A Brief History of Time by Stephen Hawking

Μια σύντομη ιστορία του χρόνου Αστρονομία Φύση Επιστήμη Διαστημική επιστήμη Stephen Hawking

From the Big Bang to Black Holes

A Brief History of Time by Stephen Hawking

Buy book - A Brief History of Time by Stephen Hawking

What is the subject of the book A Brief History of Time?

Taking a look at both the history of scientific theory and the concepts that shape our current knowledge of the world, A Brief History of Time (1988) is a must-see for anybody interested in the history of science. In this book, Hawking provides a concise summary of both the history of the universe and the complicated physics that underpins it, all presented in a manner that even readers who are being exposed to these concepts for the first time can comprehend.

Who is it that reads the book A Brief History of Time?

  • Anyone who is curious in the origins of the cosmos, anyone who is curious about what quantum physics is, and anyone who is interested in how black holes function

What is Stephen Hawking's background?

PhD in theoretical physics and cosmology, Stephen Hawking (1942-2018) was a theoretical physicist, cosmologist, and author who is best known for his work on Hawking radiation and the Penrose-Hawking theorems. Between 1979 and 2009, Hawking held the Lucasian Professorship of Mathematics at the University of Cambridge, where he was also awarded the Presidential Medal of Freedom. He was also an Honorary Fellow of the Royal Society of Arts and a lifelong member of the Pontifical Academy of Sciences.

Τι ακριβώς είναι για μένα; Discover the mysteries of the universe.

Seeing the sky filled with stars at night is one of the most visually stunning and thought-provoking sights on the planet. There is something about the twinkling of the universe that begs us to take a moment and consider some of the most profound mysteries of the universe. A Brief History of Time will contribute to the illumination of these mysteries by revealing the principles that govern the cosmos. Because it is written in understandable terms, it will assist even those who are not scientifically inclined in understanding why the cosmos exists, how it came to be, and what the future will look like. You will also learn about odd phenomena like as black holes, which are a kind of vacuum that draws everything (or nearly everything) toward them. Even more importantly, you will learn the mysteries of time itself, since these notes offer the answers to queries such as "how quickly is time passing?" as well as "how do we know it's moving forward?"

With certainty, you will never look at the night sky the same way again after listening to these pieces of literature.

Developing theories based on what you've seen in the past may assist you in predicting the future.

Probability is that you have heard of the theory of gravity or the theory of relativity. But, have you ever taken a moment to consider what we actually mean when we speak about ideas and concepts? To put it simply, a theory is a model that correctly explains huge groupings of data in the most fundamental sense. Scientific observations, such as those made in experiments, are collected and analyzed by scientists, who then utilize the information to create hypotheses for how and why events occur. Examples include the idea of gravity, which was established by Isaac Newton after studying a variety of events ranging from apples falling from trees to the movement of planets. A theory of gravity was developed using the evidence that was gathered by the researcher. Theories offer two significant advantages: First and foremost, they let scientists to make precise predictions about the course of events in the future.

Για παράδειγμα, η θεωρία της βαρύτητας του Νεύτωνα επέτρεψε στους επιστήμονες να προβλέψουν τις μελλοντικές κινήσεις αντικειμένων όπως οι πλανήτες. Εάν θέλετε να μάθετε, για παράδειγμα, όπου ο Άρης θα είναι σε έξι μήνες, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη θεωρία της βαρύτητας για να προβλέψετε τη θέση με ακρίβεια σημείων. Δεύτερον, οι θεωρίες είναι πάντα δυσδιάκριτες, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να αναθεωρηθούν εάν ανακαλυφθούν νέα στοιχεία που αντιφάσκει με την εν λόγω θεωρία. Για παράδειγμα, οι άνθρωποι σκέφτονταν ότι η γη ήταν το κέντρο του σύμπαντος και ότι όλα τα άλλα γύρισαν γύρω από αυτό. Ως αποτέλεσμα της ανακάλυψής του ότι τα φεγγάρια του Δία περιστρέφονταν γύρω από τον πλανήτη, ο Γαλιλαίος κατάφερε να αποδείξει ότι δεν περιστρέφονται όλα γύρω από τη γη. Ως αποτέλεσμα, ανεξάρτητα από το πόσο σταθερή φαίνεται να είναι μια θεωρία κατά τη στιγμή της διατύπωσής της, μια ενιαία μελλοντική παρατήρηση μπορεί πάντα να το καταστήσει λανθασμένο. Ως αποτέλεσμα, οι ιδέες δεν μπορούν ποτέ να αποδειχθούν αληθινές και η επιστήμη είναι μια διαδικασία που αλλάζει συνεχώς.

Μια αλλαγή στον τρόπο που σκεφτόμαστε πώς τα πράγματα κινούνται στο 1600, χάρη στον Isaac Newton.

Πριν από τον Isaac Newton, πιστεύεται ότι η φυσική κατάσταση ενός αντικειμένου ήταν μια πλήρης ηρεμία. Αυτό σημαίνει ότι εάν δεν υπήρχε εξωτερική δύναμη που να ενεργεί στο αντικείμενο, θα παραμείνει εντελώς ακίνητη. Ο Νεύτωνας, στη δεκαετία του 1600, κατέδειξε με βεβαιότητα ότι αυτή η μακροχρόνια έννοια ήταν λανθασμένη. Μια νέα υπόθεση παρουσιάστηκε στη θέση της, σύμφωνα με την οποία όλα στον Κόσμο, αντί να είναι στατικοί, ήταν πραγματικά πάντα σε κίνηση. Ο Νεύτωνας κατέληξε σε αυτό το συμπέρασμα ως αποτέλεσμα της διαπίστωσής του ότι οι πλανήτες και τα αστέρια στον Κόσμο κινούνταν συνεχώς στη σχέση τους μεταξύ τους. Παραδείγματα περιλαμβάνουν το γεγονός ότι η γη περιστρέφεται συνεχώς γύρω από τον ήλιο και ότι ολόκληρο το ηλιακό σύστημα περιστρέφεται γύρω από τον γαλαξία. Ως αποτέλεσμα, τίποτα δεν είναι πραγματικά ακίνητο. Ο Νεύτωνας επινόησε τρεις νόμους κίνησης για να εξηγήσει το κίνημα όλων των πραγμάτων στο σύμπαν:

Όλα τα αντικείμενα θα συνεχίσουν να ταξιδεύουν σε ευθεία μονοπάτι εάν δεν ενεργούν από άλλη δύναμη, σύμφωνα με τους πρώτους νόμους κίνησης του Νεύτωνα. Αυτό έδειξε ο Galileo σε ένα πείραμα στο οποίο έβαλε μπάλες κάτω από ένα λόφο για να απεικονίσει το σημείο του. Έλαμψαν σε ένα ευθεία μονοπάτι, αφού δεν υπήρχε άλλη δύναμη που να ενεργεί πάνω τους εκτός από τη βαρύτητα. Συγκεκριμένα, ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα λέει ότι ένα αντικείμενο θα επιταχύνει με ρυθμό που είναι ανάλογο με τη δύναμη που ασκείται σε αυτό. Εξετάστε το ακόλουθο παράδειγμα: Ένα όχημα με πιο ισχυρό κινητήρα θα επιταχύνει ταχύτερα από ένα όχημα με λιγότερο ισχυρό κινητήρα. Αυτός ο κανόνας λέει επίσης ότι όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός σώματος, τόσο μικρότερη είναι η δύναμη στην κίνηση του και αντίστροφα. Ένα μεγαλύτερο όχημα θα διαρκέσει περισσότερο για να επιταχυνθεί από ένα ελαφρύτερο όχημα εάν δύο οχήματα έχουν τον ίδιο κινητήρα.

Η βαρύτητα περιγράφεται από τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα. Υποστηρίζει ότι όλα τα σώματα στο σύμπαν προσελκύονται μεταξύ τους από μια δύναμη που είναι ανάλογη με τη μάζα των αντικειμένων που προσελκύονται. Αυτό σημαίνει ότι εάν διπλασιάσετε τη μάζα ενός στοιχείου, η δύναμη που ενεργεί σε αυτό θα είναι διπλάσια. Εάν διπλασιάσετε τη μάζα ενός στοιχείου και πλένετε τη μάζα ενός άλλου, η δύναμη θα είναι έξι φορές πιο δυνατή.

Το γεγονός ότι η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή αποδεικνύει ότι δεν είναι πάντοτε δυνατό να μετρηθεί η ταχύτητα του κάτι σε σχέση με την ταχύτητα του άλλου.

Αφού είδε πώς η θεωρία του Νεύτωνα απέφυγε με απόλυτη ανάπαυση και την αντικατέστησε με την ιδέα ότι η κίνηση ενός αντικειμένου είναι σε σχέση με την κίνηση κάτι άλλο, μπορούμε να δούμε πώς είναι ακόμα σε χρήση σήμερα. Ωστόσο, η θεωρία έδειξε επίσης ότι η σχετική ταχύτητα ενός αντικειμένου είναι σημαντική. Εξετάστε το ακόλουθο σενάριο: Καθίστε σε ένα τρένο που ταξιδεύει σε 100 μίλια την ώρα και διαβάζοντας ένα βιβλίο. Είμαι περίεργος πόσο γρήγορα ταξιδεύετε. Σύμφωνα με έναν μάρτυρα που παρακολουθεί το τρένο περνάει, ταξιδεύετε σε 100 μίλια την ώρα. Ωστόσο, σε σχέση με το βιβλίο που διαβάζετε τώρα, η ταχύτητά σας είναι 0 μίλια ανά ώρα. Ως αποτέλεσμα, η ταχύτητά σας μετράται σε σχέση με ένα άλλο στοιχείο. Ωστόσο, ανακαλύφθηκε ένα σημαντικό ελάττωμα στη θεωρία του Νεύτωνα: την ταχύτητα του φωτός.

Η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή, όχι σχετική και δεν μπορεί να μετρηθεί. Μετακινείται με σταθερή ταχύτητα 186.000 μίλια ανά δευτερόλεπτο. Οτιδήποτε άλλο κινείται με ταχύτερο ρυθμό από το φως, η ταχύτητα του φωτός θα παραμείνει σταθερή ανεξάρτητα. Για παράδειγμα, εάν ένα τρένο που ταξιδεύει σε 100 μίλια την ώρα πλησίασε μια δέσμη φωτός, η ταχύτητα του φωτός θα ήταν 186.000 μίλια ανά δευτερόλεπτο, σύμφωνα με τη φόρμουλα. Ωστόσο, ακόμη και αν αυτό το τρένο στάθηκε σε μια πλήρη στάση σε ένα κόκκινο σήμα, η δέσμη φωτός θα εξακολουθούσε να ταξιδεύει σε 186.000 μίλια ανά δευτερόλεπτο. Δεν έχει σημασία ποιος κοιτάζει το φως ή πόσο γρήγορα κινούνται. Η ταχύτητα του φωτός θα παραμείνει πάντα σταθερή. Η υπόθεση του Νεύτωνα διακινδυνεύεται ως αποτέλεσμα αυτού του ευρήματος. Όταν κάτι κινείται, πώς μπορεί η ταχύτητα του αντικειμένου να παραμείνει σταθερή ανεξάρτητη από την κατάσταση του παρατηρητή; Ευτυχώς, η λύση βρέθηκε στις αρχές του εικοστού αιώνα, όταν ο Albert Einstein πρότεινε τη γενική θεωρία της σχετικότητας.

Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας, ο ίδιος ο χρόνος δεν είναι σταθερή ποσότητα.

Το γεγονός ότι η ταχύτητα του φωτός παραμένει σταθερή ήταν ένα ζήτημα για τη θεωρία του Νεύτωνα, καθώς απέδειξε ότι η ταχύτητα δεν είναι απαραιτήτως σχετική. Ως αποτέλεσμα, οι επιστήμονες χρειάζονται ένα ενημερωμένο μοντέλο που έλαβε υπόψη την ταχύτητα του φωτός. Η θεωρία της σχετικότητας, που δημιουργήθηκε από τον Albert Einstein, είναι ένα παράδειγμα μιας τέτοιας θεωρίας. Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας, οι κανόνες της επιστήμης ισχύουν εξίσου σε όλους τους παρατηρητές που είναι ελεύθεροι να κινηθούν. Αυτό υποδηλώνει ότι ανεξάρτητα από τον ρυθμό που ταξιδεύει κάποιος, θα βιώνει πάντα την ίδια ταχύτητα φωτός. Αν και αυτό φαίνεται να είναι αρκετά απλό με την πρώτη ματιά, μια από τις θεμελιώδεις προτάσεις του είναι πραγματικά εξαιρετικά δύσκολο για πολλούς ανθρώπους να κατανοήσουν: η ιδέα ότι ο χρόνος είναι σχετικός είναι ένας από τους πιο δύσκολο να κατανοηθεί.

