ما هو الزمكان؟

بالعربي/ شرح بسيط لنسيج الزمكان.

نسيج الزمكان هو نموذج مفاهيمي يجمع بين الأبعاد الثلاثة للفضاء والبعد الرابع للزمن. وفقًا لأفضل النظريات الفيزيائية الحالية ، يشرح الزمكان التأثيرات النسبية غير العادية التي تنشأ من السفر بالقرب من سرعة الضوء وكذلك حركة الأجسام الضخمة في الكون. 

من اكتشف الزمكان؟

ساعد الفيزيائي الشهير ألبرت أينشتاين في تطوير فكرة الزمكان كجزء من نظريته النسبية. قبل عمله الرائد ، كان لدى العلماء نظريتان منفصلتان لشرح الظواهر الفيزيائية: تصف قوانين إسحاق نيوتن للفيزياء حركة الأجسام الضخمة ، بينما أوضحت النماذج الكهرومغناطيسية لجيمس كليرك ماكسويل خصائص الضوء ، وفقًا لوكالة ناسا .

لكن التجارب التي أجريت في نهاية القرن التاسع عشر أشارت إلى أن هناك شيئًا مميزًا بشأن الضوء . أظهرت القياسات أن الضوء ينتقل دائمًا بنفس السرعة ، بغض النظر عن السبب. وفي عام 1898 ، تكهن عالم الفيزياء والرياضيات الفرنسي هنري بوانكاريه بأن سرعة الضوء قد تكون حدًا لا يمكن تجاوزه. في نفس الوقت تقريبًا ، كان باحثون آخرون يفكرون في إمكانية تغير الأجسام في الحجم والكتلة ، اعتمادًا على سرعتها.

جمع أينشتاين كل هذه الأفكار معًا في نظريته للنسبية الخاصة عام 1905 ، والتي افترضت أن سرعة الضوء ثابتة. لكي يكون هذا صحيحًا ، يجب دمج المكان والزمان في إطار واحد تآمر للحفاظ على سرعة الضوء واحدة لجميع المراقبين. 

سيقيس الشخص في صاروخ فائق السرعة الوقت اللازم للتحرك بشكل أبطأ وأطوال الأجسام تكون أقصر مقارنةً بالشخص الذي يسافر بسرعة أبطأ بكثير. ذلك لأن المكان والزمان نسبيان – فهما يعتمدان على سرعة المراقب. لكن سرعة الضوء أكثر جوهرية من أي منهما. 

لم يكن الاستنتاج القائل بأن الزمكان هو نسيج واحد هو الذي توصل إليه أينشتاين بنفسه. جاءت هذه الفكرة من عالم الرياضيات الألماني هيرمان مينكوفسكي ، الذي قال في ندوة عام 1908 ، “من الآن فصاعدًا الفضاء بمفرده ، والوقت بمفرده ، محكوم عليهما بالتلاشي إلى مجرد ظلال ، ولن يحافظ سوى نوع من الاتحاد بين الاثنين على حقيقة مستقلة . “

لا يزال الزمكان الذي وصفه معروفًا باسم Minkowski space-time ويعمل كخلفية للحسابات في كل من نظرية النسبية والحقل الكمومي. يصف الأخير ديناميكيات الجسيمات دون الذرية على أنها مجالات ، وفقًا لعالم الفيزياء الفلكية والكاتب العلمي إيثان سيجل .

كيف يعمل الزمكان

في الوقت الحاضر ، عندما يتحدث الناس عن الزمكان ، فإنهم غالبًا ما يصفونه بأنه يشبه صفيحة من المطاط. يأتي هذا أيضًا من أينشتاين ، الذي أدرك أثناء تطويره لنظرية النسبية العامة أن قوة الجاذبية كانت بسبب المنحنيات في نسيج الزمكان. 

الأجسام الضخمة – مثل الأرض أو الشمس أو أنت – تخلق تشوهات في الزمكان تؤدي إلى ثنيها. هذه المنحنيات ، بدورها ، تقيد الطرق التي يتحرك بها كل شيء في الكون ، لأن الأشياء يجب أن تتبع مسارات على طول هذا الانحناء الملتوي. الحركة بسبب الجاذبية هي في الواقع حركة على طول التقلبات والانعطافات في الزمكان. Advertisement

قامت بعثة ناسا تسمى Gravity Probe B (GP-B) بقياس شكل دوامة الزمكان حول الأرض في عام 2011 ووجدت أنها تتوافق بشكل وثيق مع تنبؤات أينشتاين.

لكن الكثير من هذا لا يزال صعبًا على معظم الناس أن يلفوا رؤوسهم. على الرغم من أنه يمكننا مناقشة الزمكان على أنه مشابه لصفيحة مطاطية ، فإن التشابه ينهار في النهاية. الصفيحة المطاطية ثنائية الأبعاد ، بينما الزمكان رباعي الأبعاد. لا تمثل الورقة مجرد اعوجاج في الفضاء ، ولكنها أيضًا تلتوي في الوقت المناسب. المعادلات المعقدة المستخدمة في تفسير كل هذا صعبة حتى على الفيزيائيين للعمل معها. 

كتب عالم الفيزياء الفلكية بول سوتر لموقع شقيقة Live Science ، Space.com: “صنع أينشتاين آلة جميلة ، لكنه لم يترك لنا دليل مستخدم” . “فقط لتوضيح هذه النقطة ، تكون النسبية العامة معقدة للغاية لدرجة أنه عندما يكتشف شخص ما حلاً للمعادلات ، يحصل على الحل الذي يحمل اسمه ويصبح شبه أسطوري في حد ذاته.”

ما لا يعرفه العلماء حتى الآن

على الرغم من تعقيدها ، تظل النسبية هي أفضل طريقة لتفسير الظواهر الفيزيائية التي نعرفها. ومع ذلك ، يعرف العلماء أن نماذجهم غير مكتملة لأن النسبية لا تزال غير متوافقة تمامًا مع ميكانيكا الكم ، والتي تشرح خصائص الجسيمات دون الذرية بدقة متناهية ولكنها لا تتضمن قوة الجاذبية. 

تعتمد ميكانيكا الكم على حقيقة أن الأجزاء الصغيرة التي يتكون منها الكون منفصلة أو مكمَّمة. لذا فإن الفوتونات ، الجسيمات التي يتكون منها الضوء ، تشبه قطعًا صغيرة من الضوء تأتي في حزم مميزة.

تكهن بعض المنظرين بأنه ربما يأتي الزمكان نفسه أيضًا في هذه الأجزاء الكمية ، مما يساعد على جسر النسبية وميكانيكا الكم. اقترح باحثون في وكالة الفضاء الأوروبية مهمة المختبر الدولي لأشعة جاما الفلكية للاستكشاف الكمي للزمان والمكان (GrailQuest) ، والتي ستطير حول كوكبنا وإجراء قياسات فائقة الدقة للانفجارات البعيدة والقوية التي تسمى انفجارات أشعة جاما والتي يمكن أن تكشف عن قرب طبيعة الزمكان. Advertisement

لن يتم إطلاق مثل هذه المهمة لمدة عقد ونصف على الأقل ، ولكن إذا تم إطلاقها ، فربما تساعد في حل بعض أكبر الألغاز المتبقية في الفيزياء. 

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com