Home / Other / قد تكون شظايا الطاقة – وليس الأمواج أو الجسيمات – اللبنات الأساسية لبناء الكون

أنت تقرأ Entrepreneur United States ، وهو امتياز دولي لشركة Entrepreneur Media. ظهرت هذه القصة في الأصل المحادثة

المادة هي ما يتكون الكون ، ولكن ما الذي يتكون منه؟ لطالما كان هذا السؤال صعبًا لأولئك الذين يفكرون فيه – خاصة بالنسبة للفيزيائيين. يعكس الاتجاهات الحديثة في الفيزياء ، بلدي الزميل جيفري أيشن و انا وصف طريقة محدثة للتفكير في الأمر. نقترح أن هذه المسألة ليست مصنوعة من حبيبات أو أمواج، كما كان يعتقد منذ فترة طويلة ، ولكن – بشكل أساسي – تتكون هذه المادة من شظايا من الطاقة.

zf L / Moment عبر Getty Images – المحادثة

رسم يوضح صورًا تمثل الأرض والهواء والنار والماء والأثير.
في العصور القديمة ، كان يُعتقد أن خمسة عناصر هي اللبنات الأساسية للواقع.
IkonStudio / iStock عبر Getty Images

من خمسة إلى واحد

تصور الإغريق القدماء من خمس كتل بناء من المادة – من الأسفل إلى الأعلى: الأرض والماء والهواء والنار والأثير. كانت الأثير هي المادة التي تملأ السماء وتشرح دوران النجوم ، كما لوحظ من وجهة نظر الأرض. كانت هذه أول العناصر الأساسية التي يمكن من خلالها بناء عالم. لم تتغير مفاهيمهم للعناصر المادية بشكل كبير لما يقرب من 2000 عام.

ثم ، منذ حوالي 300 عام ، السير اسحق نيوتن قدم فكرة أن كل المادة موجودة في نقاط تسمى حبيبات. بعد مائة وخمسين عامًا ، جيمس كليرك ماكسويل قدم ال موجه كهرومغناطيسية – الشكل الأساسي وغير المرئي غالبًا للمغناطيسية والكهرباء والضوء. كان الجسيم بمثابة اللبنة الأساسية للميكانيكا والموجة للكهرومغناطيسية – واستقر الجمهور على الجسيم والموجة باعتبارهما لبنات بناء المادة. أصبحت الجسيمات والأمواج معًا اللبنات الأساسية لكل أنواع المادة.

رسم لإسحاق نيوتن بجوار شجرة والقمر.
السير إسحاق نيوتن ، له الفضل في تطوير نظرية الجسيمات.
كريستوفر تيريلو CC BY-ND

كان هذا تحسنًا كبيرًا عن العناصر الخمسة لليونانيين القدماء ، لكنه كان لا يزال معيبًا. في سلسلة التجارب الشهيرة المعروفة باسم تجارب الشق المزدوج، يعمل الضوء أحيانًا كجسيم وفي أوقات أخرى يتصرف مثل الموجة. وبينما تسمح نظريات ورياضيات الموجات والجسيمات للعلماء بعمل تنبؤات دقيقة بشكل لا يصدق حول الكون ، فإن القواعد تنهار على المقاييس الأكبر والأصغر.

اقترح أينشتاين علاجًا في نظريته حول النسبية العامة. باستخدام الأدوات الرياضية المتاحة له في ذلك الوقت ، كان أينشتاين قادرًا على شرح ظواهر فيزيائية معينة بشكل أفضل وأيضًا حل مشكلة طويلة الأمد مفارقة تتعلق بالقصور الذاتي والجاذبية. ولكن بدلاً من تحسين الجسيمات أو الأمواج ، قام بإزالتها حيث اقترح تشويه المكان والزمان.

باستخدام أدوات رياضية أحدث ، عرضت أنا وزميلي نظرية جديدة قد تصف الكون بدقة. بدلاً من تأسيس النظرية على تواء الزمان والمكان ، اعتبرنا أنه يمكن أن يكون هناك لبنة أساسية أكثر من الجسيم والموجة. يفهم العلماء أن الجسيمات والأمواج متضادات وجودية: الجسيم هو مصدر للمادة الموجودة في نقطة واحدة ، والموجات موجودة في كل مكان باستثناء النقاط التي تخلقها. اعتقدت أنا وزميلي أنه من المنطقي أن تكون هناك علاقة أساسية بينهما.

لوحة لطفل يحدق في النجوم
يمكن لبنة بناء جديدة من المادة أن تمثل كلًا من أكبر الأشياء وأصغرها – من النجوم إلى الضوء.
كريستوفر تيريلو CC BY-ND

تدفق وشظايا الطاقة

تبدأ نظريتنا بفكرة أساسية جديدة – أن الطاقة “تتدفق” دائمًا عبر مناطق الزمان والمكان.

فكر في الطاقة على أنها تتكون من خطوط تملأ منطقة من المكان والزمان ، وتتدفق إلى تلك المنطقة وخارجها ، ولا تبدأ أبدًا ، ولا تنتهي أبدًا ، ولا تتقاطع أبدًا مع بعضها البعض.

انطلاقا من فكرة الكون من خطوط الطاقة المتدفقة ، بحثنا عن لبنة بناء واحدة للطاقة المتدفقة. إذا تمكنا من العثور على شيء من هذا القبيل وتعريفه ، كنا نأمل أن نتمكن من استخدامه لإجراء تنبؤات دقيقة حول الكون على أكبر وأصغر المقاييس.

كان هناك العديد من اللبنات الأساسية للاختيار من بينها رياضيًا ، لكننا بحثنا عن واحدة لها سمات كل من الجسيم والموجة – تتركز مثل الجسيم ولكنها تنتشر أيضًا عبر المكان والزمان مثل الموجة. كانت الإجابة عبارة عن لبنة بناء تشبه تركيز الطاقة – نوعًا ما مثل النجم – لها طاقة أعلى في المركز وتصغر بعيدًا عن المركز.

ولدهشتنا كثيرًا ، اكتشفنا أنه لم يكن هناك سوى عدد محدود من الطرق لوصف تركيز الطاقة المتدفقة. من بين هؤلاء ، وجدنا واحدًا فقط يعمل وفقًا لتعريفنا الرياضي للتدفق. أطلقنا عليه اسم جزء من الطاقة. بالنسبة لهواة الرياضيات والفيزياء ، يتم تعريفها على أنها A =-/ص حيث ⍺ هي كثافة و ص هي وظيفة المسافة.

باستخدام جزء الطاقة باعتباره لبنة بناء للمادة ، قمنا بعد ذلك ببناء الرياضيات اللازمة لحل المشكلات الفيزيائية. كانت الخطوة الأخيرة هي اختباره.

نعود إلى أينشتاين ، مضيفًا الشمولية

رسم يوضح مدار الزئبق وهو يتحول بمرور الوقت.
كانت النسبية العامة أول نظرية تتنبأ بدقة بالدوران الطفيف لمدار عطارد.
Rainer Zenz عبر ويكيميديا ​​كومنز

منذ أكثر من 100 عام ، لجأ أينشتاين إلى مشكلتين أسطوريتين في الفيزياء للتحقق من النسبية العامة: سنويًا التحول – أو الاستباقية – في مدار عطارد، و ال انحناء طفيف للضوء أثناء مروره بالشمس.

كانت هذه المشاكل في طرفي طيف الحجم. لا نظريات الموجة ولا الجسيمات للمادة يمكن أن تحلها ، لكن النسبية العامة فعلت ذلك. لقد شوهت نظرية النسبية العامة المكان والزمان بطريقة تتسبب في تحول مسار عطارد والضوء ينحني بدقة في الكميات التي تُرى في الملاحظات الفلكية.

إذا كانت لنظريتنا الجديدة فرصة لاستبدال الجسيم والموجة بالجزء الأساسي المفترض ، فسنكون قادرين على حل هذه المشكلات بنظريتنا أيضًا.

[Deep knowledge, daily. Sign up for The Conversation’s newsletter.]

بالنسبة لمشكلة ما قبل الزئبق ، قمنا بتصميم الشمس على أنها جزء ثابت هائل من الطاقة وعطارد على أنها جزء أصغر من الطاقة ولكن لا يزال بطيئًا. بالنسبة لمشكلة انحناء الضوء ، تم تصميم نموذج للشمس بنفس الطريقة ، ولكن تم تصميم الفوتون على أنه جزء ضئيل من الطاقة يتحرك بسرعة الضوء. في كلتا المشكلتين ، قمنا بحساب مسارات الأجزاء المتحركة وحصلنا على نفس الإجابات التي تنبأت بها نظرية النسبية العامة. لقد أذهلنا.

أظهر عملنا الأولي كيف أن لبنة بناء جديدة قادرة على نمذجة الأجسام بدقة من الضخم إلى الضئيل. عندما تتكسر الجسيمات والأمواج ، يظل جزء من لبنة الطاقة قويًا. يمكن أن يكون هذا الجزء لبنة بناء واحدة عالمية محتملة يمكن من خلالها صياغة الواقع رياضيًا – وتحديث الطريقة التي يفكر بها الناس حول اللبنات الأساسية للكون.

تم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة، موقع إخباري غير ربحي مخصص لتبادل الأفكار من الخبراء الأكاديميين. كتب بواسطة: لاري م.سيلفربيرغو جامعة ولاية نورث كارولينا.

اقرأ أكثر:

لا يعمل Larry M. Silverberg لصالح أي شركة أو مؤسسة أو مؤسسة قد تستفيد من هذه المقالة أو يستشيرها أو يمتلكها أو يتلقى تمويلًا منها ، ولم يكشف عن أي انتماءات ذات صلة بعد تعيينهم الأكاديمي.


Source link

Content Sources: Google - Youtube - Tumblr

About admin

Check Also

3 قطاعات لا يمكن للمستثمرين تجاهلها في عام 2022

لا توجد أشياء مؤكدة في الاستثمار ، لكن هذه القطاعات الثلاثة لديها محفزات قوية لدعم …

3 خيارات للأسهم الصحية للعام الجديد

وفقًا لـ Merriam-Webster ، قد تكون قرارات العام الجديد موجودة منذ أواخر 17ذ قرن. تشير …

سيكون عام 2022 عامًا رائعًا (لكن الأمر متروك لك)

تمت ترجمة هذا المقال من موقعنا الطبعة الاسبانية باستخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي. قد توجد أخطاء …

Recent Comments

No comments to show.