Λόγω του γεγονότος ότι το φως δεν ποικίλλει σε ταχύτητα όταν φαίνεται από τους παρατηρητές που ταξιδεύουν σε διάφορες ταχύτητες, οι μάρτυρες που ταξιδεύουν με διαφορετικές ταχύτητες σε σχέση με τον άλλον θα εκτιμούσαν πραγματικά διαφορετικούς χρόνους για το ίδιο περιστατικό. Εξετάστε το ακόλουθο σενάριο: Ένα φως φωτός αποστέλλεται σε δύο μάρτυρες, ένας από τους οποίους κινείται προς το φως και ο άλλος που ταξιδεύει με ταχύτερη ταχύτητα προς την αντίθετη κατεύθυνση του φωτός. Και οι δύο θεατές θα βιώσουν την ίδια ταχύτητα φωτός, παρά το γεγονός ότι κινούνται με πολύ διαφορετικές ταχύτητες και σε αντίθετες κατευθύνσεις. Αυτό θα σήμαινε ότι και οι δύο βλέπουν το γεγονός Flash σαν να συνέβη σε διαφορετική στιγμή από την άλλη, η οποία είναι απίστευτη. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο χρόνος ορίζεται από την απόσταση που έχει διαιρεθεί κάτι από την ταχύτητα με την οποία έχει μετακινηθεί. Αν και η ταχύτητα του φωτός είναι η ίδια και για τους δύο θεατές, λόγω της διαφοράς στην απόσταση, ο χρόνος είναι σε σχέση με κάθε παρατηρητή σε αυτή την περίπτωση.

Εάν και οι δύο μάρτυρες ήταν εξοπλισμένοι με ρολόγια για να καταγράψουν τη στιγμή που δημιουργήθηκε ο παλμός του φωτός, θα ήταν σε θέση να πιστοποιήσουν δύο ξεχωριστούς χρονοδιαγράμματα για το ίδιο περιστατικό. So, who is correct? In none of the observers' views; time is relative and unique to each of their perspectives!

Επειδή είναι αδύνατο να ληφθούν ακριβείς μετρήσεις των σωματιδίων, οι επιστήμονες βασίζονται σε μια έννοια γνωστή ως κβαντική κατάσταση για να κάνουν προβλέψεις.

Τα πάντα στο σύμπαν αποτελούνται από σωματίδια όπως ηλεκτρόνια και φωτόνια. Οι επιστήμονες επιδιώκουν να τα μετρήσουν και να αναλύσουν την ταχύτητά τους για να κατανοήσουν περισσότερα για τον Κόσμο και τους κατοίκους του. Όταν επιχειρήσετε να εξετάσετε τα σωματίδια, όμως, θα δείτε ότι συμπεριφέρονται με ασυνήθιστο τρόπο. Παραδόξως, όσο πιο συγκεκριμένα προσπαθείτε να μετρήσετε τη θέση ενός σωματιδίου, τόσο πιο αβέβαιη γίνεται η ταχύτητά του. Αντίθετα, όσο πιο συγκεκριμένα προσπαθείτε να μετρήσετε την ταχύτητά του, τόσο λιγότερο είναι η θέση του. Η αρχή της αβεβαιότητας είναι το όνομα που δόθηκε σε αυτά τα φαινόμενα, τα οποία αρχικά αναγνωρίστηκαν στη δεκαετία του 1920. Μια συνέπεια της αρχής της αβεβαιότητας ήταν ότι οι επιστήμονες αναγκάστηκαν να βρουν άλλες μεθόδους για να εξετάσουν τα σωματίδια, οδηγώντας τους να αρχίσουν να εξετάζουν την κβαντική κατάσταση ενός σωματιδίου. Η κβαντική κατάσταση ενός σωματιδίου είναι ένας συνδυασμός πολλών πιθανών δυναμικών θέσεων και ταχύτητας του σωματιδίου.

Επειδή οι επιστήμονες δεν είναι σε θέση να προσδιορίσουν την ακριβή θέση ή ταχύτητα ενός σωματιδίου, πρέπει να εξετάσουν τις πολυάριθμες πιθανές θέσεις και ταχύτητες που μπορεί να καταλαμβάνουν τα σωματίδια. Οι ερευνητές παρακολουθούν κάθε πιθανή θέση όπου μπορεί να είναι ένα σωματίδιο και στη συνέχεια να επιλέξουν το πιο πιθανό από αυτούς, καθώς το σωματίδιο ταξιδεύει γύρω. Οι επιστήμονες αντιμετωπίζουν τα σωματίδια σαν να ήταν κύματα για να τα βοηθήσουν στον προσδιορισμό αυτού. Επειδή ένα σωματίδιο μπορεί να είναι σε μια πληθώρα διαφόρων θέσεων ταυτόχρονα, φαίνονται ως μια ακολουθία συνεχών, ταλαντευόμενων κυμάτων στην εμφάνισή τους. Εξετάστε την εικόνα ενός κομματιού δονητικού νήματος. Όταν η συμβολοσειρά δονείται, θα τερμάτισε και θα βουτήξει σε μια σειρά κορυφών και κοιλών. Ένα σωματίδιο δρα με παρόμοιο τρόπο, αλλά η πιθανή διαδρομή του αποτελείται από μια ακολουθία αλληλεπικαλυπτόμενων κυμάτων που όλα συμβαίνουν ταυτόχρονα.

