تاريخ موجز للوقت بقلم ستيفن هوكينج

A Brief History of Time Astronomy Nature Science Space Science Stephen Hawking

من الانفجار الكبير إلى الثقوب السوداء

A Brief History of Time by Stephen Hawking

شراء كتاب - تاريخ موجز للوقت بقلم ستيفن هوكينج

ما هو موضوع كتاب A Brief History of Time؟

بإلقاء نظرة على كل من تاريخ النظرية العلمية والمفاهيم التي تشكل معرفتنا الحالية بالعالم ، يعد A Brief History of Time (1988) أمرًا لا بد منه لأي شخص مهتم بتاريخ العلوم. في هذا الكتاب ، يقدم هوكينغ ملخصًا موجزًا ​​لكل من تاريخ الكون والفيزياء المعقدة التي تدعمه ، وكلها مقدمة بطريقة يمكن حتى للقراء الذين تعرضوا لهذه المفاهيم لأول مرة فهمها. < / ص>

من الذي يقرأ كتاب تاريخ موجز للزمن؟

  • أي شخص لديه فضول حول أصول الكون ، وأي شخص لديه فضول بشأن ماهية فيزياء الكم ، وأي شخص مهتم بكيفية عمل الثقوب السوداء

ما هي خلفية ستيفن هوكينغ؟

دكتوراه في الفيزياء النظرية وعلم الكونيات ، ستيفن هوكينج (1942-2018) كان فيزيائيًا نظريًا وعالم كونيات ومؤلفًا اشتهر بعمله في إشعاع هوكينغ ونظريات بنروز هوكينج. بين عامي 1979 و 2009 ، شغل هوكينج أستاذًا للرياضيات في جامعة كامبريدج ، حيث حصل أيضًا على وسام الحرية الرئاسي. وكان أيضًا زميلًا فخريًا في الجمعية الملكية للفنون وعضوًا مدى الحياة في الأكاديمية البابوية للعلوم.

ما هو بالضبط بالنسبة لي؟ اكتشف ألغاز الكون.

تعد رؤية السماء مليئة بالنجوم ليلاً من أكثر المشاهد المذهلة والمثيرة للتفكير على هذا الكوكب. هناك شيء ما حول وميض الكون يستدعي منا أن نتوقف لحظة ونفكر في بعض أكثر ألغاز الكون عمقًا. سيساهم تاريخ موجز للزمن في إضاءة هذه الألغاز من خلال الكشف عن المبادئ التي تحكم الكون. نظرًا لأنه مكتوب بعبارات مفهومة ، فإنه سيساعد حتى أولئك الذين لا يميلون علميًا في فهم سبب وجود الكون ، وكيف ظهر ، وكيف سيبدو المستقبل. سوف تتعلم أيضًا عن الظواهر الغريبة مثل الثقوب السوداء ، والتي تعد نوعًا من الفراغ الذي يوجه كل شيء (أو كل شيء تقريبًا) نحوها. والأهم من ذلك ، أنك ستتعلم ألغاز الوقت نفسه ، لأن هذه الملاحظات تقدم إجابات على استفسارات مثل "ما مدى سرعة مرور الوقت؟" وكذلك "كيف نعرف أنه يمضي قدمًا؟"

بالتأكيد ، لن تنظر أبدًا إلى سماء الليل بالطريقة نفسها مرة أخرى بعد الاستماع إلى هذه المقطوعات الأدبية.

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 فكرت في ما نعنيه حقًا عندما نتحدث عن الأفكار والمفاهيم؟ ببساطة ، النظرية هي نموذج يشرح بشكل صحيح مجموعات ضخمة من البيانات بالمعنى الأساسي. الملاحظات العلمية ، مثل تلك التي تم إجراؤها في التجارب ، يتم جمعها وتحليلها من قبل العلماء ، الذين يستخدمون المعلومات بعد ذلك لإنشاء فرضيات حول كيفية حدوث الأحداث ولماذا. ومن الأمثلة على ذلك فكرة الجاذبية التي وضعها إسحاق نيوتن بعد دراسة مجموعة متنوعة من الأحداث التي تتراوح من سقوط التفاح من الأشجار إلى حركة الكواكب. تم تطوير نظرية الجاذبية باستخدام الأدلة التي جمعها الباحث. تقدم النظريات ميزتين مهمتين: أولاً وقبل كل شيء ، تسمح للعلماء بعمل تنبؤات دقيقة حول مسار الأحداث في المستقبل.

على سبيل المثال ، مكنت نظرية نيوتن للجاذبية العلماء من توقع الحركات المستقبلية لأجسام مثل الكواكب.إذا كنت تريد أن تعرف ، على سبيل المثال ، أين سيكون المريخ في غضون ستة أشهر ، فيمكنك استخدام نظرية الجاذبية للتنبؤ بالموقع بدقة شديدة ثانيًا ، النظريات دائمًا ما تكون غير قابلة للدحض ، مما يعني أنه قد يتم مراجعتها إذا تم اكتشاف دليل جديد يتعارض مع النظرية المعنية. على سبيل المثال ، اعتاد الناس على الاعتقاد بأن الأرض كانت مركز الكون وأن كل شيء آخر يدور حولها. نتيجة لاكتشافه أن أقمار المشتري تدور حول الكوكب ، تمكن جاليليو من إثبات أنه ليس كل شيء يدور حقًا حول الأرض. نتيجة لذلك ، بغض النظر عن مدى قوة النظرية في وقت صياغتها ، فإن ملاحظة مستقبلية واحدة قد تجعلها دائمًا غير صحيحة. نتيجة لذلك ، لا يمكن أبدًا إثبات صحة الأفكار ، والعلم هو عملية تتغير باستمرار.

حدث تغيير في طريقة تفكيرنا في كيفية تحرك الأشياء في القرن السابع عشر بفضل إسحاق نيوتن.

قبل إسحاق نيوتن ، كان يُعتقد أن الحالة الطبيعية للجسم هي حالة السكون التام. هذا يعني أنه إذا لم تكن هناك قوة خارجية تعمل على العنصر ، فسيظل ثابتًا تمامًا. أظهر نيوتن في القرن السابع عشر بشكل قاطع أن هذه الفكرة القديمة كانت غير صحيحة. تم تقديم فرضية جديدة في مكانها ، والتي بموجبها كل شيء في الكون ، بدلاً من أن يكون ثابتًا ، كان دائمًا في حالة حركة. توصل نيوتن إلى هذا الاستنتاج كنتيجة لاكتشافه أن الكواكب والنجوم في الكون تتحرك باستمرار في علاقتها ببعضها البعض. تشمل الأمثلة حقيقة أن الأرض تدور باستمرار حول الشمس وأن النظام الشمسي بأكمله يدور حول المجرة. نتيجة لذلك ، لا شيء أبدًا ساكنًا حقًا. ابتكر نيوتن ثلاثة قوانين للحركة لشرح حركة كل الأشياء في الكون:

ستستمر جميع الأجسام في السير في مسار مستقيم إذا لم يتم التأثير عليها بواسطة قوة أخرى ، وفقًا لقانون نيوتن الأول للحركة. أظهر جاليليو هذا في تجربة قام فيها بدحرجة الكرات أسفل التل لتوضيح وجهة نظره. كانوا يتدحرجون في مسار مستقيم لأنه لم يكن هناك أي قوة أخرى تؤثر عليهم غير الجاذبية. على وجه التحديد ، ينص قانون نيوتن الثاني على أن الجسم سيتسارع بمعدل يتناسب مع القوة المؤثرة عليه. خذ بعين الاعتبار المثال التالي: السيارة ذات المحرك الأكثر قوة سوف تتسارع بسرعة أكبر من السيارة ذات المحرك الأقل قوة. تنص هذه القاعدة أيضًا على أنه كلما زادت كتلة الجسم ، قل تأثير القوة على حركته ، والعكس صحيح. تستغرق السيارة الأكبر حجمًا وقتًا أطول لتسريعها من السيارة الأخف وزنًا إذا كانت مركبتان لها نفس المحرك.

الجاذبية موصوفة في قانون نيوتن الثالث. يؤكد أن جميع الأجسام في الكون تنجذب إلى بعضها البعض بقوة تتناسب مع كتلة الأشياء التي تنجذب إليها. هذا يعني أنك إذا ضاعفت كتلة عنصر واحد ، فإن القوة المؤثرة عليه ستكون ضعف القوة. إذا ضاعفت كتلة عنصر واحد وضاعفت كتلة عنصر آخر بثلاثة أضعاف ، فستكون القوة أقوى بست مرات.

حقيقة أن سرعة الضوء ثابتة توضح أنه ليس من الممكن دائمًا قياس سرعة شيء ما بالنسبة لسرعة شخص آخر.

بعد رؤية كيف تخلصت نظرية نيوتن من الراحة المطلقة واستبدلت بمفهوم أن حركة كائن ما مرتبطة بحركة شيء آخر ، يمكننا أن نرى كيف أنها لا تزال قيد الاستخدام حتى اليوم. ومع ذلك ، أشارت النظرية أيضًا إلى أن السرعة النسبية لعنصر ما مهمة. ضع في اعتبارك السيناريو التالي: أنت جالس في قطار يسافر بسرعة 100 ميل في الساعة وتقرأ كتابًا. لدي فضول حول مدى سرعة سفرك. وفقًا لشاهد يراقب القطار وهو يمر ، فأنت تسافر بسرعة 100 ميل في الساعة. ومع ذلك ، فيما يتعلق بالكتاب الذي تقرأه الآن ، فإن سرعتك هي 0 ميل في الساعة. نتيجة لذلك ، يتم قياس سرعتك بالنسبة إلى عنصر آخر.ومع ذلك ، تم اكتشاف عيب كبير في نظرية نيوتن: سرعة الضوء

