نبذة عن تاريخ الوقت

نبذة عن تاريخ الوقت
بقلم- ستيفن هوكينج
يدرس موجز تاريخ الزمن (1988) تاريخ الفكر العلمي بالإضافة إلى المفاهيم التي تشكل فهمنا الحالي للكون. يقدم هوكينج شرحًا موجزًا لأصول الكون والعلم المعقد الذي يقف وراءه ، من الانفجارات الكبيرة والثقوب السوداء إلى أصغر الجسيمات في الكون ، وكل ذلك تم شرحه بطريقة حتى القراء الذين يتعرضون لهذه النظريات من أجل يمكن أن نفهم لأول مرة.
يمكن للنظريات المبنية على الأشياء التي رأيناها في الماضي أن تساعد في التنبؤ بالمستقبل.
ربما تكون نظرية الجاذبية أو نظرية النسبية معروفة لك. لكن هل فكرت يومًا في ما نعنيه حقًا عندما نتحدث عن النظريات؟
النظرية ، بأبسط مصطلحاتها ، هي نموذج يشرح بدقة مجموعات كبيرة من الملاحظات. يحصل العلماء على أدلة من الملاحظات التي يجدونها في التجارب ، على سبيل المثال ، ويستخدمونها لشرح كيف ولماذا تحدث الظواهر.
على سبيل المثال ، تم تطوير نظرية الجاذبية من قبل إسحاق نيوتن بعد أن شهد عدة ظواهر ، من سقوط التفاح من الأشجار إلى حركات الكواكب. كان قادرًا على شرح الجاذبية بطريقة نظرية باستخدام البيانات التي جمعها.
للنظريات فائدتان عظيمتان:
أولاً ، تسمح للعلماء بوضع افتراضات محددة حول الأحداث المستقبلية.
على سبيل المثال ، سمحت نظرية الجاذبية لنيوتن للعلماء بالتنبؤ بالحركات المستقبلية لأجسام مثل الكواكب. من الممكن التنبؤ بالمكان الذي سيكون فيه كوكب المريخ بعد ستة أشهر من الآن ، على وجه التحديد باستخدام مبدأ الجاذبية.
ثانيًا ، النظريات دائمًا ما تكون غير قابلة للدحض ، مما يعني أنها مفتوحة للإصلاح إذا تم العثور على دليل جديد لا يتناسب مع النظرية. على سبيل المثال ، آمن الناس ذات مرة بفكرة أن كل شيء في الكون يدور حول الأرض. عندما رأى جاليليو أقمارًا تدور حول المشتري ، دحض هذه النظرية. ومن ثم يمكن أن يظهر أنه ليس كل شيء يدور حول الأرض.
بغض النظر عن مدى موثوقية النظرية في الوقت الحالي ، يمكن لملاحظة مستقبلية واحدة أن تبطلها دائمًا. هذا يعني أنه لا يمكن إثبات صحة النظريات أبدًا ، مما يجعل العلم عملية تتطور باستمرار.
في القرن السابع عشر ، أحدث إسحاق نيوتن ثورة في طريقة تفكيرنا في حركة الأشياء.
قبل إسحاق نيوتن ، اعتقد الناس أن الحالة الطبيعية للكائن كانت في حالة راحة مطلقة. هذا يعني أنه في حالة عدم وجود أي قوة مؤثرة عليه ، سيظل الجسم ثابتًا تمامًا.
في القرن السابع عشر ، دحض نيوتن تمامًا هذا الاعتقاد الراسخ. بدلاً من ذلك ، نظريته التي تنص على أنه بدلاً من أن تظل ثابتة ، فإن جميع الكائنات في الكون كانت في الواقع في حالة حركة مستمرة.
حدد نيوتن ذلك باكتشافه أن الكواكب والنجوم في الكون تتحرك باستمرار فيما يتعلق ببعضها البعض. على سبيل المثال ، تدور الأرض باستمرار حول الشمس ، وبالتالي يدور النظام الشمسي بأكمله حول المجرة. لذلك ، لا شيء لا يزال على الإطلاق.