Η παρατήρηση των σωματιδίων με αυτόν τον τρόπο βοηθά τους επιστήμονες στον προσδιορισμό του πού είναι πιο πιθανό να βρεθεί ένα σωματίδιο. Οι πιο πιθανές τοποθεσίες σωματιδίων είναι εκείνες στις οποίες τα τόξα και οι κορυφές στα πολυάριθμα κύματα συμπίπτουν μεταξύ τους, ενώ οι λιγότερο πιθανές θέσεις σωματιδίων είναι εκείνες στις οποίες δεν το κάνουν. Αυτό αναφέρεται ως παρεμβολή και αποκαλύπτει ποιες θέσεις και ταχύτητες είναι πιθανότερο να προχωρήσει το κύμα των σωματιδίων κατά μήκος της διαδρομής του.

Η βαρύτητα είναι η συνέπεια των μεγάλων πραγμάτων που λυγίζουν το ύφασμα του χωροχρόνου στη θέλησή τους.

Όταν κοιτάζετε γύρω σας, βλέπετε τον κόσμο σε τρεις διαστάσεις, πράγμα που σημαίνει ότι μπορείτε να χαρακτηρίσετε κάθε στοιχείο με το ύψος, το πλάτος και τις μετρήσεις βάθους. Το γεγονός παραμένει ότι υπάρχει μια τέταρτη διάσταση, αν και αυτή που δεν μπορούμε να δούμε: χρόνος, η οποία όταν συνδυάζεται με τις άλλες τρεις διαστάσεις σχηματίζει ένα φαινόμενο γνωστό ως χωροχρόνο. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν αυτό το τετραδιάστατο μοντέλο του χωροχρόνου για να εξηγήσουν τα γεγονότα που λαμβάνουν χώρα σε όλο τον κόσμο. Στο πλαίσιο του χρόνου και του χώρου, ένα γεγονός είναι οτιδήποτε συμβαίνει σε κάποιο χρονικό σημείο. Ως αποτέλεσμα, κατά τον προσδιορισμό της θέσης ενός γεγονότος σε συνδυασμό με τις τρισδιάστατες συντεταγμένες, οι επιστήμονες περιλαμβάνουν μια τέταρτη συντεταγμένη για να αντιπροσωπεύουν το χρόνο της εμφάνισης. Προκειμένου να προσδιοριστεί η θέση ενός γεγονότος, οι επιστήμονες πρέπει να λάβουν υπόψη το χρόνο, αφού η θεωρία της σχετικότητας λέει ότι ο χρόνος είναι σχετικός. Ως εκ τούτου, αποτελεί ουσιαστικό στοιχείο για τον καθορισμό της φύσης ενός συγκεκριμένου περιστατικού.

Ο συνδυασμός του χώρου και του χρόνου είχε αξιοσημείωτη επίδραση στην κατανόηση της βαρύτητας, η οποία εξελίχθηκε δραματικά ως αποτέλεσμα. Η βαρύτητα είναι η συνέπεια των μεγάλων αντικειμένων που κάμπτουν το διαστημικό χρονικό διάστημα, όπως περιγράφεται παραπάνω. Όταν μια μεγάλη μάζα, όπως ο ήλιος μας, καμπυλές, έχει ως αποτέλεσμα να μεταβάλλει το διάστημα-χρόνο. Εξετάστε το ακόλουθο σενάριο: Εξετάστε την έννοια του χώρου-χρόνου ως μια κουβέρτα που είναι εξαπλωμένη και κρατηθεί στον αέρα. Εάν τοποθετήσετε ένα στοιχείο στο κέντρο της κουβέρτας, η κουβέρτα θα καμπύλη και το αντικείμενο θα βυθιστεί λίγο στη μέση της κουβέρτας. Αυτό είναι το αποτέλεσμα που έχουν τεράστια πράγματα στον ιστό του χωροχρόνου.

Άλλα πράγματα θα ακολουθήσουν αυτές τις καμπύλες στο διάστημα-χρόνο καθώς μετακινούνται στο διάστημα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ένα στοιχείο επιλέγει πάντα τη συντομότερη διαδρομή μεταξύ δύο θέσεων, η οποία είναι μια κυκλική τροχιά γύρω από ένα μεγαλύτερο αντικείμενο στο σύμπαν. Εάν ρίξετε μια άλλη ματιά στην κουβέρτα, θα δείτε κάτι. Κάνοντας ένα μεγάλο στοιχείο σαν ένα πορτοκαλί στην κουβέρτα και στη συνέχεια προσπαθώντας να κυλήσει ένα μικρότερο αντικείμενο πέρα ​​από το παρελθόν θα οδηγήσει στο μάρμαρο μετά την κατάθλιψη που άφησε πίσω από το πορτοκαλί. Η βαρύτητα λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο!

Σε περίπτωση θανάτου ενός αστεριού με μεγάλη μάζα, το αστέρι καταρρέει σε μια ιδιαιτερότητα γνωστή ως μαύρη τρύπα.

Προκειμένου να δημιουργήσουν θερμότητα και φως, τα αστέρια χρειάζονται τεράστιες ποσότητες ενέργειας κατά τη διάρκεια ολόκληρης της ζωής τους. Ωστόσο, αυτή η ενέργεια δεν υπομένει επ 'αόριστον. Τελικά, εξαντλείται, προκαλώντας το αστέρι να πεθάνει. Αυτό που συμβαίνει σε ένα αστέρι μετά από πεθαίνει καθορίζεται από το μέγεθος του αστέρι. Όταν ένα τεράστιο αστέρι εξαντλεί τα ενεργειακά του αποθέματα, συμβαίνει κάτι εξαιρετικό: ο σχηματισμός μιας μαύρης τρύπα. Επειδή το βαρυτικό πεδίο της πλειοψηφίας των μεγάλων αστεριών είναι τόσο ισχυρό, μπορεί να σχηματίσει μια μαύρη τρύπα. Είναι δυνατό για το αστέρι να χρησιμοποιήσει την ενέργεια του για να αποτρέψει τον εαυτό του να καταρρεύσει όσο είναι ακόμα ζωντανός. Μετά την εξάντληση της ενέργειας, το αστέρι δεν είναι πλέον σε θέση να αψηφήσει τη βαρύτητα και το αποσυνδεδεμένο σώμα του τελικά καταρρέει στον εαυτό του. Όλα αντλούνται προς τα μέσα σε μια ιδιαιτερότητα, η οποία είναι ένα ατελείωτα πυκνό, σφαιρικό σημείο που δεν υπάρχει πουθενά αλλού στο σύμπαν. Αυτή η ιδιαιτερότητα αναφέρεται ως μαύρη τρύπα.

