كتاب "السفر في الفضاء الكبير"

كان أساس هذا الكتاب دورة في جامعة برينستون ، تم تقديمها إلى العلوم الإنسانية من قبل ثلاثة من علماء الفيزياء الفلكية المشهورين - نيل ديغراس تايسون ، مايكل شتراوس وجون ريتشارد جوت. يتحدثون عن أكثر ما يحبون ، ويتحدثون حتى تصبح النظريات الأكثر تعقيدًا واضحة لوضع الناس.

لا يستخدم الفلكيون لتعقيد ما قد يكون بسيطًا. النجوم الحمراء الكبيرة هي عمالقة حمراء. النجوم البيضاء الصغيرة هي أقزام بيضاء. إذا كان النجم ينبض ، فإنه يسمى النجم النابض. حتى بداية كل الفضاء والوقت والمادة والطاقة الموجودة في الفضاء يمكن تسميتها بكلمتين بسيطتين فقط: الانفجار الكبير.

ماذا نعرف عن الكون؟ كوننا رائع. فكوننا أكبر بكثير مما يبدو. إنه أكثر سخونة مما تعتقد. أشد مما تعتقد. أندر مما تعتقد. مهما كان رأيك في الكون ، فإن الواقع سيظل لا يصدق.

نقدم هنا مقتطفًا من كتاب "الأوتار الكونية والفتحات والسفر عبر الزمن".

بما أنني أستكشف مشكلة السفر عبر الزمن في إطار النظرية النسبية العامة ، يعتقد الأطفال المجاورون أن لدي آلة زمنية في مرآبي. بمجرد أن ذهبت إلى مؤتمر علم الكونيات في كاليفورنيا وظهرت في سترة رياضية فيروزية. جاء زميلي روبرت كيرشنر ، الذي كان يرأس قسم علم الفلك في جامعة هارفارد في ذلك الوقت ، وقال: "ريتش ، لا بد أنك اشتريت هذه السترة في المستقبل وأحضرتها إلى هنا ، لأنك لم تخترع هذا اللون حتى الآن!" ومنذ ذلك الحين وصفتها بأنها "سترة من المستقبل" وأنا آتي دائمًا لإلقاء محاضرات حول السفر عبر الزمن فيها.

عادة أذهب إلى مثل هذه المحاضرة في هذه السترة الفيروزية وأحمل حقيبة بنية. أضع الحقيبة في الخزانة وأسرع بها. ثم أعود مرتديًا قميصًا. أشرح للجمهور أن لدي اجتماعًا آخر مُجدولًا ، ورتبت لمتحدث ضيف لقراءة هذه المحاضرة في مكاني ، ثم أخرج مرة أخرى. سأعود مرة أخرى ، مرتديًا سترة باللون الفيروزي ، وأخبر الجميع أن هذه "سترة من المستقبل". أشرح أنني لم أستطع إلقاء محاضرة لأنني كنت مستعجلًا لاجتماع آخر ، كان من المقرر عقده في نفس وقت المحاضرة ؛ ولكن بما أن لدي آلة زمنية ، بعد الاجتماع يمكنني الذهاب إلى المستقبل ، وشراء سترة هناك والعودة إلى هنا - لإلقاء محاضرة ، ولكن بالفعل سن صغير.

ثم لاحظت أنني نسيت إحضار محاضرات حول السفر عبر الزمن. ماذا تفعل؟ نظرًا لأن لدي آلة زمنية ، أعتقد ، يمكنك أخذ خلاصة في اليوم التالي (بعد محاضرة) والعودة هنا ، وترك حقيبة تحتوي على خلاصة في مكان ما من الجمهور مقدمًا. أنظر حولي ، لكني لا أراهم في أي مكان. لذا ، ربما أخفيتهم. الى اين؟ نعم ، حتى في هذا الخزانة. أفتح الخزانة ، أجد حقيبة فيها ، أفتحها - على عجل! هناك تكمن محاضرات حول السفر عبر الزمن.

تأمل هذه الأحداث من خلال تتبع خطوط العالم الخاصة بهم على رسم بياني مكاني وزماني. يتم رسم الفضاء على طول الخراج ، ويتم رسم الوقت على طول الإحداثي ، والمستقبل في القمة. الجمهور الذي ألقي فيه محاضرة هو شريط رأسي في المركز. هذا ما يبدو عليه خط عالمي (الشكل 21.1).


على الرسم البياني المكاني الزماني ، أترك الجمهور ، بينما أرتدي قميصًا أبيض. أعود للجمهور لفترة قصيرة ، قائلة إنني لن أتمكن من إلقاء محاضرة لأنني في عجلة من أمري للقاء. أرحل ، وألتقي ، ثم أطير إلى المستقبل ، حيث أشتري سترة. من الآن فصاعدا ، يصبح خط عالمي رماديا فاتح أعود ، وأذهب مرة أخرى إلى الجمهور وهناك أعطيت محاضرة. عندما تنتهي المحاضرة ، أحتاج إلى العودة إلى الماضي قبل بدء المحاضرة بوقت قصير ، لمجرد الحصول على الوقت لملء حقيبة تحتوي على ملخص لهذه المحاضرة. سأدخل الجمهور ، ثم أغادر بسرعة ، وبعد ذلك سأدخله (أصغر قليلاً) ، في قميص. علاوة على ذلك ، سأستمر في العيش بدقة في اتجاه المستقبل. حصلت على خط عالمي معقد.

ماذا عن خط حقيبة الملفات العالمية؟ هو بين يدي بمجرد أن أجده في الخزانة. إذا احتفظت به للتو ، فسيذهب في رحلة ترتيب زمني معي ، وسأحضره للجمهور قبل أن أجده في الخزانة. سوف يتغير الخط العالمي لحقيبة الملفات. الخط العالمي لحقيبة السفر غريب - ليس له بداية ولا نهاية. خط عالمي له بداية (لقد ولدت) ونهاية (مت) ، لكن الخط العالمي لحقيبة الملفات هو حلقة مغلقة. يمكن مقارنة الحقيبة في هذه الحالة بجسيم الجني. في الواقع ، هي ، مثل الجني ، تأتي من العدم.

الحقيبة هي على مرأى مني طوال الوقت. لا يذهب إلى مصنع الحقيبة. يضطر الفيزيائيون الذين يدرسون الرحلات في الماضي إلى التفكير في الجسيمات الجينية عندما يتحدثون عن التأثيرات الكمومية. ماذا لو ظهر جرجر طفيف على حقيبتي عندما آخذه معي من المحاضرة؟ يعتقد إيغور نوفيكوف أن هذا البلى الذي يتعرض له جسيم الجني يجب "تصحيحه" في مرحلة ما حتى يعود إلى حالته الأصلية - ولا تُعد حقيبتي استثناءً. في الوقت نفسه ، لا تنتهك قوانين الإنتروبيا ، لأن الحقيبة ليست نظامًا منعزلاً ؛ الطاقة اللازمة لإصلاحه تأتي من الخارج.

يمكن أن تكون المعلومات بمثابة جني. لنفترض أنني وصلت عام 1915 وأعطي أينشتاين معادلات المجال الصحيحة للنظرية النسبية العامة. يمكنه تسجيلها ونشرها. من أين أتت هذه المعلومات؟ لقد تعلمت ذلك من مقالة آينشتاين ، وتعلم منه أينشتاين. اتضح خط دائري عالمي.

تسمح قوانين الفيزياء بوجود جزيئات الجينات - فقط من غير المحتمل حدوثها - وكلما كانت هذه الجسيمات أكثر ضخامة وتعقيدًا ، قل احتمال حدوثها. كان يمكن أن تحدث قصة مماثلة لو وجدت قطعة ورق على الأرض في قاعة متدفقة ولم أحضر معي حقيبة ، ولكن هذه الخردة. في هذه الحالة ، ستصبح قطعة من الورق جنيًا ، وحملها معك أسهل من حقيبة. حتى أبسط - يمكنني أن آخذ الإلكترون المبتذل وأخذه معي ، ثم أعود إلى الماضي ، إلى جمهور المحاضرة. ليس من المرجح أن تجد مثل هذا الشيء الضخم كمحفظة لهذا الغرض ، وحتى مع ملاحظات لمحاضرة عن السفر عبر الزمن. أعتقد أن مثل هذه الجينات المعقدة ممكنة ، لكنها نادرًا ما تنشأ.

تحدث رحلة إلى الماضي عندما يكون هناك خط عالمي يندفع نحو الماضي. يظهر الوضع المعتاد في الشكل. 18.1: خطوط العالم للأرض والكواكب الأخرى تدور في دوامة على طول خط الشمس العالمي. لا شيء يمكن أن يتحرك بسرعة فائقة ، ويتم توجيه جميع خطوط العالم إلى المستقبل. في الشكل. يظهر 21.2 الوضع عندما نسافر إلى الماضي. الخط العالمي للمسافر ينغلق على نفسه ، ويصبح شاهداً على بعض الأحداث من ماضيه. يبدأ المسافر المسار أدناه (في الماضي) وينهض حتى يلتقي بشخص بالغ نشأ يقول له: "مرحبًا! انا انت في المستقبل طار إلى الماضي ليحييكم ". يجيب: "حقا؟" وعاد إلى الماضي. ثم يلتقي في شبابه ويقول: "مرحبًا! انا انت في المستقبل طار إلى الماضي ليحييكم ". يجيب الشاب "المزدوج": "حقًا؟" يشارك مسافر الوقت في هذا الاجتماع مرتين: كشاب وكشخص بالغ ، لكن الوضع نفسه يتطور مرة واحدة فقط. يمكنك مقارنته بنحت رباعي الأبعاد ، يتم رسم خطوط العالم عليه. لا تتغير أبدًا: هذا ما تبدو عليه الصورة بأكملها. إذا كنت مهتمًا بما سيشعر به مثل هذا الموقف ، فما عليك سوى تمرير إصبعك على طول خط العالم ورؤية ما تتقاطع معه خطوط العالم الأخرى.

هنا يفتح أحد متغيرات حل مفارقة جدتي الشهيرة: ماذا سيحدث إذا ذهبت إلى الماضي وقتلت جدتي عن طريق الخطأ قبل أن تلد والدتي؟ في هذه الحالة ، لن تلد أمي ، ولن تلدني والدتها ، وبعد ذلك لن أكون هناك ، ولن أتمكن من الذهاب إلى المستقبل وقتل جدتي المستقبلية. وهذا بدوره يعني أنها سوف تلد أمي بدون مشاكل ، وأمها لي. مفارقة. الحل التقليدي لمفارقة جدتي هو: المسافرين عبر الزمن لا يمكنهم تغيير الماضي. هم دائما جزء من الماضي. نعم ، يمكنك العودة في الوقت المناسب وشرب الشاي مع ملفات تعريف الارتباط بصحبة جدتك عندما كانت لا تزال فتاة صغيرة ، ولكن لا يمكنك قتلها ، لأنها يجب أن تلد والدتك ، التي سوف تلدك. يجب أن يكون القرار متسقًا ذاتيًا. قام Kip Thorne و Igor Novikov وزملاؤهم بصياغة سلسلة من التجارب الفكرية من مجال السفر عبر الزمن ، مما دفع كرات البلياردو معًا ؛ حاولوا إظهار أنه يمكنك دائمًا العثور على حلول متسقة ذاتيًا لا تحتوي على مفارقات.


لا تقلق بشأن تغيير القصة: مهما حاولت ، فلن يأتي شيء منها. إذا عدت إلى تايتانيك وحذرت القبطان من الجبل الجليدي ، سيتجاهل القبطان كلماتك ، تمامًا كما لم يعلق أهمية على جميع الرسائل الأخرى حول الجبال الجليدية ، لأننا نعلم أن السفينة ستغرق. سترى أن تغيير مسار الأحداث أمر مستحيل. يعتمد السفر عبر الزمن في الفيلم على مغامرات لا تصدق بيل وتيد على نفس مبدأ الاتساق الذاتي.

الحل البديل لمفارقة الجدة هو نظرية Everett متعددة العالم لميكانيكا الكم. لدى الفيزيائيين آراء مختلفة حول هذه النظرية ، لكن دعونا أولاً نفهم كيف تعمل. في نظرية عالمية ، يعتقد أن العديد من العوالم المتوازية يمكن أن تتعايش ، مثل مسارات السكك الحديدية في حديقة تحويلة. نرى قصة واحدة ، كما لو أن قطارنا يسير على مسار معين. الأحداث التي نلاحظها تشبه المحطات التي تحل محل بعضها البعض. هنا هي الحرب العالمية الثانية ... هنا يهبط الناس على القمر وهلم جرا. لكن هناك العديد من العوالم المتوازية. هناك عالم لم تحدث فيه الحرب العالمية الثانية. تعتمد هذه النظرية على نهج ميكانيكا الكم كمجموع العديد من القصص التي اقترحها ريتشارد فاينمان. أدرك فاينمان أنه من أجل حساب احتمالية أي نتيجة لتجربة مستقبلية ، يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار جميع القصص المحتملة التي يمكن أن تؤدي إليها. يبدو للبعض أن هذه مجرد قاعدة غريبة أخرى للحسابات في ميكانيكا الكم ، لكن مؤيدي نموذج متعدد العالم يعتقدون أن كل هذه القصص حقيقية وتتفاعل مع بعضها البعض. يعتقد ديفيد دويتش أن المسافر عبر الزمن يمكن أن يعود في الوقت المناسب ويقتل جدته هناك عندما كانت لا تزال فتاة صغيرة. في هذه الحالة ، سيظهر فرع جديد من التاريخ: في هذه النسخة من القصة سيكون هناك مسافر حي وجدة ميتة. المسار الذي ولد فيه المسافر عبر الزمن وكانت جدته لا تزال على قيد الحياة لا يزال موجودًا أيضًا. لا يزال المسافر يتذكر جزءًا من سيرته الذاتية ، والذي حدث قبل التحول إلى مسار جديد. كلا الاتجاهين موجود.

الآن لدينا حلان ملائمان لمفارقة الجدة. الأول محافظ ، حيث يتم تمثيل الزمكان كنحت واحد رباعي الأبعاد متناسق ذاتيًا ، دون تغيير في الجوهر. والثاني هو تفسير أكثر جذرية للعالم المتعدد لميكانيكا الكم. يعمل كلا الحلين.

علاوة على ذلك ، إذا عدت إلى الخط العالمي للمسافر في الوقت المناسب ، والذي يتكرر فوق نفسه في الماضي ، يمكنك ملاحظة وجود خلل فيه. الضوء في هذا النمط يطير بزاوية 45 درجة. عندما يمر مسافر الوقت فوق القمة لبدء العودة إلى الماضي ، في مرحلة ما يجب أن يكون منحدر خطه العالمي بالنسبة إلى محور الوقت أكبر من 45 درجة. هذا يعني أنه في مرحلة ما يجب أن يتجاوز سرعة الضوء. في الواقع ، عبر الجزء العلوي من الدائرة ، يتحرك بسرعة لا نهائية. تم تسجيل ظاهرة علاقة الرحلات بسرعات فائقة وسفر عبر الزمن في Limerick A.G. ر. بولر:

ذكيا جدا ملكة جمال من داكوتا
قالت: أينشتاين شيء!
منذ أن طرت في مكان ما
أعلى من سرعة الضوء
وعاد قبل يوم من المغادرة! "

تكمن المشكلة في أنه (كما أوضح آينشتاين في نظريته النسبية الخاصة) فإنه من المستحيل بناء صاروخ من شأنه تطوير سرعة فائقة. إذا لم تتجاوز سرعتك سرعة الضوء ، فلن يكون خطك العالمي موجودًا بزاوية تزيد عن 45 درجة بالنسبة لمحور الوقت ، ولن تتمكن من العودة إلى الماضي. ومع ذلك ، في نظرية النسبية العامة لآينشتاين ، حيث يعتبر الزمكان منحنيًا ، يمكن للمرء تجاوز أشعة الضوء عن طريق قطع المسار إذا كان المرء يتحرك إما من خلال ثقب دودي أو (الذي سيتم مناقشته أدناه) على طول سلسلة كونية. إذا تجاوزت شعاعًا من الضوء ، فعندئذ ، مثل ملكة جمالنا الذكية ، يمكنك أن تطير إلى الماضي.

لنفترض أن لدينا ورقة توضع عليها أبعاد مكانية أفقياً ، والوقت - عمودياً (الشكل 21.3). في هذه الحالة ، خطك العالمي هو الشريط الأخضر في هذا الشكل. أنت كسول وتجلس فقط في المنزل ، لذا فإن خط العالم الخاص بك يمتد بالضبط من أسفل إلى أعلى الورقة. ومع ذلك ، في الزمكان المنحني ، تنطبق قواعد مختلفة. دعونا نلف الورقة أفقيا في الاسطوانة عن طريق لصق الشريط أعلى الورقة. الآن خطك العالمي هو دائرة شيء من الماضي.

إنك دائمًا ما تمضي قدمًا في المستقبل ، لكنك تتحول بالفعل إلى الماضي. حدث الشيء نفسه مع رحلة ماجلان: أبحر البحارة طوال الوقت إلى الغرب ، ودوروا حول الأرض بأكملها وعادوا إلى أوروبا. لم يكن هذا ليحدث أبداً لو كان سطح الأرض مسطحًا. وبالمثل ، يتحرك مسافر الكرونو باستمرار إلى المستقبل ، ولكن إذا كانت المساحة منحنية بما فيه الكفاية ، فيمكنه العودة إلى الأحداث التي حدثت في ماضيه.

»يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول الكتاب على موقع الناشر على الويب
» المحتويات
» مقتطفات

لقراء هذه المدونة ، خصم 20 ٪ على القسيمة - تايسون