من الانفجار الكبير إلى الثقوب السوداء
شراء كتاب - تاريخ موجز للوقت بقلم ستيفن هوكينج
ما هو موضوع الكتاب تاريخ زمني موجز؟
مع إلقاء نظرة على كل من تاريخ النظرية العلمية والمفاهيم التي تشكل معرفتنا الحالية للعالم ، فإن تاريخ الوقت الموجز (1988) أمر لا بد منه لأي شخص مهتم بتاريخ العلوم. في هذا الكتاب ، يوفر هوكينج ملخصًا موجزًا لكل من تاريخ الكون والفيزياء المعقدة التي تدعمه ، وكلها تم تقديمها بطريقة يمكن أن يفهمها حتى القراء الذين يتعرضون لهذه المفاهيم لأول مرة.
من الذي يقرأ الكتاب تاريخًا موجزًا للوقت؟
- أي شخص فضولي في أصول الكون ، وأي شخص يشعر بالفضول حول ماهية الفيزياء الكمومية ، وأي شخص مهتم بكيفية عمل الثقوب السوداء
ما هي خلفية ستيفن هوكينج؟
دكتوراه في الفيزياء النظرية وعلم الكونيات ، كان ستيفن هوكينج (1942-2018) عالمًا نظريًا ، عالم كوني ، ومؤلف اشتهر بعمله على إشعاع الصقور ونظريات بنروز. بين عامي 1979 و 2009 ، عقد هوكينج أستاذًا لوكاسيان للرياضيات في جامعة كامبريدج ، حيث حصل أيضًا على الميدالية الرئاسية للحرية. وكان أيضًا زميلًا فخريًا في الجمعية الملكية للفنون وعضوًا مدى الحياة في أكاديمية العلوم البابوية.
ما هو بالضبط في ذلك بالنسبة لي؟ اكتشف أسرار الكون.
إن رؤية السماء المليئة بالنجوم في الليل هي واحدة من أكثر المعالم السيطرة المذهلة والمثيرة للتفكير على هذا الكوكب. هناك شيء ما حول تتلألأ الكون الذي يطلب منا أن نتوقف لحظة ونفكر في بعض من أكثر الألغاز عمقًا في الكون. سيساهم تاريخ قصير للوقت في إضاءة هذه الألغاز من خلال الكشف عن المبادئ التي تحكم الكون. نظرًا لأنه مكتوب بعبارات مفهومة ، فإنه سيساعد حتى أولئك الذين لا يميلون علمياً إلى فهم سبب وجود الكون ، وكيف أصبح الأمر ، وكيف سيبدو المستقبل. سوف تتعلم أيضًا عن الظواهر الفردية مثل الثقوب السوداء ، والتي تعد نوعًا من الفراغ الذي يجذب كل شيء (أو كل شيء تقريبًا) تجاهها. والأهم من ذلك ، أنك ستتعلم أسرار الوقت نفسه ، لأن هذه الملاحظات تقدم إجابات للاستفسارات مثل "ما مدى سرعة المرور؟" وكذلك "كيف نعرف أنها تتحرك للأمام؟"
على وجه اليقين ، لن تنظر أبدًا إلى سماء الليل بنفس الطريقة مرة أخرى بعد الاستماع إلى هذه الأدب.
قد يساعدك تطوير النظريات بناءً على ما رأيته في الماضي في التنبؤ بالمستقبل.
الاحتمال هو أنك سمعت عن نظرية الجاذبية أو نظرية النسبية. ولكن ، هل سبق لك أن أخذت لحظة للنظر في ما نعنيه بالفعل عندما نتحدث عن الأفكار والمفاهيم؟ بكل بساطة ، فإن النظرية هي نموذج يشرح بشكل صحيح مجموعات ضخمة من البيانات بالمعنى الأساسي. يتم جمع الملاحظات العلمية ، مثل تلك التي تم إجراؤها في التجارب ، من قبل العلماء ، الذين يستخدمون المعلومات لإنشاء فرضيات لكيفية حدوث الأحداث ولماذا. ومن الأمثلة على ذلك فكرة الجاذبية ، التي أنشأتها إسحاق نيوتن بعد دراسة مجموعة متنوعة من الأحداث التي تتراوح من التفاح المتساقط من الأشجار إلى حركة الكواكب. تم تطوير نظرية الجاذبية باستخدام الأدلة التي جمعها الباحث. تقدم النظريات مزايزتين مهمتين: أولاً وقبل كل شيء ، يسمحون للعلماء بتقديم تنبؤات دقيقة حول مسار الأحداث في المستقبل.
على سبيل المثال ، مكنت نظرية Newton للجاذبية العلماء من توقع الحركات المستقبلية للأشياء مثل الكواكب. إذا كنت تريد أن تعرف ، على سبيل المثال ، حيث سيكون المريخ في غضون ستة أشهر ، فيمكنك استخدام نظرية الجاذبية للتنبؤ بالموقع بدقة محددة. ثانياً ، تكون النظريات دائمًا قابلة للانحراف ، مما يعني أنه قد يتم مراجعتها إذا تم اكتشاف أدلة جديدة تتناقض مع النظرية المعنية. على سبيل المثال ، اعتاد الناس على الاعتقاد بأن الأرض كانت مركز الكون وأن كل شيء آخر يدور حوله. كنتيجة لاكتشافه أن أقمار كوكب المشتري يدور حول الكوكب ، تمكن غاليليو من إثبات أنه لم يدور كل شيء حول الأرض. ونتيجة لذلك ، بغض النظر عن مدى صلابة النظرية التي يبدو أنها في وقت صياغتها ، قد تجعل الملاحظة المستقبلية الواحدة دائمًا غير صحيحة. نتيجة لذلك ، لا يمكن إثبات أن الأفكار صحيحة ، والعلم هو عملية تتغير باستمرار.
تغيير في الطريقة التي نفكر بها في كيفية حدوث الأمور في القرن السابع عشر ، بفضل إسحاق نيوتن.
قبل إسحاق نيوتن ، كان يعتقد أن الحالة الطبيعية للكائن كانت حالة من السكون الكامل. هذا يعني أنه إذا لم تكن هناك قوة خارجية تعمل على العنصر ، فستظل ثابتة تمامًا. أظهر نيوتن ، في القرن السابع عشر ، بشكل قاطع أن هذه الفكرة الطويلة كانت غير صحيحة. تم تقديم فرضية جديدة في مكانها ، والتي وفقًا لكل شيء في الكون ، بدلاً من أن يكون ثابتًا ، كان دائمًا في حالة حركة. توصل نيوتن إلى هذا الاستنتاج نتيجة لوجوده أن الكواكب والنجوم في الكون كانت تتحرك باستمرار في علاقتها ببعضها البعض. ومن الأمثلة على ذلك حقيقة أن الأرض تدور باستمرار حول الشمس وأن النظام الشمسي بأكمله يدور حول المجرة. نتيجة لذلك ، لا يوجد شيء من أي وقت مضى بلا حراك. ابتكر نيوتن ثلاثة قوانين للحركة لشرح حركة كل الأشياء في الكون:
ستستمر جميع الأشياء في السفر في طريق مستقيم إذا لم يتم تصرفها بقوة أخرى ، وفقًا لقوانين الحركة الأولى في نيوتن. وقد أظهر هذا من قبل جاليليو في تجربة قام فيها بتدحرج الكرات أسفل تل لتوضيح وجهة نظره. تدحرجت في طريق مستقيم لأنه لم تكن هناك قوة أخرى تعمل عليها بخلاف الجاذبية. على وجه التحديد ، يقول القانون الثاني لنيوتن إن كائنًا سوف يتسارع بمعدل يتناسب مع القوة التي تمارس عليها. ضع في اعتبارك المثال التالي: ستسارع مركبة ذات محرك أكثر قوة بسرعة أكبر من مركبة ذات محرك أقل قوة. تقول هذه القاعدة أيضًا أنه كلما زادت كتلة الجسم ، كلما كان التأثير أقل على حركته ، والعكس صحيح. ستستغرق مركبة أكبر وقتًا أطول لتسريعها من سيارة أخف إذا كان لدى سيارتين نفس المحرك.
يوصف الجاذبية القانون الثالث لنيوتن. ويؤكد أن جميع الهيئات في الكون تنجذب إلى بعضها البعض من خلال قوة تتناسب مع كتلة الأشياء التي تنجذب إليها. هذا يعني أنه إذا مضاعفة كتلة عنصر واحد ، فستكون القوة التي تعمل عليها ضعف قوة. إذا مضاعفة كتلة عنصر واحد وضرب كتلة أخرى ، فستكون القوة ستة أضعاف.
حقيقة أن سرعة الضوء ثابتة توضح أنه ليس من الممكن دائمًا قياس سرعة شيء ما فيما يتعلق بسرعة أخرى.
بعد رؤية كيف تخلصت نظرية نيوتن مع الراحة المطلقة واستبدلتها بفكرة أن حركة الكائن تتعلق بحركة شيء آخر ، يمكننا أن نرى كيف لا يزال قيد الاستخدام اليوم. ومع ذلك ، أشارت النظرية أيضًا إلى أن السرعة النسبية للبند مهمة. فكر في السيناريو التالي: أنت جالس في قطار يسافر على بعد 100 ميل في الساعة وقراءة كتاب. أنا فضولي مدى سرعة السفر. وفقًا لشاهد يشاهد القطار يتجاوز ، فأنت تسافر على بعد 100 ميل في الساعة. ومع ذلك ، فيما يتعلق بالكتاب الذي تقرأه الآن ، فإن سرعتك هي 0 ميل في الساعة. نتيجة لذلك ، يتم قياس سرعتك فيما يتعلق بعنصر آخر. ومع ذلك ، تم اكتشاف عيب مهم في نظرية نيوتن: سرعة الضوء.