Ο χώρος-χρόνος γίνεται στριμμένος τόσο απότομα ως αποτέλεσμα της βαρύτητας μιας μαύρης τρύπας που ακόμη και το φως είναι λυγισμένο κατά μήκος του μονοπατιού του. Όχι μόνο μια μαύρη τρύπα τραβάει σε όλα κοντά, αλλά εμποδίζει επίσης οτιδήποτε διασχίζει ένα ορισμένο όριο γύρω από αυτό από το να ξεφύγει ξανά: αυτό το σημείο μη επιστροφής είναι γνωστό ως ορίζοντας συμβάν και τίποτα, ούτε καν φως, που ταξιδεύει Ταχύτερα από οτιδήποτε άλλο στο σύμπαν, μπορεί να ξεφύγει από αυτό. Ο ορίζοντας εκδήλωσης της μαύρης τρύπα ορίζεται ως το σημείο πέρα ​​από το οποίο τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει. Αυτό θέτει μια ενδιαφέρουσα ερώτηση: Δεδομένου ότι μια μαύρη τρύπα απορροφά το φως και οτιδήποτε άλλο διασχίζει τον ορίζοντα του γεγονότος, πώς μπορούμε να πούμε αν είναι πραγματικά εκεί στο σύμπαν; Οι αστρονόμοι κυνηγούν για μαύρες τρύπες παρατηρώντας τις βαρυτικές επιπτώσεις που έχουν στον κόσμο καθώς και οι ακτίνες Χ που εκπέμπονται από την αλληλεπίδρασή τους με τα αστέρια που περιστρέφονται.

Για παράδειγμα, οι αστρονόμοι αναζητούν αστέρια που περιβάλλουν σκοτεινά και τεράστια αντικείμενα που μπορεί να είναι ή όχι μαύρες τρύπες για να μάθουν περισσότερα γι 'αυτά. Είναι επίσης επιφυλακτικοί για ακτίνες Χ και άλλα κύματα που συχνά παράγονται από την ύλη καθώς σέρνεται και διαχωρίζεται από μια μαύρη τρύπα. Μια ακόμη πιο μυστηριώδης πηγή ραδιοφώνου και υπέρυθρης ακτινοβολίας έχει ανακαλυφθεί στον πυρήνα του γαλαξία μας. Αυτή η πηγή θεωρείται ότι είναι μια υπερβολική μαύρη τρύπα.

Οι μαύρες τρύπες παράγουν ακτινοβολία, γεγονός που μπορεί να τους προκαλέσει να εξατμιστούν, τελικά με αποτέλεσμα το θάνατό τους.

Η βαρυτική έλξη μιας μαύρης τρύπας είναι τόσο ισχυρή που ούτε το φως δεν μπορεί να ξεφύγει. Είναι λογικό ότι τίποτα άλλο δεν θα μπορούσε να δραπετεύσει επίσης. Θα ήθελα όμως να μπερδεύετε. Στην πραγματικότητα, οι μαύρες τρύπες πρέπει να εκπέμπουν κάτι για να αποφύγουν την παραβίαση του δεύτερου κανόνα της θερμοδυναμικής. Αναφέρεται στον καθολικό δεύτερο κανόνα της θερμοδυναμικής ότι η εντροπία ή η τάση προς μεγαλύτερη διαταραχή αυξάνεται ανά πάσα στιγμή. Και όταν η εντροπία αυξάνεται, η θερμοκρασία πρέπει επίσης να αυξηθεί. Μια καλή απεικόνιση αυτού είναι ο τρόπος με τον οποίο ένας πυροσβέστης καίει κόκκινο καυτό μετά από να τοποθετηθεί σε μια φωτιά και να εκπέμπει ακτινοβολία με τη μορφή θερμότητας. Σύμφωνα με τον δεύτερο κανόνα της θερμοδυναμικής, δεδομένου ότι οι μαύρες οπές απορροφούν διαταραγμένη ενέργεια από τον κόσμο, η εντροπία της μαύρης οπής θα πρέπει να αυξηθεί ως αποτέλεσμα αυτού. Και, ως αποτέλεσμα της αύξησης της εντροπίας, οι μαύρες τρύπες πρέπει να αναγκαστούν να επιτρέψουν τη διαφυγή της θερμότητας.

Παρόλο που τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει από τον ορίζοντα συμβάντων της μαύρης τρύπας, τα εικονικά ζεύγη σωματιδίων και αντισαρδίων κοντά στον ορίζοντα συμβάντων είναι σε θέση να το πράξουν επειδή ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής διατηρείται κοντά στον ορίζοντα του γεγονότος. Τα σωματίδια που δεν μπορούν να παρατηρηθούν, αλλά των οποίων οι επιπτώσεις μπορούν να ποσοτικοποιηθούν αναφέρονται ως εικονικά σωματίδια. Ένα από τα μέλη του ζευγαριού έχει θετική ενέργεια, ενώ ο άλλος διαθέτει αρνητικά φορτισμένη ενέργεια. Λόγω της αντοχής της βαρυτικής έλξης σε μια μαύρη τρύπα, ένα αρνητικό σωματίδιο μπορεί να αναρροφηθεί στη μαύρη τρύπα και, με αυτόν τον τρόπο, να παρέχει στον εταίρο των σωματιδίων του αρκετή ενέργεια για να διαφεύγει ενδεχομένως στον κόσμο και να απελευθερωθεί ως θερμότητα. Είναι δυνατόν η μαύρη τρύπα να εκπέμπει ακτινοβολία με αυτόν τον τρόπο, επιτρέποντάς της να υπακούει στον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής.

Η ποσότητα της θετικής ακτινοβολίας που απελευθερώνεται αντισταθμίζεται από την ποσότητα αρνητικής ακτινοβολίας που τραβήχτηκε στη μαύρη οπή από τη μαύρη οπή. Αυτή η εσωτερική εισροή αρνητικών σωματιδίων έχει τη δυνατότητα να μειώσει τη μάζα της μαύρης οπής μέχρι να εξατμιστεί και να πεθάνει τελικά. Και αν η μάζα της μαύρης οπής μειωθεί σε μια επαρκώς ελάχιστη τιμή, πιθανότατα θα τερματιστεί σε μια τεράστια τελική έκρηξη ισοδύναμη με εκατομμύρια βόμβες Η.

Παρά το γεγονός ότι δεν μπορούμε να είμαστε σίγουροι, υπάρχουν σημαντικές ενδείξεις ότι ο χρόνος θα συνεχίσει να προχωράει μόνο.

Εξετάστε την πιθανότητα ότι το σύμπαν άρχισε να συρρικνώνεται και ο χρόνος άρχισε να ρέει προς τα πίσω. Πώς θα ήταν να είσαι εκεί; Υπάρχει η πιθανότητα ότι τα ρολόγια θα πάνε προς τα πίσω και η πορεία της ιστορίας θα αντιστραφεί. Ωστόσο, ενώ οι επιστήμονες δεν έχουν απολύσει εξ ολοκλήρου τη δυνατότητα, τρεις σημαντικές ενδείξεις δείχνουν ότι ο χρόνος προχωράει αποκλειστικά. Το θερμοδυναμικό βέλος του χρόνου είναι η αρχική ένδειξη ότι ο χρόνος περνά από ένα σημείο στο παρελθόν σε ένα άλλο σημείο στο μέλλον. Σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, η εντροπία - η διαταραχή ενός κλειστού συστήματος - τείνει να αναπτυχθεί καθώς ο χρόνος εξελίσσεται σε κάθε κλειστό σύστημα. Αυτό υποδηλώνει ότι η τάση της διαταραχής μπορεί να αναπτυχθεί μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μετρήσει το πέρασμα του χρόνου.

Στην περίπτωση ενός κυπέλλου που κατά λάθος πέφτει από ένα τραπέζι και σπάει, η εντολή έχει διαταραχθεί και η εντροπία έχει αυξηθεί. Επειδή ένα θρυμματισμένο κύπελλο δεν θα επανενωθεί αυθόρμητα και θα ενισχύσει τη σειρά του, μπορούμε να καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι ο χρόνος κινείται μόνο προς τα εμπρός. Το θρυμματισμένο κύπελλο και το θερμοδυναμικό βέλος του χρόνου είναι και τα δύο στοιχεία του δεύτερου δείκτη του χρόνου προς τα εμπρός, ο οποίος ελέγχεται από τη μνήμη και αντιπροσωπεύεται και από το ψυχολογικό βέλος του χρόνου. Όταν μπορείτε να ανακαλέσετε ότι το κύπελλο είναι στο τραπέζι αφού έχει σπάσει, δεν θα μπορείτε να "θυμηθείτε" τη μελλοντική του θέση στο πάτωμα, ενώ ήταν ακόμα στο τραπέζι προτού να καταστραφεί. Η τρίτη ένδειξη, το κοσμολογικό βέλος του χρόνου, αναφέρεται στην επέκταση του κόσμου και αντιστοιχεί στην εμπειρία μας στο θερμοδυναμικό βέλος του χρόνου καθώς και στην ανάπτυξη της γνώσης μας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η εντροπία αυξάνεται καθώς ο Κόσμος επεκτείνεται.

Αφού φτάσει σε ένα συγκεκριμένο χρονικό σημείο, το χάος στον κόσμο μπορεί να προκαλέσει τη συρρίκνωση του σύμπαντος, αντιστρέφοντας έτσι την κατεύθυνση του χρόνου στο κοσμικό βέλος του χρόνου. Ωστόσο, δεν θα το γνωρίζουμε, αφού τα έξυπνα πλάσματα μπορούν να ζήσουν μόνο σε ένα περιβάλλον όπου το χάος αυξάνεται. Ο λόγος για αυτό είναι επειδή οι άνθρωποι εξαρτώνται από τη διαδικασία της εντροπίας για να μετατρέψουν το φαγητό μας σε χρησιμοποιήσιμη μορφή ενέργειας. Εξαιτίας αυτού, θα συνεχίσουμε να αντιλαμβανόμαστε το κοσμικό βέλος του χρόνου να προχωρήσουμε όσο είμαστε ζωντανοί.

Υπάρχουν τρεις βασικές δυνάμεις στον κόσμο, εκτός από τη βαρύτητα. Αυτά είναι: έλξη, έλξη και έλξη.

Υπάρχουν συγκεκριμένες δυνάμεις που λειτουργούν στο σύμπαν; Η πλειοψηφία των ανθρώπων θα είναι εξοικειωμένος μόνο με μία από αυτές τις δυνάμεις: τη βαρύτητα, η οποία είναι η δύναμη που προσελκύει τα πράγματα μεταξύ τους και που αισθάνεται με τον τρόπο που η βαρύτητα της Γης μας τραβάει στην επιφάνεια της. Η πλειοψηφία των ανθρώπων, από την άλλη πλευρά, δεν γνωρίζουν ότι υπάρχουν πραγματικά τρεις άλλες δυνάμεις που λειτουργούν στα πιο μικρά σωματίδια. Όταν ένας μαγνήτης προσκολλάται σε ψυγείο ή όταν επαναφορτίζετε το κινητό σας τηλέφωνο, αντιμετωπίζετε ηλεκτρομαγνητική δύναμη, η οποία είναι η πρώτη από αυτές τις δυνάμεις. Έχει επίδραση σε όλα τα φορτισμένα σωματίδια, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρονίων και των κουάρκων, καθώς και στις ηλεκτρικές τους χρεώσεις.

