واحدة من أكثر النتائج غير بديهية لنظرية النسبية لأينشتاين هي أنه لا يوجد مساحة مطلقة أو وقت مطلق. إذا سألت أين ومتى كنت ، سوف تجيب. ولكن إذا تفرقنا أنا وأنت مسافة طويلة ، وأسألك أين ومتى ، كما تعتقد ، أنا ، فلن تتوافق إجاباتنا بالضرورة. اتضح أنه في النظرية النسبية العامة لا توجد طريقة عالمية لتحديد المكان والزمان (والمسافات) بخلاف المكان الذي تتواجد فيه. ونتيجة لذلك ، لدينا العديد من الطرق لتعريف مثل هذه الأشياء ، وبهذا يرتبط سؤال القارئ:
أود أن أرى تفسيرك لوقت المطابقة والمسافة المرتبطة به - ما هو ومتى وكيف يتم استخدامها مقارنة بالوقت والمسافة المعتادين.
باستخدام مفاهيم مثل "الوقت" و "المسافة" في الكلام العادي ، نقوم بعمل افتراضات كثيرة ، نادرًا ما نفكر فيها.
إذا كنت تعتقد أنه يمكنك إخباري أنه في مكاني ، فإن الوقت هو الساعة 10:05 صباحًا ، وأنا على بُعد 700 متر منك ، قد لا تفهم على أي أساس كنت واثقًا في تقديراتك. أنت تفترض أن ساعاتنا تعمل بنفس السرعة ، وأنها تأتي من نفس المكان الذي اتفقنا فيه على قيمة الوقت ، وأننا عندما نجمع الساعة معًا مرة أخرى ، فستكون أيضًا متسقة مع بعضها البعض. الأمر بسيط ، أليس كذلك؟
ولكن هذا ممكن فقط إذا تم استيفاء شرطين مهمين:
1. لا شيء يتحرك فيما يتعلق بكل شيء آخر. إذا اكتسب جسمان سرعة بالنسبة لبعضهما البعض ، فسيختبران مسارًا مختلفًا للوقت (وإحساسًا بالمسافة). يبدو أن الجسيمات غير المستقرة تتحرك بسرعات قريبة من سرعة الضوء تعيش لفترة أطول بسبب امتداد الوقت ، ورواد الفضاء على متن محطة الفضاء الدولية ، الذين يتحركون بسرعة حول الأرض ، يتقدمون في السن بشكل مختلف قليلاً عن الأشخاص الذين هم بلا حركة على الأرض.
2. المساحة مسطحة تمامًا ، وهذا لا يحدث أبدًا. تعمل النسبية العامة في الكون ، ووفقًا لها ، فإن وجود المادة والطاقة يعني أن الفضاء منحني ، وأن الساعة تسير بسرعات مختلفة اعتمادًا على عمق الانغماس في مجال الجاذبية. تتأخر الساعة في الجزء العلوي من مبنى إمباير ستيت كل عام بضع ميكروثانية من الساعة عند قدمها.
تنطبق نفس القيود على المسافات: إن حركة وانحناء الفضاء يجعل من المستحيل على المراقبين في أماكن مختلفة اعتماد معيار المسافة العالمي. ولكن بالنسبة لمسافات كبيرة حقًا ، يبدأ شيء آخر في لعب دور: حقيقة تمدد نسيج الفضاء نفسه على المقاييس الكونية. لم يعد بإمكاننا الحديث عن المسافات بين المجرات كشيء يمكن قياسه بواسطة بعض المسطرة المتفق عليها ، حيث أن المسافة بين المجرات تتسع مع الوقت. وهذا يؤدي إلى مشاكل عندما نبدأ الحديث ، على سبيل المثال ، عن المجرات البعيدة في الكون.
يقع حامل الرقم القياسي الحالي للمسافات في الانزياح الأحمر إلى 11.1 ، مما يعني أنه خلال وجود الكون ، على بعد 13.8 مليار سنة من الانفجار العظيم ، وصلنا نوره ، بعد أن سافر 13.4 مليار سنة. ولكن إلى أي مدى تبعد هذه المجرة عنا؟ يمكنك ، بناءً على الوقت الذي تقضيه في المسار ، أن تقرر أنه على بعد 13.4 مليار سنة ضوئية - ولكن هذا ليس هو الحال. عندما انبعاث الضوء الذي وصل إلينا من هذه المجرة ، لم يكن يبعد عنا أكثر من ملياري سنة ضوئية. بفضل توسع الكون ، يمكننا ، باستخدام معيار القياسات المقبول بشكل عام ، أن نقول أنه الآن على بعد 32 مليار سنة ضوئية منا. من الصعب تحديد معيار المسافة العالمي في عالم آخذ في الاتساع ، حيث تتغير المسافات بمرور الوقت.
لذا فإن أحد المفاهيم التي نقدمها عند الإجابة على سؤال القارئ هو مفهوم أنواع مختلفة من المسافات. يسألنا عن أحدهم - عن
المسافة المصاحبة . هذا هو أحد مفاهيمي المفضلة: فهو يشير ضمنيًا إلى أن المسافات في الكون تتغير بسبب توسع هابل ، لذلك تستثني الامتداد من الحسابات. إنه ملائم للغاية لمحاكاة تكوين هياكل الكون مثل النجوم والمجرات والعناقيد والخيوط. الجاذبية ، بالطبع ، تساهم ، لكن الكون يتوسع كل هذا الوقت. بمعرفة كيفية ضبط المسافات من أجل التوسع ، يمكننا أن نرى كيف تتطور الهياكل واسعة النطاق للكون. إن ملاحظة هذا بصريا هي أكثر إثارة للاهتمام من مراقبة توسع الكون ومحاولة تمييز كل هذا عملية تكوين البنية.
نظرًا لأن الزمان والمكان مرتبطان ارتباطًا وثيقًا بمفهوم توحيد الزمان والمكان ، فإننا بحاجة إلى مفهوم جديد للزمان ، يتوافق مع كل من المفاهيم الجديدة للمسافات التي نبتكرها. سيكون الوقت المطابق الشريك المؤقت للمسافة المصاحبة. إذا تمكنا من تجميد التمدد الكامل للكون بشكل سحري على الفور في جميع الأماكن على الفور ، فإن وقت التوافق يتوافق مع مقدار الوقت الذي يستغرقه شعاع ضوئي للسفر من مكان معين إليك.
بالنسبة للمجرات الأكثر بعدًا في الكون ، سيكون وقت المطابقة 32 مليار سنة. بالنسبة للمسافة المتصورة من الانفجار العظيم ، ستكون 46 مليار سنة. وهذا على الرغم من مرور 400 مليون سنة من الانفجار الكبير إلى انبعاث الضوء من المجرة الأولى. في المراحل المبكرة ، كان توسع الكون سريعًا جدًا - والنتيجة لا تزال محسوسة اليوم - أن الفرق بين 14 مليار سنة من وقت المطابقة يتوافق مع فارق 400 مليون سنة من الوقت "الصحيح" (والذي نسميه ببساطة "الوقت").
إذا تحدثنا عن الأحداث التي تحدث على الأرض ، حيث لا يتحرك شيء بسرعات قريبة من الضوء ولا يتغير كثيرًا في مجال الجاذبية ، فستتزامن الأنواع المختلفة من "المسافات" و "الأوقات". ولكن إذا تحدثنا عن كون موسع على نطاق كوني ، فإن المسافة المناسبة والوقت المناسب قد لا يكونا مفيدين ومثيرين للاهتمام مثل المسافة المصاحبة ووقت المطابقة. وفي المرة التالية التي ترى فيها محاكاة للكون وترى أن الكون لا يبدو متسعًا ، ضع في اعتبارك أن المحاكاة تحدث باستخدام المسافات المرتبطة ، على الرغم من أنها قد تستخدم الوقت الصحيح.
وعندما تسمع شيئًا عن جسم بعيد جدًا ، يقع على مسافة تقل عن 14 مليار سنة ضوئية منا ، ضع في اعتبارك أننا ، على الأرجح ، نتحدث عن مسافة مرافقة. وفقًا لحكامنا المعتادين ، من المرجح أن تكون هذه المسافة أكبر بكثير!