👩🏿‍🤝‍👨🏽 🕺🏼 📥 اسأل إيثان # 80: هل يمكن أن تتسع المساحة بشكل أسرع من سرعة الضوء؟ 🤫 🌞 🍃

وإذا كان الأمر كذلك ، فكيف تتعامل نظرية النسبية لأينشتاين مع هذا ، العام والخاص؟

إذا بدا لك أن كل شيء تحت السيطرة - فأنت تقود ببطء شديد.
- ماريو أندريتي

نهاية الأسبوع تعني أنني أختار السؤال مرة أخرى من الأسئلة التي أرسلتها ، وقد كنا محظوظين هذا الأسبوع للحصول على سؤال يرهق العقل ويشوه المكان والزمان. يريد القارئ معرفة المزيد عن أعظم سر الكون النسبية والنسبية والطاقة المظلمة:

من المعروف أن الكون يتوسع بسرعة. هل من الممكن أن تتجاوز سرعة التمدد سرعة الضوء؟ وإذا كان الأمر كذلك ، فهل هذا لن يتعارض مع نظريات أينشتاين؟

بادئ ذي بدء ، ما هي سرعة الضوء.

بغض النظر عن مكانك أو من أنت ، هناك قيود شديدة على حركتك في الفضاء. يمكن أن تقرر أنه كلما زادت الطاقة التي تنفقها ، زادت سرعة تحركك ... وعلى الرغم من ذلك ، إلا أنها يمكن أن تستمر إلى حد معين. إذا تحركت بسرعة عدة أمتار في الثانية ، أو عدة كيلومترات في الساعة ، أو حتى عدة كيلومترات في الثانية ، عندما تتحرك الأرض في مدار الشمس ، فلن تلاحظ حتى القيود على الحركة بسرعة لا نهائية.

لكنها لا تزال موجودة. كلما تحركت بشكل أسرع - كلما زادت سرعة تحركك عبر الفضاء - كلما أبطأت التحرك عبر الزمن. تخيل أنك في حالة استرخاء على سطح الأرض ، وأن صديقك انطلق من موقعك وعلى متن طائرة نفاثة حول العالم. قبل الانفصال ، قمت بمزامنة الساعة بدقة الميكروثانية.

إذا كانت ساعتك حساسة بما فيه الكفاية ، فعندما يعود صديقك إليك ، ستجد أن الساعة غير متزامنة قليلاً. ستعرض ساعتك الوقت في وقت متأخر قليلاً عن ساعة الصديق - الفرق سيكون حوالي عشر من الثانية ، ولكن لا يزال هناك.

وكلما زادت سرعة تحركك ، زاد فرق الوقت.

ساعات رواد الفضاء على متن محطة الفضاء الدولية ، التي تحلق حول الأرض في 90 دقيقة ، تتأخر لبضع ثوان بعد عودتها. يصبح هذا الاختلاف ملحوظًا حتى مع الساعة التقليدية.

الشيء الغريب هو أن الساعات لا تسير بشكل مختلف فقط بسرعات مختلفة ، ولكن أيضًا يتحرك الوقت بسرعات مختلفة.

إن حقيقة أن الساعة تتباطأ بسرعات عالية ستكون نتيجة لحقيقة أن الوقت والمكان مترابطان ، وأن الحركة السريعة عبر الفضاء تعني تباطؤًا في الوقت. يتم تحديد العلاقة بين المكان والزمان بسرعة الضوء. كلما اقتربت من سرعة الضوء ، كلما زاد مرور الوقت بشكل تقارب الصفر.

لذلك ، يمكن إنشاء الميون ، وهو جسيم غير مستقر بمتوسط عمر لبضعة ميكروثانية ، في الجزء العلوي من الغلاف الجوي بسرعة قريبة من سرعة الضوء ، ويصل إلى سطح الأرض. هذا هو مسار 100 كم ، وإذا سافر على طوله بسرعة 300000 كم / ثانية لمدة 2.2 ميكروثانية ، لكان قد انفصل ، بعد أن سافر 0.6 ٪ فقط من المسار بأكمله. حقيقة أن الميون ينجح في الوصول إلى السطح - وإذا مدت يدك ، سيطير الميون تقريبًا عبره كل ثانية - يرجع إلى تأثير النسبية هذا.

وماذا عن توسع الكون؟ أنت تعلم أنه إذا اخترت مجرة ، في المتوسط يتبين أنه كلما ابتعدت عنك ، كلما كانت أسرع في الابتعاد. المجرات الموجودة في عنقود العذراء ، تقع على مسافة 50-60 مليون سنة ضوئية ، تنتقل منا بسرعة 1200 كم / ثانية. تنتقل المجرات الموجودة في مجموعة فيرونيكا للشعر ، التي تقع على مسافة 330 مليون سنة ضوئية ، بسرعة 7000 كم / ثانية.

كلما نظرنا أبعد ، كلما كانت هذه المجرات والعناقيد أسرع. بالطبع ، هناك انحرافات لمئات أو آلاف الكيلومترات / ثانية بسبب الحركات المحلية وتأثيرات الجاذبية الجاذبية ، ولكن على نطاق واسع - وعلى مسافات كبيرة - يمكنك أن ترى أنه كلما ابتعدوا عنك ، زادت سرعة تحركهم بعيدًا. تم عمل هذه الملاحظة لأول مرة من قبل إدوين هابل في العشرينيات من القرن الماضي ، وأدت إلى قانون هابل ، أو القانون الذي يحكم توسع الكون. مع أفضل وسائل المراقبة الحديثة ، يمكننا أن نؤكد صحة هذا القانون لمليارات السنوات الضوئية في جميع الاتجاهات.

