الفلك

كيف هي كتلة انحناء الزمكان؟

كيف هي كتلة انحناء الزمكان؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

في تفسير GR أينشتاين كان من حيث تشوه هندسة الفضاء المنتهي بانحناء الزمكان.

اعتقدت أن الكتلة يمكن أن تفعل ذلك من خلال التفاعل مع الكتلة الأخرى وتسبب موجات الجاذبية التي تجعل الفضاء منحنيًا. لكن أخبرني الأستاذ أن هذا ليس هو الحال. على سبيل المثال ، فإن موجات الجاذبية التي تحدث بين الأرض والشمس هي مجرد تأثير ضئيل للغاية يؤدي إلى تصاعد الأرض إلى الشمس وهو تأثير ضئيل.

لذا فإن الكتلة هي التي تؤسس هندسة المكان والزمان. لكن يبقى السؤال كيف تفعل الكتلة ذلك (انحناء الزمكان)؟


في النسبية العامة ، يعتبر انحناء الزمكان تفسيرًا لنموذج الجاذبية: بدءًا من افتراضات الجاذبية التي تعادل التسارع ، وسرعة الضوء ثابتة ، تم تطوير إطار رياضي يصف الجاذبية. الاستنتاج الرياضي لهذا النموذج هو أن المسافات بين النقاط تعتمد على توزيع الكتلة والطاقة. طريقة بسيطة لوصف ذلك هي القول بأن الزمكان منحني.

في GR ، يتم تفسير القوة الظاهرة للجاذبية من خلال انحناء الزمكان. من المعقول التساؤل عما إذا كانت هناك نظرية أكثر جوهرية يمكنها تفسير الانحناء. توفر نظرية الأوتار إمكانية واحدة. في نظرية الأوتار ، من الممكن استنتاج وجود جسيم يمكن أن يكون جرافيتون ، ومن ذلك يمكن استنتاج معادلات المجال التي تصف الجاذبية. بعبارة أخرى ، يمكن لنظرية الأوتار أن تتنبأ بالضبط بنفس الصيغ الرياضية التي تنشأ من الزمكان المنحني في GR. ومع ذلك ، على المقاييس الصغيرة جدًا ، تقوم نظرية الأوتار بإجراء سلسلة من التصحيحات على نظرية المجال ، مما يشير إلى أن انحناء الزمكان هو في الواقع تقريب ، وهو صالح على نطاق واسع ، لنظرية الأوتار في الجاذبية.


24.2 الزمكان والجاذبية

هل ينحني الضوء فعليًا عن مساره المستقيم بواسطة كتلة الأرض؟ كيف يمكن للضوء الذي ليس له كتلة أن يتأثر بالجاذبية؟ فضل أينشتاين أن يعتقد أنه كذلك المكان والزمان التي تتأثر بوجود كتلة أشعة ضوئية كبيرة الحجم ، وكل شيء آخر ينتقل عبر المكان والزمان ، ثم تجد مساراتها متأثرة. يتبع الضوء دائمًا أقصر طريق - لكن هذا المسار قد لا يكون دائمًا مستقيماً. تنطبق هذه الفكرة أيضًا على السفر البشري على السطح المنحني لكوكب الأرض. لنفترض أنك تريد السفر من شيكاغو إلى روما. نظرًا لأن الطائرة لا يمكنها المرور عبر الجسم الصلب للأرض ، فإن أقصر مسافة ليست خطًا مستقيمًا ولكن قوس دائرة كبيرة.

الروابط: الكتلة والفضاء والوقت

لإظهار ما تعنيه رؤية أينشتاين حقًا ، دعنا أولاً نفكر في كيفية تحديد موقع الحدث في المكان والزمان. على سبيل المثال ، تخيل أن عليك أن تصف لمسؤولي المدرسة القلقين الحريق الذي اندلع في غرفتك عندما حاول زميلك في الغرفة طهي شيش كباب في المدفأة. أنت تشرح أن مسكنك يقع في 6400 College Avenue ، وهو شارع يسير في الاتجاه الأيسر-الأيمن على خريطة مدينتك أنت في الطابق الخامس ، والتي تخبرك بمكانك في الاتجاه العلوي السفلي وأنت السادس الغرفة الخلفية من المصعد ، والتي تخبرنا عن مكانك في الاتجاه الأمامي والخلفي. ثم تشرح أن الحريق اندلع في الساعة 6:23 مساءً. (ولكن سرعان ما تمت السيطرة عليه) ، مما يحدد الحدث في الوقت المناسب. أي يمكن تحديد الحدث في الكون ، سواء كان قريبًا أو بعيدًا ، باستخدام الأبعاد الثلاثة للفضاء والبُعد الوحيد للزمن.

اعتبر نيوتن المكان والزمان مستقلين تمامًا ، واستمر هذا الرأي حتى بداية القرن العشرين. لكن أينشتاين أظهر أن هناك علاقة حميمة بين المكان والزمان ، وأنه فقط من خلال النظر في الاثنين معًا - في ما نسميه الزمكان - يمكننا بناء صورة صحيحة للعالم المادي. ندرس الزمكان عن كثب في القسم الفرعي التالي.

يتمثل جوهر نظرية أينشتاين العامة في أن وجود المادة ينحني أو يشوه نسيج الزمكان. يتم التعرف على هذا الانحناء في الزمكان من خلال الجاذبية. عندما يكون هناك شيء آخر - شعاع من الضوء أو الإلكترون أو المركبة الفضائية مشروع- تدخل منطقة مشوهة في الزمكان ، وسيكون مسارها مختلفًا عما كان يمكن أن يكون عليه في غياب المادة. كما لخصها الفيزيائي الأمريكي جون ويلر: "المادة تخبر الزمكان كيف ينحني الزمكان يخبر المادة كيف تتحرك."

يعتمد مقدار التشوه في الزمكان على كتلة المادة المعنية وعلى مدى تركيزها وضغطها. الكائنات الأرضية ، مثل الكتاب الذي تقرأه ، لها كتلة قليلة جدًا لإحداث أي تشويه كبير. يعتبر عرض نيوتن للجاذبية جيدًا لبناء الجسور أو ناطحات السحاب أو ركوب الملاهي. لكن للنسبية العامة بعض التطبيقات العملية. يمكن لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في كل هاتف ذكي أن يخبرك بمكانك على بعد 5 إلى 10 أمتار فقط لأن تأثيرات النسبية العامة والخاصة على الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في مدار حول الأرض تؤخذ في الاعتبار.

