🧗🏼 🌗 🎏 كيف تدرك الفوتونات الوقت؟ 🎈 📂 👩‍👩‍👦‍👦

لكل شخص حلم. أود أن أعيش حتى الفجر ، لكنني أعلم أنه لم يتبقى لدي سوى أقل من ثلاث ساعات. سيكون الليل ، ولكن لا يهم. من السهل الموت. لا حاجة للضوء لهذا. فليكن: سأموت على ضوء النجوم.
- فيكتور هوغو

تتحرك بسرعة الضوء ، تصل الفوتونات المنبعثة من الشمس إلى الأرض في حوالي 8 دقائق. إن رحلة 150 مليون كيلومتر عبر الفضاء الخالي ليست عقبة أمام الضوء ، لكنها تعني لنا أن النظر إلى الشمس ، نراها كما كانت من قبل ، وليس ما هي عليه في الوقت الحالي. إذا اختفت الشمس على الفور الآن ، فلن نعرف عنها - لا بسبب الضوء ولا بسبب الجاذبية - حتى مرور ثماني دقائق. ولكن كيف يبدو الفوتون؟ من المعروف أنه إذا تحركت بسرعة تقترب من سرعة الضوء ، يتم تشغيل جهاز SRT من آينشتاين ، ويتباطأ الوقت ، وينخفض الطول. ومع ذلك ، تتحرك الفوتونات بسرعة ليست قريبة ، ولكنها تساوي سرعة الضوء. وكيف ، إذن ، الفوتون المنبعث من عصر الشمس في الوقت الذي يصل فيه إلى الأرض؟

سيكون من الصعب الجدال معك إذا أجابت بشكل حدسي "لمدة ثماني دقائق". في الواقع ، بالنسبة لنا ، هذا الفوتون أصبح قديمًا جدًا. إذا استغرق المشي إلى متجر بطول 0.8 كم ثماني دقائق وذهبت إلى المتجر ، فأنت أكبر من ثماني دقائق. إذا لاحظ البائع أنك ذاهب إلى المتجر ، فسوف تكبر له أيضًا ثماني دقائق. وإذا التزمنا ببساطة بتعريف نيوتن للوقت - كقيمة مطلقة - سيكون هذا صحيحًا لكل شيء آخر. شعر الجميع في كل مكان أن الوقت يمر بنفس السرعة في أي ظرف من الظروف. ولكن في هذه الحالة ، لا يمكن أن تظل سرعة الضوء ثابتة.

تخيل أنك تقف على الأرض وتضيء فانوسًا في اتجاه واحد حيث يوجد جسم على مسافة ثانية ضوئية واحدة. تخيل الآن أنك تركض نحو هذا الكائن ، مشعًا بنفس المصباح. كلما ركضت أسرع ، كلما كان الضوء أسرع ، في رأيك ، يجب أن يتحرك أيضًا - بسرعة الضوء ، جنبًا إلى جنب مع سرعة الجري.

لماذا هذا ضروري؟

تخيل أن لديك ساعة معك ، ولكن ليس ساعة تدور فيها التروس وتتحرك الأسهم ، ولكنها واحدة ينعكس فيها فوتون ضوئي واحد لأعلى ولأسفل بين مرآتين. إذا كانت ساعتك في وضع استراحة ، يتحرك الفوتون لأعلى ولأسفل ، والثواني تمر كالمعتاد. ولكن إذا تحركت الساعة ، فكيف سيتغير الوضع؟

من الواضح أن الوقت بين الانعكاسات سيزداد إذا ظلت سرعة الضوء ثابتة. إذا كان الوقت يتدفق بنفس السرعة للجميع ، في كل مكان وتحت أي ظرف من الظروف ، فإن سرعة الضوء يمكن أن تكون أي ، كلما زادت سرعة حركة الشخص. لجعل الأمور أسوأ ، إذا قام شخص يتحرك بسرعة كبيرة ، بإعادة المصباح إلى الوراء ، فسنرى أن الضوء لا يتحرك تقريبًا: فهو في وضع الراحة تقريبًا.

لكن الضوء لا يتصرف بهذه الطريقة ، ولا يغير سرعته في فراغ في أي موقف ، لذلك نحن نعلم أن مثل هذا التمثيل غير صحيح.

في عام 1905 ، اقترح آينشتاين نظريته النسبية الخاصة ، مشيرًا إلى أن فشل تجربة ميشيلسون مورلي ، وكذلك التغيير في طول وسرعة مرور الوقت ، يمكن تفسيره إذا كانت سرعة الضوء في الفراغ ثابتة عالمية ، ص. وهذا يعني أن مراقبًا سريع الحركة سيرى أنه قد قطع مسافة أقصر وسافر أقل مما يعتقده المراقب الباقي.

ستقوم المركبة الفضائية سويوز التي ترسو في وحدة ISS Pier بإعادة رواد الفضاء إلى الأرض الذين هم أكبر قليلاً مما لو كانوا بقوا على الأرض بسبب التمدد النسبي للوقت.