سرعة الضوء ثابتة وليست نسبية ولا يمكن قياسها. إنها تتحرك بسرعة ثابتة تبلغ 186 ألف ميل في الثانية. بغض النظر عن أي شيء آخر يتحرك بمعدل أسرع من الضوء ، فإن سرعة الضوء ستبقى ثابتة بغض النظر. على سبيل المثال ، إذا اقترب قطار يسافر بسرعة 100 ميل في الساعة من شعاع من الضوء ، فإن سرعة الضوء ستكون 186 ألف ميل في الثانية ، وفقًا للصيغة. ومع ذلك ، حتى لو توقف هذا القطار تمامًا عند إشارة حمراء ، فإن شعاع الضوء سيظل يسافر بسرعة 186000 ميل في الثانية. لا فرق بين من ينظر إلى الضوء أو مدى سرعته ؛ ستبقى سرعة الضوء ثابتة دائمًا. تعرضت فرضية نيوتن للخطر نتيجة لهذه النتيجة. عندما يتحرك شيء ما ، كيف يمكن أن تظل سرعة الجسم ثابتة ومستقلة عن حالة المراقب؟ لحسن الحظ ، تم العثور على الحل في أوائل القرن العشرين ، عندما اقترح ألبرت أينشتاين نظريته العامة في النسبية.

وفقًا لنظرية النسبية ، الوقت نفسه ليس كمية ثابتة.

كانت حقيقة أن سرعة الضوء تظل ثابتة مشكلة بالنسبة لنظرية نيوتن لأنها أظهرت أن السرعة ليست بالضرورة نسبية. نتيجة لذلك ، يحتاج العلماء إلى نموذج محدث يأخذ في الاعتبار سرعة الضوء. تعتبر نظرية النسبية ، التي وضعها ألبرت أينشتاين ، مثالاً على هذه النظرية. وفقًا لنظرية النسبية ، تنطبق قواعد العلم بالتساوي على جميع المراقبين الذين يتمتعون بحرية الحركة. هذا يعني أنه بغض النظر عن السرعة التي يسافر بها شخص ما ، سيختبر دائمًا نفس سرعة الضوء. على الرغم من أن هذا يبدو بسيطًا إلى حد ما للوهلة الأولى ، إلا أنه من الصعب جدًا على العديد من الأشخاص فهم أحد مقترحاته الأساسية: فكرة أن الوقت نسبي هي واحدة من أصعب الأفكار التي يمكن فهمها.

نظرًا لحقيقة أن الضوء لا يتغير في السرعة عندما يراه المراقبون الذين يسافرون بسرعات مختلفة ، فإن الشهود الذين يسافرون بسرعات مختلفة بالنسبة لبعضهم البعض سيقدرون في الواقع أوقاتًا مختلفة لنفس الحدث. تأمل السيناريو التالي: يتم إرسال وميض من الضوء إلى شاهدين ، أحدهما يتحرك باتجاه الضوء والآخر يتحرك بسرعة أكبر في الاتجاه المعاكس للضوء. سيختبر كلا العارضين نفس سرعة الضوء ، على الرغم من حقيقة أنهما يتحركان بسرعات مختلفة جدًا وفي اتجاهين متعاكسين. هذا يعني أنهما يرىان حدث الفلاش كما لو أنه حدث في لحظة مختلفة عن الأخرى ، وهو أمر لا يصدق. هذا يرجع إلى حقيقة أن الوقت يتم تحديده من خلال المسافة التي قطعها شيء ما على السرعة التي تحرك بها. على الرغم من أن سرعة الضوء هي نفسها لكلا المشاهدين ، نظرًا لاختلاف المسافة ، يكون الوقت نسبيًا لكل مراقب في هذه الحالة.

إذا كان كلا الشاهدين مجهزين بساعات لتسجيل لحظة إنتاج نبضة الضوء ، فسيكونان قادرين على التصديق على توقيتين مختلفين للحدث نفسه. إذن من هو الصحيح؟ في أي من وجهات نظر المراقبين. الوقت نسبي وفريد ​​لكل من وجهات نظرهم!

نظرًا لأنه من المستحيل الحصول على قياسات دقيقة للجسيمات ، يعتمد العلماء على مفهوم يُعرف باسم الحالة الكمومية لعمل تنبؤات.

