مثير للإعجاب

فهم علم الكونيات وتأثيره

فهم علم الكونيات وتأثيره


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.

علم الكونيات يمكن أن يكون من الصعب الانضباط للحصول على التعامل ، كما هو مجال الدراسة داخل الفيزياء التي تمس العديد من المجالات الأخرى. (على الرغم من الحقيقة ، في هذه الأيام ، فإن جميع مجالات الدراسة داخل الفيزياء تمس العديد من المجالات الأخرى.) ما هو علم الكونيات؟ ما الذي يفعله الأشخاص الذين يدرسونه (يطلق عليهم علماء الكون)؟ ما الدليل الموجود لدعم عملهم؟

علم الكونيات في لمحة

علم الكونيات هو علم العلوم الذي يدرس أصل الكون ومصيره النهائي. يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالمجالات المحددة لعلم الفلك والفيزياء الفلكية ، على الرغم من أن القرن الماضي قد جعل علم الكونيات يتماشى بشكل وثيق مع الأفكار الرئيسية من فيزياء الجسيمات.

بعبارة أخرى ، نصل إلى إدراك رائع:

فهمنا لعلم الكونيات الحديث يأتي من ربط سلوك أكبر الهياكل في عالمنا (الكواكب والنجوم والمجرات ومجموعات المجرات) جنبا إلى جنب مع تلك الموجودة في أصغر الهياكل في عالمنا (الجسيمات الأساسية).

تاريخ علم الكونيات

ربما تكون دراسة علم الكونيات أحد أقدم أشكال الاستقصاء المضاربي في الطبيعة ، وقد بدأت في وقت ما من التاريخ عندما نظر إنسان قديم نحو السماء ، وطرح أسئلة مثل ما يلي:

  • كيف وصلنا إلى هنا؟
  • ما يحدث في سماء الليل؟
  • هل نحن لوحدنا في الكون؟
  • ما هي تلك الأشياء اللامعة في السماء؟

انت وجدت الفكرة.

لقد توصل القدماء إلى بعض المحاولات الجيدة لتفسيرها. من أهم هذه العوامل في التقاليد العلمية الغربية فيزياء الإغريق القدماء ، الذين طوروا نموذجًا مركزيًا شاملاً حول مركز الأرض للكون والذي تم صقله على مر القرون حتى عصر بطليموس ، حيث لم تتطور الكوسمولوجيا حقًا لعدة قرون ، باستثناء بعض التفاصيل حول سرعات المكونات المختلفة للنظام.

التقدم الرئيسي التالي في هذا المجال جاء من نيكولاس كوبرنيكوس في عام 1543 ، عندما نشر كتابه الفلكي على فراش الموت (متوقعًا أن يتسبب في جدل مع الكنيسة الكاثوليكية) ، يحدد الخطوط العريضة لنموذجه الشمسي للنظام الشمسي. كانت الفكرة الرئيسية التي حفزت هذا التحول في التفكير هي فكرة أنه لا يوجد سبب حقيقي للافتراض بأن الأرض تحتوي على موقع متميز بشكل أساسي داخل الكون المادي. يُعرف هذا التغيير في الافتراضات باسم مبدأ كوبرنيكان. أصبح نموذج مركز كوبرنيكوس للكرة الشمسية أكثر شعبية وقبولًا بناءً على عمل تايكو براهي ، غاليليو غاليلي ، ويوهانس كيبلر ، الذين جمعوا أدلة تجريبية جوهرية لدعم نموذج كوبرنيك هيلسونيتريك.