Οι μαγνήτες έχουν βόρειους και νότιους πόλους που μπορεί να προσελκύσουν ή να απωθήσουν άλλους μαγνήτες. Τα θετικά φορτισμένα σωματίδια προσελκύουν αρνητικά σωματίδια και απομακρύνουν άλλα θετικά σωματίδια και αντίστροφα. Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη αντιπροσωπεύεται από τους βόρειους και νότιους πόλους ενός μαγνήτη. Αυτή η δύναμη είναι σημαντικά ισχυρότερη από τη βαρύτητα και έχει πολύ μεγαλύτερη επιρροή στο ατομικό επίπεδο από ό, τι η βαρύτητα. Για παράδειγμα, η ηλεκτρομαγνητική δύναμη αναγκάζει ένα ηλεκτρόνιο να κύκλο γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου σε κυκλική κίνηση. Το δεύτερο είδος πυρηνικής δύναμης είναι η αδύναμη πυρηνική δύναμη, η οποία λειτουργεί σε όλα τα σωματίδια που αποτελούν την ύλη και είναι υπεύθυνο για την παραγωγή ραδιενέργειας. Αυτή η δύναμη αναφέρεται ως "αδύναμη" επειδή τα σωματίδια που μεταφέρουν μπορεί να ασκήσει μόνο δύναμη σε μικρή απόσταση, έτσι κερδίζοντας το όνομα. Λόγω της αυξανόμενης έντασης της αδύναμης πυρηνικής δύναμης σε υψηλότερη ενέργεια, τελικά ξεπερνά την ηλεκτρομαγνητική δύναμη.

Είναι το τρίτο είδος πυρηνικής δύναμης που συγκρατεί πρωτόνια και νετρόνια μαζί στον πυρήνα ενός ατόμου καθώς και των μικρότερων κουάρκων που περιέχονται μέσα στα πρωτόνια και τα νετρόνια μαζί. Η ισχυρή πυρηνική δύναμη, σε αντίθεση με την ηλεκτρομαγνητική δύναμη και την αδύναμη πυρηνική δύναμη, γίνεται ασθενέστερη καθώς αυξάνεται η ενέργεια του σωματιδίου. Κατά τη διάρκεια μιας περιόδου πολύ υψηλής ενέργειας, που αναφέρεται ως ενέργεια μεγάλης ενοποίησης, η ηλεκτρομαγνητική δύναμη γίνεται ισχυρότερη και η αδύναμη πυρηνική δύναμη γίνεται ασθενέστερη, ενώ η ισχυρή πυρηνική δύναμη γίνεται ασθενέστερη. Εκείνη τη στιγμή, και οι τρεις δυνάμεις επιτυγχάνουν ίση δύναμη και συγχωνεύονται μαζί για να σχηματίσουν διάφορες πτυχές μιας ενιαίας δύναμης: μια δύναμη που μπορεί να είχε ρόλο στο σχηματισμό του σύμπαντος, σύμφωνα με ορισμένες θεωρίες.

Παρά το γεγονός ότι οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το σύμπαν ξεκίνησε με το Big Bang, δεν είναι σαφείς για τις ακριβείς συνθήκες για το πώς συνέβη αυτό.

Η συντριπτική πλειοψηφία των επιστημόνων πιστεύει ότι ο χρόνος ξεκίνησε με το Big Bang - τη στιγμή που το σύμπαν μεταφέρθηκε από μια ατελείωτη πυκνή κατάσταση σε μια ταχέως αναπτυσσόμενη οντότητα που εξακολουθεί να επεκτείνεται σήμερα .... αν και έχει προταθεί μια ποικιλία υποθέσεων για να εξηγήσει πώς εξηγεί πώς εξηγεί πώς Μια τέτοια μαζική επέκταση του σύμπαντος μπορεί να έχει συμβεί, οι επιστήμονες εξακολουθούν να είναι αβέβαιοι για το πώς συνέβη το Big Bang. Το μοντέλο Hot Big Bang της προέλευσης του σύμπαντος είναι η πιο γενικά αποδεκτή υπόθεση της προέλευσης του σύμπαντος. Σύμφωνα με αυτή την υπόθεση, ο Κόσμος ξεκίνησε με μέγεθος μηδέν και ήταν ατελείωτα ζεστό και πυκνό για να ξεκινήσει. Κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Έκρηξης, επεκτάθηκε και καθώς αυξήθηκε, η θερμοκρασία του σύμπαντος έπεσε καθώς η θερμότητα διασκορπίστηκε σε όλο το σύμπαν. Η πλειοψηφία των συστατικών που υπάρχουν στο σύμπαν σήμερα σχηματίστηκαν εντός των πρώτων ωρών της κοσμικής επέκτασης.

Λόγω της βαρύτητας, καθώς το σύμπαν συνέχισε να επεκτείνεται, οι πυκνότερες περιοχές επέκτασης άρχισαν να περιστρέφονται, με αποτέλεσμα το σχηματισμό γαλαξιών. Τα σύννεφα των αερίων υδρογόνου και ηλίου συμπιέζονται μέσα σε αυτούς τους νεοσυσταθέντες γαλαξίες, προκαλώντας την επέκταση του σύμπαντος. Τα συγκρουόμενα άτομα τους προκάλεσαν γεγονότα πυρηνικής σύντηξης, τα οποία οδήγησαν στο σχηματισμό των αστεριών. Στα επόμενα χρόνια, καθώς αυτά τα αστέρια έχασαν τη ζωή τους, προκάλεσαν μαζικές αστρικές εκρήξεις που απέκλεισαν ακόμη περισσότερα στοιχεία στον κόσμο. Ως αποτέλεσμα, τα νέα αστέρια και οι πλανήτες σχηματίστηκαν από τις πρώτες ύλες που παρέχονται από το Big Bang. Παρά το γεγονός ότι αυτό είναι το ευρέως αναγνωρισμένο μοντέλο του Big Bang και η αρχή του χρόνου, δεν είναι το μόνο.

Το πληθωριστικό μοντέλο είναι μια άλλη επιλογή που πρέπει να λάβετε υπόψη. Σε αυτό το σενάριο προτείνεται ότι η ενέργεια του πρώιμου κόσμου ήταν τόσο εξαιρετικά μεγάλη ώστε τα πλεονεκτήματα της ισχυρής πυρηνικής δύναμης, της αδύναμης πυρηνικής δύναμης και της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης ήταν όλα ίσα σε ένταση. Καθώς ο Κόσμος αυξήθηκε σε μέγεθος, ωστόσο, οι τρεις δυνάμεις άρχισαν να ποικίλλουν σημαντικά στις σχετικές εντάσεις τους. Μια τεράστια ποσότητα ενέργειας απελευθερώθηκε ως αποτέλεσμα του διαχωρισμού των δυνάμεων. Θα είχε προκύψει ένα αντι-βαρυτικό αποτέλεσμα, αναγκάζοντας τον Κόσμο να επεκταθεί γρήγορα και με έναν συνεχώς αυξανόμενο ρυθμό.