يتكون كل شيء في الكون من جسيمات مثل الإلكترونات والفوتونات. يسعى العلماء إلى قياسها وتحليل سرعتها من أجل فهم المزيد عن الكون وسكانه. عندما تحاول فحص الجسيمات ، سترى أنها تتصرف بطريقة غير عادية. ومن الغريب أنه كلما حاولت بدقة قياس موقع الجسيم ، أصبحت سرعته غير مؤكدة ؛ على العكس من ذلك ، كلما حاولت قياس سرعته بدقة أكبر ، كلما أصبح موضعه أقل تحديدًا.مبدأ عدم اليقين هو الاسم الذي يطلق على هذه الظاهرة ، والتي تم تحديدها في الأصل في عشرينيات القرن الماضي ، وكانت نتيجة مبدأ عدم اليقين هي أن العلماء أجبروا على إيجاد طرق أخرى للنظر في الجسيمات ، مما دفعهم إلى البدء في النظر إلى الحالة الكمومية للجسيم بدلاً من ذلك. الحالة الكمومية للجسيم هي مزيج من عدة مواقع محتملة محتملة وسرعات الجسيم.

نظرًا لأن العلماء غير قادرين على تحديد موقع الجسيم أو سرعته بدقة ، فيجب عليهم مراعاة الأماكن والسرعات العديدة المحتملة التي قد تشغلها الجسيمات. يراقب الباحثون كل موقع محتمل يمكن أن يكون فيه الجسيم ، ثم يختارون الموقع الأكثر احتمالا من بينهم أثناء تحرك الجسيم حوله. يتعامل العلماء مع الجسيمات كما لو كانت موجات لمساعدتهم في تحديد ذلك. نظرًا لأن الجسيم قد يكون في عدد كبير من المواقع المختلفة في نفس الوقت ، فإنها تبدو كسلسلة من الموجات المستمرة والمتذبذبة في مظهرها. ضع في اعتبارك صورة قطعة من الخيط المهتز. عندما يهتز الخيط ، سوف يتقوس وينخفض ​​خلال مجموعة من القمم والقيعان. يعمل الجسيم بطريقة مماثلة ، لكن مساره المحتمل يتكون من سلسلة من الموجات المتداخلة التي تحدث جميعها في نفس الوقت.

تساعد مراقبة الجسيمات بهذه الطريقة العلماء في تحديد مكان وجود الجسيم على الأرجح. معظم مواقع الجسيمات المحتملة هي تلك التي تتطابق فيها الأقواس والقمم على الموجات العديدة مع بعضها البعض ، في حين أن مواقع الجسيمات الأقل احتمالًا هي تلك التي لا تتطابق فيها. يُشار إلى هذا باسم التداخل ، وهو يكشف عن المواقع والسرعات التي من المرجح أن تسير موجة الجسيمات على طول مسارها.

الجاذبية هي نتيجة ثني الأشياء الكبيرة نسيج الزمكان لإرادتها.

عندما تنظر حولك ، فإنك تشاهد العالم بثلاثة أبعاد ، مما يعني أنه يمكنك تمييز كل عنصر بقياسات ارتفاعه وعرضه وعمقه. تبقى الحقيقة أن هناك بعدًا رابعًا ، على الرغم من أنه لا يمكننا رؤيته: الوقت ، والذي عندما يقترن بالأبعاد الثلاثة الأخرى يشكل ظاهرة تعرف باسم الزمكان. يستخدم العلماء هذا النموذج رباعي الأبعاد للزمكان لشرح الأحداث التي تحدث عبر الكون. في سياق الزمان والمكان ، الحدث هو أي شيء يحدث في وقت معين. نتيجة لذلك ، عند تحديد موقع حدث ما بالاقتران مع الإحداثيات ثلاثية الأبعاد ، يقوم العلماء بتضمين إحداثي رابع لتمثيل وقت حدوثه. من أجل تحديد موقع حدث ما ، يجب على العلماء أن يأخذوا الوقت في الحسبان لأن نظرية النسبية تقول أن 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 ثني الأجسام الكبيرة استمرارية الزمكان ، كما هو موضح أعلاه. عندما تنحني كتلة كبيرة ، مثل شمسنا ، يكون لها تأثير في تغيير الزمكان. تأمل السيناريو التالي: ضع في اعتبارك مفهوم الزمكان كبطانية منتشرة ومثبتة في الهواء. إذا وضعت عنصرًا في منتصف البطانية ، فسوف تنحني البطانية وسيغرق الجسم قليلاً في منتصف البطانية. هذا هو التأثير الذي تحدثه الأشياء الهائلة على نسيج الزمكان.

ستتبع الأشياء الأخرى هذه المنحنيات في الزمكان أثناء تحركها عبر الفضاء. هذا يرجع إلى حقيقة أن العنصر يختار دائمًا أقصر مسار بين موقعين ، وهو مدار دائري حول جسم أكبر في الكون. إذا ألقيت نظرة أخرى على البطانية ، فسترى شيئًا.وضع قطعة كبيرة مثل البرتقالة على البطانية ثم محاولة دحرجة جسم أصغر بعد ذلك سيؤدي إلى عمل الرخام الذي يتبع المنخفض الذي خلفته الجاذبية البرتقالية بنفس الطريقة!