كان السير إسحاق نيوتن هو الذي تمكن من جمع كل هذه الاكتشافات معًا في شرح حركات الكواكب في الواقع. كان لديه الحدس والبصيرة لإدراك أن حركة الأجسام الساقطة على الأرض كانت مماثلة لحركة الأجسام التي تدور حول الأرض (في جوهرها ، هذه الأجسام تتساقط باستمرار حول الأرض). نظرًا لأن هذه الحركة كانت مماثلة ، فقد أدرك أن سببها هو نفس القوة التي أطلق عليها الجاذبية. من خلال الملاحظة الدقيقة وتطوير رياضيات جديدة تسمى حساب التفاضل والتكامل وقوانينه الثلاثة للحركة ، تمكن نيوتن من إنشاء معادلات تصف هذه الحركة في العديد من المواقف.

رغم أن قانون ثقل نيوتن كان يعمل على التنبؤ بحركة السماوات ، إلا أن هناك مشكلة واحدة ... لم يكن من الواضح تمامًا كيف كان يعمل. اقترحت النظرية أن الأجسام ذات الكتلة تجذب بعضها البعض عبر الفضاء ، لكن نيوتن لم يكن قادراً على تطوير تفسير علمي للآلية التي تستخدمها الجاذبية لتحقيق ذلك. لتفسير ما لا يمكن تفسيره ، اعتمد نيوتن على نداء عام لله ، في الأساس ، تتصرف الأشياء بهذه الطريقة استجابة لحضور الله الكامل في الكون. للحصول على تفسير مادي ، سوف ننتظر أكثر من قرنين من الزمان ، حتى وصول عبقري يمكن أن يتفوق عقله حتى على نيوتن.

النسبية العامة والانفجار الكبير

سيطر علم الكونيات في نيوتن على العلوم حتى أوائل القرن العشرين عندما طور ألبرت أينشتاين نظريته في النسبية العامة ، والتي أعادت تعريف الفهم العلمي للجاذبية. في الصيغة الجديدة لأينشتاين ، كانت الجاذبية ناتجة عن انحناء وقت الفضاء ثلاثي الأبعاد استجابة لوجود جسم ضخم ، مثل كوكب أو نجم أو حتى مجرة.

واحدة من الآثار المثيرة للاهتمام لهذه الصيغة الجديدة هو أن الزمكان نفسه لم يكن في حالة توازن. في وقت قصير إلى حد ما ، أدرك العلماء أن النسبية العامة تنبأت بأن الزمكان إما أن يتوسع أو ينكمش. صدق يعتقد آينشتاين أن الكون كان أبديًا فعليًا ، فقد أدخل ثابتًا كونيًا في النظرية ، والتي وفرت ضغطًا عكس اتجاه التمدد أو الانكماش. ومع ذلك ، عندما اكتشف الفلكي إدوين هابل في نهاية المطاف أن الكون كان في الواقع في توسع ، أدرك أينشتاين أنه قد ارتكب خطأ وأزال الثابت الكوني من النظرية.

إذا كان الكون يتوسع ، فإن الاستنتاج الطبيعي هو أنه إذا كنت تريد إرجاع الكون ، سترى أنه يجب أن يكون قد بدأ في مجموعة صغيرة وكثيفة من المادة. أصبحت هذه النظرية الخاصة بكيفية بدء الكون تسمى نظرية الانفجار الكبير. كانت هذه نظرية مثيرة للجدل خلال العقود الوسطى من القرن العشرين ، حيث تنافست على الهيمنة على نظرية الحالة الثابتة لفريد هويل. ومع ذلك ، فإن اكتشاف إشعاع خلفية الميكروويف الكوني في عام 1965 ، أكد التنبؤ الذي تم فيما يتعلق بانفجار كبير ، لذلك أصبح مقبولا على نطاق واسع بين علماء الفيزياء.

على الرغم من أنه أثبت خطأه في نظرية الحالة المستقرة ، إلا أن هويل يعزى إلى التطورات الرئيسية في نظرية التخليق النووي النجمية ، وهي النظرية القائلة بأن الهيدروجين وغيره من ذرات الضوء تتحول إلى ذرات أثقل داخل البوتقات النووية التي تسمى النجوم ، ويبصقون بها في الكون عند وفاة النجم. ثم تتحول هذه الذرات الأثقل إلى ماء ، كواكب ، وفي النهاية تعيش على الأرض ، بما في ذلك البشر! وهكذا ، على حد تعبير العديد من علماء الكون المدهشين ، كلنا نتشكل من صناعة ستاردست.

