الوسم: فيزياء

يشير التفسير المباشر للنسبية العامة إلى أن الانفجار العظيم لم يكن بداية “كل شيء”، في حين وجد باحثون أن دراسة الزمن تأخذنا عبر نوع مختلف من البدايات في الفضاء المعكوس.

ومنذ حوالي 90 عاما، أشار عالم فلكي بلجيكي يدعى جورج ليماتري، إلى أن التغييرات في انتقال الضوء من المجرات البعيدة أدت إلى توسع الكون. ومع استمرار العودة على مدار الساعة، بحوالي 13.8 مليار سنة، نصل إلى نقطة يجب أن تقتصر فيها المساحة على حجم صغير للغاية، يُعرف أيضا باسم التفرد.

وقال العالم الراحل، ستيفن هوكينغ، في محاضرته عن “بداية الزمن”: “في هذا الوقت، كانت الكثافة لا نهائية في الانفجار العظيم”.

وهناك عدد من النماذج التي يستخدمها الفيزيائيون لوصف عدم وجود مساحة فارغة، بما في ذلك النسبية العامة لآينشتاين، التي تصف الجاذبية من حيث صلتها بهندسة النسيج الأساسي للكون.

وغالبا ما يقال إن الفيزياء تنهار في حالة التفرد، ما يؤدي إلى مزيج من التخمينات حول ما يمكن أن نستخلصه من الفيزياء، التي لا تزال منطقية.

وشبه هوكينغ أبعاد الفضاء الزمني للانفجار العظيم بالقطب الجنوبي، وقال إنه “لا يوجد شيء جنوب القطب الجنوبي، لذلك لم يكن هناك شيء قبل الانفجار العظيم”.

ولكن علماء فيزياء آخرين جادلوا بوجود شيء ما وراء الانفجار العظيم، حيث اقترح البعض أن هناك “مرآة للكون” على الجانب الآخر، مع تحرك الوقت إلى الوراء.

وتوصل الفيزيائيون، تيم كوسلوفسكي وفلافيو ميركاتي وديفيد سلوان، إلى نموذج جديد، مشيرين إلى أن الانهيار ينشأ عن تناقض في خصائص نقطة زمنية محددة، كما هو محدد في النسبية العامة.

وأعاد العلماء تفسير النموذج الحالي لتقليص المساحة، عن طريق تمييز خريطة الزمكان نفسها، عن “الأشياء” الموجودة فيها.

وقال الباحثون إنهم لا يقدمون أي مبادئ جديدة، ولا يجرون أي تعديلات على نظرية آينشتاين، بل يحاولون إيجاد تفسير واضح للأمور الغامضة.

ونُشرت الدراسة في Physics Letters B.

تمكن علماء جامعة سيبيريا الفدرالية بالتعاون مع خبراء شركة “روسال” من الحصول على سبيكة من الألمنيوم والمغنيسيوم ذات متانة عالية، مع خليط من السكانديوم والزركونيوم.

ويعد السكانديوم معدنا خفيفا فضي اللون، وعند استخدام نسبة بسيطة منه مع الألمنيوم، تنتج سبيكة ذات متانة عالية ومقاومة للتآكل.

وتكون السبائك المحتوية على هذا العنصر خفيفة الوزن وتمتاز بخصائص ميكانيكية عالية، قابلة للحام، ومثالية في صناعة الطائرات والسفن وصناعة السيارات وعربات القطارات وغيرها. بيد أنه بسبب كلفتها العالية، تستخدم في حدود ضيقة حاليا.

ويقول ألكسندر بيزروكيخ، وهو أستاذ مساعد في قسم السبك بمعهد المعادن غير الحديدية: “سبائك الألمنيوم-المغنيسيوم بإضافة نسبة صغيرة من السكانديوم، التي ابتكرت بطلب من شركة (روسال) تسمح بتخفيض التكلفة كثيرا، ما يجعل إنتاجها اقتصاديا”.

وأضاف موضحا أن استخدام تكنولوجيا الحصول على سبائك مسطحة ذات مقاسات كبيرة، بطريقة الصب شبه المستمر من السبائك الجديدة في مصانع شركة “روسال” تسمح بإعطاء الضوء الأخضر للبدء في إنتاج بضاعة نصف مصنعة عالية الجودة (صفائح ولوحات) بأسعار معقولة، وتوسيع أسواق الشركة.

يذكر أن مدة خدمة الهياكل المصنوعة من الألمنيوم تصل إلى 80 سنة. والألمنيوم لا يفقد خصائصه بين ناقص 80 و300 درجة مئوية في جميع الظروف المناخية.

أما وزن منتجات الألمنيوم نصف المصنعة، فيعادل نصف وزن مثيلاتها من الفولاذ وبنفس المتانة، لذلك تستخدم في بناء المباني العالية وناطحات السحاب. كما أن جميع عربات القطارات والسفن وغيرها المصنوعة من الألمنيوم، أخف من المصنوعة من الفولاذ وأرخص بكثير.

قرر العلماء تغيير الكيلوغرام القياسي المحفوظ في المكتب الدولي للأوزان والمقاييس في فرنسا منذ عام 1889.

وتفيد وكالة أسوشيتد برس، يعرف الكيلوغرام حاليا بأنه كتلة أسطوانة مصنوعة من سبيكة البلاتين والايريديوم في إناء مفرغ من الهواء. بحسب مجلة “الميكانيكا الشعبية”. وسوف يحل محله جهاز يطلق عليه توازن كيبل Kibble.

هذا التوازن عبارة عن جهاز معقد ومعدات مكلفة جدا. يبدأ الجهاز بقياس كمية التيار الكهربائي اللازمة لإنشاء مجال كهرومغناطيسي يعادل القوة الموجهة على الكتلة المختارة.

وفي الوضعية الثانية يرتفع الملف الموجود بين مغناطيسين اثنين، من مكانه بسرعة ثابتة، حيث تساعد هذه الحركة في الحصول على جهد يعادل قوة المجال المغناطيسي. من قياس هذه المؤشرات الثلاثة (سرعة الملف، والتيار والجهد) يمكن احتساب ثابت بلانك، الذي يتناسب مع كمية الطاقة الكهرومغناطيسية اللازمة لتحقيق توازن الكتلة. بهذه الطريقة نحصل على معيار كهرومغناطيسي للكيلوغرام.

تعتبر الطريقة الجديدة أكثر أمنا من المستخدمة حاليا، لأنه مثلا إذا تضرر الكيلوغرام القياسي المستخدم حاليا بسبب حريق أو فيضان أو سرقة فسيكون من الصعب التأكد من دقة القياسات.

الطريقة الجديدة باستخدام توازن كيبل لا تعتمد على شيء مادي. صحيح هي باهظة الثمن وتحتاج إلى استثمارات كبيرة لتركيبها في المختبرات، إلا أنها توفر قاعدة قياس مستقرة، وأرضية لتطوير أجهزة القياس لتصبح أكثر دقة.

بحسب العلماء معظم الناس لن يشعروا بهذه التغيرات ولن يلاحظوها.

ستجري هذه العملية في إطار المؤتمر العام السادس والعشرين للمعايير والأوزان وقد أكد 60 مشاركا فيه بأنهم سيصوتون لصالح هذا التغيير.

نجح فريق دولي من الباحثين في إنتاج حالة تكاثف بوز- آينشتاين Bose-Einstein condensate والتي تعرف بالاختصار (BEC) في الفضاء لأول مرة. وصف الفريق البحثي في مجلة نيتشر journal Nature الجهاز تجريبي الذي تم حمله على صاروخ إلى الفضاء والتجارب التي أجريت خلال السقوط الحر.

تكاثف بوز-آينشتاين هي حالة من حالات المادة التي تحدث عند تبريد ذرات غاز لدرجات حرارة قريبة من الصفر المطلق لتكوين حالة كمومية ذات كثافة عالية. ويهتم العلماء بإنتاج هذه الحالة حتى يتمكنوا من دراسة خواص المادة عند هذه الحالة – حيث يأمل العلماء من استخداما في تصميم مستشعرات حساسة جدا. يمكن استخدام مثل هذه المستشعرات الفائقة الحساسية في دراسة وفهم العديد من الظواهر الفيزيائية بشكل أفضل مثل موجات الجاذبية. إلا ان الوصول إلى حالة تكاثف بوز-آينشتاين أمرا صعبا جدا وذلك لان الجاذبية تتداخل مع الأجهزة المستخدمة لانتاجها ودراستها. تتضمن الطريقة المستخدمة حاليا إسقاط مثل هذه الأجهزة من مكان مرتفع للسماح لها بالقيام بعملها في بيئة خالية من الجاذبية – ولكن المدة المتاحة لإجراء التجربة بهذه الطريقة أجزاء من الثانية. وبالتالي فإن إجراء هذه التجارب في الفضاء سيكون خيارًا أفضل بكثير لانعدام الجاذبية تقريبا.

مع صعوبة إجراء التجارب والابحاث على تكاثف بوز آينشتاين، أطلقت الولايات المتحدة مختبر يعرف باسم الذرة الباردة Cold Atom Laboratory في شهر مايو الماضي، على الرغم من أنه لم يعمل بكامل طاقته بعد. في غضون ذلك، صمم الباحثون من خلال هذا المختبر الجديد جهازًا صغيرًا قادرًا على إنتاج تكاثف بوز أينشتاين وإجراء مجموعة من التجارب عليه، ووضعوه على متن صاروخ أطلق في الفضاء.

يتكون الجهاز من كبسولة تحتوي على شريحة تحمل مجموعة من ذرات الروبيديوم -87 والإلكترونيات وبعض أنواع الليزر ومصدر الطاقة. تم تفعيله عندما وصل الصاروخ إلى ارتفاع 243 كم ، منتجا تكاثف بوز آينشتاين في 1.6 ثانية فقط. بمجرد إنتاج تكاثف بوز أينشتاين أجريت 110 تجارب مبرمجة مسبقا في الست دقائق التي استغرقها الصاروخ للعودة  إلى الأرض. وتعد حالة تكاثف بوز آينشتاين التي انتجها فريق العلماء في الفضاء بمثابة بداية حقبة جديدة في مجال بحوث تكاثف بوز أينشتاين.

لمزيد من المعلومات حول حالة تكاثف بوز آينشتاين

https://www.hazemsakeek.net/تكاثف-بوز-اينشتاين-حالة-المادة-في-درجة/

كشف علماء النقاب عن أسرع كاميرا في العالم، يمكنها تصوير جزيئات الضوء في حركة بطيئة للغاية. ويطلق على الكاميرا اسم “T-Cup” ويمكنها التقاط 10 تريليونات إطار في الثانية، بينما تلتقط كاميرا الهاتف الذكي العادية حوالي 30 إطارا في الثانية.

ويمكن اعتماد قوة هذه الكاميرا في تطوير الجيل الجديد من المجاهر للبحوث الطبية أو اختبارات الدم في المستشفيات.

وتسمح الكاميرا بتحليل التفاعلات بين الضوء والمادة بمستوى لا مثيل له.

وتم تصميم “T-Cup” من قبل خبراء في جامعة كيبيك الكندية ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، وهي تقوم على تقنية تسمى “femto-photography”.

و”الفيمتو ثانية” هو واحد من المليون من النانو ثانية، وهو مقياس مستخدم في تكنولوجيا الليزر.

وفي المرة الأولى التي تم فيها استخدام الكاميرا، استطاعت أن تحطم الأرقام القياسية من خلال التقاط التركيز الزمني لوميض ليزر واحد من الفيمتو ثانية في الوقت الحقيقي.

وتم تسجيل هذه العملية في 25 إطارا تم التقاطها خلال فترة زمنية قدرها 400 فيمتو ثانية.

وقال العالم الرئيسي، جينيانغ ليانغ، إن الومضة القصيرة للغاية في الليزر عادة ما تكون أقصر مما يمكن تصوره.