في حالة موت نجم ذي كتلة كبيرة ، ينهار النجم في حالة تفرد تُعرف بالثقب الأسود.

لتوليد الحرارة والضوء ، تحتاج النجوم إلى كميات هائلة من الطاقة طوال حياتها. ومع ذلك ، فإن هذه الطاقة لا تدوم إلى ما لا نهاية. في النهاية ، إنها تستنفد نفسها ، مسببة موت النجم. يتحدد ما يحدث للنجم بعد موته بحجم النجم. عندما يستنفد نجم ضخم احتياطياته من الطاقة ، يحدث شيء غير عادي: تكوين ثقب أسود. نظرًا لأن مجال الجاذبية لغالبية النجوم الكبيرة قوي جدًا ، فقد يتشكل ثقب أسود. من الممكن أن يستخدم النجم طاقته لمنع نفسه من الانهيار طالما أنه لا يزال على قيد الحياة. بعد نفاد الطاقة ، لم يعد النجم قادرًا على تحدي الجاذبية وينهار جسمه المتحلل في النهاية على نفسه. كل شيء ينجذب إلى الداخل إلى التفرد ، وهي نقطة كروية كثيفة إلى ما لا نهاية لا توجد في أي مكان آخر في الكون. يشار إلى هذا التفرد بالثقب الأسود.

يصبح الزمكان ملتويًا بشكل حاد نتيجة جاذبية الثقب الأسود حتى الضوء ينحني على طول مساره. لا يسحب الثقب الأسود كل شيء في جواره فحسب ، بل إنه يمنع أيضًا أي شيء يعبر حدًا معينًا من حوله من الهروب مرة أخرى: تُعرف نقطة اللاعودة هذه باسم أفق الحدث ، ولا شيء ، ولا حتى الضوء ، الذي يسافر أسرع من أي شيء آخر في الكون ، يمكنه الهروب من فوقه. يُعرَّف أفق حدث الثقب الأسود بأنه النقطة التي لا يمكن لأي شيء الهروب منها مرة أخرى. يطرح هذا سؤالًا مثيرًا للاهتمام: نظرًا لأن الثقب الأسود يمتص الضوء وكل شيء آخر يعبر أفق الحدث الخاص به ، فكيف يمكننا معرفة ما إذا كان الثقب الأسود موجودًا بالفعل في الكون؟ يبحث علماء الفلك عن الثقوب السوداء من خلال ملاحظة تأثير الجاذبية على الكون وكذلك الأشعة السينية المنبعثة من تفاعلهم مع النجوم التي تدور في مدارات.

على سبيل المثال ، يبحث علماء الفلك عن النجوم التي تدور حول أجسام ضخمة ومظلمة قد تكون ثقوبًا سوداء أو لا تكون كذلك من أجل معرفة المزيد عنها. هم أيضًا يبحثون عن الأشعة السينية والموجات الأخرى التي تتولد بشكل متكرر عن طريق المادة حيث يتم جرها إلى داخل ثقب أسود وتمزيقها. تم اكتشاف مصدر أكثر غموضًا للإشعاع الراديوي والأشعة تحت الحمراء في قلب مجرتنا ؛ يُعتقد أن هذا المصدر عبارة عن ثقب أسود هائل.

تنتج الثقوب السوداء إشعاعًا قد يتسبب في تبخرها مما يؤدي في النهاية إلى موتها.

جاذبية الثقب الأسود قوية جدًا لدرجة أنه لا يمكن حتى للضوء الهروب منها. من المنطقي ألا يتمكن أي شيء آخر من الهروب أيضًا. ومع ذلك ، سوف تكون مخطئًا. في واقع الأمر ، يجب أن تصدر الثقوب السوداء شيئًا ما لتجنب انتهاك القاعدة الثانية للديناميكا الحرارية. ورد في القاعدة العالمية الثانية للديناميكا الحرارية أن الانتروبيا ، أو الاتجاه نحو اضطراب أكبر ، يرتفع في جميع الأوقات. وعندما ترتفع الإنتروبيا ، يجب أن ترتفع درجة الحرارة أيضًا. وخير مثال على ذلك هو الطريقة التي تحترق بها لعبة البوكر النارية بشدة بعد وضعها في النار وتنبعث منها إشعاعات على شكل حرارة. وفقًا للقاعدة الثانية للديناميكا الحرارية ، نظرًا لأن الثقوب السوداء تمتص الطاقة المضطربة من الكون ، يجب أن ترتفع إنتروبيا الثقب الأسود نتيجة لذلك. ونتيجة لارتفاع الانتروبيا ، يجب إجبار الثقوب السوداء على السماح للحرارة بالهروب.