سرعة الضوء ثابتة وليست نسبية ولا يمكن قياسها. يتحرك بسرعة ثابتة تبلغ 186000 ميل في الثانية. كل ما يتحرك بمعدل أسرع من الضوء ، ستبقى سرعة الضوء ثابتة بغض النظر. على سبيل المثال ، إذا اقترب قطار مسافر على بعد 100 ميل في الساعة حزمة من الضوء ، فإن سرعة الضوء ستكون 186000 ميل في الثانية ، وفقًا للصيغة. ومع ذلك ، حتى لو توقف هذا القطار بالكامل عند إشارة حمراء ، فإن شعاع الضوء سيظل مسافرًا على بعد 186000 ميل في الثانية. لا يحدث أي فرق من ينظر إلى الضوء أو مدى سرعة تحركهم ؛ ستبقى سرعة الضوء دائمًا ثابتة. تعرض فرضية نيوتن للخطر نتيجة لهذا الاستنتاج. عندما يتحرك شيء ما ، كيف يمكن أن تظل سرعة الكائن ثابتة مستقلة عن حالة المراقب؟ لحسن الحظ ، تم العثور على الحل في أوائل القرن العشرين ، عندما اقترح ألبرت أينشتاين نظريته العامة للنسبية.
وفقًا لنظرية النسبية ، فإن الوقت نفسه ليس كمية ثابتة.
حقيقة أن سرعة الضوء لا تزال ثابتة كانت مشكلة لنظرية نيوتن لأنه أظهر أن السرعة ليست بالضرورة نسبية. نتيجة لذلك ، يحتاج العلماء إلى نموذج محدث أخذ في الاعتبار سرعة الضوء. نظرية النسبية ، التي أنشأها ألبرت أينشتاين ، هي مثال على هذه النظرية. وفقًا لنظرية النسبية ، تنطبق قواعد العلوم بالتساوي على جميع المراقبين الذين يحرصون على التحرك. هذا يعني أنه بغض النظر عن وتيرة يسافر إليها شخص ما ، فإنه سيختبر دائمًا نفس سرعة الضوء. على الرغم من أن هذا يبدو بسيطًا إلى حد ما من النظرة الأولى ، إلا أن أحد مقترحاتها الأساسية يصعب للغاية على الكثير من الناس فهمه: فكرة أن الوقت نسبي هو واحد من أقسى الفهم.
نظرًا لحقيقة أن الضوء لا يختلف في السرعة عندما يرى المراقبون يسافرون بسرعات مختلفة ، فإن الشهود الذين يسافرون بسرعات مختلفة بالنسبة إلى بعضهم البعض سيقدرون بالفعل أوقات مختلفة لنفس الحدث. ضع في اعتبارك السيناريو التالي: يتم إرسال وميض من الضوء إلى شاهدين ، أحدهما يتحرك نحو الضوء والآخر يسافر بسرعة أسرع في الاتجاه المعاكس للضوء. سيواجه كل من المشاهدين نفس سرعة الضوء ، على الرغم من حقيقة أنهما يتحركان بسرعات مختلفة للغاية وفي اتجاهين متعاكسين. هذا يعني أن كلاهما يرون حدث الفلاش كما لو كان قد حدث في لحظة مختلفة عن الآخر ، وهو أمر لا يصدق. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الوقت يتم تعريفه بالمسافة التي تم تقسيمها على السرعة التي تحركت بها. على الرغم من أن سرعة الضوء هي نفسها لكلا المشاهدين ، نظرًا للاختلاف في المسافة ، إلا أن الوقت يتعلق بكل مراقب في هذه الحالة.
إذا تم تجهيز كلا الشاهدين بساعات لتسجيل اللحظة التي تم فيها إنتاج نبض الضوء ، فسيكونون قادرين على التصديق على توقيتين متميزتين لنفس الحدوث. إذن ، من هو الصحيح؟ في أي من آراء المراقبين ؛ الوقت نسبي وفريد لكل من وجهات نظرهم!
نظرًا لأنه من المستحيل الحصول على قياسات دقيقة للجزيئات ، يعتمد العلماء على مفهوم يُعرف باسم الحالة الكمومية لإجراء تنبؤات.
كل شيء في الكون يتكون من جزيئات مثل الإلكترونات والفوتونات. يسعى العلماء إلى قياسهم وتحليل سرعتهم من أجل فهم المزيد عن الكون وسكانها. عندما تحاول فحص الجسيمات ، سترى أنها تتصرف بطريقة غير عادية. ومن الغريب أنه كلما حاولت بدقة قياس موقع الجسيم ، كلما أصبحت سرعته أكثر عدمًا ؛ وعلى العكس ، كلما حاولت بدقة قياس سرعتها ، كلما أصبح موضعها أقل تحديدًا. مبدأ عدم اليقين هو الاسم الممنوح لهذه الظواهر ، والتي تم تحديدها في الأصل في العشرينات من القرن العشرين. وكانت نتيجة مبدأ عدم اليقين هو أن العلماء اضطروا إلى إيجاد طرق أخرى للنظر إلى الجزيئات ، مما دفعها إلى البدء في النظر إلى حالة الكم للجسيمات بدلاً من ذلك. الحالة الكمومية للجسيم هي مزيج من العديد من المواقع المحتملة المحتملة وسرعات الجسيم.
نظرًا لأن العلماء غير قادرين على تحديد موقع أو سرعة جسيم ، يجب عليهم النظر في الأماكن والسرعة الممكنة التي قد تشغلها الجسيمات. يراقب الباحثون كل موقع ممكن حيث قد يكون الجسيم ثم اختيار الموقع الأكثر احتمالًا من بينهم بينما ينتقل الجسيمات. يعامل العلماء الجزيئات كما لو كانت موجات من أجل مساعدتها في تحديد ذلك. نظرًا لأن الجسيم قد يكون في عدد كبير من المواقع المختلفة في نفس الوقت ، فإنه يبدو أنه سلسلة من الأمواج المستمرة الممتدة في مظهرها. النظر في صورة قطعة من الخيط الاهتزاز. عندما تهتز السلسلة ، فإنها ستنخفض وتراجع من خلال مجموعة من القمم والحوض. يعمل الجسيم بطريقة مماثلة ، لكن طريقه المحتمل يتكون من سلسلة من الأمواج المتداخلة التي تحدث جميعها في نفس الوقت.
تساعد مراقبة الجسيمات بهذه الطريقة العلماء في تحديد مكان العثور على الجسيم. معظم مواقع الجسيمات المحتملة هي تلك التي تتزامن فيها الأقواس والقمم على الأمواج العديدة مع بعضها البعض ، في حين أن مواقع الجسيمات الأقل احتمالا هي تلك التي لا تفعلها. يشار إلى ذلك على أنه تداخل ، ويكشف عن المواقع والسرعات التي من المرجح أن تسير موجة الجسيمات على طول طريقها.
الجاذبية هي نتيجة لأشياء كبيرة تنحني نسيج الزمان إلى إرادتهم.
عندما تنظر من حولك ، فإنك تشاهد العالم بثلاثة أبعاد ، مما يعني أنه يمكنك وصف كل عنصر حسب ارتفاعه وعرضه وقياسات العمق. تظل الحقيقة أن هناك بعدًا رابعًا ، على الرغم من أنه لا يمكننا رؤيته: الوقت ، والذي عند دمجه مع الأبعاد الثلاثة الأخرى يشكل ظاهرة تعرف باسم الزمان. يستخدم العلماء هذا النموذج ذو الأبعاد الأربعة لوقت الفضاء لشرح الأحداث التي تحدث عبر الكون. في سياق الزمان والمكان ، فإن الحدث هو أي شيء يحدث في وقت معين. نتيجة لذلك ، عند تحديد موقع الحدث بالتزامن مع الإحداثيات ثلاثية الأبعاد ، يتضمن العلماء إحداثيًا رابعًا لتمثيل وقت الحدوث. من أجل تحديد موقع الحدث ، يجب على العلماء قضاء بعض الوقت في الاعتبار لأن نظرية النسبية تقول إن الوقت نسبي. لذلك ، فهو عنصر أساسي في تحديد طبيعة حادثة معينة.
كان للجمع بين المكان والزمان تأثير ملحوظ على فهمنا للجاذبية ، والتي تطورت بشكل كبير نتيجة لذلك. الجاذبية هي نتيجة الكائنات الكبيرة التي تنحني بين التواصل الزمني للفضاء ، كما هو موضح أعلاه. عندما تكون كتلة كبيرة ، مثل شمسنا ، منحنيات ، لها تأثير تغيير وقت الفضاء. ضع في اعتبارك السيناريو التالي: فكر في مفهوم زمان الزمان كبطانية تنتشر ويعقد في الهواء. إذا وضعت عنصرًا في وسط البطانية ، فسوف تنحني البطانية وستغرق الكائن قليلاً في منتصف البطانية. هذا هو التأثير الذي تحدثه الأشياء الهائلة على نسيج الزمان.
ستتبع أشياء أخرى هذه المنحنيات في وقت الفضاء أثناء تحركها عبر الفضاء. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن عنصر ما يختار دائمًا أقصر مسار بين موقعين ، وهو مدار دائري حول كائن أكبر في الكون. إذا ألقيت نظرة أخرى على البطانية ، فسترى شيئًا. وضع عنصر كبير مثل البرتقال على البطانية ثم محاولة لف كائن أصغر بعد ذلك سيؤدي إلى الرخام بعد الاكتئاب الذي خلفه البرتقالي. الجاذبية تعمل بنفس الطريقة!