على أي حال ، والعودة إلى تطور الكون. كما حصل العلماء على مزيد من المعلومات حول الكون وقياس أكثر دقة الإشعاع الخلفية الميكروويف الكونية ، كانت هناك مشكلة. مع أخذ قياسات تفصيلية للبيانات الفلكية ، أصبح من الواضح أن مفاهيم الفيزياء الكمومية تحتاج إلى لعب دور أقوى في فهم المراحل المبكرة وتطور الكون. هذا المجال من علم الكونيات النظري ، على الرغم من أنه لا يزال مضاربا إلى حد كبير ، نما خصبا للغاية ويسمى أحيانا علم الكونيات الكمي.

أظهرت الفيزياء الكمومية كونًا كان قريبًا جدًا من كونه موحدًا في الطاقة والمادة ولكنه لم يكن منتظمًا تمامًا. ومع ذلك ، فإن أي تقلبات في الكون المبكر قد توسعت إلى حد كبير على مدى مليارات السنين التي وسعها الكون ... وكانت التقلبات أصغر بكثير مما يتوقعه المرء. لذلك كان على علماء الكونيات اكتشاف طريقة لشرح الكون المبكر غير الموحد ، ولكن الكون الذي كان لديه فقط تقلبات صغيرة للغاية.

أدخل ألان جوث ، عالم فيزياء الجسيمات الذي عالج هذه المشكلة في عام 1980 مع تطور نظرية التضخم. كانت التقلبات في الكون المبكر تقلبات كمية طفيفة ، لكنها توسعت بسرعة في الكون المبكر بسبب فترة التمدد بسرعة فائقة. لقد دعمت الملاحظات الفلكية منذ عام 1980 توقعات نظرية التضخم وهي الآن وجهة نظر الإجماع بين معظم علماء الكونيات.

أسرار علم الكونيات الحديث

على الرغم من أن علم الكونيات قد تطور كثيرًا خلال القرن الماضي ، فلا يزال هناك العديد من الألغاز المفتوحة. في الواقع ، اثنين من الألغاز المركزية في الفيزياء الحديثة هي المشاكل السائدة في علم الكونيات والفيزياء الفلكية:

  • المادة المظلمة - تتحرك بعض المجرات بطريقة لا يمكن تفسيرها بشكل كامل بناءً على مقدار المادة التي يتم ملاحظتها داخلها (تسمى "المادة المرئية") ، ولكن يمكن تفسيرها إذا كانت هناك مادة غير مرئية إضافية داخل المجرة. هذه المادة الإضافية ، التي من المتوقع أن تشغل حوالي 25 ٪ من الكون ، بناء على معظم القياسات الحديثة ، تسمى المادة المظلمة. بالإضافة إلى الملاحظات الفلكية ، تحاول تجارب على الأرض مثل Cryogenic Dark Matter Search (CDMS) مراقبة المادة المظلمة مباشرة.
  • Dark Energy - في عام 1998 ، حاول علماء الفلك اكتشاف معدل تباطؤ الكون ... لكنهم وجدوا أنه لم يتباطأ. في الواقع ، كان معدل التسارع تسريع. يبدو أن ثابت آينشتاين الكوني كان ضروريًا ، ولكن بدلاً من الاحتفاظ بالكون كحالة توازن ، يبدو أنه في الواقع يدفع المجرات عن بعضها البعض بمعدل أسرع وأسرع مع مرور الوقت. من غير المعروف بالضبط ما الذي يسبب هذا "الجاذبية البغيضة" ، لكن الاسم الذي أطلقه علماء الفيزياء على هذه المادة هو "الطاقة المظلمة". تتنبأ الملاحظات الفلكية أن هذه الطاقة المظلمة تشكل حوالي 70٪ من مادة الكون.