على الرغم من أنه لا يوجد شيء يمكن أن يهرب من أفق الحدث للثقب الأسود ، إلا أن الأزواج الافتراضية من الجسيمات والجسيمات المضادة بالقرب من أفق الحدث قادرة على القيام بذلك لأن القانون الثاني للديناميكا الحرارية محفوظ بالقرب من أفق الحدث.يشار إلى الجسيمات التي لا يمكن ملاحظتها ولكن يمكن قياس تأثيرها على أنها جسيمات افتراضية أحد الأعضاء في الزوجين لديه طاقة إيجابية ، بينما يمتلك الآخر طاقة سالبة الشحنة. بسبب قوة الجاذبية في الثقب الأسود ، قد يُمتص جسيم سالب في الثقب الأسود ، وبذلك يزود شريكه من الجسيمات بطاقة كافية للهروب إلى الكون وإطلاقه كحرارة. من الممكن أن يصدر الثقب الأسود إشعاعًا بهذه الطريقة ، مما يسمح له بالامتثال للقانون الثاني للديناميكا الحرارية.

يتم موازنة كمية الإشعاع الموجب المنطلق بكمية الإشعاع السالب الذي يجذب الثقب الأسود إلى الثقب الأسود. هذا التدفق الداخلي للجسيمات السالبة لديه القدرة على تقليل كتلة الثقب الأسود حتى يتبخر ويموت في النهاية. وإذا تم تقليل كتلة الثقب الأسود إلى قيمة دنيا بدرجة كافية ، فمن المرجح أن تنتهي بانفجار نهائي ضخم يعادل ملايين القنابل الهيدروجينية.

على الرغم من حقيقة أننا لا نستطيع أن نكون متأكدين ، هناك مؤشرات مهمة على أن الوقت سيستمر في التقدم للأمام فقط.

ضع في اعتبارك احتمال أن الكون بدأ في الانكماش وبدأ الزمن يتدفق إلى الوراء. ماذا سيكون شكل التواجد هناك؟ هناك احتمال أن تعود الساعات إلى الوراء وسيعكس مسار التاريخ. ومع ذلك ، بينما لم يستبعد العلماء هذا الاحتمال تمامًا ، تشير ثلاثة مؤشرات مهمة إلى أن الوقت يمضي قدمًا 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 ، فإن الانتروبيا - اضطراب النظام المغلق - تميل إلى النمو مع تقدم الوقت في كل نظام مغلق. وهذا يعني أن ميل الاضطراب للنمو يمكن استخدامه لقياس مرور الوقت.

في حالة سقوط كوب عن طريق الخطأ من على الطاولة وانكسار ، فقد تعطل الترتيب وارتفعت الكون. نظرًا لأن الكأس الممزقة لن يتم توحيدها تلقائيًا وتعزيز ترتيبها ، فقد نستنتج أن الوقت يمضي قدمًا فقط. الكأس المحطم والسهم الديناميكي الحراري للوقت كلاهما عنصران في المؤشر الثاني للزمن الأمامي ، والذي تتحكم فيه الذاكرة ويمثله السهم النفسي للوقت أيضًا. عندما تتذكر أن الكوب كان على الطاولة بعد أن تم كسره ، فلن تتمكن من "تذكر" موقعه المستقبلي على الأرض بينما كان لا يزال على المنضدة قبل أن يتم تحطيمه. يشير المؤشر الثالث ، السهم الكوني للزمن ، إلى توسع الكون ، ويتوافق مع خبرتنا في السهم الديناميكي الحراري للزمن وكذلك نمو معرفتنا به. هذا يرجع إلى حقيقة أن الانتروبيا ترتفع مع توسع الكون.

بعد الوصول إلى نقطة زمنية معينة ، قد تؤدي الفوضى في الكون إلى تقلص الكون ، وبالتالي عكس اتجاه الوقت في السهم الكوني للزمن. ومع ذلك ، لن ندرك ذلك لأن الكائنات الذكية لا يمكنها العيش إلا في بيئة تتزايد فيها الفوضى. والسبب في ذلك هو أن البشر يعتمدون على عملية الانتروبيا لتحويل طعامنا إلى شكل من أشكال الطاقة القابلة للاستخدام. لهذا السبب ، سنستمر في إدراك السهم الكوني للزمن على أنه يتحرك للأمام ما دمنا على قيد الحياة.

هناك ثلاث قوى أساسية في الكون بالإضافة إلى الجاذبية. هذه هي: الجذب والجاذبية والجاذبية.

هل هناك أي قوى معينة تعمل في الكون؟ سيكون غالبية الناس على دراية بواحدة من هذه القوى: الجاذبية ، وهي القوة التي تجذب الأشياء لبعضها البعض والتي نشعر بها بالطريقة التي تجذبنا بها جاذبية الأرض إلى سطحها.من ناحية أخرى ، لا يدرك غالبية الناس أن هناك بالفعل ثلاث قوى أخرى تعمل على أصغر الجسيمات عندما يتشبث المغناطيس بالثلاجة أو عند إعادة شحن هاتفك المحمول ، فأنت تعاني من القوة الكهرومغناطيسية ، وهي القوة الكهرومغناطيسية. أول هذه القوى. له تأثير على جميع الجسيمات المشحونة ، بما في ذلك الإلكترونات والكواركات ، وكذلك على شحناتها الكهربائية.

