الفلك

هل يمكننا تتبع المادة عبر الزمن من خلال النظر إلى أعماق مختلفة في الفضاء؟

هل يمكننا تتبع المادة عبر الزمن من خلال النظر إلى أعماق مختلفة في الفضاء؟

إذا نظرنا إلى الوراء بعيدًا بما يكفي يمكننا أن نرى كل أصول الكون ، فهل من الممكن ، حتى لو لم يكن ذلك ممكنًا ، أن نتمكن من تتبع تاريخ بعض المواد أثناء تحركها عبر الزمكان؟ أريد أن أفهم كيف أن النظر إلى أعماق مختلفة في المكان والزمان مترابطان فيما يتعلق بالمسألة التي يتم ملاحظتها.

على سبيل المثال ، هل سيكون من الممكن النظر بعمق في جزء معين من المكان والزمان للعثور على بعض المجرات التي ساهمت في المادة التي تشكل مجرة ​​درب التبانة اليوم؟ ثم تتبعها بطريقة ما عبر الزمكان من خلال النظر إلى أعماق ومواقع مختلفة في الفضاء ، لترى كيف أصبحت جزءًا من درب التبانة؟


هل سيكون من الممكن النظر بعمق في جزء معين من المكان والزمان للعثور على بعض المجرات التي ساهمت في المادة التي تشكل مجرة ​​درب التبانة اليوم؟

لا ، هذا غير ممكن. إذا تمكنا من فعل ذلك ، فهذا يعني أن المادة تنتقل من هناك إلى هنا أسرع من وصول ضوءها إلى هنا ، ولا يمكن للمادة أن تنتقل عبر الفضاء أسرع من الضوء.

كلنا تستطيع هو إلقاء نظرة على مجرات مماثلة لمجرة درب التبانة في أوقات سابقة. وبسبب توسع الفضاء ، أصبحت تلك المجرات الآن بعيدة عنا أكثر مما كانت عليه عندما بعثت الضوء الذي نراه الآن.

تتطور المجرات (في الغالب) بمعزل عن بعضها البعض ، بصرف النظر عن الاندماج العرضي أو الاصطدام بين المجرات المجاورة. المسافات بين المجرات ضخمة إلى حد ما ، لذلك يستغرق الأمر وقتًا طويلاً حتى تنتقل المادة من مجرة ​​إلى أخرى ، وتكون المادة في الغالب مرتبطة بالجاذبية إلى المجرة التي توجد بها. سرعات الهروب المجرية عالية جدًا ، على الرغم من أن النجم العرضي ينقلب خارج المجرة بأحداث كارثية مثل انفجارات المستعر الأعظم. ولكن حتى ذلك الحين ، ينتهي الأمر بهذه الأجسام المارقة في الغالب في الفضاء بين المجرات. احتمالات وصولهم إلى مجرة ​​مختلفة ضئيلة جدًا.


سيكون عليك اللحاق بالضوء الذي يحمل المعلومات التي تبحث عنها. لقد سافر لبضعة مليارات من السنين في هذه المرحلة (الأرض ~ 4.3 مليار). لذا ، يمكنك مشاهدة تكوين الأرض (مجرة درب التبانة ، أيا كان) ، إذا كان بإمكانك على الفور نقل بلايين السنين الضوئية من هنا.

عندما نشاهد المجرات البعيدة ونبدأ ، فإن ما نراه هو ضوء "قديم". الأحداث التي نراها حدثت منذ سنوات عديدة. إذا رأينا مجرة ​​تتشكل ، وكانت تلك المجرة على بعد 10 مليارات سنة ضوئية ، فإن تلك المجرة قد تكونت بالفعل. تكوينه في هذا الوقت مختلف تمامًا عما نراه. في الواقع ، بعض نجومها قد احترقت بالفعل. وبالمثل ، إذا كنت تعيش في تلك المجرة (أو يمكنك الانتقال الفوري إليها) ، فسترى مجرة ​​درب التبانة كما ظهرت قبل 10 مليار سنة.


لرؤية تشكيل مجرة ​​درب التبانة ، ستحتاج إلى طريقة لرصد الفوتونات التي تبعد عنا حوالي 5 مليارات سنة ضوئية.

تتمثل إحدى طرق تحقيق ذلك في العثور على مرآة في الفضاء البعيد ، وإلقاء نظرة على انعكاسنا فيها. يمكن أن تؤدي جاذبية الثقوب السوداء إلى دوران الفوتونات بالكامل ، والعودة إلينا: https://physics.stackexchange.com/questions/225693/using-a-naked-black-hole-as-a-mirror

ومع ذلك ، مع تقنيتنا الحالية التي لا تزال غير قابلة للتنفيذ حيث ستفقد الكمية الضئيلة من الفوتونات من انعكاسنا بين جميع الفوتونات الأخرى ، مثل الإشعاع الصادر عن النجوم خلف الثقب الأسود. قد يتطلب الأمر مصفوفة تلسكوب ضخمة للحصول على دقة كافية لجمع ما يكفي وتحديد اتجاهها بدقة كافية. هذا مجرد تخمين ، لكنه سيكون شيئًا على مقياس من مليارات التلسكوبات الموضوعة بدقة على مدى عدة سنوات ضوئية من المسافة.


النظر وراء ستار النسبية العامة

باستخدام أجهزة الكمبيوتر والطرق العددية يمكننا حساب حركات الكواكب باستخدام معادلات نيوتن وكوبرنيكوس وغيرها. يمكن للمجموعات المختلفة استخدام طرق مختلفة وسيحصلون جميعًا على نفس النتائج تقريبًا.

تكمن مشكلة هذه النتائج في أنها لم تتطابق تمامًا مع ما لوحظ. كانت هذه التناقضات دليلاً على أن نيوتن والآخرين قد فقدوا شيئًا ما.

وضع أينشتاين ولورينتز وآخرون الأساس لنظرية جديدة. يبدو أن تقلص لورنتز وتمدد الوقت من الخصائص الأساسية لهذه الفيزياء الجديدة. كانت المعادلات التي تصف هذه التأثيرات أيضًا مباشرة. بالنظر إلى نفس المتغيرات ، حصل الجميع على نفس النتائج وتلك النتائج مطابقة مع ما لوحظ في التجارب.

ثم يستحضر أينشتاين النسبية العامة ويخرج كل شيء عن مساره. يمكن للفيزياء النيوتونية أن تقدم تنبؤات دقيقة للغاية يمكن أن تكون محوسبة. نظرًا لأن التنبؤات النيوتونية كانت دقيقة وخالية من التحيز البشري ، فقد حصل الجميع أساسًا على نفس النتائج التي لم تتطابق تمامًا مع ما لوحظ.

لا يمكن تشغيل النسبية العامة على جهاز كمبيوتر. إنها ليست معادلة. إذا حاول أربعة أشخاص تقديم إجابة (دون معرفة الإجابة الصحيحة مسبقًا) باستخدام GR ، فسيحصلون على 4 إجابات مختلفة. GR هي وصفة أكثر من كونها معادلة. عامل الصعوبة وحقيقة أن العديد من المتغيرات ينتجها الشخص الذي يقوم بالحساب يجعل GR متاهة فكرية.

ستنتج معادلات نيوتن إجابات دقيقة. يمكن مقارنة هذه الإجابة الدقيقة بما لوحظ. مع النسبية العامة ، لا تتوفر إجابات دقيقة حتى مع الكمبيوتر (باستثناء أشياء مثل الثقوب السوداء حيث تصبح معظم المتغيرات فرادى أو أصفار).

إذا كانت هناك ظواهر محلية تنتهك الموارد الوراثية فكيف لنا أن نعرف؟ لا تدرك النسبية العامة إمكانية منحنيات السرعة المجرية. لكن قيل لنا أن GR تصمد محلياً

إذا كانت الموارد الوراثية غير قادرة على إجراء تنبؤ دقيق وقابل للتكرار لكل من يستخدمها ، فما فائدة ذلك؟ إن "ضبابية" الموارد الوراثية تجعلها أسوأ من عديمة الجدوى حيث يمكن دفن الظواهر الفريدة من خلال الإبلاغ عن تفسيرها بواسطة الموارد الوراثية.

فشلت نظريات نيوتن لأنها قدمت تنبؤات دقيقة يمكن التحقق منها. النسبية العامة ليست دقيقة (كما تمت صياغتها) بحيث لا تفشل أبدًا. قم بإنتاج برنامج كمبيوتر GR يعطي الجميع نفس التنبؤ لنفس المتغيرات ، أو يعترف بأن الموارد الوراثية (على الأقل) غير مكتملة.

الطاقة الكامنة الباطلة

جيومارتيان

النسبية هي مجرد أخذ الملاحظات العلمية المعروفة وإنتاج معادلات بسيطة تصف تلك الملاحظات. لا يحتوي على بعض المقارنات النظرية.

النسبية العامة هي محاولة لشرح أصل الجاذبية باستخدام معادلات أينشتاين الميدانية. كان قطار آينشتاين الفكري رائعًا وأظهر حدسًا كبيرًا. كان وصول أينشتاين أكبر من قبضته. لقد كان مبكرًا جدًا وكان يفتقد إلى معلومات مهمة حول طبيعة الوقت ، والتي بدونها تفشل جميع الحلول.

يمكن حساب E = mc2 بواسطة طفل يبلغ من العمر 10 سنوات. تم حل معادلات أينشتاين الميدانية فقط من قبل بعض ألمع العقول على هذا الكوكب لعدد محدود من الظروف. انظر ويكيبيديا لمعادلات أينشتاين الميدانية.

تحدد E = mc2 أيضًا علاقة المادة بالوقت. وهو انتقال ممتاز إلى نقطتي التالية.

جيومارتيان

من يستخدم النسبية العامة؟

يستخدم مختبر الدفع النفاث (JPL) متعدد الحدود من 4 أو 5 حدود لتصحيح التنبؤات المدارية الكوكبية التي تنتجها فيزياء نيوتن. تم تطويرها عن طريق التكرار وتركيب المنحنى وليس GR.

قيل لنا أن الساعات ومواقع الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) تستخدم GR لتوليد تصحيحات السرعة ومجالات الجاذبية. تمتلك خدمة GNSS الدولية (IGS) نموذجًا خاصًا يولد عوامل التصحيح لهذه الأقمار الصناعية. كما أنه يقوم على البراغماتية وما ينجح بالفعل. تصحيحات IGS تمنع أيضًا انتهاكًا للنسبية. مرة أخرى ، لا يتم استخدام GR.

المرة الوحيدة التي أرى فيها استخدام GR بالفعل هي عندما تهدد بعض الظواهر الموارد الوراثية.

المعرفة قوة. تقوم خدمة GNSS الدولية (IGS) بقمع انتهاك للنسبية المكتشفة في حقول النفط في تكساس في ثلاثينيات القرن العشرين. كثير من الناس يقللون من شأن القدرات التكنولوجية التي تتحكم بها أموال النفط. يمكن لمقاييس الجاذبية الخاصة بشركة النفط في ذلك الوقت قياس تسارع 1e-8 أمتار أو أفضل.

كانت أكبر مشكلة لاستخدام مقاييس الجاذبية هذه هي تصحيح تأثيرات المد والجزر. تم استخدام أجهزة قياس الجاذبية هذه في صيد الزيت والكشف عن أجسام الخامات. كان هناك حافز مالي ضخم لإنشاء نموذج يسمح لك بتصحيح تأثيرات المد والجزر هذه. الاستثمارات في النماذج الرياضية مثل هذه جعلتها ملكية ومن خلال الفساد أسرار الدولة.

قاموا بتصحيح المد والجزر بين الأرض والقمر وقاموا بتصحيح المد الأرض والشمس. هذا ليس بالأمر السهل لأن تنبؤات القمر والأرض تقترب من الفوضى. لقد تركوا مع تصحيح أخير ولكن لم يكن تأثير المد والجزر. التسمية العامة هي "المد الأرضي" والتي تكون مرتفعة حوالي الساعة 6:00 صباحًا ومنخفضة حوالي الساعة 6:00 مساءً. كان العلماء الأجانب الذين يتعاملون مع هذه الظاهرة متشككين في الإصرار الأمريكي-الإنجليزي على أنها ظاهرة في الغلاف الجوي ، حيث تم تعويض الأجهزة عن التأثيرات الجوية. لماذا يكذب الأمريكيون؟ كان الأمريكيون يدفعون الفواتير ورواتبهم ، لذا صمتوا.

كان هذا "المد الأرضي" وحشًا غريبًا. بدلاً من أن تكون أقوى على خط الاستواء ، كانت أقوى حيث تتقاطع الأرض مع المستوى الإهليلجي. في الواقع ، كان له قطبان يحيطان بالأرض بزاوية قائمة على الشمس. لا يزال الغريب هو تأثير هذا المد على الساعات. نظرًا لأن دوران الأرض يدور حول الساعات بالقرب من هذين القطبين ، فإنها إما أن تتباطأ أو تتسارع.

إن رجال النفط هم أفراد مؤثرون يدفعهم الفضول العلمي فقط ، لذلك أبقوا هذه الحالات الشاذة الزمنية سرية.


هل يمكننا تتبع المادة عبر الزمن من خلال النظر إلى أعماق مختلفة في الفضاء؟ - الفلك

عندما ننظر إلى المجرات الأخرى ، فإننا ننظر إلى الوراء في الوقت المناسب. هل يمكننا النظر إلى الوراء بعيدًا بما يكفي لرؤية الانفجار العظيم نفسه؟ إذا كان الأمر كذلك وكان c ثابتًا ، فكيف وصلنا إلى هنا قبل وصول الضوء؟

اتضح أننا لا نستطيع رؤية الانفجار العظيم لسبب "تقني". إذا فكرت في الأمر ، يمكننا استخدام الضوء للنظر إلى الأشياء البعيدة لأن الضوء ينتشر بحرية من المادة التي انبعث منها. لم يكن هذا هو الحال دائمًا: عندما كان عمر الكون أقل من 100000 عام ، كانت المادة والإشعاع معبأين بكثافة بحيث "اقترن" الضوء بالمادة. هذا يعني أن الضوء الذي انبعث عندما كان عمر الكون أقل من 100000 عام لا يمكن أن "يذهب إلى أي مكان" ، وبالتالي لا يمكنه الوصول إلينا اليوم. من الناحية الملاحظة ، هذا يعني أنه عندما نحاول النظر إلى الانزياح الأحمر الأعلى والأعلى ، فإننا نصطدم بـ "جدار" يقابل الانزياح الأحمر عندما كان عمر الكون 100000 عام. هذا الجدار هو الخلفية الكونية الميكروية أو CMB. انظر إلى صفحة الموضوع هذه للحصول على مزيد من المعلومات لمزيد من المعلومات حول CMB.

لذا ، لا يمكننا النظر إلى الوراء لرؤية الانفجار العظيم. ونظرًا لأن توسع الكون كان أقل من سرعة الضوء منذ انبعاث CMB ، فلا داعي للقلق بشأن المشكلات التي ذكرتها.

تم آخر تحديث لهذه الصفحة في 27 حزيران (يونيو) 2015.

عن المؤلف

كريستين سبيكنز

كريستين تدرس ديناميكيات المجرات وما يمكن أن تعلمنا إياه عن المادة المظلمة في الكون. حصلت على درجة الدكتوراه من جامعة كورنيل في أغسطس 2005 ، وكانت زميلة ما بعد الدكتوراه في جامعة روتجرز في جامعة روتجرز من 2005 إلى 2008 ، وهي الآن عضو هيئة تدريس في الكلية العسكرية الملكية في كندا وجامعة كوينز.


كيف تعمل المادة المظلمة

في ألبوم المتابعة لعام 1978 لـ & quotBorn to Run & quot ، يستخدم Bruce Springsteen الظلام على حافة المدينة كاستعارة للمجهول المقفر الذي نواجهه جميعًا بينما نكبر ونحاول فهم العالم.

يجب على علماء الكونيات الذين يعملون على فك شفرة أصل ومصير الكون أن يتطابقوا تمامًا مع شعور الرئيس بالتوق المأساوي. واجه علماء النجوم هؤلاء ظلامهم الخاص على حافة المدينة (أو على حافة المجرات) لفترة طويلة وهم يحاولون شرح أحد أعظم ألغاز علم الفلك. يُعرف باسم المادة المظلمة، وهو بحد ذاته عنصر نائب - مثل x أو y المستخدم في فئة الجبر - لشيء غير معروف وغير مرئي حتى الآن. ذات يوم ، ستستمتع باسم جديد ، لكننا اليوم عالقون مع التسمية المؤقتة ودلالاتها على عدم اليقين الغامض.

فقط لأن العلماء لا يعرفون ماذا يسمون المادة المظلمة لا يعني أنهم لا يعرفون شيئًا عنها. إنهم يعرفون ، على سبيل المثال ، أن المادة المظلمة تتصرف بشكل مختلف عن "المادة المظلمة" مثل المجرات والنجوم والكواكب والكويكبات وجميع الكائنات الحية وغير الحية على الأرض. يصنف علماء الفلك كل هذه الأشياء على أنها المادة الباريونية، وهم يعرفون أن أكثر وحداتها الأساسية هي الذرة ، والتي تتكون في حد ذاتها من جسيمات دون ذرية أصغر ، مثل البروتونات والنيوترونات والإلكترونات.

على عكس المادة الباريونية ، لا تصدر المادة المظلمة أو تمتص الضوء أو غيره من أشكال الطاقة الكهرومغناطيسية. يعرف الفلكيون أنه موجود لأن شيئًا ما في الكون يمارس قوى جاذبية كبيرة على الأشياء التي يمكننا رؤيتها. عندما يقيسون تأثيرات هذه الجاذبية ، يقدر العلماء أن المادة المظلمة تضيف ما يصل إلى 23٪ من الكون. تشكل المادة الباريونية 4.6 بالمائة فقط. وهناك لغز كوني آخر يعرف بالطاقة المظلمة يشكل الباقي - 72٪ [المصدر: NASA / WMAP]!

إذن ما هي المادة المظلمة؟ من أين أتى؟ اين هي الان؟ كيف يدرس العلماء الأشياء عندما لا يستطيعون رؤيتها؟ وما الذي يأملون في الحصول عليه من حل اللغز؟ هل المادة المظلمة هي سر ترسيخ النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، أم أنها ستغير بشكل أساسي كيف نرى وفهم العالم من حولنا؟ الكثير من الأسئلة يجب الإجابة عليها. سنبدأ من البداية - بعد ذلك.

دليل على المادة المظلمة: البداية

ظل علماء الفلك مفتونين بالمجرات لعدة قرون. جاء أولاً إدراك أن نظامنا الشمسي ملقى بين ذراعي جسم ضخم من النجوم. ثم جاء الدليل على وجود مجرات أخرى خارج مجرة ​​درب التبانة. بحلول العشرينات من القرن الماضي ، كان العلماء مثل إدوين هابل يصنفون الآلاف من الأكوان & quot

كان أحد الجوانب الرئيسية التي كان علماء الفلك يأملون في قياسها هو كتلة المجرة. لكن لا يمكنك فقط أن تزن شيئًا بحجم مجرة ​​- عليك أن تجد كتلتها بطرق أخرى. إحدى الطرق هي قياس شدة الضوء أو لمعانه. كلما زادت إضاءة المجرة ، زادت كتلتها (انظر كيف تعمل النجوم). طريقة أخرى هي حساب دوران جسم أو قرص المجرة ، من خلال تتبع مدى سرعة تحرك النجوم داخل المجرة حول مركزها. يجب أن تشير الاختلافات في سرعة الدوران إلى مناطق متفاوتة الجاذبية وبالتالي الكتلة.

عندما بدأ علماء الفلك قياس دوران المجرات الحلزونية في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي ، توصلوا إلى اكتشاف محير. لقد توقعوا أن يروا نجومًا بالقرب من مركز المجرة ، حيث تكون المادة المرئية أكثر تركيزًا ، وتتحرك أسرع من النجوم الموجودة على الحافة. ما رأوه بدلاً من ذلك هو أن النجوم الموجودة على حافة المجرة لها نفس سرعة الدوران مثل النجوم بالقرب من المركز. لاحظ علماء الفلك هذا أولاً مع مجرة ​​درب التبانة ، ثم في السبعينيات ، أكدت فيرا روبن هذه الظاهرة عندما أجرت قياسات كمية مفصلة للنجوم في العديد من المجرات الأخرى ، بما في ذلك مجرة ​​المرأة المسلسلة (M31).

أشارت المعنى الضمني لكل هذه النتائج إلى احتمالين: شيء ما كان خاطئًا بشكل أساسي في فهمنا للجاذبية والدوران ، والذي بدا غير مرجح نظرًا لأن قوانين نيوتن صمدت في العديد من الاختبارات لعدة قرون. أو ، على الأرجح ، يجب أن تحتوي المجرات والعناقيد المجرية على شكل غير مرئي من المادة - مرحبًا ، المادة المظلمة - المسؤولة عن تأثيرات الجاذبية المرصودة. عندما ركز علماء الفلك انتباههم على المادة المظلمة ، بدأوا في جمع أدلة إضافية على وجودها.

لم ينشأ مفهوم المادة المظلمة مع فيرا روبن. في عام 1932 ، لاحظ عالم الفلك الهولندي يان هندريك أورت أن النجوم في مجرتنا المجاورة كانت تتحرك بسرعة أكبر مما تنبأت به الحسابات. استخدم مصطلح & quotdark matter & quot لوصف الكتلة غير المحددة المطلوبة لإحداث هذه الزيادة في السرعة. بعد ذلك بعام ، بدأ فريتز زويكي بدراسة المجرات في كتلة كوما. باستخدام قياسات اللمعان ، حدد مقدار الكتلة التي يجب أن تكون في الكتلة ، وبعد ذلك ، نظرًا لارتباط الكتلة والجاذبية ، قام بحساب السرعة التي يجب أن تتحرك بها المجرات. عندما قاس سرعاتهم الفعلية ، وجد أن المجرات كانت تتحرك بسرعة أكبر بكثير مما كان يتوقع. لشرح هذا التناقض ، اقترح زويكي أن المزيد من الكتلة - مرتان من حيث الحجم أكثر - مخفية بين المادة المرئية. مثل أورت ، أطلق زويكي على هذه المادة المظلمة غير المرئية [المصدر: SuperCDMS في جامعة كوينز].

دليل على المادة المظلمة: اكتشافات جديدة

واصل علماء الفلك العثور على معلومات محيرة أثناء دراستهم لمجرات الكون البعيدة. عدد قليل من مراقبي النجوم الجريئين حولوا انتباههم إلى عناقيد المجرة - عقد من المجرات (أقل من 50 وحتى الآلاف) مرتبطة ببعضها البعض عن طريق الجاذبية - على أمل العثور على برك من الغاز الساخن لم يتم اكتشافها سابقًا والتي قد تكون مسؤولة عن نسب الكتلة إلى المادة المظلمة.

عندما وجهوا تلسكوبات الأشعة السينية ، مثل مرصد شاندرا للأشعة السينية ، نحو هذه التجمعات ، وجدوا بالفعل سحبًا ضخمة من الغازات شديدة الحرارة. لا يكفي ، مع ذلك ، لتفسير التناقضات في الكتلة. أظهر قياس ضغط الغاز الساخن في العناقيد المجرية أنه يجب أن يكون هناك ما يقرب من خمسة إلى ستة أضعاف كمية المادة المظلمة مثل جميع النجوم والغازات التي نلاحظها [المصدر: مرصد شاندرا للأشعة السينية]. خلاف ذلك ، لن يكون هناك جاذبية كافية في الكتلة لمنع الغاز الساخن من الهروب.

قدمت العناقيد المجرية أدلة أخرى حول المادة المظلمة. بالاقتراض من النظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين ، أظهر علماء الفلك أن العناقيد والعناقيد العملاقة يمكن أن تشوه الزمكان بكتلتها الهائلة. أشعة الضوء المنبعثة من جسم بعيد خلف كتلة تمر عبر الزمكان المشوه ، مما يتسبب في ثني الأشعة وتقاربها أثناء تحركها نحو مراقب. لذلك ، فإن الكتلة تعمل كعدسة جاذبية كبيرة ، مثل العدسة البصرية (انظر كيف يعمل الضوء).

