفس النفور الذي يحدث لنا ، الخامس -1 ستكون كمية ذات مغزى أكبر في فيزياء البلازمويد. الأكبر الخامس -1 هو ، كلما زادت "إعاقة" طاقة البلازما عن الحركة بسرعتها الطبيعية ، ج.

(11) لاحظ أن طاقة البلازما لا تصل إلى ما لا نهاية. نحن هنا لا نتحدث عن الأشياء ذات الكتلة الثابتة التي تصل إلى سرعة الضوء (في هذه الحالة تصبح طاقتها غير محدودة) ، ولكن عن الكائنات التي يمكنها تنظيم كمية الكتلة التي تمتلكها ، بحيث تبقى الكمية الإجمالية للكتلة + الطاقة. ثابت.

(12) قد يعتقد القارئ أن مثل هذه الفكرة لا معنى لها ، لأن "الحركة" في التجربة العادية تعني التغيير الذي يحدث في الوقت المناسب. ولكن يجب ملاحظة أنه في الوقت الحاضر يتم استخدام مفهوم عام "للحركة" ، والذي لا يقصد به أكثر من سلسلة من إحداثيات الزمكان ، والتي تشكل إما مجموعة منفصلة أو مجموعة متصلة. تشرح الفقرة التالية مباشرة هذه الفكرة أكثر.

(13) كان هيراقليطس (Ἡ ράκλειτος) فيلسوفًا يونانيًا عاش حوالي 500 قبل الميلاد ، في بلدة أفسس (Ἔ φεσος) في آسيا الصغرى (تركيا حاليًا). كانت مقولة هيراقليطس الشهيرة هي "كل شيء يتدفق ، ولا شيء يبقى" (Τὰ πάντα ῥεῖ، καὶ οὐθὲν μένει).

(14) المصيد هو ، كما تعلمنا في رياضيات السلاسل اللانهائية (التي لم تكن معروفة في زمن زينو) ، أن مجموع سلسلة لا نهائية من الأرقام يمكن أن يكون عددًا محدودًا. وهكذا ، على الرغم من أن المساحة التي يتم فيها تقسيم كل من ركض أخيل والسلحفاة إلى تسلسل لا نهائي من الفواصل الزمنية ، إذا قمنا بتلخيص تلك الفترات ، فإننا ننتهي بطول إجمالي محدود ، وبالتالي فإن أخيل سيقابل السلحفاة في غضون فترة زمنية محدودة (وسوف يحدث لاحقًا) تجاوزها).
لا يزال الشخص العادي يعترض أحيانًا على هذا التفسير من خلال الجدل على النحو التالي: لنفترض أن أخيل وصل إلى أول معلم يبلغ 100 متر في 10 ثوانٍ ، لذلك نلتقط لقطة (صورة) في تلك اللحظة عند المعلم التالي ، على ارتفاع 101 مترًا ، نأخذ آخر اللقطة ، أي عند 10.01 ثانية ، يتم التقاط اللقطة التالية عند 10.0101 ثانية ، وهكذا لا نهاية ولكن نظرًا لأننا سنكون دائمًا قادرين على التقاط لقطات ، فلن تنتهي جلسة أخذ اللقطة أبدًا.
هذا المنطق ، على الرغم من أنه منطقي من الناحية الرياضية ، إلا أنه مخطئ في اثنين جسدي - بدني العد. أولاً ، ليس صحيحًا أننا يجب أن نكون دائمًا قادرين على التقاط لقطات ، أي الصور ، لأنه كلما أصبحت الفترات الزمنية أقصر وأقصر ، في وقت ما سيكون من المستحيل على الضوء أن يقطع المسافة بين العداء والكاميرا الخاصة بنا ، لذلك لن يتم التقاط أي صورة بعد هذه النقطة. وثانيًا ، هناك مشكلة مفادها أن هذه الفكرة تفترض أن الوقت قابل للقسمة بلا حدود ، وهو ما قد لا يكون صحيحًا (قد يكون الوقت منفصلاً).

مراجع (النقر على الرقم المرجعي يعيدك إلى النص حيث تم الإشارة لأول مرة):

[1] غرين ، بريان ر. (2004). نسيج الكون: المكان والزمان وملمس الواقع. نيويورك: كنوبف.

[2] أينشتاين ، ألبرت. (1905). "على الديناميكا الكهربائية للأجسام المتحركة". Annalen der Physik ، المجلد. 17 ، ص 891-921.

[3] ديكسون ، مايكل (1998). فرصة الكم وغير المحلية: صحافة جامعة كامبرج.


شاهد الفيديو: هل اقتربت نهاية العالم ظهور الفتن والملاحم هل نحن في اخر الزمان محاضرة رائعة جدا (شهر اكتوبر 2021).