للمغناطيس قطبين شمالي وجنوبي قد يجذب أو يصد المغناطيسات الأخرى. تجذب الجسيمات المشحونة إيجابياً الجسيمات السالبة وتدفع الجسيمات الموجبة الأخرى بعيدًا ، والعكس صحيح. يتم تمثيل القوة الكهرومغناطيسية بالقطبين الشمالي والجنوبي للمغناطيس. هذه القوة أقوى بكثير من الجاذبية ولها تأثير أكبر بكثير على المستوى الذري من تأثير الجاذبية. على سبيل المثال ، تتسبب القوة الكهرومغناطيسية في دوران الإلكترون حول نواة الذرة في حركة دائرية. النوع الثاني من القوة النووية هو القوة النووية الضعيفة ، والتي تعمل على جميع الجسيمات التي تتكون منها المادة وهي المسؤولة عن إنتاج النشاط الإشعاعي. يشار إلى هذه القوة على أنها "ضعيفة" لأن الجسيمات التي تنقلها يمكنها فقط أن تمارس قوة على مسافة قصيرة ، ومن ثم اكتسبت الاسم. بسبب زيادة شدة القوة النووية الضعيفة عند طاقة أعلى ، فإنها في النهاية تتجاوز القوة الكهرومغناطيسية.

إنها النوع الثالث من القوة النووية التي تربط البروتونات والنيوترونات معًا في نواة الذرة بالإضافة إلى 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 الطاقة العالية جدًا ، والتي يشار إليها باسم طاقة التوحيد الكبرى ، تصبح القوة الكهرومغناطيسية أقوى وتصبح القوة النووية الضعيفة أضعف ، بينما تصبح القوة النووية القوية أضعف. في تلك اللحظة ، تحقق القوى الثلاث قوة متساوية وتندمج معًا لتشكيل جوانب مختلفة لقوة واحدة: قوة ربما كان لها دور في تكوين الكون ، وفقًا لنظريات معينة.

على الرغم من حقيقة أن العلماء يعتقدون أن الكون بدأ مع الانفجار العظيم ، إلا أنهم غير واضحين للظروف الدقيقة لكيفية حدوث ذلك.

تعتقد الغالبية العظمى من العلماء أن الوقت بدأ بالانفجار العظيم - اللحظة التي انتقل فيها الكون من حالة كثيفة لا نهاية لها إلى كيان سريع التوسع لا يزال يتوسع حتى اليوم .... على الرغم من مجموعة متنوعة من الفرضيات لشرح كيفية حدوث مثل هذا التوسع الهائل للكون ، لا يزال العلماء غير متأكدين من كيفية حدوث الانفجار العظيم. يعد نموذج الانفجار الأعظم الساخن لأصل الكون هو الفرضية الأكثر قبولًا حول أصل الكون. وفقًا لهذه الفرضية ، بدأ الكون بحجم صفر وكان حارًا وكثيفًا إلى ما لا نهاية. خلال الانفجار العظيم ، تمدد ، ومع نموه ، انخفضت درجة حرارة الكون مع تشتت الحرارة في جميع أنحاء الكون. تشكلت غالبية المكونات الموجودة في الكون اليوم خلال الساعات القليلة الأولى من التوسع الكوني.

بسبب الجاذبية ، مع استمرار الكون في التوسع ، بدأت المناطق الأكثر كثافة من المادة المتوسعة في الدوران ، مما أدى إلى تكوين المجرات. تنضغط سحب من غازات الهيدروجين والهيليوم داخل هذه المجرات المشكلة حديثًا ، مما يتسبب في تمدد الكون. تسبب اصطدام ذراتهم في أحداث اندماج نووي ، مما أدى إلى تكوين النجوم. في السنوات اللاحقة ، عندما هلكت هذه النجوم وانفجرت ، تسببت في حدوث انفجارات نجمية هائلة أدت إلى طرد المزيد من العناصر إلى الكون. نتيجة لذلك ، تشكلت النجوم والكواكب الجديدة من المواد الخام التي وفرها الانفجار العظيم. على الرغم من حقيقة أن هذا هو النموذج المعترف به على نطاق واسع للانفجار العظيم وبداية الزمن ، إلا أنه ليس النموذج الوحيد.

