كون مغلق - كيف يتحول ، وكيف يفسره ببساطة أكبر ، ولماذا يستحيل الخروج منه

مقدمة

تمت كتابة العديد من المقالات الشائعة حول علم الكونيات ، حيث يكتبون عن المادة المظلمة ، المراحل الأولى من الكون ، وما إلى ذلك. ومع ذلك ، لا يفهم الكثير من الناس على الإطلاق ما هو الكون المغلق ، مثل كوننا ، ولماذا من المستحيل بشكل أساسي الخروج منه. هذا يتطلب حد أدنى معين من المعرفة من النظرية النسبية العامة. تمت كتابة هذه المقالة لتوضيح هذه الأشياء للمهتمين ، دون اللجوء إلى جهاز النظرية النسبية العامة (إن أمكن). ومع ذلك ، يفترض معرفة جيدة للدورة المدرسية في الفيزياء وحد أدنى معين من النظرية النسبية الخاصة (STR). سنبدأ في النظر في القضية من وجهة نظر نظرية نيوتن للجاذبية الكونية.

1. كيف يتشكل عالم مغلق.

ضع في اعتبارك كرة متجانسة تتكون من مادة ، تتفاعل جزيئاتها فقط وفقًا لقانون الجاذبية الشاملة. تسمى هذه المادة أيضًا المسحوق. بالطبع ، لا يمكن أن تكون هذه الكرة في حالة راحة بسبب قوى الجاذبية.افترض أنه في المرحلة الأولية ، تتوسع المادة بشكل موحد في جميع الاتجاهات بسرعة . هنا هو متجه نصف قطر جسيم المادة في الكرة ، هو سرعة هذا الجسيم في الوقت t ، هي وظيفة الوقت التي يجب تحديدها من معادلات الميكانيكا. من السهل أن نرى أن مثل هذا التوزيع السريع هو بالفعل حل. دع كتلة الجسيمات الإجمالية للكرة تكون M ، وليكن نصف القطر الخارجي R (t). بما أن الجسيم ينجذب فقط بالمادة الأقرب إلى مركز الكرة (قوة الجذب للكرة الخارجية بداخلها صفر - هذه مهمة معروفة من الدورة المدرسية) ، فإن تسارع الجاذبية العالمية عند نقطة ما يساوي ثابت الجاذبية. التسارع الحركي للجسيم
.
من هنا يتقلص ويختفي من المعادلات. تعني النقطة فوق الدالة تمايز الوقت. بالنسبة إلى R (t) لدينا المعادلة . نحصل على نظام مشترك من المعادلات التفاضلية العادية ، مثل هذا التوزيع للسرعات هو حقًا حل. ليست هناك حاجة للبحث عن حل لنظام المعادلات الناتج ؛ من المهم فقط أن يكون موجودًا. من السهل رؤية أنه في هذه الحالة تظل الكرة متجانسة طوال الوقت. تتحرك جميع جزيئات المادة بعيدًا عن بعضها البعض بسرعة تتناسب مع المسافة بينها (قانون هابل الخاص بانحسار المجرات هو ثابت هابل).
إذا لم يكن معدل التمدد الأولي مرتفعًا جدًا وكان إجمالي الطاقة الميكانيكية سالبة ، فسيتم استبدال التوسع في مرحلة ما بالضغط. في هذه اللحظة ، تساوي السرعة والطاقة الحركية لجميع الجسيمات الصفر. دع نصف قطر الكرة في هذه اللحظة . تحت كتلة M يشير إلى الكتلة الكلية لجميع الجسيمات الكرة اتخذت بشكل منفصل - تفاعل الجاذبية يقلل من وزن الكرة وفقا لنظرية النسبية الخاصة، كان أقل من M . تشير إلى كثافة الكرة في لحظة توقف التوسع. يمكن حساب طاقة تفاعل الجاذبية لجزيئات الكرة بسهولة من خلال التكامل البسيط. إنها متساوية ،