يمكن أن تظهر الصورة المشوهة للكائن البعيد بثلاث طرق ممكنة اعتمادًا على شكل العدسة:

  1. حلقة - تظهر الصورة على شكل دائرة جزئية أو كاملة من الضوء تعرف بحلقة أينشتاين. يحدث هذا عندما يكون الجسم البعيد والمجرة ذات العدسة والمراقب / التلسكوب في محاذاة تمامًا. إنه نوع من مثل عين الثور الكونية.
  2. مستطيل أو بيضاوي الشكل - يتم تقسيم الصورة إلى أربع صور وتظهر على شكل تقاطع يُعرف باسم صليب أينشتاين.
  3. تجمع - تظهر الصورة على شكل سلسلة من الأقواس والأقواس على شكل موزة.

من خلال قياس زاوية الانحناء ، يمكن لعلماء الفلك حساب كتلة عدسة الجاذبية (كلما زاد الانحناء ، زادت كتلة العدسة). باستخدام هذه الطريقة ، أكد علماء الفلك أن الحشود المجرية لها بالفعل كتل عالية تتجاوز تلك المقاسة بالمادة المضيئة ، ونتيجة لذلك ، قدموا أدلة إضافية على المادة المظلمة.

في عام 2000 ، لاحظ شاندرا سحابة عملاقة من الغاز الساخن تغلف عنقود المجرات Abell 2029 ، مما دفع علماء الفلك لتقدير أن الكتلة يجب أن تحتوي على كمية من المادة المظلمة تعادل أكثر من مائة تريليون شمس! إذا كانت العناقيد الأخرى لها خصائص متشابهة ، فيمكن أن تُعزى 70 إلى 90 بالمائة من كتلة الكون إلى المادة المظلمة [المصدر: مرصد شاندرا للأشعة السينية].

عندما جمع علماء الفلك أدلة حول وجود - وكمية هائلة - من المادة المظلمة ، لجأوا إلى الكمبيوتر لإنشاء نماذج لكيفية تنظيم الأشياء الغريبة. قاموا بعمل تخمينات مستنيرة حول كمية المادة الباريونية والظلام التي قد توجد في الكون ، ثم تركوا الكمبيوتر يرسم خريطة بناءً على المعلومات. أظهرت عمليات المحاكاة المادة المظلمة كمواد شبيهة بالشبكة متشابكة مع مادة مرئية منتظمة. في بعض الأماكن ، اندمجت المادة المظلمة في كتل. في أماكن أخرى ، امتدت لتشكل خيوطًا طويلة وخيطية تظهر عليها المجرات متشابكة ، مثل الحشرات التي تم صيدها في حرير العنكبوت. وفقًا للكمبيوتر ، يمكن أن تكون المادة المظلمة في كل مكان ، وتربط الكون معًا مثل نوع من النسيج الضام غير المرئي.

منذ ذلك الحين ، عمل علماء الفلك بجد لإنشاء خريطة مماثلة للمادة المظلمة بناءً على الملاحظة المباشرة. وقد استخدموا واحدة من نفس الأدوات - عدسة الجاذبية - التي ساعدت في إثبات وجود المادة المظلمة في المقام الأول. من خلال دراسة تأثيرات انحناء الضوء لعناقيد المجرات ودمج البيانات مع القياسات البصرية ، تمكنوا من & اقتباس المواد غير المرئية وبدأوا في تجميع خرائط دقيقة.

في بعض الحالات ، يقوم علماء الفلك برسم خرائط عناقيد مفردة. على سبيل المثال ، في عام 2011 ، استخدم فريقان بيانات من مرصد شاندرا للأشعة السينية وأدوات أخرى مثل تلسكوب هابل الفضائي لرسم خريطة لتوزيع المادة المظلمة في مجموعة مجرات تُعرف باسم أبيل 383 ، والتي تقع على بعد حوالي 2.3 مليار سنة ضوئية. من الأرض. توصل كلا الفريقين إلى نفس النتيجة: المادة المظلمة في العنقود ليست كروية بل بيضاوية الشكل ، مثل كرة القدم الأمريكية ، موجهة بنهاية واحدة تشير إلى المراقبين. اختلف الباحثون ، مع ذلك ، حول كثافة المادة المظلمة عبر Abell 383. حسب أحد الفريقين أن المادة المظلمة زادت باتجاه مركز العنقود ، بينما قاس الآخر كمية أقل من المادة المظلمة في المركز. حتى مع هذه التناقضات ، أثبتت الجهود المستقلة أنه يمكن اكتشاف المادة المظلمة ورسم خرائط لها بنجاح.

في يناير 2012 ، نشر فريق دولي من الباحثين نتائج مشروع أكثر طموحًا. باستخدام كاميرا 340 ميجابكسل على تلسكوب كندا وفرنسا وهاواي (CFHT) على جبل ماونا كيا في هاواي ، درس العلماء تأثيرات عدسة الجاذبية لعشرة ملايين مجرة ​​في أربع مناطق مختلفة من السماء على مدى خمس سنوات. عندما قاموا بتجميع كل شيء معًا ، كان لديهم صورة للمادة المظلمة تبحث عبر مليار سنة ضوئية من الفضاء - أكبر خريطة للأشياء غير المرئية التي تم إنتاجها حتى الآن. يشبه منتجهم النهائي عمليات المحاكاة الحاسوبية السابقة وكشف عن شبكة واسعة من المادة المظلمة تمتد عبر الفضاء وتختلط بالمادة الطبيعية التي عرفناها منذ قرون.

تحديد جزيئات المادة المظلمة

بناءً على الأدلة ، يتفق معظم علماء الفلك على وجود المادة المظلمة. أبعد من ذلك ، لديهم أسئلة أكثر من الإجابات. السؤال الأكبر ، نجرؤ على القول بأنه واحد من أكبر الأسئلة في علم الكونيات ، يتمحور حول الطبيعة الدقيقة للمادة المظلمة. هل هي مادة غريبة وغير مكتشفة أم أنها مسألة عادية يصعب علينا ملاحظتها؟

يبدو الاحتمال الأخير غير محتمل ، لكن علماء الفلك أخذوا بعين الاعتبار عددًا قليلاً من المرشحين ، وأشاروا إلى ذلك ماتشو، أو كائنات هالة مدمجة ضخمة. MACHOs هي أجسام كبيرة تتواجد في هالات المجرات ولكنها بعيدة المنال عن الكشف لأنها ذات لمعان منخفض. وتشمل هذه الأجسام الأقزام البنية ، والأقزام البيضاء القاتمة للغاية ، والنجوم النيوترونية ، وحتى الثقوب السوداء. ربما تساهم MACHOs إلى حد ما في لغز المادة المظلمة ، ولكن ببساطة لا يوجد ما يكفي منها لتفسير كل المادة المظلمة في مجرة ​​واحدة أو مجموعة مجرات.

يعتقد علماء الفلك أنه من المرجح أن المادة المظلمة تتكون من نوع جديد تمامًا من المادة مبني من نوع جديد من الجسيمات الأولية. في البداية ، فكروا النيوترينوات، الجسيمات الأساسية التي افترضت لأول مرة في ثلاثينيات القرن الماضي ثم اكتُشفت في الخمسينيات من القرن الماضي ، ولكن نظرًا لكونها قليلة الكتلة ، يشك العلماء في أنها تشكل الكثير من المادة المظلمة المرشحون الآخرون هم من نسج الخيال العلمي. هم معروفون ب WIMPsتتفاعل الجزيئات الضخمة بشكل ضعيف) ، وإذا كانت موجودة ، فإن لهذه الجسيمات كتل أكبر بعشرات أو مئات المرات من كتلة البروتون ولكنها تتفاعل بشكل ضعيف مع المادة العادية بحيث يصعب اكتشافها. يمكن أن تتضمن WIMPs أي عدد من الجسيمات الغريبة ، مثل:

  • نيوترالينوس (نيوترينوات ضخمة) - جسيمات افتراضية تشبه النيوترينوات ، لكنها أثقل وأبطأ. على الرغم من عدم اكتشافهم ، إلا أنهم في المركز الأول في فئة WIMPs.
  • أكسيونات - جسيمات صغيرة متعادلة كتلتها أقل من جزء من المليون من الإلكترون. ربما تم إنتاج الأكسيونات بكثرة خلال الانفجار العظيم.
  • فوتينوس - على غرار الفوتونات ، ولكل منها كتلة أكبر من البروتون بمقدار 10 إلى 100 مرة. إن Photinos غير مشحون ، ووفقًا لقب WIMP ، يتفاعل بشكل ضعيف مع المادة.

يواصل العلماء في جميع أنحاء العالم البحث بقوة عن هذه الجسيمات. يقع أحد أهم مختبراتهم ، وهو مصادم هادرون الكبير (LHC) ، في أعماق الأرض في نفق دائري بطول 16.5 ميلًا يعبر الحدود الفرنسية السويسرية. داخل النفق ، تعمل الحقول الكهربائية على تسريع حزمتين معبأتين بالبروتونات إلى سرعات عبثية ثم السماح لهما بالتصادم ، مما يحرر رذاذًا معقدًا من الجسيمات. الهدف من تجارب LHC ليس إنتاج WIMPs مباشرةً ، ولكن إنتاج جسيمات أخرى قد تتحلل إلى مادة مظلمة. إن عملية الاضمحلال هذه ، على الرغم من كونها فورية تقريبًا ، ستسمح للعلماء بتتبع تغيرات الزخم والطاقة التي من شأنها أن توفر دليلًا غير مباشر على جسيم جديد تمامًا.

تتضمن التجارب الأخرى أجهزة كشف تحت الأرض تأمل في تسجيل جسيمات المادة المظلمة التي تتحرك عبر الأرض وعبرها (انظر الشريط الجانبي).

إذا كانت المجرات البعيدة تقع عادةً داخل كفن من المادة المظلمة ، فقد تكون مجرة ​​درب التبانة أيضًا. وإذا كان الأمر كذلك ، فلا بد أن الأرض تمر عبر بحر من جسيمات المادة المظلمة أثناء دورانها حول الشمس ، والشمس تدور حول المجرة. لاكتشاف هذه الجسيمات ، قام فريق Cryogenic Dark Matter Search (CDMS) بدفن مجموعة من خلايا الجرمانيوم في أعماق الأرض في سودان ، مينيسوتا. في حالة وجود جزيئات المادة المظلمة ، يجب أن تمر عبر الأرض الصلبة وتضرب نوى ذرات الجرمانيوم ، التي سترتد وتنتج كميات ضئيلة من الحرارة والطاقة. في عام 2010 ، أفاد الفريق أنه اكتشف اثنين من WIMPs مرشحين يصيبان مجموعة الخلايا. في النهاية ، قرر العلماء أن النتائج لم تكن ذات دلالة إحصائية ، لكنها كانت دليلًا محيرًا آخر في البحث عن المادة الأكثر غموضًا في الكون.

بدائل المادة المظلمة

لا يتم بيع المادة المظلمة لدى الجميع ، وليس بفكرة بعيدة المدى. يعتقد عدد قليل من علماء الفلك أن قوانين الحركة والجاذبية ، التي صاغها نيوتن ووسّعها أينشتاين ، ربما تلاقت أخيرًا مع نظيرتها. إذا كان الأمر كذلك ، فإن تعديل الجاذبية ، وليس بعض الجسيمات غير المرئية ، يمكن أن يفسر التأثيرات المنسوبة إلى المادة المظلمة.

في الثمانينيات ، اقترح الفيزيائي Mordehai Milgrom أن قانون نيوتن الثاني للحركة (القوة = الكتلة × التسارع ، f = ma) يجب إعادة فحصه في حالات حركات المجرات. كانت فكرته الأساسية أنه عند التسارع المنخفض جدًا ، الذي يقابل مسافات كبيرة ، ينهار القانون الثاني. لجعله يعمل بشكل أفضل ، أضاف ثابتًا رياضيًا جديدًا إلى قانون نيوتن الشهير ، ودعا التعديل MOND، أو الديناميكيات النيوتونية المعدلة. نظرًا لأن Milgrom طور MOND كحل لمشكلة معينة ، وليس كمبدأ أساسي في الفيزياء ، فقد صرخ العديد من علماء الفلك والفيزياء.

أيضًا ، لا يمكن لـ MOND تفسير دليل المادة المظلمة التي تم اكتشافها بواسطة تقنيات أخرى لا تتضمن قانون نيوتن الثاني ، مثل علم الفلك بالأشعة السينية وعدسات الجاذبية. مراجعة عام 2004 لـ MOND ، والمعروفة باسم تيفيس (الجاذبية المتجهية العددية) ، يقدم ثلاثة مجالات مختلفة في الزمكان ليحل محل مجال الجاذبية الواحد. نظرًا لأن TeVeS يشتمل على النسبية ، فإنه يمكنه استيعاب ظواهر مثل العدسة. لكن هذا لم يحسم الجدل. في عام 2007 ، اختبر الفيزيائيون قانون نيوتن الثاني وصولاً إلى تسارع منخفض يصل إلى 5 × 10-14 م / ث 2 وأفادوا أن f = ma صحيح بدون تعديلات ضرورية (انظر تحديث أخبار المعهد الأمريكي للفيزياء: & quotNNewton's Second Law of Motion، & quot 11 أبريل 2007) ، مما يجعل MOND أقل جاذبية.

لا تزال البدائل الأخرى تعتبر المادة المظلمة وهم ناتج عن فيزياء الكم. في عام 2011 ، اقترح دراجان هايدوكوفيتش من المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) أن الفضاء الفارغ مليء بجزيئات المادة والمادة المضادة التي ليست فقط متضادات كهربائية ، ولكن أيضًا أضداد جاذبية. مع شحنات الجاذبية المختلفة ، ستشكل المادة وجزيئات المادة المضادة ثنائيات أقطاب الجاذبية في الفضاء. إذا تشكلت هذه ثنائيات الأقطاب بالقرب من مجرة ​​- جسم ذو مجال جاذبية هائل - فإن ثنائيات أقطاب الجاذبية ستصبح مستقطبة وتقوي مجال الجاذبية للمجرة. هذا من شأنه أن يفسر تأثيرات الجاذبية للمادة المظلمة دون الحاجة إلى أي أشكال جديدة أو غريبة من المادة.


ما هو موجود اليوم أو في وقت ما في المستقبل القريب

دافع الدافع: الدافع الدافع لا يختلف عن صواريخنا الكيميائية اليوم ، ولكنه أكثر تقدمًا فقط. مع التقدم الذي يحدث اليوم ، ليس من غير المعقول الاعتقاد بأننا سنمتلك يومًا ما أنظمة دفع مماثلة للدفع الدافع على المركبة الفضائية مشروع.

أجهزة الحجب: المفارقة هنا ، بالطبع ، هي أن هذه تقنية لم يستوعبها البشر حتى الآن في وقت مبكر ستار تريك سلسلة (على الرغم من وجود إمبراطورية كلينجون). ومع ذلك ، فهذه إحدى التقنيات الأقرب إلى أن تصبح حقيقة واقعة اليوم. هناك أجهزة تخفي أشياء صغيرة بحجم الأشخاص ، لكن جعل سفينة فضاء بأكملها تختفي لا يزال بعيدًا.

أجهزة الاتصال: في Star Trek ، لا أحد يذهب إلى أي مكان بدونه. حمل جميع أعضاء Starfleet معهم جهازًا يسمح لهم بالتواصل مع أعضاء الطاقم الآخرين. في الواقع ، لا يذهب الكثير من الأشخاص إلى أي مكان بدون هواتفهم الذكية ، بل هناك شارات اتصال عاملة.

الأجهزة التي تشبه Tricorder: في Star Trek ، تُستخدم أجهزة الاستشعار المحمولة "في الميدان" لكل شيء بدءًا من التشخيصات الطبية إلى عينات الصخور والغلاف الجوي. تستخدم المركبات الفضائية اليوم على سطح المريخ وما وراءه مثل هذه المستشعرات ، على الرغم من أنها ليست "محمولة" بعد. في السنوات الأخيرة ، ابتكرت فرق من المخترعين آلات طبية شبيهة بالترتيب الثلاثي تشق طريقها بالفعل إلى السوق.