في حالة وفاة نجم مع كتلة كبيرة ، ينهار النجم إلى تفرد يعرف باسم ثقب أسود.
من أجل توليد الحرارة والضوء ، تحتاج النجوم إلى كميات هائلة من الطاقة خلال حياتهم كلها. ومع ذلك ، فإن هذه الطاقة لا تدوم إلى أجل غير مسمى ؛ في النهاية ، يستنفد نفسه ، مما تسبب في وفاة النجم. ما يحدث للنجم بعد وفاته يتم تحديده بحجم النجم. عندما يستنفد النجم الضخم احتياطيات الطاقة ، يحدث شيء غير عادي: تشكيل ثقب أسود. نظرًا لأن مجال الجاذبية لأغلبية النجوم الكبرى قوية للغاية ، فقد يتشكل الثقب الأسود. من الممكن للنجم استخدام طاقته لمنع نفسه من الانهيار طالما أنه لا يزال على قيد الحياة. بعد نفاد الطاقة ، لم يعد النجم قادرًا على تحدي الجاذبية وينهار جسمه المتفكك في نهاية المطاف على نفسه. يتم رسم كل شيء إلى الداخل إلى تفرد ، وهي نقطة كروية كثيفة لا نهاية لها لا توجد في أي مكان آخر في الكون. يشار إلى هذا التفرد على أنه ثقب أسود.
يصبح الزمان الملتوي بشكل حاد نتيجة لخطورة الثقب الأسود بحيث يكون الضوء عازماً على طول طريقه. لا يقتصر الأمر على أن ثقب أسود يسحب كل شيء في محيطه ، ولكنه يمنع أيضًا أي شيء يعبر حدود معينة من حوله من الهروب مرة أخرى: هذه النقطة من اللاعودة تُعرف باسم أفق الحدث ، ولا شيء ، ولا حتى الضوء ، الذي يسافر أسرع من أي شيء آخر في الكون ، يمكن أن تهرب مرة أخرى. يتم تعريف أفق حدث Black Hole على أنه النقطة التي لا يمكن أن يهرب منها شيء مرة أخرى. هذا يطرح سؤالًا مثيرًا للاهتمام: نظرًا لأن الثقب الأسود يمتص الضوء وكل شيء آخر يعبر أفق الحدث الخاص به ، كيف يمكننا معرفة ما إذا كانوا هناك بالفعل في الكون؟ يبحث علماء الفلك عن الثقوب السوداء من خلال مراقبة تأثير الجاذبية لديهم على الكون وكذلك الأشعة السينية المنبعثة من تفاعلهم مع نجوم المدارات.
على سبيل المثال ، يبحث علماء الفلك عن النجوم التي تدور حول الأشياء الداكنة والضخمة التي قد تكون أو لا تكون ثقوبًا سوداء من أجل معرفة المزيد عنها. كما أنهم يبحثون عن الأشعة السينية والأمواج الأخرى التي يتم إنشاؤها بشكل متكرر عن طريق المادة حيث يتم سحبها إلى ثقب أسود. تم اكتشاف مصدر أكثر غموضًا للإشعاع الإذاعي والإشعاع بالأشعة تحت الحمراء في قلب مجرتنا ؛ ويعتقد أن هذا المصدر هو ثقب أسود فائق.
تنتج الثقوب السوداء إشعاعًا ، مما قد يتسبب في تبخرها ، مما يؤدي في النهاية إلى وفاتهم.
إن الجاذبية الجاذبية للثقب الأسود قوي لدرجة أنه لا يمكن للضوء حتى الهروب منه. من المنطقي أنه لن يتمكن أي شيء آخر من الفرار أيضًا. ستكون مخطئا ، ولكن. في الواقع ، يجب أن تنبعث الثقوب السوداء شيئًا لتجنب انتهاك القاعدة الثانية للديناميكا الحرارية. وذكر في القاعدة الثانية العالمية للديناميكا الحرارية التي ترتفع الانتروبيا ، أو الاتجاه نحو اضطراب أكبر ، في جميع الأوقات. وعندما ترتفع الانتروبيا ، يجب أن تزيد درجة الحرارة أيضًا. هناك توضيح جيد لهذا هو الطريقة التي يحترق بها حريق الحريق حاراً بعد وضعها في النار وينبعث من الإشعاع في شكل حرارة. وفقًا للقاعدة الثانية للديناميكا الحرارية ، نظرًا لأن الثقوب السوداء تمتص الطاقة المضطربة من الكون ، فإن إنتروبيا الثقب الأسود يجب أن يرتفع نتيجة لذلك. ونتيجة لارتفاع الانتروبيا ، يجب إجبار الثقوب السوداء على السماح بالحرارة بالهروب.
على الرغم من أن لا شيء يمكن أن يهرب من أفق حدث Black Hole ، إلا أن الأزواج الافتراضية من الجسيمات والجسيمات المضادة بالقرب من أفق الحدث قادرون على القيام بذلك لأن القانون الثاني للديناميكا الحرارية يتم الحفاظ عليه بالقرب من أفق الحدث. يشار إلى الجسيمات التي لا يمكن ملاحظتها ولكن يمكن تحديد تأثيراتها كجزيئات افتراضية. واحد من الأعضاء في الزوجين لديه طاقة إيجابية ، في حين أن الآخر يمتلك الطاقة المشحونة سلبا. نظرًا لقوة جاذبية الجاذبية في ثقب أسود ، قد يتم امتصاص جسيم سلبي في الثقب الأسود ، وفي القيام بذلك ، يوفر شريكه الجسيمي مع طاقة كافية للهروب إلى الكون ويتم إطلاقها كحرارة. من الممكن أن ينبعث الثقب الأسود من الإشعاع بهذه الطريقة ، مما يسمح له بطاعة القانون الثاني للديناميكا الحرارية.
تتم موازنة كمية الإشعاع الإيجابي المنبعث من خلال كمية الإشعاع السلبي الذي يتم سحبه إلى الثقب الأسود بواسطة الثقب الأسود. هذا التدفق الداخلي للجزيئات السلبية لديه القدرة على تقليل كتلة الثقب الأسود حتى يتبخر في النهاية ويموت. وإذا تم تقليل كتلة الثقب الأسود إلى قيمة ضئيلة بما فيه الكفاية ، فمن المرجح أن تنتهي في انفجار نهائي ضخم يعادل ملايين القنابل H.
على الرغم من حقيقة أننا لا نستطيع أن نكون متأكدين ، فهناك مؤشرات كبيرة على أن الوقت سيستمر فقط في السير إلى الأمام.
النظر في احتمال أن الكون بدأ يتقلص وبدأ الوقت في التدفق للخلف. كيف سيكون مثل أن تكون هناك؟ يوجد احتمال أن الساعات ستتراجع إلى الوراء وسيتم عكس مسار التاريخ. ومع ذلك ، في حين أن العلماء لم يرفضوا هذا الاحتمال تمامًا ، تشير ثلاث مؤشرات مهمة إلى أن الوقت يتقدم بشكل حصري. السهم الديناميكي الحراري للوقت هو الإشارة الأولية إلى أن الوقت يمر من نقطة في الماضي إلى نقطة أخرى في المستقبل. وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، يميل إنتروبيا - اضطراب النظام المغلق - إلى النمو مع تقدم الوقت في كل نظام مغلق. هذا يعني أنه يمكن استخدام ميل الاضطراب إلى النمو لقياس مرور الوقت.
في حالة كوب يسقط بطريق الخطأ من طاولة ويكسر ، تم تعطيل الطلب ، وارتفع الانتروبيا. نظرًا لأن الكأس المحطمة لن يجتمع تلقائيًا وتعزيز ترتيبه ، فقد نستنتج أن الوقت لا يتقدم إلا. الكأس المحطمة والسهم الديناميكي الحراري للوقت هما عنصرين للمؤشر الثاني لوقت الأمام ، والذي يتم التحكم فيه بواسطة الذاكرة ويمثله السهم النفسي للوقت أيضًا. عندما تتذكر أن الكأس موجود على الطاولة بعد كسره ، فلن تتمكن من "تذكر" موقعه المستقبلي على الأرض أثناء وجوده على الطاولة قبل تحطيمه. يشير المؤشر الثالث ، السهم الكوني للوقت ، إلى توسع الكون ، وهو يتوافق مع تجربتنا في السهم الديناميكي الحراري للوقت وكذلك نمو معرفتنا به. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الانتروبيا ترتفع مع توسع الكون.
بعد الوصول إلى نقطة معينة من الزمن ، قد تتسبب الفوضى في الكون في تقلص الكون ، وبالتالي عكس اتجاه الوقت في السهم الكوني للوقت. ومع ذلك ، لن ندرك ذلك لأن المخلوقات الذكية لا يمكن أن تعيش إلا في بيئة تتزايد فيها الفوضى. والسبب في ذلك هو أن البشر يعتمدون على عملية إنتروبيا لتحويل طعامنا إلى شكل قابل للاستخدام من الطاقة. لهذا السبب ، سنستمر في إدراك السهم الكوني للوقت على أنه المضي قدمًا طالما أننا على قيد الحياة.
هناك ثلاث قوى أساسية في الكون ، بالإضافة إلى الجاذبية. هذه هي: جاذبية ، جاذبية ، وجذب.
هل هناك أي قوى معينة تعمل في الكون؟ لن يكون غالبية الناس على دراية بأحد هذه القوى: الجاذبية ، وهي القوة التي تجذب الأشياء إلى بعضها البعض والتي يتم الشعور بها بالطريقة التي تجذبنا بها جاذبية الأرض إلى سطحها. غالبية الناس ، من ناحية أخرى ، لا يدركون أن هناك بالفعل ثلاث قوى أخرى تعمل على أصغر الجسيمات. عندما تربط المغناطيس بثلاجة أو عند إعادة شحن هاتفك المحمول ، فأنت تعاني من قوة كهرومغناطيسية ، وهي أول هذه القوى. له تأثير على جميع الجزيئات المشحونة ، بما في ذلك الإلكترونات والكرواك ، وكذلك على الشحنات الكهربائية.
تحتوي المغناطيسات على أعمدة شمال وجنوب قد تجذب أو يصيب المغناطيسات الأخرى. تجذب الجزيئات المشحونة بشكل إيجابي جزيئات سالبة ودفع جزيئات إيجابية أخرى ، والعكس صحيح. يتم تمثيل القوة الكهرومغناطيسية من قبل الأعمدة الشمالية والجنوبية للمغناطيس. هذه القوة أقوى بكثير من الجاذبية ولها تأثير أكبر بكثير على المستوى الذري من الجاذبية. على سبيل المثال ، تتسبب القوة الكهرومغناطيسية في أن يدور الإلكترون حول نواة الذرة في حركة دائرية. النوع الثاني من القوة النووية هو القوة النووية الضعيفة ، التي تعمل على جميع الجسيمات التي تشكل مهمة وهي مسؤولة عن إنتاج النشاط الإشعاعي. يشار إلى هذه القوة على أنها "ضعيفة" لأن الجزيئات التي تنقلها يمكن أن تمارس القوة فقط على مسافة قصيرة ، وبالتالي كسب الاسم. نظرًا لزيادة كثافة القوة النووية الضعيفة في طاقة أعلى ، فإنه يتجاوز في النهاية قوة القوة الكهرومغناطيسية.
هذا هو النوع الثالث من القوة النووية التي تجمع البروتونات والنيوترونات معًا في نواة الذرة وكذلك الكواركات الأصغر الموجودة داخل البروتونات والنيوترونات معًا. القوة النووية القوية ، على عكس القوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية الضعيفة ، تصبح أضعف مع زيادة طاقة الجسيم. خلال فترة من الطاقة العالية للغاية ، يشار إليها باسم طاقة التوحيد الكبرى ، تصبح القوة الكهرومغناطيسية أقوى وتصبح القوة النووية الضعيفة أضعف ، في حين تصبح القوة النووية القوية أضعف. في تلك اللحظة ، تحقق جميع القوى الثلاث قوة متساوية وتندمج معًا لتشكيل جوانب مختلفة من قوة واحدة: قوة قد يكون لها دور في تكوين الكون ، وفقًا لنظريات معينة.
على الرغم من حقيقة أن العلماء يعتقدون أن الكون بدأ بالانفجار الكبير ، إلا أنهم غير واضحين في الظروف الدقيقة لكيفية حدوث ذلك.
الغالبية العظمى من العلماء يعتقدون أن الوقت بدأ مع الانفجار الكبير - اللحظة التي انتقل فيها الكون من حالة كثيفة إلى ما لا نهاية إلى كيان متوسع لا يزال يتوسع اليوم .... على الرغم من أن مجموعة متنوعة من الفرضيات قد اقترحت شرح كيف قد يكون هذا التوسع الهائل في الكون قد حدث ، لا يزال العلماء غير متأكدين من كيفية حدوث الانفجار الكبير. نموذج الانفجار الكبير الساخن لأصل الكون هو الفرضية الأكثر قبولًا بشكل عام لأصل الكون. وفقًا لهذه الفرضية ، بدأ الكون بحجم صفر وكان ساخنًا وكثيفًا إلى ما لا نهاية. خلال الانفجار الكبير ، توسعت ، ومع نموها ، انخفضت درجة حرارة الكون مع تشتت الحرارة عبر الكون. تم تشكيل غالبية المكونات الموجودة في الكون اليوم خلال الساعات القليلة الأولى من التوسع الكوني.
بسبب الجاذبية ، مع استمرار الكون في التوسع ، بدأت مناطق أكثر كثافة في توسيع المادة في التدوير ، مما أدى إلى تكوين المجرات. غيوم من غازات الهيدروجين والهيليوم مضغوطة داخل هذه المجرات التي تم تشكيلها حديثًا ، مما تسبب في توسيع الكون. أثارت ذراتها المتصاعدة أحداث الانصهار النووي ، مما أدى إلى تكوين النجوم. في السنوات اللاحقة ، حيث هلكت هذه النجوم وانفجرت ، تسببت في انفجارات رائعة رائعة قامت بطرد المزيد من العناصر في الكون. نتيجة لذلك ، تم تشكيل نجوم وكواكب جديدة من المواد الخام التي توفرها Big Bang. على الرغم من حقيقة أن هذا هو النموذج المعترف به على نطاق واسع للانفجار الكبير وبداية الوقت ، فإنه ليس الوحيد.
النموذج التضخمي هو خيار آخر آخر للنظر فيه. من المقترح في هذا السيناريو أن طاقة الكون المبكر كانت كبيرة للغاية لدرجة أن نقاط القوة في القوة النووية القوية ، والقوة النووية الضعيفة ، والقوة الكهرومغناطيسية كانت متساوية في الشدة. ومع نمو الكون في الحجم ، بدأت القوى الثلاث تختلف اختلافا كبيرا في شدةها النسبية. تم إطلاق كمية هائلة من الطاقة نتيجة لفصل القوات. كان من شأن التأثير المضاد للتجويف أن ينتج عنه ، مما يجبر الكون على التوسع بسرعة وبسرعة متزايدة.
لم يتمكن النسبية العامة والفيزياء الكمومية من التوفيق بين الفيزيائيين.
لقد نتج عن تطوير فكرتين رئيسيتين عن السعي للعلماء لفهم وشرح الكون بشكل أفضل. المفهوم الأساسي في الفيزياء هو النسبية العامة ، التي تهتم بظواهر كبيرة للغاية في الكون: الجاذبية. واحدة من أكثر فروع العلوم رائعة هي فيزياء الكم ، التي تتعامل مع بعض من أصغر الأشياء في الكون المعروفة للإنسان: الجزيئات دون الذرية أصغر من الذرات. على الرغم من أن كلتا النظريتين تقدمان رؤى قيمة ، إلا أن هناك تباينات كبيرة بين ما تنبأ به معادلات الفيزياء الكمومية وما هو متوقع ويرتبه النسبية العامة ، على الرغم من حقيقة أن كلتا النظريتين صحيحة. هذا يعني أنه ، في هذا الوقت ، لا توجد وسيلة للجمع بينهم جميعًا في نظرية موحدة شاملة واحدة لكل شيء.
هناك مشكلة في الجمع بين النظريتين لأن العديد من المعادلات المستخدمة في الفيزياء الكمومية تؤدي إلى قيم غير محدودة مستحيلة على ما يبدو ، مما يجعل من الصعب الجمع بين النظريتين. النظر في حقيقة أن معادلات زمن الفضاء تتنبأ بأن منحنى زمان الفضاء لا نهاية له ، والذي ثبت أنه غير صحيح من خلال الملاحظات. بذل العلماء محاولات لإضافة اللانهائيات الأخرى إلى المعادلة من أجل إلغاء هذه اللغات. من المؤسف أن هذا يحد من الدقة التي يمكن للعلماء التنبؤ بها في المستقبل. ويترتب على ذلك نتيجة أنه ، بدلاً من استخدام معادلات الفيزياء الكمومية للتنبؤ بالحوادث ، من الضروري تضمين الأحداث نفسها وتعديل المعادلات لجعلها مناسبة! في القضية الثانية ذات الصلة ، تقترح نظرية الكم أن جميع المساحة الفارغة في الكون تتكون من أزواج افتراضية من الجسيمات والجسيمات المضادة ، والتي لا تتفق مع الواقع.
من ناحية أخرى ، فإن وجود هذه الزوجات الافتراضية يخلق مشاكل لنظرية النسبية العامة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الكون لديه كمية غير محدودة من المساحة الفارغة ، وبالتالي فإن طاقة هذه الأزواج يجب أن يكون لها كمية لا حصر لها من الطاقة. هذا أمر مزعج لأن معادلة أينشتاين الشهيرة e = MC2 تعني أن كتلة عنصر ما تساوي طاقته ، وهو افتراض خاطئ. ونتيجة لذلك ، فإن الطاقة غير المحدودة لهذه الجزيئات الافتراضية تعني أنها ستمتلك بالمثل كتلة لا نهاية لها. إذا كانت هناك كتلة غير محدودة ، فإن الكون كله سينهار تحت جاذبية الجاذبية القوية للشمس ، مما يؤدي إلى تكوين ثقب أسود واحد.
ملخص في النهاية
يتم إيقاف الكثير من الناس من قبل الفيزياء لأنهم يرون أنه عالم لا يمكن الوصول إليه من المعادلات الطويلة والأفكار المعقدة. هذه هي الرسالة الأساسية التي تنقلها هذه الملاحظات: هذا صحيح إلى حد ما ، ولكن ليس بالكامل. ومع ذلك ، فإن تعقيد الفيزياء لا ينبغي أن يردع منا الذين ليسوا متخصصين من فهم كيف ولماذا يعمل الكون. توجد العديد من القواعد واللوائح لمساعدتنا في سعينا لفهم أسرار عالمنا ومكاننا داخله. القواعد والقواعد المفهومة لأغلبية منا. وبمجرد أن نفهم أهميتها ، قد نبدأ في النظر إلى العالم بطريقة مختلفة.
شراء كتاب - تاريخ موجز للوقت بقلم ستيفن هوكينج
كتب بواسطة BrookPad فريق يعتمد على تاريخ موجز للوقت بقلم ستيفن هوكينج