هذه الطاقة وفقًا لـ SRT تقلل من الكتلة المتبقية للكرة إلى قيمة . هنا معهي سرعة الضوء. نظرًا لأن الطاقة الكاملة للكرة محفوظة ، فسيكون هذا صحيحًا في أي لحظة من الزمن. هذا يدل على أنه عند الكثافة الثابتة ، ستؤدي الزيادة إلى حقيقة أن التعبير بين قوسين يصبح صفرًا أو حتى يصبح سلبيًا. ماذا يعني تحويل الكتلة إلى صفر بالنسبة للجسم في حالة راحة (بمعنى مركز الكتلة)؟ مثل هذه الهيئة لم تعد قابلة للملاحظة. لا يتفاعل مع الجاذبية ، في التصادمات من المستحيل اكتشافها. الكرة تسقط من عالمنا. الانهيار في الثقب الأسود لا علاقة له بهذه الظاهرة - الثقب الأسود له بالضرورة كتلة يمكن ملاحظتها خارجيًا.
يظهر الحساب الدقيق باستخدام النظرية النسبية العامة شيئًا آخر مثيرًا للاهتمام. كلما زادت كمية المادة في الكرة ، أي م، ينمو محيط الكرة أولاً ثم يبدأ في الانخفاض. تغير الجاذبية هندسة الفضاء ، ونتيجة لذلك ، يختفي حجم الكرة مع كتلتها - للمراقب الخارجي.

2. ماذا تعني عزلة العالم؟

من المستحيل مغادرة العالم المغلق الناتج. في الواقع ، لنفترض أن شيئًا ذا طاقة جماعية غير صفرية خرج من الكرة إلى العالم الخارجي. بالنسبة للمراقب الخارجي ، هذا يعني ظهور طاقة الكتلة من لا شيء - بالنسبة له ، كتلة العالم المغلق صفر ، وهذا العالم نفسه لا يمكن ملاحظته. من المستحيل الوصول من الخارج إلى هذا العالم المغلق أيضًا - يجب عليك الزحف إلى رقبة بحجم صفر. في الواقع ، سيكون من المستحيل العثور على هذا الحلق صفر الحجم. بالنسبة لعالم ثنائي الأبعاد ، يبدو الوضع على هذا النحو:

بالنسبة لكائن ثنائي الأبعاد بحجم غير صفري ، من المستحيل الانتقال من طائرة إلى كرة. لن يعمل الزحف عبر الرقبة - نقطة اتصال الكرة بالطائرة.

الخلاصة

هنا ، لم يتم التطرق إلى التفاصيل المتعلقة بالهيكل الداخلي للعالم المغلق ، حيث سيتعين على الكثير المشاركة في النظرية النسبية العامة (GR). سيكون من الضروري شرح كيفية تحديد الهندسة في الموارد الوراثية ، ونتيجة لذلك تبين أن العالم المغلق عبارة عن كرة ثلاثية الأبعاد - سطح كرة رباعية الأبعاد. جميع نقاط هذا المجال متساوية تمامًا ، يرى جميع المراقبين في هذه النقاط نفس الصورة. هذه هي أبسط حالة في علم الكونيات - في الواقع ، كوننا ليس متناظرًا جدًا ، وفي المراحل الأولية أو النهائية ليس متماثلًا على الإطلاق.
قد يتساءل القارئ ، كيف يمكن أن تختفي كمية كبيرة من المادة في شكل مثل هذا المجال الموحد من العالم المادي؟ تتحول هذه المادة في الواقع إلى طاقة ، والتي تبقى في العالم الخارجي. في الواقع ، نحن نعيش في عالم مغلق ، ليس لدينا حجج حاسمة لصالح حقيقة أنه ، بالإضافة إلى عالمنا الذي يحتوي على كمية محدودة من المادة ، هناك بعض العوالم الأخرى. العالم المغلق له عمر محدود - من بداية التوسع أو الانفجار الكبير إلى الضغط إلى نقطة. هل سيتبقى أي شيء بعد ذلك ، يمكن للمرء أن يتكهن فقط من الاعتبارات الفلسفية.

Source: https://habr.com/ru/post/ar388825/