وأضاف قائلا: “هذه الكاميرا الجديدة تجعل من الممكن تجميد الوقت لرؤية الظواهر، وحتى الضوء، في حركة بطيئة للغاية”، مشيرا إلى أنه قد تكون لها آثار ضخمة على البحوث الطبية والعلمية.

وتعتمد الكاميرا على طريقة تسمى التصوير فائق السرعة المضغوط Compressed ultrafast photography وتعرف بالاختصار CUP، لكن هذا لا يعمل إلا بـ 100 مليار إطار في الثانية، لذا أضافوا ما يسمى بكاميرا خط الفيمتو ثانية المستخدمة في الماسحات الضوئية، حيث يتم تحويل جزيئات الضوء إلى إلكترونات أثناء مرورها عبر شق ضيق.

بمجرد ولادة الفوتون تكون سرعته 300 مليون متر في الثانية، أنه لا يتسارع من الصفر إلى هذه السرعة الهائلة. اما ان يوجد الفوتون بهذه السرعة او لا يوجد على الاطلاق، انه دائما ينطلق بسرعة الضوء حتى يتم امتصاصه.

الفوتون لا يتسارع، لكنه يكون عند سرعة 300 مليون متر في الثانية بمجرد انبعاثه.

ولادة الفوتون

تقع الالكترونات في داخل الذرات في مستويات طاقة مختلفة. عندما يتم اثارة الالكترونات بواسطة مصباح ضوء او التسخين فان بعض هذه الإلكترونات تنتقل إلى مستويات طاقة اعلى. ولكن ما تلبث إلى أن تعود إلى وضعها الطبيعي، حيث انها تكره التواجد في مستويات طاقة عالية. حتى تصل الالكترونات إلى وضع الاستقرار فإنها تعود إلى مستوى الطاقة الأصلي لها عند مستويات طاقة أدنى. عندما يقوم الإلكترون بهذه الخطوة فإن الذرة تطلق فوتون. ملايين الملايين من الالكترونات تقوم بهذه الخطوة في نفس اللحظة وتنطلق نتيجة لذلك الفوتونات.

نستنتج من هنا ان الضوء او الفوتون يولد عندما ينتقل الإلكترون من مستوى طاقة اعلى إلى مستوى طاقة ادنى.

اذا تمكنا من اختلاس النظر إلى ما يحدث داخل الذرة هل سوف نجد جيش لا حصر له من الفوتونات في حالة الاستعداد بانتظار تعليماته من  الإلكترون؟

الاجابة بالتأكيد لا، تقفز الالكترونات إلى مستوى طاقة ادنى تحت رغبتها في الوصول إلى حالة الاستقرار، ولتحقيق هذه الرغبة فإنها يجب أن تفقد طاقة وهي تساوي تلك الطاقة التي استخدمتها للانتقال إلى مستوى طاقة أعلى.

لا يمكن للذرة أن تبدد وتهدر الطاقة المنتظمة، على عكس حالة الطاقة الحرارية، حيث عليها ان تضع الطاقة الزائدة الفائضة من انتقال الإلكترون من المستوى الأعلى إلى المستوى الأدنى في شيء ما. والنتيجة هي الولادة الفورية للفوتون.

كيف تولد الفوتونات

الفوتون المنبعث يتحرك بمجرد ولادته بسرعة 300 مليون متر في الثانية. انه لا يتسارع من 0 إلى هذه السرعة بشكل آني. قد يعزو البعض هذا الامر إلى عدم امتلاك الفوتون كتلة، ولكن هذا ليس صحيحا. فعلى سبيل المثال عندما يتحلل نيوترون حر في نهاية المطاف إلى بروتون فإنه يتولد في هذه العملية ولادة الكترون ومضاد نيوترينو، وقد لوحظ ان الالكترون المنبعث يتحرك بمجرد ولادته بسرعة ثابتة. انه ايضا لا يتسارع على الرغم من امتلاكه كتلة. إذا ما الذي يحدث هنا!

يتحقق فهم أفضل لسبب امتلاك الفوتون سرعته الهائلة وامتلاك الإلكترون سرعة ثابتة في عملية تحلل نيوترون عندما ننظر لهم على أنهما موجة وليس كجسيم،

الفوتون كموجة

تمتلك الجسيمات الاولية خاصية مزدوجة ويطلق عليها انها ثنائية الخواص أي لها خواص موجية وخواص جسيمية، فهي تتصرف كجسيمات في بعض الظواهر وفي ظواهر اخرى تتصرف كموجات. حتى الإلكتروني يعتبر جسيم أولي ويتصرف كموجة. لهذا السبب فإن اي جسم حتى لو كان انت له موجة مصاحبة مرتبطة به. بالطبع هذه الموجة صغير جدا لا يمكن رصدها باي طريقة.

تتصرف الالكترونات مثل الموجات لانها عندما تعبر من شقين فانها تعطي أنماط تداخل تماما مثل أنماط تداخل اي موجة عندما تعبر من شقين.

يمكن اعتبار الجسيمات الاولية بمثابة اضطراب او اثارة في مجال الموجة المصاحبة له. لذلك حينما نعتبر الالكترون على انه اضطراب او اثارة في مجال الالكترون فان الفوتون يكون عبارة عن اضطراب او اثارة في المجال الكهرومغناطيسي. انه تموج في وسط كهرومغناطيسي، تمام مثل التموج الحادث في وسط مائي بسبب سقوط حجر فيه، هذه التموجات في الوسط المائي لا تتسارع فهي لا تبدأ بالحركة ومن ثم تكتسب السرعة تدريجيا. عوضا عن ذلك فهي تشع إلى الخارج في اللحظة التي يلمس فيها الحجر الماء. الفوتون او الموجة الكهرومغناطيسية هي موجودة بالفعل وتتحرك بسرعة 300 مليون متر في الثانية.

اذا وجدت ان هذا الامر غير منطقيا فلا تقلق فأنت لست وحدك. سبب عدم المنطقية في الامر في اننا نميل إلى مقارنة الجزيئات الكمومية بجسيمات من واقع حياتنا اليومية لها كتلة m وتتعرض لقوة F وتتسارع بعجلة مقدارها a. الجسيمات الكمومية لا تشبه أي شيء من حياتنا اليومية على الإطلاق. حتى الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء العالم ريتشارد فاينمان Richard Feynman وعلى الرغم من كونه رائد في علم الكهروديناميكا الكمومية فقد قال “اذا كنت تعتقد انك تفهم ميكانيكا الكم فأنت لا تفهم ميكانيكا الكم”.

ربما كانت الجاذبية هي أول قوة أساسية تم اكتشافها، ولكن من نواحٍ عديدة، تظل الأقل فهمً بين القوى الاخرى. ان ما نعرفه عنها انها تكون قوى تجاذب دائما، وعليه فإن أي كتلتين في الكون بغض النظر عن مكان وجودهما سوف تتعرضان لقوة الجاذبية تلك.  عندما اكتشف العالم ألبرت أينشتاين نظريته العامة للنسبية، والتي دمجت المكان والزمان في كمية فيزيائية واحدة وهي الزمكان spacetime وتخيله على شكل نسيج، ولم تكتفي بذلك، بل جاء بفكرة ان نسيج الزمكان هذا يتحدب أو يتقوس تحت تأثير الكتلة والطاقة. واستند على فكرة تحدب نسيج الزمكان ليضع مفهوم جديد للجاذبية ويوضح كيف تتحرك المادة. لكن هل هذا التصور صحيحا، وهل نسيج الزمكان هو نسيج بالفعل وموجود!؟

يحدد مقدار انحناء او تحدب او تقوس نسيج الزمكان حول الكتل الهائلة من خلال الجمع بين الكتلة والمسافة من مركز ثقل الجسم. على أي حال هذه الشبكة ثنائية الأبعاد التي توضح مفهوم الزمكان ليست بالضرورة الطريقة الأكثر دقة لادراكها.