طرح نيوتن ثلاثة قوانين لوصف كيفية تحرك جميع الأشياء في الكون:
ينص قانون نيوتن الأول على أن جميع الأشياء ستستمر في التحرك في خط مستقيم إذا لم يتم التصرف بموجبها بواسطة قوة أخرى. برهن جاليليو على ذلك في تجربته التي دحرج فيها الكرات على المنحدر. تدحرجوا في خط مستقيم لأن الجاذبية كانت القوة الوحيدة المؤثرة على الكرات.
ينص قانون نيوتن الثاني على أن الجسم سيتسارع بمعدل يتناسب مع القوة المؤثرة عليه. على سبيل المثال ، يمكن للسيارة أن تتسارع بشكل أسرع باستخدام محرك أكثر قوة مقارنة بمحرك أقل قوة. ينص هذا القانون أيضًا على أنه كلما زادت كتلة الجسم ، قل تأثير القوة على حركته. على سبيل المثال ، إذا كانت هناك سيارتان بنفس المحرك ، فستستغرق السيارة الأثقل وقتًا أطول لتسريعها.
يصف قانون نيوتن الثالث الجاذبية. تنص على أن جميع الأجسام في الكون تجذب أجسامًا أخرى بقوة تتناسب مع كتلة كل جسم. هذا يعني أنه إذا تم مضاعفة كتلة جسم واحد ، فإن القوة ستكون ضعف التأثير. إذا ضاعفت كتلة جسم واحد وثلاثة أضعاف الآخر ، فستكون القوة ستة أضعاف.
توضح حقيقة أن سرعة الضوء ثابتة أنه لا يمكننا دائمًا قياس سرعة شيء ما بالنسبة لسرعة شيء آخر.
لقد لاحظنا الطريقة التي تم بها التخلص من السكون المطلق من خلال نظرية نيوتن واستبدالها بفكرة أن حركة كائن ما مرتبطة بحركة شيء آخر. ومع ذلك ، تقترح النظرية أيضًا الطبيعة النسبية لسرعة الجسم.
ضع في اعتبارك أنك تقرأ كتابًا أثناء جلوسك في قطار يسير بسرعة 100 ميل في الساعة. ما هي سرعة السفر؟ أنت تسير بسرعة 100 ميل في الساعة ، في عيون أحد المارة. لكن سرعتك هي صفر ميل في الساعة بالنسبة للكتاب الذي تقرأه. لذا فإن سرعتك مرتبطة بجسم آخر.
ومع ذلك ، فإن سرعة الضوء هي ثقب كبير تم تطويره في نظرية نيوتن.
سرعة الضوء ثابتة وليست نسبية. إنها دائمًا 186000 ميل في الثانية ولا تعتمد على السرعة التي يسير بها شيء آخر.
على سبيل المثال ، إذا كان هذا القطار يسير بسرعة نحو شعاع من الضوء بسرعة 100 ميل في الساعة ، فإن سرعة الضوء ستظل 186000 ميل في الثانية. حتى لو توقف القطار عند إشارة حمراء ، فسيظل شعاع الضوء 186000 ميل في الثانية. بغض النظر عمن ينظر إلى الضوء أو مدى سرعته ، ستظل سرعتهم دائمًا كما هي.
تواجه نظرية نيوتن عقبات بسبب هذا. كيف يمكن أن تكون سرعة شيء ما ثابتة بغض النظر عن حالة المراقب؟
تم اكتشاف الإجابة في أوائل القرن العشرين عندما طرح ألبرت أينشتاين نظريته في النسبية.
يشير مبدأ النسبية إلى أن الوقت نفسه غير محدد.
واجهت نظرية نيوتن مشكلة ثبات سرعة الضوء ، لأنها أثبتت أن السرعة لم تكن دائمًا نسبية. لهذا السبب ، يجب أن تؤخذ سرعة الضوء في الاعتبار في نموذج محدث.
هذه النظرية ، نظرية النسبية ، طورها ألبرت أينشتاين.
قوانين العلم هي نفسها لجميع المراقبين الذين يتحركون بحرية ، كما هو مذكور في نظرية النسبية. هذا يعني أن سرعة الضوء ستكون هي نفسها للجميع بغض النظر عن سرعة شخص ما.
للوهلة الأولى ، قد يبدو هذا بسيطًا جدًا. ومع ذلك ، فإن أحد آثاره الرئيسية هو في الواقع من الصعب جدًا على الآخرين فهمه ؛ يلاحظ أن الوقت نسبي.
نظرًا لأن سرعة الضوء لا تتغير للمراقبين الذين يتحركون بسرعات مختلفة ، فإن المراقبين الذين يسافرون بالنسبة لبعضهم البعض سيسجلون في الواقع أوقاتًا مختلفة لنفس الحدث.
على سبيل المثال ، اثنان من المراقبين ، أحدهما يسافر باتجاه الضوء بينما الآخر يسافر بسرعة أكبر في الاتجاه المعاكس ، يرسلان وميضًا من الضوء. ستكون سرعة الضوء هي نفسها لكلا الراصدين ، حتى لو كانا يسافران بسرعات مختلفة نسبيًا ويسيران في اتجاهات منفصلة.
والمثير للدهشة أن هذا يعني أن حدث الفلاش سيختبره كل منهم كما لو كان قد حدث في وقتين مختلفين. هذا لأن المسافة التي قطعها شيء ما ، مقسومة على سرعته ، تحدد الوقت. على الرغم من أن سرعة الضوء هي نفسها لكلا الراصدين ، إلا أن الوقت نسبي لكل مراقب لأن المسافة مختلفة.
إذا تم حمل الساعات من قبل كلا المراقبين لملاحظة وقت انبعاث نبضة الضوء ، فإن ذلك سيؤكد وقتين مختلفين لنفس الحدث.
أي مراقب على حق؟ لا أحد؛ إنها مسألة وجهات نظر! الوقت نسبي وفريد لكلا المراقبين.
نظرًا لأن إجراء قياسات دقيقة للجسيمات لا يمكن إجراؤها ، يستخدم العلماء شيئًا يسمى الحالة الكمومية لعمل تنبؤات.
تتكون كل المادة من جسيمات ، مثل الإلكترونات أو الفوتونات. يريد العلماء قياس ودراسة سرعتهم لفهم المزيد عن الكون.
عندما تحاول دراسة الجسيمات ، فإنها تتصرف بغرابة. كلما حاولت قياس موضع الجسيم بدقة أكبر ، كلما أصبحت سرعته غير مؤكدة ؛ وكلما تم قياس سرعته بدقة أكبر ، أصبح موضعه أقل يقينًا! هذه الظاهرة ، التي لوحظت لأول مرة في عشرينيات القرن الماضي ، تسمى نظرية عدم اليقين.
بسبب نظرية عدم اليقين ، كان على العلماء إيجاد طرق معينة للنظر في الجسيمات ، لذلك بدؤوا بدراسة الحالة الكمومية للجسيمات بدلاً من ذلك. تمزج الحالة الكمومية العديد من مواضع الجسيمات المحتملة وسرعاتها.
يصعب على العلماء تصنيف الموقع أو السرعة المحددة للجسيم. ومن ثم فإنهم ينظرون إلى العديد من المواضع المحتملة التي قد تشغلها الجسيمات والسرعات التي قد تكون بها. عندما يسافر الجسيم ، يتتبع العلماء جميع المواقع المحتملة التي قد يكون فيها ويقررون أيها أكثر جدوى.
يعتبر العلماء الجسيمات بمثابة موجات لمساعدتهم على تحديد موقعهم أو سرعتهم.
تظهر الجسيمات كسلسلة من الموجات المتذبذبة المستمرة بسبب كثرة المواضع المختلفة التي تشغلها. تخيل قطعة من خيط مهتز ، عندما يهتز ، يتقوس وينخفض خلال القمم والقيعان. يتشابه سلوك الجسيم ، على الرغم من أن مساره المحتمل هو سلسلة من مثل هذه الموجات المتداخلة ، وكلها تحدث مرة واحدة.
يمكن للعلماء معرفة المكان الذي من المرجح أن يصل إليه الجسيم من خلال مراقبة جسيمات كهذه. من المرجح أن تكون مواضع الجسيمات هي المواضع التي تتطابق فيها الأقواس والانخفاضات على الموجات العديدة مع بعضها البعض ، وتكون المواضع الأقل احتمالًا في الأماكن التي لا تتطابق معها. وهذا ما يسمى التداخل ، ويوضح المواضع والسرعات الأكثر احتمالا لمسار موجة الجسيمات.
الجاذبية هي نتيجة الأجسام الضخمة التي تقوس الكون.
ترى العالم من حولك بثلاثة أبعاد ، أي يمكن وصف أي كائن من خلال ارتفاعه وعرضه وعمقه. ومع ذلك ، هناك أيضًا بُعد رابع ، وهو الوقت ، وعلى الرغم من أننا أنفسنا لا نستطيع رؤيته ، إلا أنه يتحد مع الأبعاد الثلاثة الأخرى ليشكل شيئًا يسمى الزمكان.
يستخدم العلماء نموذج الزمكان رباعي الأبعاد هذا لوصف الأحداث في الكون. الحدث هو شيء يحدث في مكان معين في المكان والزمان. لذلك عندما يتم حساب موضع الحدث جنبًا إلى جنب مع الإحداثيات ثلاثية الأبعاد ، يضيف العلماء إحداثيًا رابعًا للإشارة إلى الوقت.
يجب أن يأخذ العلماء الوقت في الاعتبار عند تحديد موقع الحدث لأن نظرية النسبية تنص على أن الوقت نسبي. لذلك فهو عامل مهم في وصف طبيعة الحدث.
كيف تغيرت فكرتنا عن الجاذبية هي نتيجة مذهلة للجمع بين المكان والزمان.
نتيجة الأجسام الضخمة التي تقوس الزمكان هي الجاذبية. كتلة ضخمة ، مثل كتلة شمسنا ، تنحني وتغير الزمكان. فكر في الزمكان على أنه غطاء ممدود ومثبت في الهواء. إذا تم وضع كائن في منتصف بطانية ، فإن المنحنيات الشاملة ويغرق الكائن قليلاً. هذا ما تفعله الأجسام الضخمة للزمكان.
هذه المنحنيات في الزمكان تتبعها كائنات أخرى. يحدث هذا نتيجة انتقال الجسم دائمًا لأقصر مسافة بين نقطتين ، وهو مدار دائري حول جسم أكبر. يمكنك ملاحظة هذا مرة أخرى إذا نظرت إلى البطانية. إذا وضعت شيئًا كبيرًا مثل البرتقالة على بطانية ، ثم حاول لف قطعة أصغر مثل الرخام بعد ذلك ، ستتبع الرخام المسافة البادئة للبرتقالي. هذه هي نفس طريقة عمل الجاذبية!
عندما يلتقي نجم بكتلة كبيرة جدًا بنهايته ، فإنه ينهار في حالة تفرد تُعرف بالثقب الأسود.
تتطلب النجوم كميات هائلة من الطاقة خلال حياتها لإنتاج الحرارة والضوء. ومع ذلك ، يتم استنفاد هذه الطاقة في النهاية ، مما يؤدي إلى موت النجم.
يحدد حجم النجمة ما يحدث لها عندما تموت. عندما تنفد طاقة نجم كبير جدًا ، يتم إنشاء شيء مذهل يسمى الثقب الأسود.
إن مجال الجاذبية للنجوم الأكثر ضخامة قوي جدًا مما يؤدي إلى حدوث ثقب أسود. عندما يكون النجم على قيد الحياة ، فإنه يستخدم طاقته لمنع نفسه من الانهيار. ولكن عندما تُستنفد طاقة النجم ، لا يعود بإمكانه محاربة الجاذبية ، وينهار جسمه المتحلل على نفسه. كل شيء ينجذب إلى الداخل نحو نقطة كروية لا متناهية تسمى التفرد.
هذا التفرد هو ثقب أسود.
ينحني الزمكان في الثقب الأسود بشدة بسبب جاذبيته لدرجة أن الضوء ينحني على طوله.
بصرف النظر عن سحب كل شيء قريب ، يمنع الثقب الأسود أيضًا أي شيء يعبر حدًا معينًا من حوله من الهروب مرة أخرى. لا حتى الضوء ، الذي يسافر أسرع من أي شيء آخر في الكون ، يمكنه الهروب مرة أخرى عبر نقطة اللاعودة هذه التي تسمى أفق الحدث.
يستكشف العلماء الثقوب السوداء من خلال البحث عن تأثير الجاذبية على الكون والأشعة السينية الناتجة عن تفاعلهم مع النجوم التي تدور في مدارات.