على عكس الكتاب أو زميلك في الغرفة ، تنتج النجوم تشوهات قابلة للقياس في الزمكان. ينتج القزم الأبيض ، بجاذبية سطحه الأقوى ، تشويهًا أعلى سطحه مباشرة أكثر من عملاق أحمر له نفس الكتلة. لذلك ، كما ترى ، نحن نكون في النهاية سيتحدث عن النجوم المنهارة مرة أخرى ، ولكن ليس قبل مناقشة أفكار أينشتاين (والدليل عليها) بمزيد من التفصيل.

أمثلة الزمكان

كيف يمكننا أن نفهم تشويه الزمكان بوجود كمية (كبيرة) من الكتلة؟ دعونا نجرب القياس التالي. ربما تكون قد شاهدت خرائط لمدينة نيويورك تضغط على الأبعاد الثلاثة الكاملة لهذه المدينة الشاهقة على ورقة مسطحة ولا تزال تحتوي على معلومات كافية حتى لا يضيع السائحون. لنفعل شيئًا مشابهًا للرسوم التخطيطية للزمكان.

يوضح الشكل 1 ، على سبيل المثال ، التقدم الذي أحرزه سائق سيارة يقود سيارته شرقًا على امتداد طريق في كانساس حيث يكون الريف مسطحًا تمامًا. نظرًا لأن سائقنا يسافر فقط في اتجاه الشرق والغرب وأن التضاريس مسطحة ، يمكننا تجاهل البعدين الآخرين للفضاء. يتم عرض مقدار الوقت المنقضي منذ مغادرته المنزل في ذ-المحور ، والمسافة المقطوعة شرقاً موضحة على x-محور. من A إلى B كان يقود سيارته بسرعة موحدة لسوء الحظ ، كانت السرعة موحدة للغاية وقد رصدته سيارة شرطة. توقف من B إلى C لاستلام تذكرته ولم يحرز أي تقدم عبر الفضاء ، إلا عبر الزمن. من C إلى D ، كان يقود سيارته ببطء أكثر لأن سيارة الشرطة كانت خلفه.

مخطط الزمكان.

شكل 1. يوضح هذا الرسم البياني التقدم الذي أحرزه سائق سيارة يسافر شرقًا عبر المناظر الطبيعية المسطحة في كانساس. يتم رسم المسافة المقطوعة على طول المحور الأفقي. الوقت المنقضي منذ مغادرة السائق لنقطة البداية يتم رسمه على طول المحور الرأسي.

دعونا الآن نحاول توضيح تشوهات الزمكان في بعدين. في هذه الحالة ، سنستخدم (في تخيلاتنا) صفيحة مطاطية يمكن أن تتمدد أو تلتوي إذا وضعنا أشياء عليها.

لنتخيل تمديد الصفيحة المطاطية مشدودة على أربع وظائف. لإكمال القياس ، نحتاج إلى شيء يسافر عادة في خط مستقيم (كما يفعل الضوء). لنفترض أن لدينا نملة ذكية للغاية - ربما صديقة للبطل الخارق في الكتاب الهزلي Ant-Man - تم تدريبها على المشي في خط مستقيم.

نبدأ بالصفائح المطاطية والنملة فقط ، ونحاكي الفضاء الفارغ الذي لا يحتوي على كتلة. نضع النملة على جانب واحد من الورقة وتمشي في خط مستقيم جميل إلى الجانب الآخر (الشكل 2). نضع بعد ذلك حبة رمل صغيرة على الصفيحة المطاطية. تشوه الرمل الصفيحة قليلاً ، لكن هذا ليس تشويهًا يمكننا نحن أو النملة قياسه. إذا أرسلنا النملة بحيث تقترب من حبة الرمل ، ولكن ليس فوقها ، فلن تجد صعوبة كبيرة في الاستمرار في السير في خط مستقيم.

الآن نلتقط شيئًا ذا كتلة أكبر بقليل - لنقل ، حصاة صغيرة. إنه ينحني أو يشوه الورقة قليلاً حول موضعها. إذا أرسلنا النملة إلى هذه المنطقة ، فإنها تجد مسارها قد تغير قليلاً بسبب تشويه الورقة. التشويه ليس كبيرًا ، ولكن إذا اتبعنا مسار النملة بعناية ، فإننا نلاحظ أنه ينحرف قليلاً عن الخط المستقيم.

يصبح التأثير أكثر وضوحًا عندما نزيد من كتلة الجسم الذي نضعه على الورقة. لنفترض أننا نستخدم الآن ثقلاً هائلاً للورق. مثل هذا الجسم الثقيل يشوه أو يشوه الصفائح المطاطية بشكل فعال للغاية ، مما يؤدي إلى ترهل جيد فيه. من وجهة نظرنا ، يمكننا أن نرى أن الورقة القريبة من ثقالة الورق لم تعد مستقيمة.

تشبيه ثلاثي الأبعاد للزمكان.

الشكل 2. على لوح مطاطي مسطح ، لا تجد النملة المدربة صعوبة في المشي في خط مستقيم. عندما يتسبب جسم ضخم في انخفاض كبير في الورقة ، فإن النملة ، التي يجب أن تمشي حيث تأخذه الورقة ، تجد مسارها قد تغير (ملتوي) بشكل كبير.

دعنا الآن نرسل النملة مرة أخرى في رحلة تقترب من ثقالة الورق ، ولكن ليس فوقها. بعيدًا عن ثقالة الورق ، لا تجد النملة صعوبة في المشي ، الذي ينظر إلينا مباشرة. ومع اقترابها من ثقالة الورق ، تضطر النملة للأسفل في الترهل. يجب بعد ذلك أن يتسلق الجانب الآخر قبل أن يتمكن من العودة للمشي على جزء غير مشوه من الملاءة. طوال هذا الوقت ، تتبع النملة أقصر طريق يمكنها ذلك ، ولكن من خلال عدم وجود خطأ من جانبها (بعد كل شيء ، لا يستطيع النمل الطيران ، لذلك يجب أن يبقى على الورقة) هذا المسار منحني من خلال تشويه الورقة بحد ذاتها.

بالطريقة نفسها ، وفقًا لنظرية أينشتاين ، يتبع الضوء دائمًا أقصر مسار عبر الزمكان. لكن الكتلة المرتبطة بالتركيزات الكبيرة للمادة تشوه الزمكان ، وأقصر المسارات وأكثرها مباشرة لم تعد خطوطًا مستقيمة ، بل منحنيات.

ما هو حجم الكتلة قبل أن نتمكن من قياس التغيير في المسار الذي يتبعه الضوء؟ في عام 1916 ، عندما اقترح أينشتاين نظريته لأول مرة ، لم يتم اكتشاف أي تشويه على سطح الأرض (لذلك ربما لعبت الأرض دور حبة الرمل في تشبيهنا). كان شيء ما بكتلة مثل شمسنا ضروريًا لاكتشاف التأثير الذي كان يصفه أينشتاين (سنناقش كيف تم قياس هذا التأثير باستخدام الشمس في القسم التالي).

قد يكون وزن الورق في هذا القياس قزمًا أبيض أو نجمًا نيوترونيًا. يكون تشويه الزمكان أكبر بالقرب من أسطح هذه الأجسام الضخمة المضغوطة منه بالقرب من سطح الشمس. وعندما ، بالعودة إلى الوضع الموصوف في بداية الفصل ، ينهار نواة نجمية تزيد كتلتها عن ثلاثة أضعاف كتلة الشمس إلى الأبد ، فإن تشوهات الزمكان القريبة جدًا منه يمكن أن تصبح محيرة للعقل حقًا.

المفاهيم الأساسية والملخص

من خلال النظر في عواقب مبدأ التكافؤ ، خلص أينشتاين إلى أننا نعيش في زمكان منحني. يحدد توزيع المادة انحناء الزمكان والأجسام الأخرى (وحتى الضوء) التي تدخل منطقة من الزمكان يجب أن تتبع انحناءها. يجب أن يغير الضوء مساره بالقرب من جسم ضخم ليس لأن الضوء ينحني بفعل الجاذبية ، ولكن بسبب الزمكان.


كيف ينحني الزمكان؟

حسنًا ، يجب أن يكون لديك بعض الكتلة / الطاقة في مكان ما ، على الأقل كشرط حدودي ، وإلا فسيكون الزمكان مسطحًا. ما يسمح للزمكان بالانحناء هو وجود الطاقة والزخم والضغط. هذه الكميات هي مكونات لما يسمى موتر الإجهاد والطاقة ، وهو & quotsource & quot of الجاذبية في GR. إليك بعض الروابط لتبدأ بها:

mijfin ، لقد طرحت سؤالًا استفزازيًا تمامًا. وليس من الواضح ما إذا كنت تنوي التحقيق في الجانب الفلسفي للانحناء ومشكلة المادة / الإجهاد والطاقة. يبدو أنك تتحقق من التفاصيل حول كيفية قيام شيء ما & & quot؛ & quot؛ & quot؛ & quot؛ & quot؛ &؛ في & quot؛ أو يؤثر & quot؛ & quot؛ الزمكان في الانحناء.

يبدو أن علماء الفيزياء قد تخلوا عن أي محاولة لإسناد سبب (بالمعنى الفلسفي الأساسي) إلى انحناء الزمكان. أولاً ، لا يبدو أن علماء الفيزياء يعتبرون الزمكان شيئًا موجودًا كبنية رباعية الأبعاد. أي ، من وجهة النظر هذه ، لا يجب أن تتخيل هيكلًا به انحناء مادي فعلي. إنها مجرد علاقات رياضية. تعطينا معادلات أينشتاين علاقات رياضية بين التعبيرات الشبيهة بالهندسة والأشياء المادية ، لكن هذه مجرد علاقات رياضية. يمكنك إبداء تعليقات مقلوبة مثل ، & quotMass يخبر الفضاء كيف ينحني ويخبر الفضاء الكتلة كيف تتحرك. & quot ولكن هذه الأنواع من العبارات لا يبدو أنها توفر الإلزام حقًا.

الآن ، هناك مفهوم يُعرف باسم & quot؛ نموذج الكون & quot؛ الذي يؤكد على هيكل رباعي الأبعاد مع انحناء مادي حقيقي. لكن هذا النموذج غير مقبول بشكل عام من قبل علماء الفيزياء في هذا المنتدى. على أي حال ، فإن هذا النوع من النماذج يلغي السببية تمامًا - باستثناء العلاقة الرياضية المفيدة كأداة في تنظيم قواعد الفيزياء. هذه القواعد ، في التحليل النهائي ، يجب أن تؤخذ فقط كأدوات رياضية مفيدة - مفاهيم مطبقة في ممارسة الفيزياء.

bobc2 ، هل يمكنك دعم هذا البيان بالمراجع؟

ما تسأله هنا حقًا هو & quot لماذا تعتبر GR نظرية جيدة؟ & quot *. لسوء الحظ ، الشيء الوحيد الذي يمكن أن يجيب هو نظرية الجاذبية الأفضل. نظرًا لأنه يبدو أنه من الصعب العثور على مثل هذه النظرية ، يمكنني أن أؤكد لك أنه في المرة الأولى التي يكتب فيها شخص ما إجابة ، لن يفهمها أي تخصص في الفيزياء. سأكون مندهشا إذا كانت هناك إجابة على ذلك تستطيع أن تكون مفهومة من قبل طلاب البكالوريوس.

*) قارن هذا بالطريقة التي قد يسأل بها شخص يدرس نظرية نيوتن & quot؛ كيف يعرف جسم ضخم عندما يتحرك جسم ضخم آخر؟ & quot والإجابة الجيدة الوحيدة التي نعرفها ، مقدمة من GR وتتضمن انحناء الزمكان.

سيستغرق الأمر بعض الوقت لتقريب مجموعة المراجع لإرضائك. هذا اقتباس سريع أعتقد أنه سيجد اتفاقًا بين معظم الفيزيائيين في هذا المنتدى.

& quotGeneral Relativity & quot، Robert Geroch ، صفحة 12: إذا أردت ، فإن & quot؛ أربعة أبعاد & quot هي مجرد طريقة ملائمة لوصف العالم والتفكير فيه ، لا شيء أكثر من ذلك. هل & quot؛ البعد الرابع & quot؛ حقيقي؟ يجب أن يكون واضحًا الآن ، من هذه الملاحظات ومن مناقشة & quot؛ الواقعية & quot في الفصل الأول ، أن الفيزياء لن تجيب على مثل هذا السؤال ، وأن موقف علماء الفيزياء سيكون أن مثل هذا السؤال ليس وثيق الصلة بالموضوع.

أعتقد أن mijfin يجب أن يتبع الاقتراحات المقدمة من DaleSpam و Fredrik ، لأن هذه هي الطريقة التي اتبع الفيزيائيون بها النسبية العامة - هذا ما لدينا كنظرية. هذه هي الفيزياء الحقيقية - هذا ما يفعله الفيزيائيون.

الشيء الوحيد الذي تحتاجه لتمييز هندسة المستوى عن هندسة سطح الكرة هو المسطرة.

نظرًا لأن المساحة تدعم المساطر ، فلديك كل الأدوات التي تحتاجها لقياس وتحديد الانحناء. للنظر في انحناء الزمكان ، تحتاج أيضًا إلى ساعات ومساطر ، حيث يجب أن تكون قادرًا على قياس الفترات الزمنية وكذلك الفواصل المكانية.

إن التعريفات الفنية التفصيلية لكيفية كون الانحناء موترًا بالضبط تصبح رياضية وتجريدية إلى حد ما. ولكن مع القليل من المعرفة بهندسة المستوى الأساسية ، يجب أن ترى بعض الاختلافات المهمة بين الهندسة ثنائية الأبعاد لسطح الكرة والهندسة ثنائية الأبعاد للمستوى ، على الرغم من أن كلاهما & quot؛ فارغ & quot. المهم هو أن تكون قادرًا ، من الناحية المفاهيمية ، على تحديد النقاط على & quot؛ اقتباس & quot الفضاء - أو & quoty & quot؛ فراغ-وقت- إذا اخترت ، بحيث يمكنك قياس المسافات.

ربما تكون أسرع طريقة لمعرفة الفرق بين المستوى وسطح الكرة هي النظر في مجموع الزوايا التي يصنعها المثلث. Howeer هناك طرق أخرى لا تتضمن قياس الزوايا ، وهي طرق لا تتطلب سوى قياس المسافات ، مثل قياس أقطار المربع.

يجب أن يقنعك القليل من التفكير أنه إذا كان لديك شكل رباعي الأضلاع بأربعة جوانب متساوية ، واثنين من الأقطار المتساوية ، فإن الأقطار على المستوى تساوي sqrt (2) مضروبًا في الجوانب على المستوى ، وأنهم ليسوا كذلك الجذر التربيعي (2) مضروبًا في الأضلاع إذا رسمت نفس المربع (أربعة أضلاع متساوية ، قطريان متساويان) على الكرة.

لذلك ، لا تحتاج إلى أي شيء خاص & quotmystical & quot لتحديد ما إذا كانت هندستك مسطحة أم لا. من الضروري والكافي أن يكون لديك مسطرة وطريقة لتمييز النقاط لتحديد ما إذا كانت الهندسة مسطحة أم لا.


الموضوع: المكان / الزمان منحني بالكتلة هل يمكن أن يمتد أيضًا؟

إذا كان الفضاء / الوقت تحت الجاذبية القياسية منحنيًا بالقرب من الكتلة

يمكن أن DM بعض كيف تمتد أيضا الفضاء / الوقت على مسافة

من شأنه أن يزيل غير مرئي غير معروف ما يسمى بالطاقة المظلمة

إذا كانت قوة الجاذبية يمكن أن تغير شكل المكان / الزمان [منحنه]
و DM أكثر وفرة من المادة العادية
وانتشار واسع
هل يمكن أن تكون القوة البطيئة التي تمتد الفضاء في جميع الاتجاهات [التوسع]

الجاذبية هي نقطة جذب إلى الجسم
ولكن إذا كان DM ينتشر على نطاق واسع وفي المجموع أكبر بكثير من كونه مادة طبيعية
هل يمكن أن تمارس قوة خارجية بدلاً من الانحناء ، تمدد المكان / الزمان
نظرًا لأن DM الموزع على نطاق واسع ليس له أي نقطة في الانحناء

حسنًا ، إذا كانت الإجابة بنعم كبيرة
تأثير الجاذبية يتحرك بسرعة الضوء
وكان التضخم أكبر من سرعة الضوء
هل يمكن أن يكون التمدد الإضافي بمرور الوقت هو امتداد جاذبية DM البعيدة

احب البساطة
إذا استطعنا استبعاد DE الإضافية كشيء منفصل
وربطها بعيدًا DM ببطء للوصول إلى أبعد من ذلك لتمديد الزمكان
عندئذٍ لا نحتاج إلى المزيد من DM فقط ببطء إضافته إلى السحب لأن المسافة البعيدة DM محسوسة بالمكان / الزمان

أو لوضع طريقة أخرى
في وقت واحد بعد مليار سنة من BB ، فقط DM في غضون مليار سنة ضوئية يسحب المكان / الزمان
بعد 10 مليارات سنة على بعد 10 مليارات سنة ضوئية DM تضيف جاذبيتها لتمتد بقوة أكبر

حسنا، ولكن
إذا كان الجاذبية البعيدة محسوسة فقط بالمكان / الزمان وليس بالكتلة الطبيعية؟
لأن المكان / الزمان ليس كتلة بل يتأثر بالجاذبية [منحني]
لأننا لا نرى تأثيرات محلية حقيقية لـ DM أو DE
لكن لا ترى الجاذبية تقوس الفضاء المحلي

لماذا لا يتم تمديد الفضاء كخاصية فرعية لجاذبية DM

في أوصاف النسبية العامة ، فإن المصطلحات & quotcurve & quot
و & quotstretch & quot يشيران إلى نفس الشيء. كتلة الطاقة
يمتد الزمكان بالقرب منه في الاتجاه الشعاعي.
قد يكون ذلك أوضح من القول بأن الزمكان منحني ،
لأنه من المستحيل تحديد الاتجاه الذي ينحني فيه ،
بخلاف ذلك من خلال العرف ، الاتجاه إيجابي.

فقط على مستوى علمي خالص
نحن لا نعرف الكثير حقًا
DE والتوسع المتسارع يبلغ من العمر حوالي 10 سنوات
نحن نعلم حقًا أننا لا نعرف الكثير عن هذا حتى الآن


الكثير مما نعتقد أنه قد يكون صحيحًا
ستبدو غريبة مثل الفيلة على سلحفاة خلال 1000 عام

فقط على مستوى علمي خالص
نحن لا نعرف الكثير حقًا
DE والتوسع المتسارع يبلغ من العمر حوالي 10 سنوات
نحن نعلم حقًا أننا لا نعرف الكثير عن هذا حتى الآن


الكثير مما نعتقد أنه قد يكون صحيحًا
ستبدو غريبة مثل الفيلة على سلحفاة خلال 1000 عام

ليس صحيحا. المصطلح & quotcurve & quot هو وصف لـ
شكل الزمكان من حيث الهندسة الريمانية.
مصطلح & quotstretch & quot هو وصف للزمكان
من أجل الحصول على هذا الشكل.

من أجل احتواء الجروح الورقية المسطحة للكرة الأرضية على ملف
كرة منحنية ، يجب أن تتمدد الورقة (أو تتقلص).

من الممكن أن تكون هندسة Riemannian ليست سوى
التناظرية الرياضية للخصائص الفعلية لـ
الزمكان ، بدلاً من وصف الزمكان
بحد ذاتها. وهذا يعني أن الهندسة الريمانية قد تكون دقيقة
توقع سلوك المادة في الزمكان حتى
إذا لم يكن الزمكان & quot ؛ هندسيًا بطبيعته & quot؛
ولن تكون مصادفة أن ريمانيان
يمكن للهندسة أن تفعل ذلك - ستكون نتيجة لـ
التشابه الرياضي بين الاثنين. لو كان ذلك
يحدث أن يكون الأمر كذلك ، فأنا أوافق على ذلك
المصطلح & quotcurve & quot-- جنبًا إلى جنب مع الهندسة الريمانية
بشكل عام - هو تشبيه.

سواء كانت منحنيات الزمكان أم لا ، فمن الواضح أنها
يمتد. تمدد الزمكان هو السبب
الانزياح الأحمر الجاذبي والانزياح الأزرق.

& quotCurvature & quot هو بالضبط ما تصفه الرياضيات ، و
& quot تمتد & quot هو كيف تنحني.


المحاضرة 33: المكان والزمان والجاذبية

    يتضمن قانون القوة (السطر 1) معرفة فورية بالمسافة ، R ، لكن المعلومات تنتقل فقط بسرعة الضوء.

& quotI إطار بدون فرضية & quot

مبدأ التكافؤ

لا يوجد تمييز بين تسارع الجاذبية والتسارع بالقصور الذاتي.

النسبية العامة

الجاذبية تربط المادة بالمادة.

ولكن ما أهمية & quot؛ معرفة & quot أن الأمر الآخر & quot؛ هناك & quot؛

  • استخدمت النسبية الخاصة الضوء لتوحيد المكان والزمان في الزمكان ، لكنها تركت المادة منفصلة.
  • تحتاج إلى توحيد المادة والجاذبية مع الزمكان.

أدخل الهندسة

تؤدي قوانين نيوتن إلى وصف هندسي للحركة:

استخدم الهندسة لوصف مسارات الأجسام المتحركة عبر الفضاء.

تحتاج إلى وصف هندسة الزمكان.

أقصر طريق.

  • أقصر طريق بين نقطتين هو الخط المستقيم.
  • تبقى الخطوط المتوازية متوازية دائمًا.
  • أقصر مسار هو خط منحن.
  • الخطوط التي تبدأ بالتوازي يمكن أن تتقارب أو تتباعد على مسافة ما.

الهندسة الموحدة

الأجسام المتحركة تتبع خطوط مستقيمة.

الزمكان المنحني

  • أقل المسارات هي خطوط منحنية.
  • كتلة أكبر = انحناء أكبر في الزمكان.
  • أقرب = انحناء أكبر للزمكان.

كائن يسقط بحرية يتبع مسارًا منحنيًا.

نظرية الجاذبية الجديدة

يستبدل الفكرة النيوتونية عن "القوة" بانحناء الزمكان.

صمدت GR حتى الآن في جميع الاختبارات التجريبية.

المدار المسبق لعطارد

يتقدم المحور الرئيسي لمدار عطارد ببطء

أينشتاين 1 ، نيوتن 0

  • يتغير انحناء الزمكان مع اقتراب عطارد من الشمس في مداره.
  • يعطي المدار قليلا.
  • هذا يضيف 43 قوسًا إضافيًا / قرن !!

انحناء ضوء النجوم

ينتقل الضوء في أقصر مسار عبر الزمكان.


البيانات مأخوذة من كسوف الشمس الكلي لعام 1922.

توقع آخر: عدسات الجاذبية (الثمانينيات)

ثنائي بولسار

1975: اكتشف Hulse & amp Taylor نجمًا نابضًا ثنائيًا

  • تسارع الكتل تنبعث منها موجات الجاذبية.
  • يجب أن يؤدي فقدان الطاقة من موجات الجاذبية إلى جعل مدار النجوم النابضة أقرب.

فاز Hulse & amp Taylor بجائزة نوبل لعام 1994 عن هذا الاكتشاف.

إلى أين نيوتن؟

قوانين نيوتن تقريبية لـ GR.

ملاحظات:

إذا لم تقم بإجراء هذا التصحيح وبدلاً من ذلك تقيس المقدار بالنسبة للاعتدال ، فستحصل على القيم المذكورة في كتاب Seed ، وهي 5600.73 قوسي / قرن تمت ملاحظته ، و 5557.62 قوسًا / قرنًا تنبأت به الجاذبية النيوتونية. ومع ذلك ، من المتوقع 5557.62 قوس / القرن ، فقط

523 قوس / قرن يرجع في الواقع إلى قاطرات الجاذبية المجمعة للكواكب الأخرى على عطارد والباقي يرجع بالكامل إلى سوء اختيار الإطار المرجعي. لا يزال التناقض في القرن الثالث والأربعين بين الملاحظات والتنبؤات النيوتونية دون تغيير بالطبع.


الشحنة منحنى الزمكان. يختلف مقياس الثقب الأسود المشحون عن الثقب الأسود غير المشحون. تم وصف الثقوب السوداء المشحونة (غير الدوارة) بواسطة مقياس Reissner-Nordström. يحتوي هذا على بعض الميزات الرائعة ، بما في ذلك العمل كبوابة إلى أكوان أخرى ، على الرغم من أنه للأسف من غير المحتمل أن تكون ذات صلة ماديًا. هناك بعض النقاش حول هذا في الإجابات على السؤال هل تمتلك الأشياء طاقة بسبب شحنتها؟ على الرغم من أنها ليست نسخة مكررة. أي شيء يظهر في موتر الإجهاد والطاقة سوف ينحني الزمكان.

Spin لها تأثير أيضًا ، على الرغم من أنني يجب أن أعترف بأنني خارج منطقة الراحة الخاصة بي هنا. لأخذ السبين في الحسبان ، يجب أن نوسع GR لتشمل نظرية أينشتاين-كارتان. ومع ذلك ، على نطاق واسع ، يكون صافي الدوران صفرًا فعليًا ، ولا نتوقع أن يكون للدوران أي تأثير كبير حتى نصل إلى مقاييس الطول الكمي.

تقترن الجاذبية بأي شيء داخل موتر الإجهاد والطاقة ، كما تمليه معادلات المجال ،

يؤثر كل من الشحنة والزخم الزاوي على انحناء الزمكان ، حيث يؤثران على المقياس. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك وجود ثقب أسود مشحون بالدوران ، موصوفًا بمقياس Kerr-Newman ،

$ mathrmق ^ 2 = - يسار (< mathrmr ^ 2 over Delta + mathrm theta ^ 2> right) rho ^ 2 + left ( mathrmt- alpha sin ^ 2 theta mathrm phi right) ^ 2 frac < Delta> < rho ^ 2> - left ((r ^ 2 + alpha ^ 2) mathrm phi - alpha mathrmt right) ^ 2 frac < sin ^ 2 theta> < rho ^ 2> $

تعتمد المعلمتان $ alpha $ و $ rho $ على الزخم الزاوي ، بينما يعتمد $ Delta $ في الواقع على شحنة الثقب الأسود. من الواضح أن أشكال الانحناء تعتمد أيضًا على هذه.

لماذا لا ينحني الزمكان بسبب قوى أو جوانب أخرى من الأجسام؟

يتأثر الزمكان بوجود حقول أخرى. على سبيل المثال ، تم وصف المجالات الكهربائية والمغناطيسية بواسطة Maxwell Lagrangian ،

حيث $ F = mathrmA $ هو شدة المجال ، وشكل مغلق $ 2. تحتوي نظرية المجال على موتر طاقة - إجهاد غير متلاشي (مشتق من خلال تطبيق نظرية نويثر على ترجمات الزمكان) والذي يقع على الجانب الأيمن من معادلات المجال ، وسيؤدي إلى حدوث انحناء. مثال آخر: مقياس Kaluza-Klein في نظرية Kaluza-Klein مُعطى بواسطة ،

$ mathrms ^ 2 = g _ < mu nu> mathrmس ^ مو ماثرمx ^ nu -e ^ <2 sigma (x)> left [ mathrm psi + A_ mu mathrmx ^ mu right] ^ 2 $ ومن ثم ، في هذا النموذج $ 5D $ يتأثر الزمكان بحقل عددي $ sigma (x) $ ، وأربعة احتمالات $ A_ mu $.

من أجل الاكتمال ، فإن الإجراء الذي يولده مقياس كالوزا كلاين هو ،

مما يقلل من نظرية أينشتاين-ماكسويل إذا كان $ psi sim psi + L $ ، لبعض الفترة $ L $ و dilaton $ sigma = mathrm$.


هل الكتلة هي مصدر الزمكان؟

هذا غير صحيح. يمكن للجاذبية النيوتونية مع التوزيع الشامل المناسب أن تناسب منحنيات دوران المجرة بشكل جيد. لا تقتصر الجاذبية النيوتونية على كتل نقطية ذات قوة جاذبية مربعة معكوسة.

يتم تقريب توزيع الكتلة في النظام الشمسي جيدًا بواسطة عدد صغير من كتل النقاط التي تتفاعل مع قوة مربعة عكسية. المجرة ككل ليست من الأفضل تقريبها من خلال التوزيع المستمر للكتلة بكثافة تختلف باختلاف الموقع. (بالمعنى الدقيق للكلمة ، يمكن للمرء أن يحاول تصميم مجرة ​​على أنها عدد كبير من الكتل النقطية المتفاعلة ، لكن هذا صعب من الناحية الحسابية لأن عدد النقاط المطلوبة سيكون كبيرًا جدًا - مائة مليار أو أكثر).

نعم إنه كذلك. مجرتنا هي جزء من المجموعة المحلية ، والتي بدورها جزء من مجموعة مجرات أكبر ، والتي بدورها جزء من عنقود فائق.

أم حقيقة أن المجرة تتكون من كتلة جاذبية كبيرة؟

لست متأكدًا مما تحاول قوله هنا.

هذا صحيح في الأساس ، لكنه لا يعني ما تعتقد أنه يعنيه. انظر أدناه.

قالت Angelika10- & quot ؛ لذلك ، مجال مركز المجرة كبير في مكاننا! & quot- قانون نيوتن الأول (للحركة الخطية) - السرعة لا تعتمد على القوة. في هذه الحالة تكون الحركة عبارة عن حركة دورانية w = v / r. قوة الجاذبية المركزية = mv ^ 2 / r وهذا يتناسب (يساوي) مع شدة المجال. على الرغم من أن الجماهير هي نفسها ، إلا أن أنصاف الأقطار مختلفة. تقع الأرض على بُعد 150 مترًا من الشمس ، ولكنها تبعد كثيرًا عن قلب المجرة (27000 ليالي = 10 كم = 10 × 10 ^ 12 كم). لذلك ، كلما زاد نصف القطر ، كانت قوة الجاذبية المركزية أصغر.
في الواقع ، إذا كان المجال الناتج عن قلب المجرة أكبر من الشمس ، فأنا أظن أن قوى المد والجزر في المجرة ستمزق النظام الشمسي.

قد أكون مخطئا. هذا مجرد تحليل كلاسيكي.

نعم آسف هذا ما قصدته. شكرا ايبيكس للتصحيح.

كما أن موراي جيل- مان لديه محادثة TED حول سبب جمال الفيزياء بمقاييس مختلفة لأنها متشابهة.

لا أعتقد ذلك. إذا كان جسمان جاذبان ينتجان نفس قوة المجال عند نقطة معينة ، فإن تأثيرات المد والجزر تكون أضعف بالنسبة للجرعة الأكبر والأبعد.

(لا حاجة إلى GR لهذا الحساب ، التقريب النيوتوني جيد).

موتر Ricci ليس على LHS من معادلات المجال موتر أينشتاين. موتر آينشتاين ليس بالضبط & quot؛ حجم مكسب & quot بل حتى مع ترك ذلك جانبًا ، ما يمثله LHS لـ EFE ليس مجرد & quot؛ ربح & quot؛ بل & quot؛ ربح أو خسارة & quot. بالنسبة للمادة العادية ذات & الجاذبية النسبية & quot ، تتنبأ EFE بالحجم خسارةلا ربح. (بتعبير أدق ، سينخفض ​​حجم كرة صغيرة من جسيمات الاختبار.)

تقدم هذه الورقة التي أعدها بايز وبون معالجة أساسية جيدة:

حسنًا ، يكتبون ، أن حجم كرة صغيرة من جزيئات الخصية سينخفض ​​بمرور الوقت. وهذا هو المعنى الأساسي لـ & quot ؛ الجاذبية يجذب & quot.

سؤالي آخر: إذا زادت الكتلة ، فهل سيزداد الحجم أم ينقص بسبب الكتلة الإضافية؟
. هل يمكن أن يساعد الموتر المتري؟ diag (B، -A، -r²، -r²sin (ثيتا))

بتعبير أدق ، أن المعدل المقيس & الاقتباس & اقتباس الحجم - المشتق الثاني من الحجم فيما يتعلق بالوقت ، مقسومًا على الحجم - سالب. هذا يعني أن الحجم ، إذا بدأ من & quotrest & quot (معدل التغير الصفري مع الوقت) ، سينخفض ​​بمعدل يزيد مع مرور الوقت.

موتر ريتشي لا يصف & quotmass & quot. يصف كثافة الإجهاد والطاقة. بالنسبة للحالة البسيطة للسائل المثالي ، موتر Ricci - بشكل أكثر دقة ، الجزء الذي يحدد (سلبي) & quaceleration & quot للحجم الموصوف أعلاه - سيكون ## rho + 3 p ## ، حيث ## rho ## هو كثافة طاقة السائل و ## p ## هو الضغط. الإيجابي # rho + 3p ## يعني أن & quot التسارع & quot في الحجم سلبي - & quot؛ جذاب & quot؛ الجاذبية. لاحظ أن هذا للمراقب الذي هو داخل السائل ، مع ملاحظة سلوك كرة صغيرة من جسيمات الاختبار الموجودة أيضًا داخل السائل.

من الشكل القياسي للمقياس المتري الثابت كرويًا.

## ds ^ 2 = B (r) c ^ 2dt ^ 2 -A (r) dr ^ 2 - r ^ 2 (d theta ^ 2 + sin ^ 2 theta d phi ^ 2) ##

ما الذي يعنيه & quot؛ زيادة & quot موتر؟ الموتر ليس رقمًا.

بتعبير أدق ، أن المعدل المقيس & الاقتباس & اقتباس الحجم - المشتق الثاني من الحجم فيما يتعلق بالوقت ، مقسومًا على الحجم - سالب. هذا يعني أن الحجم ، إذا بدأ من & quotrest & quot (معدل التغير الصفري مع الوقت) ، سينخفض ​​بمعدل يزيد مع مرور الوقت.


موتر ريتشي لا يصف & quotmass & quot. يصف كثافة الإجهاد والطاقة. بالنسبة للحالة البسيطة للسائل المثالي ، موتر Ricci - بشكل أكثر دقة ، الجزء الذي يحدد (سلبي) & quaceleration & quot للحجم الموصوف أعلاه - سيكون ## rho + 3 p ## ، حيث ## rho ## هو كثافة طاقة السائل و ## p ## هو الضغط. الإيجابي # rho + 3p ## يعني أن & quot التسارع & quot في الحجم سلبي - & quot؛ جذاب & quot؛ الجاذبية. لاحظ أن هذا للمراقب الذي هو داخل السائل ، مع ملاحظة سلوك كرة صغيرة من جسيمات الاختبار الموجودة أيضًا داخل السائل.

لكن هذا ليس Ricci ولكن موتر زخم الطاقة ، ## T _ < mu nu> = ( epsilon + P) u ^ < mu> u ^ < nu> -P g ^ < mu nu > ## (لسائل مثالي). مصدر مجال الجاذبية (أو انحناء الزمكان المكافئ) هو ضغط زخم الطاقة لـ & quotmatter & quot ، كما هو موضح في معادلات مجال أينشتاين ،
$ R _ < mu nu> - frac <1> <2> R g_ < mu nu> = kappa T _ < mu nu>. $
هنا ## R _ < mu nu> ## موتر Ricci ، ## R ## تتبعه ، ## kappa = 8 pi G / c ^ 4 ## مع ## G ## هو ثابت جاذبية نيوتن . تعتمد العلامة الموجودة على الجانب الأيمن على الاصطلاح ، أي كيف تعاقد موتر انحناء ريمان مع موتر ريتشي.

An equivalent form is
$R_=kappa left (T_-frac<1> <2>T g_ ight), quad T=T_^.$


Problem to solve

To understand the interaction between the curvature of spacetime and mass, let's consider a flat spacetime (a). The insertion of an object will curve this spacetime (b). Indeed, the internal spacetime of the object "pushes" the flat spacetime to make room.

As we see, it is the VOLUME of the object, not its MASS, that deforms spacetime. This is a logical observation . but since 1919, experiments show the contrary.

Einstein demonstrated that spacetime is curved by masses, not by volumes. This assertion, which is verified by experimentation, is totally irrational since, to date, no one can explain how a mass can curve spacetime. So, the question is:


Is spacetime curved:
▪ by volume? (logical, but wrong. )
▪ or by mass? (irrational, but proven)


Why does mass bend space-time?

Because it has a rest energy E = m c 2 and energy-momentum curves spacetime.

As to why energy-momentum curves spacetime, and what exactly this means, that's quite a question.

Assuming the equivalence principle, we know that إذا spacetime can be "bent" by something, it لديها to be energy-momentum, either in the way General Relativity prescribes or in a slightly different form. So barring a few details we know we must have Einstein's field equations

Einstein tensor = constant * stress-energy tensor

Where the Einstein tensor is a function of curvature, and the stress-energy tensor is composed of the densities and fluxes of energy and momentum. There is almost no other possible form for this equation. In particular the source of curvature can only be energy-momentum and not, say, some other form of charge.

The reasoning to deduce the above result is sadly very technical. Iɽ basically be paraphrasing all of Einstein's work if I tried to explain the proof.

We have reduced ourselves to the above with an unknown constant. The constant can in principle be zero. There is no reason in known theoretical physics for it not to be. However, empirically we observe gravity. Rewriting the constant as such

(that's a definition of G) and studying a special limit of the above equation we find, of course, that the above implies the existence of Newtonian gravity, where Newton's constant is G. Since we experimentally know since the 1600s that G is nonzero, because, well, gravity exists, we know that constant also isn't and therefore stress-energy يفعل curve spacetime.

That's where universally accepted physics ends a real answer to the لماذا question, that is why is G nonzero in the first place, would be a theory of quantum gravity. My favourite is of course string theory, in which a spacetime where Einstein's equations hold blossoms in a very neat way. However it gets way too mathy very fast and I also cannot guarantee this is actually what happens in the real world, so I'm omitting an explanation.


How could a Small Warped Spacetime Orbits a Large Warped Spacetime?

I know there are a lot of priests teaching the mysterious things they do not understand, and cosmologist does the same thing.

Have you ever wondered why the Earth orbits around the Sun was illustrated with the warping of spacetime? Have you wondered why this illustration doesn’t picture the Moon orbits the Earth? Here’s a look at what makes the illustration is not complete and seems illogical.

Here’s a look at the Moon is pictured orbits around the Earth.

The warping of spacetime

In 1915 Einstein introduced the world t o the idea of general relativity. At his theory on general relativity, Einstein concluded that the light just as other material objects, moved in curve if gravity field of an object was massive. General relativity states that gravity is nothing about force. It describes the behaviour of objects in a gravitational field -the planets, for example -not in terms of ‘ attraction ‘ but simply in terms of the paths they follow. To Einstein, gravitation is simple part of inertia the movement of the stars and the planets arise from their inherent inertia and the courses they follow are determined by the metric properties of space -or, more properly speaking, the warped of spacetime.

Unfortunately, Einstein doesn’t explain the connection between the warped of spacetime with the atmospheric medium around the massive bodies. Atmospheric medium of the Sun and Earth are real. It seems so logical, or not when the Earth orbits around the Sun, can be pictured as seen in the illustration above. There are two warped spacetime, a small warped of spacetime and a large of spacetime and a small warped of spacetime orbits a large of spacetime.

Spacetime grips mass, telling it how to move… Mass grips spacetime, telling it how to curve (Physicist John Wheeler)-NovaOrgAu

If that is true, so a small warping spacetime orbits a large warping spacetime and million of large warping spacetime orbits a very large spacetime.

Spacetime is a mathematical model which has no relation to reality.

Imagine, then, according to Karl Schwarzschild, if the star’s volume shrinks down to critical size, the star’s mass warps spacetime so extremely that the curvature of spacetime measured at the star’s surface is infinite. Surprisingly, the Schwarzchild singularity is not actually a singularity in the terms defined by modern physics. Instead, it describes the “horizon” of an entity known as a “black hole”. Anything that crosses the horizon and falls into the hole becomes forever trapped, with no information able to escape from within the hole’s walls. In particular, no light can escape past the horizon, hence the name “black hole”.

Colliding black holes

As a small black hole orbits a larger black hole, it creates gravitational waves which carry all the information required to describe the warped spacetime around the two holes, the so-called “spacetime map”.

Two black holes collide, actually, is very interesting story. You can read more this story here: Catching waves with Kip Thorne

When black holes collide, they make a sound.No human has ever heard the sound of a gravitational wave. No instrument has indisputably recorded one.(Janna Levin)

A physics professor said that given Einstein’s status as a popular icon, there are countless people who wish to prove him wrong, even among scientists with degrees to their names. Does that mean one can not reveal Einstein’s fault, although the evidence and fact had been found that his theory is invalid?

I think, it doesn’t matter people wish to prove him wrong with the goal to their reputation or not, because many people will test the findings. If the findings are incorrect, it will further enhance Einstein’s status as a popular icon. If the findings are correct, it has very important for the future generations of scientists.That’s really very important for the future generations of scientists but no one has paid attention yet.

Here you’ll find my thoughts on writing and links to my published works: Medium, Twitter, Amazon, Quora. Read story about Science, Military, and Religion: My Blog and care on Health and Safety in this blog: Princess Mandalika. شكرا لك!


شاهد الفيديو: الماضي والمستقبل موجودان الأن شاهد ماهو الزمكان! الكل في علم الله.. (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Majas

    برافو ، أعتقد أن هذه فكرة رائعة

  2. Goltizahn

    كما هو الحال دائمًا ، لم يعجبني أي شيء ، إنه رتابة ومملة.

  3. Salbatore

    كرسالة لطيفة

  4. Thurstun

    أعتقد أنك مخطئ. دعنا نناقش. أرسل لي بريدًا إلكترونيًا إلى PM ، سنتحدث.

  5. Zujin

    ممنوح وهو مفيد جدا



اكتب رسالة