لعلك عزيزي القارئ شاهدت الكثير من الصور لشبكة ثنائية الابعاد منحنية او مقوسة تحت تأثير اجسام عليها وهذه الشبكة تمثل المكان (الفضاء space) كما هو موضح في الصورة أعلاه. انها ترسم نسيج منحني للمكان في وجود كتلة مادية، وبالتالي فإن أي جسم يتحرك على هذا النسيج سوف يكون له مسار محدب او منحني في اتجاه مصدر التحدب أو مصدر الجاذبية. كلما كانت الكتلة كبيرة، وكلما كنا أقرب منه، كلما كان الانحناء أو التحدب اكبر.

يبدو أن هذا الوصف يتفق، ولو بشكل حدسي، مع التجارب والملاحظات التي أجريت على مدار 100 عام للتحقق من صحة النظرية النسبية العامة. من تجارب رصد انحناء ضوء النجوم في الخلفية خلال كسوف الشمس الكلي إلى تأثير العدسات الجاذبية وكل نتائج هذه التجارب جاءت متوافقة مع تصور اينشتين.

أظهرت نتائج عالم الفلك إيدنغتون Eddington عام 1919، بشكل قاطع، أن نظرية النسبية العامة وصفت انحناء ضوء الشمس حول الأجسام الضخمة، مما أسقط الصورة النيوتونية. كان هذا الرصد أول تأكيد لصحة النظرية النسبية العامة لآينشتاين، ويبدو أنه يتوافق مع تصور “النسيج المنحنى للفضاء”

لكن ماذا تعني هذه الصورة في الواقع؟ إذا كان الفضاء يشبه النسيج، فكيف تعمل الكتلة على انحنائه؟

يبدو كما لو أن الكتلة تتأثر بقوة تسحبها بطريقة ما إلى الأسفل على النسيج، وان الاجسام الاخرى التي تتحرك عبر الفضاء تتأثر بقوة غير مرئية وغامضة نحو تسحبها للاسفل ايضا. من الواضح ان هذا الامر يثير بعض التناقضات لديك وتفكر بان هذا لا يمكن أن يكون صحيحًا، لأنه لا توجد جاذبية خارجية على الإطلاق! بالإضافة إلى ذلك، تنحنى خطوط النسيج في اتجاه الخروج من الكتلة وليس بالعكس وهذا أيضا لا يمكن ان يكون صحيحا خاصة إذا كانت الجاذبية تجذب الجسم ولا تنفره.

ان الجاذبية ومعادلاتها في النظرية النسبية العامة هي هندسية بطبيعتها. و فكرة انحناء الفضاء تحت تأثير الكتلة والطاقة هو أمر مثبت عمليا، بالرغم من كون تصور نسيج الزمكان هو تصور بسيط وسطحي ولا يعكس الحقيقة.

ان فكرة نسيج الفضاء لها عيوبها وبها الكثير من القصور. من الواضح أن الكتلة الكبيرة لا يمكنها سحب نسيج المكان “للأسفل” ويتسبب في حركة الأجسام على مسار منحني. قد يطيع نسيج الزمكان المعادلات الهندسية في النظرية النسبية ويمكن تكون منحنية ولكن ليست بهذه الصورة.

بدلا من ذلك يمكننا ان نقدم اقتراح افضل من خلال الانطلاق من العدد الصحيح للأبعاد المكانية الثلاثة.

تخيل في البداية، أن لدينا مساحة خالية تمامًا. لا توجد فيها أي كتل مادية ولا بالقرب منها، كما لا يوجد إشعاع، و لا توجد مادة مظلمة أو طاقة مظلمة أو جسيمات نيوترينو او اي شيء آخر قد يتسبب في هذه انحناء هذه المساحة. أي ان الفضاء سيكون مسطح، وساكن، وفارغ. وإذا أردنا على رسمه على أساس فكرة  النسيج ثنائي الابعاد، فانه سيكون على النحو المبين في الشكل أدناه.