على سبيل المثال ، يبحث العلماء عن نجوم تدور حول أجسام ضخمة ومظلمة يمكن أن تكون ثقوبًا سوداء.
يتم أيضًا استكشاف الأشعة السينية والموجات الأخرى التي تنتجها المادة عادةً عندما يمتصها ثقب أسود ويمزقها. يوجد مصدر للراديو وموجات الأشعة تحت الحمراء في مركز مجرتنا والذي يمكن أن يكون ثقبًا أسود هائلًا.
تصدر الثقوب السوداء إشعاعات يمكن أن تؤدي إلى موتها عن طريق التبخر.
إن قوة الجاذبية للثقب الأسود التي لا تسمح حتى للضوء بالهروب قد تجعلنا نعتقد أنه لا يوجد شيء آخر يمكن أن يهرب أيضًا.
في الواقع ، يجب أن تطلق الثقوب السوداء شيئًا ما ؛ وإلا سينتهي بهم الأمر بانتهاك القانون الثاني للديناميكا الحرارية.
يشير القانون الأساسي الثاني للديناميكا الحرارية إلى أن الانتروبيا ، وهي ميل نحو اضطراب أكبر ، تنمو دائمًا. وكلما زادت الإنتروبيا ، تزداد درجة الحرارة أيضًا. مثال على ذلك هو الطريقة التي يتوهج بها بوكر النار ، بعد أن يكون في نار ، حارًا باللون الأحمر وينبعث منه إشعاع كحرارة.
نظرًا لأن الثقوب السوداء تمتص الطاقة غير المنتظمة من الكون ، وفقًا للقانون الثاني ، يجب أن تتحسن إنتروبيا الثقب الأسود أيضًا. ومع هذه الزيادة في الإنتروبيا ، يجب أن تنبعث الحرارة من الثقوب السوداء.
على الرغم من أنه لا يمكن لأي شيء تجاوز أفق حدث الثقب الأسود الهروب ، فإن ما يجعل الهروب من الحرارة ممكنًا هو أن القانون الثاني للديناميكا الحرارية يتم تحديده بواسطة أزواج افتراضية من الجسيمات والجسيمات المضادة بالقرب من أفق الحدث. الجسيمات الافتراضية هي جسيمات لا يمكن اكتشافها ولكن يمكن قياس تأثيراتها. أحد الشريكين في الزوج لديه طاقة إيجابية والآخر لديه طاقة سلبية.
تكون الجاذبية قوية جدًا في الثقب الأسود بحيث يمكنها امتصاص الجسيمات السالبة في الثقب الأسود ، وبذلك تنشط شريكها من الجسيمات بما يكفي للهروب إلى الكون وإعطائها كحرارة. يسمح هذا للثقب الأسود بإصدار إشعاع ، وبالتالي اتباع القانون الثاني للديناميكا الحرارية.
يتم الحفاظ على التوازن بين كمية الإشعاع الموجب المنطلق وكمية الجسيمات السالبة المسحوبة إلى الثقب الأسود. يمكن لهذا التدفق الداخلي للجسيمات السالبة أن يقلل من كتلة الثقب الأسود حتى تتبخر في النهاية ويحدث الموت. وإذا أصبحت كتلته صغيرة بدرجة كافية ، فسيحدث انفجار نهائي هائل ، بحجم ملايين القنابل الهيدروجينية ، من الثقب الأسود.
على الرغم من أننا لا نستطيع أن نكون متأكدين ، إلا أن هناك مؤشرات قوية تشير إلى أن الوقت لا يمكن إلا أن يمضي قدمًا.
ما هو السيناريو الذي يبدأ فيه الكون في الانكماش ويبدأ الوقت في الركض إلى الوراء؟ ربما ستعود الساعات إلى الوراء ، وسينعكس مسار التاريخ. لم يستبعد العلماء ذلك تمامًا ، لكن هناك ثلاث مؤشرات واضحة تشير إلى مسيرة الزمن إلى الأمام.
السهم الديناميكي الحراري للوقت هو المؤشر الأول الذي يشير إلى أن مرور الوقت ينتقل من الماضي إلى المستقبل. وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، تميل الإنتروبيا ، وهي اضطراب النظام المغلق ، إلى الزيادة بمرور الوقت. هذا يعني أنه يمكن قياس الوقت بميل الزيادة في الفوضى.