"ثانيًا" ، يمكنني سماع اعتراضك تقريبًا. "ماذا عن سرعة الضوء؟"

في الواقع ، ماذا عن سرعة الضوء؟ بالطبع ، هذا الحاجز غير المرئي - الذي يمنع جميع أنواع المواد من التحرك بشكل أسرع من تقييد معين - سوف يدخل في القانون ويمنع المجرات من نقطة ما ، أليس كذلك؟ يميل الوقت بشكل مقارب إلى الصفر ويتوقف عن الحركة إذا تحركت بهذه السرعة ، بينما لا يمكن أن تعود للخلف ، لأن المجرات ستعود في الوقت المناسب ، أليس كذلك؟

لكننا أخفينا إحدى قطع اللغز. تنطبق سرعة الضوء كحد على الكائنات التي تتحرك بالنسبة لبعضها البعض في نفس المكان في الفضاء.

عندما طار صديقك من الطائرة وعاد متأخراً خلف ساعتك ، هذا لأنك التقيت في نفس المكان. عندما يعود رواد الفضاء إلى الأرض ، واستغرقت رحلتهم أقل من رحلتك ، لبضع ثوان ، هذا لأنك كنت في مكان واحد. حتى الميون ، يتحرك بسرعة قريبة من الضوء ، كان يتحرك بالنسبة للإطار المرجعي الخاص بك على الأرض ، وبالتالي لاحظت هذه التأثيرات.

لكن في الأجزاء البعيدة من الكون ، لا تتحرك هذه المجرات على الإطلاق. تتسع هذه المساحة بينهما ، والمجرات الفردية في حالة راحة بالنسبة إلى الفضاء.

يمكنك الاعتراض ، "كيف تعرف هذا؟"

يمكنك إجراء اختبار: انظر إلى المجرات البعيدة ، وقياس انزياحها الأحمر ومسافة المسافة بينها. لذلك يمكنك التحقق من أنهم يتحركون بسرعات لا تصدق ضد جميع توقعات نظرية النسبية.

يمكن أن يكون MOT من نوعين: MOT خاص يعمل في مساحة ثابتة مسطحة ، حيث لا يهم سوى حركة الأشياء عبر المكان والوقت. و MOT العام ، حيث يتغير الفضاء نفسه و / أو يتعاقد ، وحيث تحدد المادة والطاقة انحناء الزمكان ، و SRT موجود على رأس هذا النظام.

وبهذه الطريقة يختلف

التوقعان : بقوة ، أليس كذلك؟ اتضح أن ملاحظاتنا تتحدث لصالح النسبية العامة ، وتستبعد خيار الفضاء الثابت.

وماذا يعني هذا في النهاية؟ ماذا يعني هذا لكوننا الآخذ في التوسع ، حتى لو أضفنا طاقة مظلمة هنا؟

وهذا يعني أنه بمرور الوقت ، تحول الضوء المنبعث من المجرات البعيدة بقوة إلى الطيف الأحمر ، مما أدى إلى ظهور انزياح أحمر كوني.

هذا يعني أن هناك أجزاء بعيدة جدًا من الكون لدرجة أن الضوء المنبعث منه لن يصل إلينا أبدًا. في الوقت الحالي ، هذه كلها أجزاء تقع على مسافة 46.1 مليار سنة ضوئية منا.

وهذا يعني أن أي جسم على مسافة تزيد عن 4.5 جيجا باسكال (14-15 مليار سنة ضوئية) سيظل بعيد المنال بالنسبة لنا ولكل ما نقوم به الآن وإلى الأبد. كل هذه الأشياء ، التي تشكل 97٪ من حجم الكون المرئي ، بعيدة عن متناولنا. حتى الفوتون المنبعث الآن لن يصل إليهم أبدًا.

لذا ، نعم ، جميع الأشياء التي تم التقاطها في توسع الكون تطير من خلال تسارع منا ، بشكل أسرع وأسرع. سيكفي الوقت الكافي ، وسيبتعدون جميعًا عنا أسرع من سرعة الضوء ، وسيصبحون بعيد المنال بالنسبة لنا ، من حيث المبدأ ، بغض النظر عن مدى سرعة بناء صاروخ أو عدد الإشارات التي نرسلها بسرعة الضوء.

وماذا يمكننا فعله حيال ذلك؟

اجمع نفسك معًا وابدأ السفر بين المجرات بأسرع ما يمكن ، قبل فوات الأوان. عالم اليوم يختفي بسبب التوسع في الفضاء. وعلى الرغم من عدم تحرك أي جسم عبر نسيج الزمكان بشكل أسرع من سرعة الضوء ، إلا أنه لا توجد قيود على توسيع نسيج الفضاء. الفضاء يفعل ما يريد.

لذا أشكرك على السؤال الرائع ، وإذا كانت الإجابة تبدو غامضة بالنسبة لك ، فاستلهم ما يلي: سيختفي الكون من وجهة نظر البشرية ، ما لم نتمكن من القيام بشيء حيال ذلك ، بما في ذلك الرحلات إلى المجرات البعيدة ، أو - إذا كان هناك طريقة - الاقتراب من جهاز التحكم عن بعد المجرات لنا. أرسل لي أسئلتك واقتراحاتك للمقالات التالية.

اسأل إيثان # 80: هل يمكن أن تتسع المساحة بشكل أسرع من سرعة الضوء؟

More articles: