نشأة علم الكونيات الفيزيائية

 نشأة علم الكونيات الفيزيائية

في نهاية القرن التاسع عشر ، بداية القرن العشرين ، اعتقد الفيزيائيون أن لديهم رؤية كاملة عمليًا للقوانين التي تحكم الطبيعة ، باستثناء بعض الفجوات والتفاصيل الصغيرة. ومع ذلك ، كان الهدوء فقط هو الذي تنبأ بعاصفة فكرية جديدة ، والثورة الثانية في الفيزياء ... ستكون نظريتان جديدتان عظيمتان ، النسبية والكمية ، مسؤولة عن إثارة مياه المعرفة وضرب موجاتهما ببعض ما كان مقدسًا حتى الآن. أركان الفيزياء.

سيظهر الفيزيائي الألماني ألبرت أينشتاين بعد ذلك كأحد الأبطال الرئيسيين لهذه الثورة الثانية. ستكون تجربة ميشيلسون مورلي (1887) ، جنبًا إلى جنب مع عمل الأيرلندي جورج فرانسيس فيتزجيرالد (1892) والهولندي هندريك أنطون لورنتز (1895) سوابق مهمة لعمله. لكن كانت نظريته عن النسبية الخاصة (1905) هي التي سلطت الضوء أخيرًا على السؤال وتضمنت انهيار مفاهيم المكان والزمان المطلقين. يؤدي قبول سرعة الضوء على أنها ثابتة في الفراغ وعدم وجود نظام مرجعي بالقصور الذاتي ذي امتياز إلى نتائج ، مفهوم الفضاء الزمني المرن وغير المنفصل ، حيث يعتمد طول الجسم وزمنه وكتلته على النظام الذي يتم قياسها منه.

كما لو أنه لم يكن كافياً بالنسبة له أن يثبت أنه عند سرعات قريبة من سرعة الضوء ، يمكن أن يظهر الكون مختلفًا تمامًا عما نشعر به يوميًا ، بين عامي 1915 و 1916 كان ينشر نظريته النسبية العامة ، وهي أساسًا نظرية مجال الجاذبية والأنظمة المرجعية العامة. سيحل هذا محل نظرية الجاذبية لنيوتن. عندئذٍ تتوقف الجاذبية عن اعتبارها قوة جاذبة ، لتصبح انحناءًا للزمكان. يجب توضيح أن نظرية نيوتن هي تقريب جيد رياضيًا للواقع في الأنظمة التي لا تكون فيها مجالات الجاذبية شديدة جدًا ، ولأن حلها أسهل كثيرًا ، فلا تزال تستخدم على نطاق واسع كأداة.

يمكننا القول أن نظرية النسبية العامة هي حجر الزاوية في نشأة علم الكونيات الفيزيائية.

سيكون أينشتاين نفسه هو الذي سيقدم في ذلك الوقت أول نموذج رياضي يُعرف بالكون الثابت. في ذلك ، أدرج في معادلاته النسبية الأصلية مصطلحًا جديدًا يسمى الثابت الكوني ، والذي يتجلى كقوة طاردة مقترنة بجاذبية الجاذبية ، مما يحافظ على توازن الكون ، وبالتالي يتكيف مع الأفكار المسبقة في ذلك الوقت. يقدم أيضًا الفرضية القائلة بأن الكون على نطاق واسع (بضع مئات من الميغا فرسخ) متناح ومتجانس ، وهي فكرة تُعرف باسم المبدأ الكوني. عليك أن تعتقد أنه في ذلك الوقت تم اختزال الكون المعروف بالكامل إلى مجرتنا ، درب التبانة ،

لكن معادلات النسبية العامة لا تقدم حلاً واحداً محتملاً ، بل على العكس ، تقدم حلاً متعددًا. في نفس العام الذي أضاف فيه أينشتاين الثابت الكوني (1917) ، توصل عالم الفلك الهولندي ويليم دي سيتر إلى حل آخر ، يُعرف باسم De Sitter Universe ، بثابت كوني إيجابي وخالٍ من المادة (الفضاء الفارغ) الذي تميز به. تتوسع. ومع ذلك ، في ذلك الوقت لم تكتسب أهمية ، بسبب عدم وجود دليل على وجود كون بهذه الخصائص.