هناك بعض الاقتراحات الأخرى لشرح هذه النتائج غير المعتادة ، مثل ديناميكيات نيوتيان المعدلة (MOND) والسرعة المتغيرة لعلم الكونيات الخفيفة ، ولكن هذه البدائل تعتبر نظريات هامشية غير مقبولة لدى العديد من الفيزيائيين في هذا المجال.

أصول الكون

تجدر الإشارة إلى أن نظرية الانفجار الأعظم تصف فعلاً الطريقة التي تطورت بها الكون منذ فترة وجيزة بعد إنشائها ، لكنها لا تستطيع إعطاء أي معلومات مباشرة عن الأصول الفعلية للكون.

هذا لا يعني أن الفيزياء لا يمكنها أن تخبرنا بأي شيء عن أصول الكون. عندما يستكشف الفيزيائيون أصغر مساحة ، يجدون أن فيزياء الكم تؤدي إلى تكوين جسيمات افتراضية ، كما يتضح من تأثير Casimir. في الواقع ، تتوقع نظرية التضخم أنه في حالة عدم وجود أي مسألة أو طاقة ، فإن الفضاء سوف يتوسع. إذا أخذنا هذا في الاعتبار القيمة الاسمية ، فإن هذا يعطي العلماء تفسيرا معقولا لكيفية ظهور الكون في البداية. إذا كان هناك "لا شيء" حقيقي ، لا يهم ، لا طاقة ، لا زمان ، فلن يكون هناك شيء غير مستقر وسيبدأ في توليد المادة والطاقة ، ووقت الفراغ المتسع. هذه هي الأطروحة المركزية لكتب مثل جراند ديزاين و الكون من لا شيءالذي يفترض أنه يمكن تفسير الكون دون الرجوع إلى إله الخالق الخارق.

دور الإنسانية في علم الكونيات

سيكون من الصعب المبالغة في التأكيد على الأهمية الفلكية والفلسفية ، وربما حتى اللاهوتية للاعتراف بأن الأرض لم تكن مركز الكون. بهذا المعنى ، فإن علم الكونيات هو أحد المجالات الأولى التي أسفرت عن أدلة تتعارض مع النظرة الدينية العالمية التقليدية. في الواقع ، يبدو أن كل تقدم في علم الكونيات قد ظهر في وجه أكثر الافتراضات العزيزة التي نرغب في تقديمها حول مدى كون الإنسانية الخاصة كنوع ... على الأقل فيما يتعلق بالتاريخ الكوني. هذا المقطع من جراند ديزاين بقلـم ستيفن هوكينج وليونارد ملودينو يحدد بليغة التحول في التفكير الذي جاء من علم الكونيات:

يُعترف بنموذج نيكولاس كوبرنيكوس في النظام الشمسي للنظام الشمسي باعتباره أول دليل علمي مقنع على أننا البشر لسنا النقطة المحورية في الكون ... نحن ندرك الآن أن نتيجة كوبرنيكوس ليست سوى سلسلة من التخفيضات المتداخلة التي أطاحت بالافتراضات الطويلة الأمد فيما يتعلق بالوضع الخاص للإنسانية: نحن لسنا في مركز النظام الشمسي ، نحن لسنا في مركز المجرة ، نحن لسنا في مركز الكون ، نحن لسنا حتى من المكونات المظلمة التي تشكل الغالبية العظمى من كتلة الكون. مثل هذا التخفيض الكوني ... يجسد ما يسميه العلماء الآن مبدأ كوبرنيكان: في المخطط الكبير للأشياء ، يشير كل شيء نعرفه إلى أن البشر لا يشغلون موقعًا متميزًا.


شاهد الفيديو: علم الأرقام في حياتنا . رموز وأسرار مدهشة (شهر اكتوبر 2022).

Video, Sitemap-Video, Sitemap-Videos