7 الزمانية


الزمانية هي مفهوم فلسفي آخر يتعلق بالوقت. الزمانية هي الدراسة الفلسفية للماضي والحاضر والمستقبل ، وما تعنيه لنا ، نحن الوكلاء الواعين الذين يعيشون حياتنا. إذا كان الوقت هو دراسة مسار خطي على طول محور ، أو حركة دائرية تتكرر بها كل الأشياء ، والمدة الحقيقية هي تجربة الوقت كما نعيشه من الداخل ، فإن الزمنية هي التركيز على كيفية تغير الأشياء. الزمانية هي الآثار الحقيقية للوقت ، حيث ينتقل الموز من حالة عدم النضج ، إلى النضج ، إلى التعفن ، أو كيف يتحلل الجسم ببطء على مدى سلسلة من الأيام ، والأسابيع ، والشهور ، والسنوات. في حين أن الأيام والأسابيع والشهور والسنوات هي قياسات الوقت ، فإن عملية التحلل الملموسة تحدث من خلال الزمنية.

Since the time of Augustine, philosophers have sought to tease out the difference between time and temporality by noting that time, unlike temporality, could only be measured outside of the framework of eternity, while temporality was the process of going toward eternity, and as a pure process, rather than measurement, time was an intrinsic part of the making (or unfolding) of eternity. [4] As each moment flows seamlessly into the next, the human existence cannot take place without this constant transition into the future. Unlike linear time, which is an abstraction between two moments and which inherently means the measurement of time must stop, temporality is constant, ongoing, and forever in flux and must take place in reference to other changing things.


Can we track matter through time by looking at different depths in space? - الفلك

Structure of the Universe

Does the Universe have an edge, beyond which there is nothing?
Galaxies extend as far as we can detect. with no sign of diminishing.There is no evidence that the universe has an edge. The part of the universe we can observe from Earth is filled more or less uniformly with galaxies extending in every direction as far as we can see - more than 10 billion light-years, or about 6 billion trillion miles. We know that the galaxies must extend much further than we can see, but we do not know whether the universe is infinite or not. When astronomers sometimes refer (carelessly!) to galaxies "near the edge of the universe," they are referring only to the edge of the OBSERVABLE universe - i.e., the part we can see.
^ back to top

Are the galaxies arranged on the surface of a sphere?
No. Galaxies are not actually arranged on the surface of a sphere. Many students and teachers mistakenly believe that the galaxies in the universe are arranged on the surface of a sphere. One origin of this misconception is the common demonstration of blowing up a balloon to model the expansion of the universe. Another is the (mistaken) belief that during the Big Bang, matter expanded into space from a point (see below). A third is the finding that many clusters of galaxies appear to be arranged around the outside of "bubble-like" voids in the universe. But on the largest scales that astronomers have observed, each chunk of space appears to have just as much matter as any other equivalent chunk.
^ back to top

Why can't we see the whole universe?
We can see just about as far as nature allows us to see. Two things prevent us from seeing further. First, the universe has been evolving with time. Stars and galaxies did not always exist. Therefore light from MOST of the galaxies in the universe has not yet had time to reach us. Second, the universe has been expanding with time. Again, light from MOST of the universe has not yet had time to reach us.

If you could suddenly freeze time everywhere in the universe, and magically survey all of creation, you would find galaxies extending out far beyond what we can see today. But how far, no one knows.
^ back to top

Does the term "universe" refer to space, or to the matter in it, or to both?
Just a hundred years ago, scientists thought of the universe in terms of matter. Space was just the "emptiness" in which matter lived.

Today, the situation is reversed. During the twentieth century, scientists learned that space is not "nothingness." First, Einstein showed that space has structure: It is flexible and can be stretched. (In fact, when astronomers talk about the "expansion of the universe," they are referring to the stretching of space between clusters of galaxies - NOT to the motion of galaxies through space.) Later, scientists found other properties of space. For example, matter and anti-matter are routinely created in the laboratory from space itself (and an energy source) the kinds of particles that can exist reflect the structure of space. In fact, there is now evidence that space itself MAY possess some slight amount of energy of its own, of a form previously unknown. If so, space may actually have weight!

Discovering the properties of space remains one of the deepest and most important problems in modern science.
^ back to top

Evolution of the Universe

Did the Universe expand from a point? If so, doesn't the universe have to have an edge?
No. The Big Bang was not an explosion IN space. It was a process that involved ALL of space. This misconception causes more confusion than any other in cosmology. Unfortunately, many students, teachers, and scientists(!) mistakenly picture the "Big Bang" as an explosion that took place at some location in space, hurtling matter outward.

In reality, ALL of space was filled with energy right from the beginning. There was no center to the expansion, and no magical point from which matter hurtled outward. The confusion arises in part because of the amazing conclusion that the OBSERVABLE portion of the universe was once packed into an incredibly tiny volume. But that primordial pellet of matter and energy was NOT surrounded by empty space. it was surrounded by more matter and energy (which today is beyond the region we can observe.) In fact, if the whole universe is infinitely large now, then it was always infinite, including during the Big Bang as well.

To put it another way, the current evidence indicates only that the early universe - the WHOLE universe - was extremely DENSE - but not necessarily extremely small. Thus the Big Bang took place everywhere in space, not at a particular point in space.
^ back to top

Then where did the idea that the universe was once a point come from?
For much of the twentieth century, astronomers and physicists believed that space might NOT be infinitely large - that is, space might actually curve around on itself to form a "closed universe." This unusual three-dimensional shape was discovered in the mid-1800's by the great mathematician Bernhard Riemann. The shape was later favored by Einstein as a possible shape for the universe. Such a closed universe would have a finite volume, yet no boundaries or edges. Although closed universes cannot be visualized from the outside, they CAN be visualized from the inside. For example, the image at right gives an idea of what a tiny closed universe might look like. (In a real closed universe, you cannot see the back of your head, the way you can here.) If you shrink such a space down, then everything in it gets closer together, and the volume of the closed universe gets closer and closer to zero. But there is still nowhere OUTSIDE the space for an observer.

Current evidence shows that our part of the universe appears not to be curved. This tells us that either the universe is infinitely large, or else is so large that we cannot detect its curvature from the tiny portion we can observe -- just as we could not tell that the Earth was curved if our measurements were confined to a sandbox!
^ back to top

If the universe started out so dense, why didn't it collapse into a black hole?
A large enough clump of matter will collapse to form a black hole, but ONLY if it is surrounded by (relatively) empty space. During the Big Bang, there WAS NO empty space: ALL of space was filled more or less uniformly with matter and energy there was no "center of attraction" around which matter could coalesce. Under these circumstances, a cosmic-scale black hole will not form (and lucky for us!).
^ back to top

Why does looking out in space mean looking back in time?
Because it takes time for light from distant objects to reach us. We see the sun as it looked about 8 minutes ago. other stars as they looked years ago. and distant galaxies as they looked millions or even billions of years ago.
^ back to top

I've heard the expansion of the universe may be speeding up. Is there an "anti-gravity" force?
Current studies of distant exploding stars have led astronomers to conclude that the universe is not only expanding - the expansion may be accelerating with time. This is not due to an "anti-gravity force" but rather to gravity itself. In fact, the effect was predicted as a possibility on the basis of Einstein's theory of gravity.