في عام 1920 ، عُقد اجتماع في الأكاديمية الوطنية للعلوم في واشنطن حيث كشف عالما الفلك هيبر كيرتس (مرصد ليك) وهارلو شابلي (جبل ويلسون) عن مواقف متعارضة في حديثين يتعلقان بمقياس الكون. جادل الأول بأن السدم الحلزونية هي مجرات خارج منطقتنا ، بينما الثانية ، تشكلات داخلها. في وقت لاحق ، سيعرف هذا باسم "المناقشة الكبرى" ، على الرغم من أن مثل هذا النقاش في الواقع لم يكن موجودًا على الإطلاق.

بعد بضع سنوات ، قام عالم الفلك الشهير Edwing Hubble بتسوية هذه المسألة بشكل نهائي من خلال إثبات ، باستخدام النجوم المتغيرة Cepheid لتقدير المسافة ، أن التكوينات الحلزونية كانت في الحقيقة مجرات أخرى مماثلة لمجرتنا ، مما يعطي بعدًا جديدًا للكون المعروف.

#by_brullen

إختبارات الزمن

 اختبارات الزمن

استخدمت تجربة بارعة في عام 1959 أدق ساعة ذرية معروفة لمقارنة قياسات الوقت في الطابق الأرضي والطابق العلوي من مبنى الفيزياء بجامعة هارفارد. بالنسبة للساعة ، استخدم المجربون التردد (عدد الدورات في الثانية) لأشعة غاما المنبعثة من الكوبالت المشع. تتنبأ نظرية أينشتاين بأن مثل هذه الساعة المصنوعة من الكوبالت في الطابق الأرضي ، والتي تكون أقرب قليلاً من مركز جاذبية الأرض ، يجب أن تعمل بشكل أبطأ قليلاً من نفس الساعة في الطابق العلوي. هذا هو بالضبط ما لاحظته التجارب. في وقت لاحق ، تم التقاط الساعات الذرية في طائرات تحلق على ارتفاع عالٍ وحتى في إحدى رحلات الجوزاء الفضائية. في كل حالة ، كانت الساعات البعيدة عن الأرض تعمل بشكل أسرع قليلاً. بينما في عام 1959 ، لم يكن الأمر مهمًا كثيرًا إذا كانت الساعة في أعلى المبنى تعمل بشكل أسرع من الساعة في الطابق السفلي ، اليوم هذا التأثير وثيق الصلة. يجب أن يقوم كل هاتف ذكي أو جهاز يتزامن مع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بتصحيح ذلك (كما سنرى في القسم التالي) لأن الساعات الموجودة على الأقمار الصناعية ستعمل بشكل أسرع من الساعات على الأرض.

يكون التأثير أكثر وضوحًا إذا كانت الجاذبية المعنية هي الشمس وليس الأرض. إذا أدت الجاذبية الأقوى إلى إبطاء وتيرة الوقت ، فسيستغرق الضوء أو الموجة الراديوية التي تمر بالقرب من حافة الشمس وقتًا أطول مما نتوقعه على أساس قانون الجاذبية لنيوتن. (يستغرق الأمر وقتًا أطول لأن الزمكان منحني بالقرب من الشمس). وكلما كانت المسافة بين شعاع الضوء وحافة الشمس في أقرب اقتراب أصغر ، زاد التأخير في وقت الوصول.

في نوفمبر 1976 ، عندما كانت المركبتان الفضائيتان Viking تعملان على سطح المريخ ، ذهب الكوكب وراء الشمس كما يُرى من الأرض (الشكل 1). كان العلماء قد برمجوا الفايكنج مسبقًا لإرسال موجة راديوية نحو الأرض تقترب بشدة من المناطق الخارجية للشمس. وفقًا للنسبية العامة ، سيكون هناك تأخير لأن الموجة الراديوية سوف تمر عبر منطقة يكون فيها الوقت أبطأ. تمكنت التجربة من تأكيد نظرية أينشتاين في حدود 0.1٪.

التكوين والتطور

 

هناك العديد من النظريات الحالية لمحاولة شرح أصل المجرات. من الفيزياء التي نعرفها ، ستكون النظرية الأولى هي أن المادة التي تشكل مجرة ​​قد اجتمعت معًا بسبب الجاذبية. كلما انضمت المادة أكثر ، نشأت المزيد من الجاذبية وازداد انجذاب المادة ، إلى النقطة التي تكون فيها هذه المنطقة ، إذا جاز التعبير ، خالية من المادة. هذا ممكن فقط بسبب عدم تجانس المادة ، أي أن الاختلافات في الكثافة هي سبب الجاذبية.

نظرية الأوتار الكونية هي تفسير آخر محتمل لتشكيل المجرات. لا يوجد دليل رصدي ، لكن الانفجار العظيم نفسه ، باعتباره النظرية الأكثر قبولًا لتشكيل الكون ، يتنبأ بوجوده ، ومن الناحية النظرية هذه خيوط ناتجة عن اللحظات الأولى للانفجار العظيم نفسه. إن افتراض أنها حلقات صغيرة ذات طاقة كبيرة تتأرجح بسرعة الضوء تقريبًا ، سيجعل من الممكن أن تفقد طاقتها حتى تنتهي في الذوبان ، مما يخلق موجات صدمة من خلال هذه الخسارة التي من شأنها أن تضغط الغازات ، وبالتالي تكون قادرة على الوصول إلى تشكل العناقيد التي من شأنها أن تؤدي إلى المجرات الأولية الأولى.

أحدث الأفكار حول تكوين الهياكل المعقدة للنجوم التي نسميها المجرات تأتي إلينا من الثقوب السوداء البدائية التي كان من الممكن أن تكون قد تشكلت في بدايات الكون والتي ستنتج عن الاصطدام مع بعضها البعض موجات صدمة هائلة والتي ، بطريقة مماثلة ، بالنسبة لتلك التي تنتجها الأوتار الكونية ، فإنها ستجعل المادة تتكثف.

من هذه النظريات وغيرها حول تكوين المجرات ودراستها القائمة على الملاحظة ، سيكون العلم قادرًا على مواصلة التقدم حيث تزودنا التكنولوجيا بأجهزة دراسة أفضل وأكثر تطورًا.

فيما يتعلق بتطور الهياكل المجرية الأولى ، من تكوينها ، إلى ما نلاحظه اليوم ، يجب أن نلاحظ في المقام الأول أن تلك التكوينات النجمية المجمعة ذات المظهر المضغوط أو المحدد إلى حد ما التي نلاحظها اليوم ، ما نقوم به هو أساس حول كيف كانوا يعتمدون على المسافة التي نتمتع فيها بالأمان النسبي ، أي عندما نتحدث عن مجرة ​​تبعد 6 مليارات سنة ، على سبيل المثال ، فإننا ننظر إلى مظهرها في ذلك الوقت ، وليس في حقيقتنا الوقت ، ولكن قبل 6000 مليون سنة ، ومن هنا جاءت ملاحظات الأجسام الأكثر بعدًا والأقرب ، فإن تفاعلات الجاذبية بين المجرات والاصطدامات بينها ستكون موضوعًا للدراسة وافتراضًا للنظريات لشرح ظهور المجرات في كل من المرحلة البعيدة والتطورية. ، عن قرب،مع هياكل محددة تمامًا ، سواء كانت هذه المجرات من أي نوع كانت ، غير منتظمة من النوع الأول أو الثاني ، بيضاوية الشكل أو حلزونية مع اختلافها فيما بينها.

يُعتقد أن معظم المجرات تشكلت في البداية على شكل حلزونات صغيرة نمت بشكل أكبر اعتمادًا على عامل الولادة النجمي. سيضيفون أيضًا نجومًا عن طريق جذب مجرات تابعة صغيرة غير منتظمة جاذبيًا ، وبمرور الوقت ، سينتهي بهم الأمر إلى أن يكونوا جزءًا منها.

المجرات غير المنتظمة هي ، على الأرجح وبغض النظر عن عمرها ، مجرات لا تزال في طور التكوين ، ولكن ليس المجرات الإهليلجية الكبيرة ، نتاج تصادمات هائلة للمجرات في مناطق وفيرة في عناقيد المجرات الكبيرة ، والتي توحدت أخيرًا بقوة الجاذبية و بعدد من النجوم أعلى بكثير من أكبر المجرات الحلزونية.

على الرغم من وجود فكرة مؤكدة ومتماسكة إلى حد ما في النظريات المختلفة لتشكيل المجرة وتطورها ، مع وجود اختبارات مختلفة تدعم بعضها البعض في بعض الجوانب ، فإن علم الفلك بشكل عام وفي هذه الموضوعات وغيرها ، سوف يتقدم دائمًا في اكتشاف بيانات جديدة استمر في شرح ما نواصل دراسته ، جنبًا إلى جنب مع أجهزة المراقبة الجديدة والقوية بشكل متزايد والتقنية التي تساعدنا على تقديم إجابات لجميع الأسئلة التي يطرحها علينا هذا الكون المعروف باستمرار ، وبينما نتقدم خطوة إلى الأمام في فهم.

By:Brüllen ali