النموذج التضخمي هو خيار آخر يجب أخذه في الاعتبار.من المقترح في هذا السيناريو أن طاقة الكون المبكر كانت كبيرة جدًا لدرجة أن قوة القوة النووية القوية والقوة النووية الضعيفة والقوة الكهرومغناطيسية كانت كلها متساوية في الشدة. مع نمو حجم الكون ، بدأت القوى الثلاث تتباين بشكل كبير في شدتها النسبية. تم إطلاق كمية هائلة من الطاقة نتيجة لفصل القوات. كان من الممكن أن ينتج عن ذلك تأثير مضاد للجاذبية ، مما يجبر الكون على التوسع بسرعة وبوتيرة متزايدة باستمرار.

لم يتمكن الفيزيائيون من التوفيق بين النسبية العامة وفيزياء الكم.

نتج تطوير فكرتين رئيسيتين عن سعي العلماء لفهم الكون وتفسيره بشكل أفضل. تعتبر النسبية العامة أحد المفاهيم الأساسية في الفيزياء ، والتي تهتم بظاهرة كبيرة جدًا في الكون: الجاذبية. تعد فيزياء الكم واحدة من أكثر فروع العلم روعة ، والتي تتعامل مع بعض أصغر الأشياء المعروفة للإنسان في الكون: الجسيمات دون الذرية الأصغر من الذرات. بينما تقدم كلتا النظريتين رؤى قيمة ، إلا أن هناك تناقضات كبيرة بين ما تنبأ به معادلات فيزياء الكم وبين ما تنبأت به النسبية العامة وتراه ، على الرغم من حقيقة أن كلا النظريتين صحيحتان. هذا يعني أنه ، في هذا الوقت ، لا توجد طريقة لدمجها جميعًا في نظرية واحدة شاملة موحدة لكل شيء.

هناك مشكلة في الجمع بين النظريتين لأن العديد من المعادلات المستخدمة في فيزياء الكم ينتج عنها قيم لانهائية مستحيلة على ما يبدو ، مما يجعل من الصعب الجمع بين النظريتين. ضع في اعتبارك حقيقة أن معادلات الزمكان تتنبأ بأن منحنى الزمكان لا نهاية له ، والذي ثبت أنه غير صحيح من خلال الملاحظات. يبذل العلماء محاولات لإضافة اللانهايات الأخرى إلى المعادلة من أجل إلغاء هذه اللانهايات. من المؤسف أن هذا يحد من الدقة التي يمكن للعلماء من خلالها التنبؤ بالمستقبل. ويترتب على ذلك أنه بدلاً من استخدام معادلات فيزياء الكم للتنبؤ بالوقائع ، من الضروري تضمين الأحداث نفسها وتعديل المعادلات لجعلها مناسبة! في قضية ثانية ذات صلة ، تقترح نظرية الكم أن كل الفضاء الفارغ في الكون يتكون من أزواج افتراضية من الجسيمات والجسيمات المضادة ، وهو ما يتعارض مع الواقع.

من ناحية أخرى ، فإن وجود هذه الأزواج الافتراضية يخلق مشاكل لنظرية النسبية العامة. هذا يرجع إلى حقيقة أن الكون يحتوي على كمية غير محدودة من الفضاء الفارغ ، وبالتالي فإن طاقة هذه الأزواج يجب أن تحتوي على كمية غير محدودة من الطاقة. هذا أمر مزعج لأن معادلة أينشتاين الشهيرة E = mc2 تشير إلى أن كتلة عنصر ما تساوي طاقته ، وهو افتراض خاطئ. ونتيجة لذلك ، فإن الطاقة غير المحدودة لهذه الجسيمات الافتراضية تعني أنها ستمتلك بالمثل كتلة لا نهاية لها. إذا كانت هناك كتلة غير محدودة ، فإن الكون كله سينهار تحت تأثير الجاذبية القوية للشمس ، مما يؤدي إلى تكوين ثقب أسود واحد.

ملخص في النهاية

كثير من الناس يبتعدون عن الفيزياء لأنهم يرونها كمجال لا يمكن الوصول إليه من المعادلات الطويلة والأفكار المعقدة. هذه هي الرسالة الأساسية التي تنقلها هذه الملاحظات: هذا صحيح إلى حد ما ، لكن ليس تمامًا. ومع ذلك ، فإن تعقيد الفيزياء لا ينبغي أن يمنع أولئك منا غير المتخصصين من فهم كيف ولماذا يعمل الكون. توجد العديد من القواعد واللوائح لمساعدتنا في سعينا لفهم أسرار عالمنا ومكاننا فيه. قواعد وقواعد مفهومة لغالبيتنا. وبمجرد أن نفهم أهميتها ، قد نبدأ في رؤية العالم بطريقة مختلفة.

شراء كتاب - تاريخ موجز للوقت بقلم ستيفن هوكينج

كتبها فريق BrookPad استنادًا إلى تاريخ موجز للوقت بقلم ستيفن هوكينج



أقدم وظيفة أحدث وظيفة


اترك تعليقا

يرجى ملاحظة أنه يجب الموافقة على التعليقات قبل نشرها