(It may seem strange that gravity can be "repulsive" as well as attractive. The secret is that the expansion applies to the fabric of space itself - not to the matter within it space behaves very differently from matter. For example, no chunk of matter can travel through space at the speed of light. Yet SPACE itself can expand faster than the speed of light. Similarly, while matter is attracted to other matter by gravity, space behaves differently: Space can either expand or contract as a consequence of gravity.)
^ back to top

When they say "the universe is expanding," what exactly is expanding?
As bizarre as it may seem, space itself is expanding - specifically, the vast regions of space between galaxies.
^ back to top

But if you can't see space, or feel it or touch it - how can it be expanding ?
According to Einstein, space is not simply emptiness it's a real, stretchable, flexible thing. In fact, understanding the properties and behavior of space is a major goal of modern physics.
^ back to top

Why did anyone ever think that space should be expanding? Isn't it a far-fetched idea?
The notion that space is expanding is a prediction of Einstein's theory of gravity, which describes a simple but universal relationship between space, time, and matter. But it was a prediction that Einstein didn't believe in fact, he tried to modify his theory to get rid of it.
^ back to top

Then how do we know that space really is expanding?
In the late 1920's, the astronomer Edwin Hubble first observed that distant galaxies are moving away from us, just as would be expected if the space between galaxies were growing in volume - and just as predicted by Einstein's theory of gravity. Since then, astronomers have measured this recession for millions of galaxies. But there's other evidence as well.
^ back to top

Are the galaxies in the universe moving through space?
No, the galaxies sit more or less passively in the space around them. As the space between galaxies expands, it carries the galaxies further apart - like raisins in an expanding dough.
^ back to top

But I heard that our Milky Way galaxy may one day collide with a neighboring galaxy. If galaxies are all moving apart from each other, how can they collide?
The universe is a chaotic place - and the gravity from one galaxy, or from a group of galaxies, may disturb the motion of its near neighbors, causing them to collide. However, on average, when you compare two large enough chunks of space, the galaxies in one are moving away from the galaxies in the other.
^ back to top

Where did the Big Bang scenario come from?
If space (and everything with it) is expanding now, then the universe must have been much denser in the past. That is, all the matter and energy (such as light) that we observe in the universe would have been compressed into a much smaller space in the past. Einstein's theory of gravity enables us to run the "movie" of the universe backwards - i.e., to calculate the density that the universe must have had in the past. The result: any chunk of the universe we can observe - no matter how large - must have expanded from an infinitesimally small volume of space.
^ back to top

How do we know when the Big Bang took place?
By determining how fast the universe is expanding now, and then "running the movie of the universe" backwards in time, using Einstein's theory of gravity. The result is that space started expanding about 15 billion years ago, give or take a few billion years. This number is uncertain, in part because of uncertainties in our current measurements of how fast the universe is expanding, how much matter and energy there is, and even what kind of energy there is in the universe.
^ back to top

Do we know where, in space, the Big Bang took place?
It's a common misconception that the Big Bang was an "explosion" that took place somewhere in space. But the Big Bang was an expansion of space itself. Every part of space participated in it. For example, the part of space occupied by the Earth, the Sun, and our Milky Way galaxy was once, during the Big Bang, incredibly hot and dense. The same holds true of every other part of the universe we can see.

Artists may find it more dramatic to draw a "fireball" expanding into space, but as far as we know, there would have been no such "ball."
^ back to top

How do we know there really was a Big Bang?
As mentioned above, we observe that galaxies are rushing apart in just the way predicted by the Big Bang scenario. But there are other important clues.

Astronomers have detected, throughout the universe, two chemical elements that could only have been created during the Big Bang: hydrogen and helium. Furthermore, these elements are observed in just the proportions (roughly 75% hydrogen, 25% helium) predicted to have been produced during the Big Bang. This prediction is based on our well-established understanding of nuclear reactions - independent of Einstein's theory of gravity.

Second, we can actually detect the light left over from the era of the Big Bang. The blinding light that was present in our region of space has long since traveled off to the far reaches of the universe. But light from distant parts of the universe is just now arriving here at Earth, billions of years after the Big Bang. This light is observed to have all the characteristics expected from the Big Bang scenario and from our understanding of heat and light.
^ back to top

But I've heard on the news there are problems with the Big Bang theory. Is it still just a "theory"?
The Big Bang is actually not a "theory" at all, but rather a scenario about the early moments of our universe, for which the evidence is overwhelming. But the Big Bang scenario cannot be the whole story, and its details are a subject of intense research.
^ back to top

Was the Big Bang the origin of the universe?
It is a common misconception that the Big Bang was the origin of the universe. In reality, the Big Bang scenario is completely silent about how the universe came into existence in the first place. In fact, the closer we look to time "zero," the less certain we are about what actually happened, because our current description of physical laws do not yet apply to such extremes of nature.

The Big Bang scenario simply assumes that space, time, and energy already existed. But it tells us nothing about where they came from - or why the universe was born hot and dense to begin with.
^ back to top

Are there theories that go beyond the Big Bang?
Yes, there are theories that build on the Big Bang scenario by adding insights from physics about the structure of space itself. Watch this space for more details.
^ back to top


Ask an astronomer: What was Einstein’s most mind-blowing discovery?

Do space and time really exist? NASA astronomer Michelle Thaller looks at the implications of Einstein's famous equation E=mc2.

Dr. Michelle Thaller is an astronomer who studies binary stars and the life cycles of stars. She is Assistant Director of Science Communication at NASA. She went to college at Harvard University, completed a post-doctoral research fellowship at the California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena, Calif. then started working for the Jet Propulsion Laboratory's (JPL) Spitzer Space Telescope. After a hugely successful mission, she moved on to NASA's Goddard Space Flight Center (GSFC), in the Washington D.C. area. In her off-hours often puts on about 30lbs of Elizabethan garb and performs intricate Renaissance dances. For more information, visit NASA.

MICHELLE THALLER: If you were to convert my hand into pure energy using Einstein's equation you could have nuclear Armageddon on a global scale. There is so much mass in here that if you were to convert me into pure energy I could blow up the planet.

There are very few people in the world where I just simply say their name and you immediately can picture them, probably many different images of them, and one of them certainly is Einstein. I just say that word and all of a sudden you're thinking about crazy white hair and the mustache, somebody who is brilliant, you know, those wonderful unknowing eyes with lots of smile lines around them. Everybody knows who Einstein is and people understand that he was a very famous scientist, but I think that people often don't grasp the true depth and the profound nature of the things that Einstein introduced to us.

I also spend a lot of time debunking, in some ways, the myth of Albert Einstein. A lot of people seem to think that he was somebody that worked outside of traditional academics, he wasn't part of the academic establishment, he came up with all this brilliant stuff all by himself. Well, that wasn't true either. Einstein was a professor, he actually taught a lot at the University of Bern and also in Berlin and then eventually came to Princeton. He was very much a product of the time and the science that was going on. There were brilliant people at this time. Science was changing in so many different ways and for a lot of things Einstein found himself kind of in the right place at the right time to see two different things going on and say ah-ha, those things actually go together. And to me that really was some of the real brilliance of Einstein, was that he became a bridge between many, many different subject matters.

It amazes me that he was one of the people when he was doing his doctoral dissertation, who figured out the size and speed of molecules in the air all around you. People didn't realize at the time, when Einstein was a younger student in college, that air was made of molecules, little things that are constantly bouncing off each other and bouncing off of you and that's what we think of as air. And it became known that there was a tremendous number of these. To give you an idea, in about a square foot of air, if I had about a square foot of air of volume in front of me, how many molecules are in a square foot of air? The answer is approximately 10 to the 23, which means a one with 23 zeros after that. That's such a big number we don't have a name for it. And all of those molecules are bouncing off you at hundreds of miles an hour. Can you imagine when they realized that's what air really was? Einstein was a major figure in that and then there was so many other things he did.

But I think if I were to ask you, what is Einstein really known for? The thing that would pop into your head, even if you don't know what it means, is the equation E=mc2. So, this is something that I have to say takes my breath away in the implications of this. It is absolutely incredible. What it means is that energy, pure energy, is really the same thing as matter, as mass. When we talk about matter—I'm made of matter, I'm made of atoms and molecules, I'm a solid thing—what you're really talking about in many ways is the fact that I have mass. I have something that you can measure the gravity of. I'm a solid, substantive thing. And you think about energy—so maybe an example of pure energy could be a beam of light. A beam of light has no mass at all, there's no substance to it, it doesn't have a volume, it's just pure energy. E=mc2 is the bridge, and this is what Einstein was so brilliant at, bridging two very different parts of the universe all at once: the world of matter and the world of pure energy. 'C' in this equation represents the speed of light and the speed of light is a huge number. To give it to you just in some units you might be able to understand, the speed of light is 186,000 miles per second. So, that's how fast light travels through space, through empty space it would go about 186,000 miles every second. And that's a big number already and to square something means you multiply it by itself, so two times two equals four—you're squaring two. Four times four equals 16, you square that. Now think about squaring 186,000 and that's in the units of miles per second. That's a big number.