إذا سقط كوب ، على سبيل المثال ، من على طاولة وانكسر ، فقد أصبح أقل تنظيماً وزادت إنتروبيا. نظرًا لأن الكأس المكسور لن يعيد تجميعه تلقائيًا ويزيد من ترتيبه ، يمكننا أن نرى أن الوقت يمضي قدمًا.
الكأس المكسور والسهم الديناميكي الحراري للوقت هما أيضًا جوانب من المؤشر الثاني للزمن المتقدم: السهم النفسي للوقت ، والذي تحكمه الذاكرة. بعد كسر هذا الكوب ، يمكنك أن تتذكر أنه على الطاولة ؛ ولكن قبل ذلك ، عندما كانت لا تزال على الطاولة ، لا يمكنك تذكر موقعها المستقبلي على الأرض.
يشير السهم الكوني للوقت ، وهو المؤشر الثالث ، إلى تمدد الكون وهذا يتبع أيضًا إدراكنا لسهم الزمن الديناميكي الحراري. هذا لأن الانتروبيا تزداد مع توسع الكون.
يمكن أن يبدأ الكون في الانكماش إذا تم الوصول إلى الاضطراب في أقصى نقطة في اضطراب الكون ، وهذا عكس سهم الزمن الكوني. ومع ذلك ، فإننا لن نعرف شيئًا عن ذلك لأن الكائنات الذكية لا يمكن أن توجد إلا مع زيادة الفوضى. هذا لأن تكسير طعامنا إلى طاقة يعتمد على عملية الانتروبيا.
لذلك ، طالما أننا موجودون ، فسوف نلاحظ التقدم للأمام لسهم الزمن الكوني.
إلى جانب الجاذبية ، هناك ثلاث قوى أساسية في الكون.
ما نوع القوى العاملة في الكون؟
الجاذبية هي الشيء الوحيد الذي سيسمع عنه معظم الناس ، القوة التي تجذب الأشياء لبعضها البعض والتي يتم اختبارها بالطريقة التي تجذبنا بها جاذبية الأرض إلى السطح.
ومع ذلك ، فإن معظم الناس لا يدركون أن هناك بالفعل ثلاث قوى خارجية تعمل على أصغر الجسيمات.
القوة الكهرومغناطيسية هي القوة الأولى التي يمكن العثور عليها في الحياة اليومية عندما يلتصق المغناطيس بالثلاجة أو عند إعادة شحن هاتفك المحمول. إنه يعمل على جميع الجسيمات المشحونة كهربائيًا ، مثل الإلكترونات والكواركات.
مثل القطبين الشمالي والجنوبي للمغناطيس ، قد تكون القوة الكهرومغناطيسية جذابة أو مثيرة للاشمئزاز: تجذب الجسيمات المشحونة إيجابياً الجسيمات السالبة وتطرد الجسيمات الموجبة الأخرى ، والعكس صحيح. هذه القوة أقوى بكثير من الجاذبية ، وتهيمن على مستوى الذرة الصغير. على سبيل المثال ، إلكترون يدور حول نواة الذرة بسبب القوة الكهرومغناطيسية.
والثاني هو القوة النووية الضعيفة ، والتي تعمل على جميع الجسيمات التي تتكون منها المادة والتي تسبب النشاط الإشعاعي. تسمى هذه القوة ضعيفة لأن الجسيمات التي تحملها يمكنها فقط أن تمارس القوة على مسافات قصيرة.
تزداد قوة القوة النووية الضعيفة عند الطاقات الأعلى ، حتى تتطابق مع القوة الكهرومغناطيسية.
القوة النووية القوية هي القوة الثالثة. يربط هذا البروتونات والنيوترونات بنواة الذرة ويربط الكواركات الأصغر داخل البروتونات والنيوترونات. على عكس القوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية الضعيفة ، تضعف القوة النووية القوية بسبب الطاقات الأعلى.
القوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية الضعيفة تزداد قوة وتضعف القوة النووية القوية عند طاقة عالية جدًا تسمى طاقة التوحيد الكبرى. عند هذه النقطة ، تصل القوى الثلاث جميعها إلى قوة متساوية وتصبح مكونات مختلفة لقوة واحدة: قوة ربما لعبت دورًا في خلق الكون.
بينما يتفق العلماء على أن الكون بدأ بانفجار كبير ، إلا أنهم غير متأكدين تمامًا من كيفية حدوثه.
يعتقد معظم العلماء أن الوقت بدأ بانفجار كبير ، اللحظة التي تحول فيها الكون من حالة كثيفة بلا حدود إلى كيان سريع التوسع لا يزال ينمو حتى يومنا هذا.
ومع ذلك ، كيف حدث هذا الانفجار العظيم ، لا يعرف العلماء بالضبط ، على الرغم من اقتراح عدد من النظريات لشرح كيفية حدوث هذا التوسع الهائل.
نموذج الانفجار الأعظم الساخن هو النظرية الأكثر قبولًا على نطاق واسع لبداية الكون.
في هذا النموذج ، بدأ الكون بحجم صفري وكان شديد السخونة والكثافة. تمدد خلال الانفجار العظيم ، ومع نموه ، تبرد مع انتشار حرارته. تم إنشاء معظم العناصر في الكون اليوم في الساعات القليلة الأولى من هذا التوسع.
مع استمرار توسع الكون ، تسببت الجاذبية في بدء دوران مناطق أكثر كثافة من المادة المتوسعة ، مكونة المجرات. انهارت غيوم من غازات الهيدروجين والهيليوم داخل هذه المجرات المشكلة حديثًا. أنتجت ذراتهم المتصادمة تفاعلات الاندماج النووي التي خلقت النجوم.
في وقت لاحق ، أدى موت النجوم وانهيارها إلى حدوث انفجارات نجمية هائلة أدت إلى إخراج المزيد من العناصر إلى الكون. قدم هذا المادة اللازمة لولادة النجوم والكواكب الجديدة.
قد يكون هذا هو التفسير المقبول عمومًا للانفجار العظيم وولادة الزمن ، لكنه ليس النظرية الوحيدة.
النموذج التضخمي هو نموذج آخر يقترح أن طاقة الكون المبكر كانت عالية جدًا لدرجة أن قوة القوة النووية القوية والقوة النووية الضعيفة والقوة الكهرومغناطيسية كانت متساوية.
ومع ذلك ، مع توسع الكون ، اتخذت القوى الثلاث قوى مختلفة بسرعة كبيرة. مع انفصال القوات ، تم إطلاق كمية هائلة من الطاقة. كان من الممكن أن يكون لهذا تأثير مضاد للجاذبية ، والذي كان من شأنه أن يتسبب في تمدد الكون بسرعة وبمعدل متزايد.
لم ينجح الفيزيائيون في تحقيق توحيد النسبية العامة وفيزياء الكم.
وضع العلماء فرضيتين رئيسيتين في محاولتهم لفهم وشرح الكون. الأول هو النسبية العامة ، التي تركز على ظاهرة كبيرة جدًا في الكون: الجاذبية. والثاني هو فيزياء الكم ، التي تصف بعضًا من أصغر الأشياء المعروفة في الكون: جسيمات أصغر من الذرات.
لوحظت اختلافات كبيرة في التنبؤات باستخدام معادلات فيزياء الكم مقارنة بما تم توقعه وملاحظته بالنسبية العامة ، على الرغم من أن كلا النظريتين توفران رؤى عظيمة. هذا يعني أنه لا توجد طريقة حاليًا لدمجها في نظرية واحدة موحدة كاملة لكل شيء.
تم منع النظريتين من التلاقي بسبب مشكلة أن العديد من المعادلات التي يستخدمها العلماء في فيزياء الكم ينتج عنها قيم لانهائية مستحيلة على ما يبدو. على سبيل المثال ، سيكون منحنى الزمكان لانهائي وفقًا للمعادلات. ومع ذلك فقد ثبت أن هذا غير صحيح.
يحاول العلماء إدخال اللانهايات الأخرى في المعادلة لمحو هذه اللانهائيات. لسوء الحظ ، هذا يمنع العلماء من القدرة على التنبؤ بدقة. وبالتالي ، بدلاً من استخدام معادلات فيزياء الكم للتنبؤ بالأحداث ، يجب إضافة الأحداث نفسها وتعديل المعادلات لجعلها مناسبة!
مشكلة ثانية مماثلة هي أن نظرية الكم تقترح أن كل الفضاء الفارغ في الكون يتكون من أزواج افتراضية من الجسيمات والجسيمات المضادة.
ومع ذلك ، فإن وجود هذه الأزواج الافتراضية يسبب صعوبات النسبية العامة.
سيتطلب المقدار اللامتناهي من الفضاء الفارغ في الكون طاقة هذه الأزواج للحصول على طاقة غير محدودة.
هذه مشكلة. المعادلة الشهيرة E = mc2 تشير إلى أن كتلة الجسم تساوي طاقته. لذا فإن الطاقة اللانهائية لهذه الجسيمات الافتراضية تعني أنه سيكون لها كتلة لا نهائية أيضًا. وإذا كانت هناك كتلة لا نهائية ، فإن الكون بأكمله سينهار ويصبح ثقبًا أسودًا واحدًا تحت قوة الجاذبية الشديدة.
الملخص النهائي
يُنظر إلى الفيزياء على أنها عالم لا يمكن اختراقه من المعادلات الطويلة والنظريات المعقدة ، مما يجعل الكثير من الناس يبتعدون عنه. وهذا صحيح إلى حد ما. لكن تعقيد الفيزياء لا ينبغي أن يمنعنا غير الخبراء من تعلم كيف ولماذا يعمل الكون.
توجد مجموعة متنوعة من القواعد والقوانين التي تسمح لنا بفهم تعقيدات العالم من حولنا. القواعد والقوانين التي يمكن لمعظمنا التعرف عليها. وكما نفهمهم ، سنبدأ في رؤية العالم بشكل مختلف.
المفاهيم:
تساعدنا النظريات على اختبار الفرضيات والتنبؤ.
قد تكون النظرية مطلوبة لعمل تنبؤات. يمكن للمرء أن يبتكر نظرية عن طريق وضع بعض القواعد البسيطة القابلة للاختبار ، ثم معرفة ما إذا كانت ستستمر. إذا لم يتم دحضها بالتجربة ، فيمكن للمرء أن يكون واثقًا من أنها ستكون صحيحة في المواقف المستقبلية ؛ لذلك ، يمكن تطبيقها على المواقف المستقبلية لعمل التنبؤات.
الوقت نسبي. على الرغم من كونه بالكاد ملحوظًا ، إلا أن هذا له تأثير كبير على حياتنا اليومية!
الوقت نسبي ، وهذا له عواقب جديرة بالملاحظة في الفيزياء. على سبيل المثال ، الشخص الذي يسافر بسرعة قريبة من سرعة الضوء سيتقدم في العمر أبطأ بكثير. إذا قاموا برحلة عبر الفضاء بهذه السرعة ثم عادوا إلى الأرض ، فسيصلون آلاف السنين في المستقبل ولن يكبروا. تؤثر نسبية الزمن علينا أيضًا بعدة طرق هنا على الأرض. على سبيل المثال ، تحتاج أنظمة GPS إلى دمج النسبية وإلا سينتهي بها الأمر إلى كونها غير دقيقة للغاية. تأثير آخر مثير للاهتمام هو أن التوأم الذي يعيش على قمة جبل سيتقدم في العمر بشكل أسرع قليلاً مقارنة بالتوأم الذي يعيش في مستوى سطح البحر بسبب الاختلاف في مواقعهم النسبية.
يمكننا فقط قياس موقفنا فيما يتعلق بشيء آخر.
أين أنت؟ في منزلك؟ على الارض؟ تدور حول الشمس؟ تدور داخل أحد الأذرع الحلزونية لمجرة درب التبانة؟ كل هذه تشكل الجواب. عندما تتحرك الأجسام حول الكون ، بما في ذلك أنت ، لا يمكن قياسها إلا فيما يتعلق ببعضها البعض. لذلك من الجيد أن تأخذ قسطًا من الراحة وتفكر في موقعك ، وأنت تسقط في الكون مع الكواكب والنجوم والمجرات.

اترك تعليقًا

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

شعار ووردبريس.كوم

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   /  تغيير )

Google photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google. تسجيل خروج   /  تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   /  تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   /  تغيير )

Connecting to %s