Η γενική σχετικότητα και η κβαντική φυσική δεν μπόρεσαν να συμφιλιωθούν από τους φυσικούς.

Η ανάπτυξη δύο κύριων ιδεών προέκυψε από την προσπάθεια των επιστημόνων να κατανοήσουν καλύτερα και να εξηγήσουν τον κόσμο. Μια θεμελιώδης ιδέα στη φυσική είναι η γενική σχετικότητα, η οποία ασχολείται με ένα πολύ μεγάλο φαινόμενο στο σύμπαν: βαρύτητα. Ένας από τους πιο συναρπαστικούς κλάδους της επιστήμης είναι η κβαντική φυσική, η οποία ασχολείται με μερικά από τα πιο μικρά πράγματα στο σύμπαν που είναι γνωστό στον άνθρωπο: υποατομικά σωματίδια μικρότερα από τα άτομα. Ενώ και οι δύο θεωρίες προσφέρουν πολύτιμες ιδέες, υπάρχουν σημαντικές αποκλίσεις μεταξύ αυτού που προβλέπεται από τις εξισώσεις της κβαντικής φυσικής και αυτό που προβλέπεται και θεωρείται από τη γενική σχετικότητα, παρά το γεγονός ότι και οι δύο θεωρίες είναι σωστές. Αυτό σημαίνει ότι, αυτή τη στιγμή, δεν υπάρχει τρόπος να τα συνδυάσετε όλα σε μια ενιαία ολοκληρωμένη ενοποιημένη θεωρία για τα πάντα.

Υπάρχει ένα πρόβλημα με το συνδυασμό των δύο θεωριών, καθώς πολλές από τις εξισώσεις που χρησιμοποιούνται στην κβαντική φυσική έχουν ως αποτέλεσμα προφανώς αδύνατες άπειρες τιμές, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη συνδυασμό των δύο θεωριών. Εξετάστε το γεγονός ότι οι εξισώσεις του διαστημικού χρόνου προβλέπουν ότι η καμπύλη του χωροχρόνου είναι ατελείωτη, η οποία έχει αποδειχθεί ότι είναι λανθασμένη από παρατηρήσεις. Οι προσπάθειες γίνονται από επιστήμονες για να προσθέσουν άλλα άπειρα στην εξίσωση προκειμένου να ακυρώσουν αυτά τα άπειρα. Είναι ατυχές το γεγονός ότι αυτό περιορίζει την ακρίβεια με την οποία οι επιστήμονες μπορούν να προβλέψουν το μέλλον. Συνεπώς, αντί να χρησιμοποιούμε τις εξισώσεις της κβαντικής φυσικής για να προβλέψουμε τα περιστατικά, είναι απαραίτητο να συμπεριληφθούν τα ίδια τα γεγονότα και να τροποποιηθούν οι εξισώσεις για να τα καταστήσουν κατάλληλα! Σε ένα δεύτερο, σχετικό τεύχος, η κβαντική θεωρία προτείνει ότι όλο το κενό χώρο του κόσμου αποτελείται από εικονικά ζεύγη σωματιδίων και αντισημάνισης, τα οποία είναι ασυμβίβαστα με την πραγματικότητα.

Η παρουσία αυτών των εικονικών ζευγών, από την άλλη πλευρά, δημιουργεί προβλήματα για τη γενική θεωρία της σχετικότητας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο Κόσμος έχει απεριόριστη ποσότητα κενού χώρου και έτσι η ενέργεια αυτών των ζευγών θα πρέπει να έχει άπειρη ποσότητα ενέργειας. Αυτό είναι ενοχλητικό, καθώς η διάσημη εξίσωση του Einstein E = MC2 υποδηλώνει ότι η μάζα ενός αντικειμένου είναι ίση με την ενέργεια του, η οποία είναι μια ψευδή υπόθεση. Ως αποτέλεσμα, η απεριόριστη ενέργεια αυτών των εικονικών σωματιδίων θα σήμαινε ότι θα κατέχουν επίσης μια ατελείωτη μάζα. Εάν υπήρχε απεριόριστη μάζα, ολόκληρο το σύμπαν θα καταρρεύσει κάτω από την ισχυρή βαρυτική έλξη του ήλιου, με αποτέλεσμα το σχηματισμό μιας μόνο μαύρης τρύπας.

Περίληψη στο τέλος

Πολλοί άνθρωποι είναι απενεργοποιημένοι από τη φυσική, επειδή το θεωρούν ως απρόσιτη σφαίρα μακρών εξισώσεων και περίπλοκες ιδέες. Αυτό είναι το κύριο μήνυμα που μεταδίδεται από αυτές τις σημειώσεις: αυτό ισχύει σε κάποιο βαθμό, αλλά όχι εξ ολοκλήρου. Ωστόσο, η πολυπλοκότητα της φυσικής δεν πρέπει να αποτρέπει εκείνους από εμάς που δεν είναι ειδικοί από την κατανόηση του πώς και γιατί το σύμπαν λειτουργεί. Υπάρχουν πολλοί κανόνες και κανονισμοί για να μας βοηθήσουν στην προσπάθειά μας να κατανοήσουμε τα μυστήρια του κόσμου μας και τη θέση μας μέσα σε αυτό. Κανόνες και κανόνες που είναι κατανοητοί για την πλειοψηφία μας. Και, μόλις κατανοήσουμε τη σημασία τους, μπορεί να αρχίσουμε να βλέπουμε τον κόσμο με διαφορετικό τρόπο.

Αγορά βιβλίου - Μια σύντομη ιστορία του χρόνου από τον Stephen Hawking

Γραμμένο από BrookPad Ομάδα βασισμένη σε μια σύντομη ιστορία του χρόνου από τον Stephen Hawking



Παλαιότερη ανάρτηση Νεότερη ανάρτηση


Αφήστε ένα σχόλιο

Λάβετε υπόψη ότι τα σχόλια πρέπει να εγκριθούν πριν από τη δημοσίευσή τους