And so, think about the equation: M means mass, the amount of gravitational oomph we have, and E is energy. What that means literally is that what you are is some super intense almost kind of coagulated form of energy. If you were to convert just a little bit of my mass into pure energy you would have a tremendous amount of energy. And let me give you an example of how much that's true. The thing that in our experience can actually convert mass into energy is a nuclear bomb. A nuclear bomb these days we have very powerful ones called hydrogen bombs. In the case of the bomb that were first used on the city of Hiroshima in Japan, the amount of matter that was converted into pure energy, that killed 100,000 people and leveled a city, that was the equivalent to about a third of the mass of a dime. So, think about a dime coin, cut it in three that's about how much mass blew up the entire city of Hiroshima. So, you can think about the fact that in my hand, if you were to convert my hand into pure energy using Einstein's equation, you could have nuclear Armageddon on a global scale. There is so much mass in here that if you were to convert me into pure energy I could blow up the planet. That's an amazing thing to think of, is that what you are is this somehow changed modified form of energy.

And by the way, you can go the other way too—you can actually turn energy into mass. And this is what we do in the particle accelerators all around the earth. I had the wonderful opportunity, and this was like being a kid in a candy store, I've actually gone to tour CERN, which is the largest particle collider in the world. It's in Switzerland and France. And CERN actually has this, I believe the circumference of the circle is about 26 kilometers—it is in Europe, you use kilometers—and it slams tiny particles together at very, very close to the speed of light. And in some cases they slam those particles into bigger, heavier atoms like gold nuclei or lead nuclei, but for a tiny amount of time, less than a trillionth of a second, they actually create conditions very, very close to what it was like a little bit after the Big Bang when the temperature of the universe was measured in trillions of degrees. And that is so much energy that it creates particles, it creates mass just from the pure energy of that collision. And that's how we discover new particles. Have you ever wondered why does the particle collider discover new particles? You get to bigger and bigger energies, you collide things faster and harder together and the more energy you can build up the more massive a thing you can make. So, you can find more massive particles the higher energy you juice this collider up to. And now, of course, we want to actually design the next generation of colliders some of the things we're hoping to find are maybe things like a particle of dark matter. We now know the universe is made of this mysterious substance called dark matter but we have no idea what particle is associated with it. It may be that that particle is massive enough we haven't been able to build it yet.

One of the incredible things about these particle accelerators is that they use Einstein's equation backwards, they turn energy into mass. And once you get to a high enough energy, the universe can make anything it wants that has that amount of energy in its mass. So, that's the way we have found more and more exotic particles, the Higgs boson, different sorts of quarks and building blocks of atoms, all by getting to these higher and higher energies.

Okay, but here's the thing that really sort of keeps me up at night about the equation. Pure energy, like a photon, is very, very different from you and I. And one of the ways that it's very different is that it travels at the speed of light. A photon does not exist standing still, ever, in any part of the universe. A photon is always traveling at the speed of light that's sort of the definition of its existence. And one of the amazing laws that Einstein found was that when you travel close to the speed of light, as you approach that speed time, according to your measurements of it, your sense of time slows down more and more. If you're going half the speed of light your time slows down quite noticeably. If you're going at the speed of light, time ceases to exist. To a photon, to the light, the light that's bouncing off my face right now, the reason you can see me is the light interacting with me and coming to your eyes, that light does not experience time and it did not experience the distance between the camera and my face. To a beam of light, the universe is a single point of space and time. It's almost as if to a beam of light the universe never expanded. All points of space and time collapse into one thing—and yet here we are as matter interacting with light we have time, we have space, we are moving through time and space. I am made of pure energy and in a way I'm made of things that don't experience space and time in a very basic sense. And then something happens and all of a sudden there is gravity, there is time, there is matter, there is mass.

What actually is that transition? What makes something massless, timeless, no idea that there's a separation in space between objects? That blows my mind. How am I simultaneously energy and matter at the same time? And I think that once we really understand this we're going to be in for some very difficult truths to accept. It may be that there is no space or time as we know it, really. Everything that we know of as space and time is some kind of a projection, some kind of a way of viewing this single thing, this singularity that is the universe. If that's true, all points of space and time exist at once. What about my past and my future are all there, according to a beam of light. If we really understand this we may actually be sort of knocking at the door of what reality is and right now I have to say we have no idea what the nature of reality itself is. Maybe this will help us get a clue.


Track Elon Musk’s Tesla Roadster in space with this aptly named website

Last week, SpaceX CEO Elon Musk launched his now-famous red Tesla Roadster into space, atop the first Falcon Heavy rocket. Cameras mounted on the car live-streamed the Starman’s journey for a few hours, giving us some unforgettable shots of Earth before going black. But if you want to know where the first car cruising our Solar System is right now, there’s a website for that — aptly called Whereisroadster.com.

The website was created by engineer Ben Pearson, who’s been passionate about space since he was in third grade. “I read every book in my little library that I could about space and space exploration stuff,” he tells The Verge. The day of the Falcon Heavy launch, he saw that people online were asking questions about tracking the Tesla Roadster in space. So he decided to figure it out — and create a website that gives the answer.

An animation tracking the orbit of Musk’s Tesla Roadster over a few days. Animation: Whereisroadster.com

If you really want to know, the Roadster is now over 1.8 million miles (over 3 million kilometers) from Earth, according to Pearson’s website, which uses data from NASA’s Jet Propulsion Laboratory. At first, the car was supposed to go out to the orbit of Mars. But it actually overshot that trajectory, going slightly beyond the Red Planet’s path but not as far out as the asteroid belt, as Musk originally claimed.

After the launch, Pearson started modeling where the car could be in space, but his calculations didn’t match the orbit Musk had released. How did he feel when he found out he was right and Elon Musk was wrong? “I was just relieved to know that I wasn’t doing anything critically wrong,” Pearson says. “Elon Musk is a visionary man, incredibly far forward, but there’s a reality distortion field when it comes to him.”

Still, he’s a fan: “I like that he’s willing to take risks and do cool stuff that people just keep saying it’s not possible and he figures out a way to make it possible.”

Eventually, NASA released accurate information of where the Roadster is in the sky, so Pearson figured out a way to store the NASA data on his website to visualize where the car is in real time. Now you can track the Tesla’s orbit around the Sun, alongside the orbits of Mercury, Venus, Earth, Mars, and the dwarf planet Ceres, on a map of our Solar System. You can also follow the car’s path around the Sun from today to almost the end of 2020, and check when the Roadster will be getting particularly close to Mars or the Earth.

One of the close passes to our planet will occur in 2091, Pearson says. And that would be a good time for “space enthusiasts” to go retrieve the Roadster, so that it can end up in a museum. At least that’s what Pearson believes will happen to the car in the long run. More likely, the Roadster is just going to keep floating around space — and maybe crash into the Earth, Venus, or the Sun within 10 million years.


Time, Space, and Matter

There is an immeasurably and unimaginably huge universe out there (even though the most important part of it appears to be here). The physical universe is "temporal"&mdashits physical characteristics are defined qualitatively and quantitatively in and by time, space, and mass/energy (usually abbreviated as just "matter").

Any effort to determine the cause of the universe is purely hypothetical. No human was there to observe the processes, so any attempt to understand events of pre-history (especially original events) must, therefore, be based on "belief systems," or presuppositions. While the theories and ideas may be many, the presuppositions can only be of two sorts: 1) there is an infinite series of causes, going back into infinite time, with no ultimate Cause or 2) there exists an uncaused First Cause that was "outside" or transcendent to the universe.

Many scientists today conduct their research based on their presupposition or belief that nothing exists beyond the natural world&mdashthat which can be seen around us&mdashand thus they do not accept that any ultimate Cause exists.

Scientists at ICR hold to the presupposition that the "uncaused First Cause" is the Creator who exists outside of the physical creation He made. Time is not eternal, but created. To ask what happened in time before time was created is to create a false paradox without meaning. There was no "before" prior to the creation of the triune universe of time, space, and mass/energy.

Yet even more amazing (and the universe is amazing) is the historic fact that the Creator-God, after purposefully creating the time-space-matter universe, chose to enter it in the God-human person of Jesus Christ&mdashfor the sole purpose of providing a means by which humanity could have a personal relationship with the Creator.

"And the Word was made flesh, and dwelt among us, (and we beheld his glory, the glory as of the only begotten of the Father,) full of grace and truth&rdquo (John 1:14).


شاهد الفيديو: مسافر عبر الزمان يحذر البشرية من عام 2021 بعد أن عاد من العالم الموازي!! (شهر اكتوبر 2021).