غالبًا ما نتصوّر الفضاء كشبكة ثلاثية الأبعاد، على الرغم من أن هذا يعتبر تبسيط كبير عندما نتحدث عن مفهوم الزمكان. إذا وضعت جسم على هذه الشبكة وسمحت للكون بالتوسع، فسوف يظهر الجسم وكأنه ينحرف عنك.

الآن، دعنا نضع جسم في هذا الفضاء. سوف يعمل الجسم على إحداث انحناء في الزمكان، والذي هو ليس بنسيج في الواقع: لأنه ببساطة لا يوجد شيء في الكون الفارغ. تخبرنا معادلات النسبية العامة عن كيفية حدوث هذا الانحناء، هندسياً، ولكنها لا تخبرنا كيف نتخيله.

من إحدى الطرق الرائعة للقيام بذلك هي رسم خطوط شبكة كما لو كانت تمثل القوة التي يتعرض لها حبة غبار مهملة الكتلة، وليس لها أي قوة ضغط، وتكون في حالة سكون بالنسبة لكتلة جديدة. كلما زادت القوة التي تتعرض لها حبة الغبار، كلما زاد انحناء الزمكان. إذا أردنا رسم وتمثيل هذا الأمر سوف نصل إلى صورة مختلفة جدا وأكثر فائدة.

بدلاً من شبكة ثلاثية الأبعاد فارغة، نضع كتلة تجعل الخطوط المستقيمة منحنية بمقدار محدد. لاحظ انها تبدو مسحوبة في اتجاهها الكتلة وليس في اتجاه الابتعاد عنها.

ان أكبر مشكلة تواجهنا  في هذا التصور هو صعوبة رسمها!

 

لحسن الحظ، مع تطور الانيميشن والحركة باستخدام الحاسوب، يمكننا تصور كيف تنحني المساحة نفسها حتى مع الأجسام المتحركة. تذكر، أن الزمكان ليس في الواقع نسيج، ولكنها يملأ كل الكون. وان الزمكان هو ببساطة ما يتبقى عندما نأخذ كل شيء في الكون بعيد. عندما نضع أشياء مثل الكتل في الكون، فإن الزمكان لا يزال موجودًا أيضًا، ولكن خصائصه هي التي تتغير. وكلما زاد حجم الكتلة التي تضعها في  داخله، كلما زاد انحناء الزمكان.

 

وينطبق هذا حتى على كتلة واحدة يمكننا تحريكه. يمكنها أن تتحرك في خط مستقيم أو على طول مسار منحني، يمكن أن تتحرك بشكل طبيعي (بسبب حركة الكتل الأخرى) أو بشكل مصطنع (بسبب  قوة خارجية حركتها). في كلتا الحالتين، لا يحدث هذا الفرق اختلاف كبير. ان الامر الحقيقي هو أنه بينما تتحرك الكتل عبر الفضاء، تتغير الهندسة التي تصف الزمكان.

ونتيجة لذلك، فإن الأجسام الموجودة في هذا الفضاء، سواء أكانت ضخمة أم عديمة الكتلة، ستغير حركتها استجابة لوجود وخصائص كل المادة والطاقة التي في داخل الفضاء. لازالت فكرة العالم جون ويلر John Wheeler، بأن الكتلة تخبر الفضاء كيف ينحني، في حين أن الفضاء المنحني يخبر المادة كيف تتحرك، فكرة متحققة.

يوضح هذا الانيميشن كيف يستجيب الزمكان لحركة الكتلة عبر الفضاء، ان الفضاء ليس مجرد نسيج رقيق لكن كل الفضاء ينحني أو يتحدب تحت تأثير وجود وخصائص المادة والطاقة داخل الكون.

يمكنك التحدث عن الفضاء كنسيج، ولكن ان قمت بذلك، فكن على دراية بأن ما تقوم به هو تبسيط منظورك ضمنياً إلى تشبيه ثنائي الأبعاد. الفضاء في كوننا ثلاثي الأبعاد، وعندما تضيف له الزمن ستحصل على بعد رابع. وعندما يتعلق الأمر بمفهوم انحناء الزمكان فان هذا ما تشير إليه النسبية العامة.

لكن في أي حال من الأحوال يجب عليك تصور الفضاء والأجسام الموجودة فيه على انها شيء مادي؛ أليس كذلك. انها ليست سوى تركيبة رياضية يمكننا وصفها بمعادلات وهي معادلات النسبية العامة لأينشتاين. حقيقة أن المادة والإشعاع يستجيبان لهذا الانحناء بالطرق الدقيقة التي تتنبأ بها المعادلات تشير إلى صحة هذه النظرية، لكن هذا لا يعني أن الفضاء هو في الواقع نسيج.

شكل توضيحي لتشوه خلفية المجرات ومسار الضوء بسبب عدسة الجاذبية الناتج عن وجود كتلة. تشبيه “نسيج الفضاء” هو مجرد تشبيه، ولكن ليس له معنى فيزيائي.

كما يمكننا ان نتحدث أيضًا عن اتساع الكون في سياق تمدد نسيج الفضاء، على الرغم من عدم وجود نسيج، ولا يتمدد في الواقع أو يتغير بأي شكل من الأشكال. ما يحدث هو ببساطة أن المسافة بين أي نقطتين في الكون تتغير وفقاً لمجموعة معينة من القواعد في سياق النسبية العامة. المجرات، مثل حبات الزبيب المغمورة في عجينة تتوسع بعيدًا عن بعضها البعض. الطول الموجي للإشعاع يصبح أطول “ظاهرة دبلر”.

لكن في الواقع، لا يوجد نسيج يتسبب في التوسع. في نموذج الزبيب / العجينة يمثل الزبيب (المجرات) وهي موجودة فعليا، ولكن العجينة تمثل نسيج الفضاء وهو مجرد تصور.

نموذج “الزبيب المغمور في عجينة” في الكون المتوسع، حيث تتزايد المسافات النسبية مع اتساع الفضاء (العجينة).

أحد أكثر الأفكار تناقضًا لفك رأسك في كل الفيزياء هو أن المعادلات التي تصف الكون هي تلك المعادلات التي تصف الأشياء التي يمكننا ملاحظتها جسديًا. لا يمكننا أن نلاحظ “نسيج الفضاء” أكثر مما يمكننا من ملاحظة عدم وجود فراغ في الفضاء ؛ انها موجودة ببساطة. إن أي تصور نحاول نخصصه للفضاء، سواء كان نسيجًا ثنائي الأبعاد أو شبكة ثلاثية الأبعاد أو حبيبات الزبيب المغمور في العجين، هو مجرد تصور لتبسيط الامر لنا. النظرية نفسها لا تحتاجها.

ان ما يمكننا أن نلاحظه في الفضاء هو الأشياء المادية فقط مثل المادة والإشعاع. تلك هي الأشياء التي يمكننا قياسها، وتلك التي يمكن ان نتوقع ونحسب سلوكها ونختبر نظريات مثل النسبية العامة لأينشتاين. اننا لا نبلي بلاءً حسناً في قبول الرياضيات على حقيقتها، لذلك اخترنا عمل نماذج لمساعدتنا في تصوير ما يحدث مع الكون. نجاح النسبية العامة يزداد ويقل ​​مع الملاحظات والقياسات. يمكننا ملاحظة النتائج القابلة للقياس لهذه النظرية، ولكن ليس البنية الفعلية للزمكان، حتى لو تم التنبؤ بها بواسطة النظرية الأساسية نفسها.

جميع التصورات في هذا السياق لها قصور وعيوب. يمكننا اختيار تصور أقل خطأ من تصور  ثنائي الأبعاد لنسيج محدب أو منحني، ولكن لا توجد إجابة صحيحة. تخبرنا النسبية العامة عن سبب توزيع مادة الكون والطاقة بطريقة معينة، وتتفق ملاحظاتنا معها. يمكننا أن نختار أي تصور يجعل الامر أكثر منطقية بالنسبة لنا، ولكن كل التصورات تكون خاطئة بطبيعتها. أفضل ما يمكننا فعله هو محاولة فهم الكون، على أنه أمر محير، كما هو في الواقع.