في الواقع ، بعد رحلتك إلى المتجر ، بفضل نظرية النسبية لأينشتاين ، فإن ساعتك - إذا كانت دقيقة تمامًا وتزامنت في الأصل مع البائع - ستكون تقريبًا نانوثانيتين خلف البائع. آثار النسبية ، على الرغم من أنها صغيرة في ظل الظروف العادية ، إلا أنها تعمل دائمًا.

والسبب هو أن الأجسام لا تتحرك في الفضاء فقط ، ولا تتحرك للأمام في الوقت المناسب. وذلك لأنه يتم الجمع بين المكان والزمان في نسيج واحد من الزمكان.

لأول مرة ، توصل أحد معلمي أينشتاين ، الألماني مينكوفسكي ، إلى الفكرة عام 1908 ، وبعد ذلك كتب:

لقد ازدادت الآراء حول المكان والزمان التي أريد أن أعرضها لك على أساس الفيزياء التجريبية ، وهذه هي قوتها. إنهم راديكاليون. وبالتالي ، فإن الفضاء في حد ذاته والوقت في حد ذاته مقدر له أن يختفي في الظل ، وسيبقى اتحاد الاثنين فقط في دور الواقع المستقل.

يعمل على النحو التالي: كل شيء وكل شيء يتحرك دائمًا عبر الزمكان ، ودائمًا بطريقة معينة: أنت تتحرك مسافة معينة في الزمكان ، بغض النظر عن مدى سرعة تحركك مقارنة بكل شيء آخر.

يُظهر تمديد الوقت على اليسار وتقليل المسافات على اليمين كيف يبدو الوقت أبطأ وتبدو المسافات أقصر عندما تقترب من سرعة الضوء.

إذا تحركت من مكان ما بسرعة في الفضاء ، فانتقلت بشكل أبطأ في الوقت المناسب: لذلك ، استغرقت رحلة إلى المتجر ثانيتين نانوثانية أقل منك من البائع: لقد انتقلت عبر الفضاء أسرع منه ، مما يعني أنه بعد فترة من الانتقال أبطأ. إذا كنت في طريقك إلى المتجر ، فستنتقل بسرعة قريبة جدًا من سرعة الضوء - حوالي 99.9999999٪ من s - فعندئذٍ سيكون الوقت الذي يمر به البائع 22.000 مرة أكثر منك.

إذ تضع في اعتبارها كل هذا ، دعونا نعود إلى الفوتون. لا يقترب من سرعة الضوء ، ولكن على وجه السرعة بسرعة الضوء. وكل صيغنا ، عندما تحاول وصف سلوك مراقب يتحرك بسرعة الضوء ، تقدم إجابات لا نهاية لها. لكن اللانهاية لا تعني بالضرورة أخطاء الفيزياء - في بعض الأحيان تعني أن الفيزياء تتعارض مع الحدس. عندما تتحرك بسرعة الضوء ، فهذا يعني:

• من حيث المبدأ ، لا يمكن أن يكون لديك كتلة. إذا كنت تمتلكها ، فستحمل كمية لا نهائية من الطاقة. يجب أن تكون بلا كتلة.
• لن ترى رحلتك عبر الفضاء. سيتم تقليل جميع المسافات في اتجاه حركتك إلى نقطة.
• لن تدرك مرور الوقت. سوف تبدو رحلتك فورية لك.

بالنسبة للمراقب على الأرض ، ينبعث الضوء من الشمس ثمانية (8:20) دقائق قبل رؤيته ، وإذا تمكنا من مراقبة رحلة الفوتون ، فسوف ينتقل بسرعة الضوء طوال الطريق. ولكن إذا كانت الساعة على متن هذا الفوتون ، لكان يبدو لنا أنه قد توقف. ستمر هذه الثماني دقائق بالنسبة لنا كالمعتاد ، لكن الفوتون لن يدرك مرور الوقت.

هذا مثير للدهشة بشكل خاص عندما تتحول إلى المجرات البعيدة في الكون.

يستغرق الضوء المنبعث منهم مليارات السنين للوصول إلينا ، من وجهة نظر مراقب في درب التبانة. خلال هذا الوقت ، يؤدي تمدد الكون إلى تمدد الفضاء ، وطاقة الفوتونات المنبعثة تنخفض بشكل ملحوظ: يحدث انزياح أحمر كوني. ولكن ، على الرغم من هذه الرحلة المدهشة ، فإن الفوتون لا يدرك على الإطلاق ما نسميه الوقت: إنه ينبعث ببساطة ، ثم يتم امتصاصه على الفور ، وتجري الرحلة بأكملها له على الفور حرفيا. يبدو أن ما نعرفه هو أن الفوتون لا يتقدم في العمر على الإطلاق.

كيف تدرك الفوتونات الوقت؟

More articles: