في المائة عام الماضية كان هناك تقدم كبير في جميع مجالات العلوم. أحد المجالات التي كان التقدم فيها مثيرًا للإعجاب بشكل خاص هو مجال علم الفلك والفيزياء الفلكية (فيزياء الكون)
** شرح للصورة
بقلم البروفيسور يورام كيرش، قسم العلوم الطبيعية والحياة، الجامعة المفتوحة. وألقى البروفيسور كيرش محاضرة حول هذا الموضوع في المؤتمر السنوي للجمعية الفلكية الإسرائيلية الذي عقد أمس الجمعة في الجامعة المفتوحة في رعنانا.
يمكن وصف معالجة البيانات بالطريقة التالية. وتقسم السماء إلى مربعات ذات عرض زاوي معين (مثلاً 10) ويتم حساب الفرق بين متوسط درجة الحرارة في كل مربع ومتوسط درجة حرارة إشعاع الخلفية ككل. ثم يتم حساب متوسط هذه الاختلافات. عند تغيير حجم المربعات بشكل متكرر وتكرار العملية الحسابية، تحصل على الرسم البياني في الشكل. المحور الرأسي في الرسم البياني هو متوسط فرق درجة الحرارة (؟T) بوحدات 1 مقسومًا على 100,000 درجة كلفن. على المحور الأفقي تظهر المعلمة l المتعلقة بحجم المربعات. (1800 مقسومًا على l هو العرض الزاوي للمربعات، والذي يظهر على المقياس العلوي). الدوائر في الرسم البياني هي نتائج قياسات MAP وبعض التجارب الأرضية. ويبين الخط المستمر الحساب النظري لـ T، الذي يتوافق مع نتائج القياس.
في المائة عام الماضية كان هناك تقدم كبير في جميع مجالات العلوم. أحد المجالات التي كان التقدم فيها مثيرًا للإعجاب بشكل خاص هو مجال علم الفلك والفيزياء الفلكية (فيزياء الكون). من الصعب أن نصدق مدى ضآلة معرفتنا الفلكية قبل أقل من قرن من الزمان. على سبيل المثال، حتى عام 1924، اعتقد علماء الفلك أن مجرة درب التبانة هي الكون بأكمله. تم دحض هذه الفرضية في عام 1924 من قبل عالم الفلك الأمريكي إدوين هابل، الذي درس الأجرام السماوية الشبيهة بالسدم في مرصد جبل ويلسون في جنوب كاليفورنيا. وباستخدام تلسكوب المرصد الذي يبلغ قطره 2.5 متر، أثبت هابل أن هذه السدم تقع خارج مجرتنا، وهي مجرات في حد ذاتها.
وفي الأعوام 1925 - 1929، حقق هابل اكتشافاً آخر، وهو أن المجرات في الكون تبتعد عن بعضها البعض، وهناك علاقة مباشرة بين بعد المجرة عنا وسرعتها. ويمكن أن نستنتج أنه منذ حوالي 14 مليار سنة، كانت كل المادة الموجودة في الكون تتركز في منطقة واحدة صغيرة. ووفقا للنظرية المقبولة اليوم، فإن الكون قد نشأ فيما بعد في نوع من الانفجار الهائل المعروف باسم "الانفجار الكبير".
إشعاع الخلفية الكونيةوخير دليل على الانفجار الأعظم هو "إشعاع الخلفية الكونية" الذي اكتشف عام 1965. وقد اكتشفه عالما الفيزياء من شركة بيل، أرنو بنزياس (بينزياس) وروبرت ويلسون (ويلسون)، اللذين كانا يختبران هوائي راديو جديد للاتصالات عبر الأقمار الصناعية. واكتشفوا أن الهوائي يلتقط "ضجيجًا" ثابتًا للإشعاع الكهرومغناطيسي في مجال الموجات الدقيقة. وقد وصل هذا الإشعاع بنفس الشدة من جميع الاتجاهات إلى السماء، وتبين أنه يتصرف مثل الإشعاع المنبعث من جسم عند درجة حرارة حوالي ثلاث درجات فوق الصفر المطلق. (الإشعاع الذي تتطابق خصائصه مع الإشعاع المنبعث من الأجسام الساخنة يسميه الفيزيائيون "إشعاع الجسم الأسود"). وقد تبين أن هذا هو الإشعاع الذي بقي في الكون منذ الانفجار الأعظم، ثم برد تدريجياً بسبب توسع الكون.
ووفقا للنظرية، كان من المفترض أن تكون هناك اختلافات صغيرة بين درجات حرارة الإشعاع في مناطق مختلفة من الكون. والسبب في ذلك هو أن درجة حرارة إشعاع الخلفية هي نوع من "الصورة" للكون عندما كان عمره حوالي 400 ألف سنة. لكي تتشكل النجوم والمجرات، كان لا بد من وجود اختلافات طفيفة في الكثافة في الكون الشاب. أما الأماكن الأكثر كثافة فقد جذبت المواد من حولها، وبالتالي تشكلت تجمعات المواد التي نمت منها النجوم والمجرات وعناقيد المجرات التي نراها اليوم مع مرور الوقت. وأظهرت الحسابات أن الاختلافات في درجات الحرارة يجب أن تكون في حدود واحد في مائة ألف.
يعتقد معظم الباحثين أنه لا توجد فرصة لاكتشاف مثل هذه الاختلافات الصغيرة. ولكن كان هناك "متحدث مجنون" يعتقد خلاف ذلك. كان الدكتور جورج سموت، (سموت) من بيركلي، هو الذي شارك منذ عام 1970 في قياسات إشعاع الخلفية بمساعدة الأدوات الجوية في الطائرات والبالونات. بدأ سموت دراسة لاكتشاف عدم التماثل في إشعاع الخلفية. بدأ التخطيط في منتصف السبعينيات وتم الانتهاء من البحث بنجاح في عام 1992، عندما اكتشف قمر صناعي بحثي يسمى COBE (مستكشف الخلفية الكونية)، صممه سموت وفريقه، اختلافات تصل إلى واحد في مائة ألف في الكون. درجة حرارة الإشعاع في نقاط مختلفة في السماء. قدمت النتائج تأكيدًا متجددًا ومثيرًا للإعجاب للانفجار الكبير، ولاقت استحسانًا واسع النطاق. كتب سموت كتابًا رائعًا حول هذا الموضوع بعنوان "التجاعيد في الوقت المناسب" (نشرته مكتبة معاريف باللغة العبرية).
بعد اكتشافات كوبي، بدأ علماء الفيزياء الفلكية باختبار نظريًا لكيفية تأثير العوامل المختلفة، مثل عمر الكون وكمية المادة في الكون، على التقلبات في إشعاع الخلفية. وأظهرت الاختبارات أنه من الممكن استخلاص معلومات مهمة من هذه التقلبات، إذا تم قياسها بأجهزة أكثر دقة من أجهزة كوبي. وسمحت خريطة الخلفية الإشعاعية التي قدمها كوبي للباحثين بمقارنة متوسط درجة الحرارة بين المناطق التي يبلغ قطرها سبع درجات قوسية أو أكثر (الدائرة الكاملة 360 درجة). ويمكن مقارنة ذلك بصورة جواز السفر مقاس 5 سم، والتي تتكون من مربعات مقاس 5 مم باللون الأسود والأبيض وظلال الرمادي. قد نتمكن من تحديد هوية من تم تصويره في الصورة، لكن من المشكوك فيه أن تكون جودتها كافية لجواز السفر أو بطاقة الهوية.
بدأت وكالة ناسا، التي ساعدت في بناء كوبي ونقله إلى الفضاء، في التخطيط لإنشاء قمر صناعي بحثي جديد لقياس إشعاع الخلفية. كان القمر الصناعي يسمى MAP (اختصار لمسبار تباين الموجات الميكروية. لاحقًا أطلق عليه اسم WMAP تخليدًا لذكرى ديفيد ويلكنسون [ويلكنسون] الذي كان أحد المبادرين لـ MAP). وصلت قدرة الفصل في قياسات MAP إلى خمس الدرجة. تم إطلاق MAP بنجاح في يونيو 2001 وكان مجتمع علماء الفيزياء الفلكية ينتظرون النتائج بفارغ الصبر.
فك أسرار الخلق
استمرت القياسات لمدة عام كامل عندما كان MAP يدور حول الشمس وكان دائمًا على بعد 1.5 مليون كيلومتر من الأرض. تم أخذ عينات من كل قطعة من السماء عدة آلاف من المرات، بخمسة ترددات في مجال الموجات الدقيقة. نُشرت النتائج في فبراير 2003 (بعد حوالي أسبوعين من كارثة كولومبيا التي لقي فيها سبعة رواد فضاء حتفهم، بمن فيهم إيلان رامون). تجاوزت نتائج MAP كل التوقعات. إلى جانب نتائج الأجهزة الأرضية والأدوات التي تم إطلاقها في البالونات، أكدت نظرية الانفجار الكبير وأسفرت عن قيم دقيقة للغاية لمختلف المعلمات المتعلقة بتطور الكون. على سبيل المثال، وجد أن عمر الكون هو 13.7 مليار سنة، بدقة تصل إلى واحد بالمائة (التقديرات السابقة تحدثت عن 13-15 مليار سنة).
قدمت النتائج تأكيدًا لنسخة حديثة من نظرية الانفجار الكبير تسمى نظرية الكون المتوسع. وفقا لهذه النظرية، التي اقترحتها إلين جوث من الولايات المتحدة الأمريكية عام 1981، في مرحلة مبكرة جدًا من تطور الكون، كانت هناك فترة قصيرة من التوسع السريع جدًا تُعرف باسم "التضخم". خلال هذه الفترة تضاعف حجم الكون بشكل متكرر، حوالي مائة مرة. ثم استمر في الانتشار بمعدل أبطأ بكثير.
نظرية جوث تجيب على السؤال المثير: من أين جاءت الطاقة الأولية التي منها المادة والإشعاع في الكون؟ ووفقا لنموذج الانتفاخ، فإن معظم المادة والإشعاع تم خلقها أثناء الانتفاخ، من خلال عمليات فيزيائية نستطيع فهمها وتحليلها. (في المقابل، وفقا للنموذج القياسي للانفجار الكبير، فإن كل المادة والإشعاع الذي يملأ الكون اليوم ظهر فجأة من العدم).
ويمكن القول أن نموذج التضخم يزيل إلى حد ما حجاب الغموض الذي يكتنف فعل الخلق.
ما مقدار المادة الموجودة في الكون؟يمكننا أن نقدر بدقة كبيرة كتلة الأرض، وكتلة كل كوكب من الكواكب، وكتلة الشمس، وأيضا كتلة النجوم الأبعد، ولكن هل من الممكن تقدير الكتلة الإجمالية للكون، أو الكتلة الكلية للكون؟ كثافة المادة في الكون؟ هذا السؤال مهم لأن كمية المادة والطاقة الموجودة في الكون تحدد ما إذا كان سيستمر في التوسع إلى الأبد، أو ما إذا كانت قوى الجاذبية ستتسبب في تباطؤ التوسع وسيبدأ الكون في الانكماش. القيمة المحددة تسمى "الكثافة الحرجة". فإذا كانت كثافة المادة والطاقة في الكون أقل من الكثافة الحرجة، فإن توسع الكون سيستمر إلى الأبد. إذا كانت أعلى من الكثافة الحرجة، فإن التوسع سوف يعكس اتجاهه عند نقطة ما، وفي النهاية سوف تتراكم كل المادة الموجودة في الكون مرة أخرى في منطقة صغيرة جدًا.
نتائج MAP حلت اللغز. ويترتب على ذلك أن كثافة المادة والطاقة في الكون تساوي الكثافة الحرجة، مع احتمال وجود خطأ أقل من واحد بالمائة. يتكون حوالي أربعة بالمائة فقط من هذه الكثافة من المادة التي تُبنى منها الذرات. 23 بالمئة هي مادة غامضة لا تزال طبيعتها تحتاج إلى توضيح، وتعرف بالمادة المظلمة. و73% أخرى عبارة عن طاقة غامضة، وهي تشبه إلى حد ما الطاقة التي أدت إلى توسع الكون خلال فترة التضخم. وقد سميت هذه الطاقة بالطاقة المظلمة. هل الطاقة المظلمة هي بالفعل بقايا من تلك الطاقة البدائية، أم أنها ظاهرة جديدة لم تكن موجودة في الكون المبكر؟ ما زلنا لا نعرف الجواب. دعونا نأمل أن تجده في المستقبل.
*في الانقلاب الصيفي: عقدت الجامعة المفتوحة ندوة حول علم الفلك واستكشاف الفضاء
عقدت الجامعة المفتوحة ندوة حول علم الفلك واستكشاف الفضاء بمناسبة مرور 100 عام على نشر مقال ألبرت أينشتاين عن النظرية النسبية (يونيو 1905) وفي إطار فعاليات السنة الدولية للفيزياء.
وعرضت محاضرات الندوة المعرفة الفلكية المحدثة والحديثة المبنية على أحدث عمليات الرصد من المركبات الفضائية والتلسكوبات الموجودة على الأرض.
وسيتحدث البروفيسور يورام كيرش من قسم العلوم الطبيعية والحياة في الجامعة المفتوحة في يوم الندوة عن اكتشافات المركبة الفضائية COBE وWMAP والطريقة التي تصف بها الفيزياء خلق العالم. وتحدث البروفيسور إيليا ليبوفيتز من كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة تل أبيب، عن الانفجار الأضخم في الكون، لنجوم تعرف باسم "انفجارات إشعاع جاما"؛ وأوضح يجال فتال من الجمعية الفلكية الإسرائيلية والجامعة المفتوحة ماهية الكسوف الشمسي والأبيض وسيقدم على وجه الخصوص الكسوف الكلي للشمس الذي سيحدث بالقرب من إسرائيل في مارس 2006؛ وأخيراً عرض الدكتور يوآف يائير من قسم العلوم الطبيعية والحياة في الجامعة المفتوحة الابتكارات والاكتشافات في دراسة كواكب المريخ وزحل والأجرام الأخرى في النظام الشمسي.
ملخص محاضرة بتاريخ 21.6.05 يونيو XNUMX) * [ملاحظة: سبق أن تم نشر الملخص في "أدافار"، في المدينة الجامعية المفتوحة]
* نشر المقال لأول مرة على موقع هدان بتاريخ 22.6.2005/XNUMX/XNUMX
تعليقات 9
1. الضغطات:
تتكون البروتونات والنيوترونات التي تشكل النواة من الكواركات. الكواركات وكذلك الإلكترونات هي جسيمات نقطية. على ما يبدو - لا يوجد عائق أمام الضغط.
من المهم أن نتذكر أنه في الأبعاد الصغيرة بما فيه الكفاية (عدد كبير من المراتب الأسية أقل من حجم النيوكليون) - هناك ضرورة لجاذبية الكم/الوتر - ومن باب الحذر سيكون من المناسب وقف التكهنات في هذه الأبعاد .
2. توسع الكون:
في الواقع، من حيث المبدأ، لا توجد طريقة للتحقق مباشرة من كيفية تحرك المجرات الموجودة على حافة الكون المرئي في هذه اللحظة.
يشكل علم الكونيات تحديًا معرفيًا للعلماء نظرًا لأنهم غير قادرين على إجراء تجارب معملية يتم فيها اختيار شروط البداية ومقارنة شروط النهاية بالنتائج المتوقعة. الكون يقدم لنا فقط شروط النهاية.
أحد العناصر المهمة في العلم بشكل عام، وفي علم الكونيات بشأن الصعوبة التي تم تحديدها للتو - على وجه الخصوص: هو الإسناد الترافقي للأدلة من مصادر مستقلة.
إن قياس معدل انحسار المجرات البعيدة كان بالفعل الدليل الوحيد على ظاهرة التسارع في الأعوام 1998-2003، وقد قوبل بالفعل بالتشكيك.
في عام 2003، مع نتائج WMAP وSDSS، تمت إضافة أدلة داعمة مستقلة ومقنعة.
إن مجمل الأدلة لا يتوافق مع الكون الذي بدأ أو سيبدأ في الانكماش.
محليًا (وبحسب حجم الكون، تعد ملايين السنين الضوئية ظاهرة محلية) فمن الممكن بالتأكيد أن قوى الجذب بين تركيزات المادة سوف "تنتصر" وسنرى ظواهر مثل اقتراب المرأة المسلسلة.
2. المزيد من الأكوان
على عكس المناقشات التي تدور في سياق توسع الكون، فإن برمجة وجود "أكوان" إضافية غير مدعومة حاليًا بالنتائج التجريبية.
وفي الوقت نفسه، هناك نماذج تأملية قد تحتوي بالتأكيد على أكوان إضافية، وربما حتى أكوان ذات قوانين فيزيائية مختلفة.
بعض التعليقات والأسئلة في النهاية. شكرا لمن يستطيع الإجابة
إجابات علمية وأنيقة. شكرا.
1. تتكون المادة من الذرات وأجزائها (البروتونات والنيوترونات والإلكترونات) والجسيمات الفرعية.
مهما كبر الفضاء بين الجزيئات، أي الفراغ، حتى لو افترضنا أن "الفضاء الداخلي" كبير
لا يزال من الصعب فهم ذلك، حيث يصل حجمه إلى تريليون ضعف حجم الجسيمات نفسها
أن ضغط الكون في بداية الانفجار كان كبيرًا لدرجة أن كل المادة الموجودة في الكون كانت مركزة في مثل هذه النقطة الصغيرة.
ألا يوجد حد لدرجة ضغط المادة؟
يمكن للشخص أن يفسر؟
2. الرأي المقبول اليوم هو أن المجرات "تنفد"
عن بعضها البعض، وكلما ابتعدوا، زادت سرعة هروبهم. صحيح ؟ حسنًا، عندما نرى مجرة تبعد عنا مليار أو 10 مليارات سنة ضوئية، فإننا نفهم أنه قبل مليار أو 10 مليارات سنة (على التوالي) كانت هذه هي سرعتهم. كيف يمكننا أن نعرف ما هي سرعتهم اليوم؟ هل
ليس من الممكن أن تكون سرعتهم قد تباطأت منذ فترة وربما اليوم
هل عكس الكون حركته وأصبح في حالة انهيار؟ خاصة إذا أخذت في الاعتبار أن مجرة المرأة المسلسلة بعيدة عنا
"فقط" حوالي 2 مليون سنة ضوئية تقترب منا فعليًا؟
3. في البداية اعتقدوا أن الأرض هي مركز الكون، ثم الشمس
إنها المركز، ففي نهاية المطاف هناك مليارات الشموس في المجرة الواحدة
وأخيرا اكتشفنا أن هناك مليارات أخرى من المجرات مرتبة في مجموعات وعناقيد فائقة (كلما أصبحت التلسكوبات أكثر تطورا، نكتشف مجرات أكثر بعدا).
والسؤال هو ما إذا كان من غير الممكن أن يكون هناك آلاف أو مليارات أخرى
الأكوان التي لازلنا غير قادرين على رؤيتها بوسائلنا اليوم؟؟
برج الأسد - الآن هناك ما يفسر تسارع توسع الكون - راجع مقالًا بتاريخ 25 ديسمبر حول القوة التنافرية للفراغ.
سيتم إبطال كل نظرية في نهاية المطاف من خلال نظرية جديدة سيتم إبطالها أيضًا من خلال نظرية جديدة سيتم إبطالها أيضًا من خلال نظرية جديدة وكل شيء إلى الأبد وإلى الأبد
تصف الأمثلة أدناه أفكار الحكماء القدماء فيما يتعلق بقضايا الكون:
وكان الفيلسوف طاليس، الذي عاش حوالي 600 سنة قبل الميلاد، يعتقد أن الأرض مسطحة، وهي عبارة عن جزيرة محاطة ببحر لا نهاية له؛ وزعم تلميذه أنسيماندر أن الأرض على شكل أسطوانة، وتحيط بها كرة مليئة بالنجوم.
وبعده بقليل ذكر فيثاغورس أن الأرض كروية، محاطة بـ 7 كرات بلورية، وفي داخلها الشمس والقمر والكواكب والنجوم الثابتة.
قرر بطليموس (بطليموس كلوديوس) في القرن الثاني الميلادي أن الأرض هي مركز الكون، وحولها الأجرام السماوية، وذلك بالترتيب التالي: القمر، عطارد، الزهرة، الشمس، المريخ، المشتري، زحل. ووراء مدار زحل كانت نجوم السبت ثابتة.
أرسطرخس الساموسي من القرن الثالث ادعى أن الأرض تدور حول الشمس كما نعرف اليوم؛ وقد تعرض مفهومه المبتكر، الذي كان مخالفًا لما كان مقبولًا في ذلك الوقت، للسخرية وتم إلغاؤه تمامًا، ولم يتزعزع تأكيد بطليموس فحسب، بل استمر لنحو 3 عام.
وبعد اعتماد تعاليم كوبرنيكوس، بدأت التصحيحات مثل تصحيحات كبلر الذي ادعى (وقد تم التحقق من ادعائه كما نعلم) أن حركة الكواكب حول الشمس هي حركة إهليلجية وليست دائرية؛ كما أنه بعد تطور التلسكوبات في زمن جاليليو، تقرر أن هناك مجرة واحدة فقط، تحتوي على جميع النجوم التي يمكن رؤيتها في السماء.
تطور علم الكون كعلم، بعد تقديم النظرية النسبية لألبرت أينشتاين، ومع اكتشاف إدوين هابل للانزياح الأحمر الذي خلص إلى أن الكون يتوسع، واكتشاف إشعاع الخلفية الكونية على يد بنزياس وويلسون عام 1964، تم تعزيز نظرية الانفجار الكبير.
وخلاصة القول: السمة الواضحة لجميع نظريات الكون المذكورة أعلاه، بما في ذلك نظرية الانفجار الأعظم مع كل ما تم وضعها من تصحيحات وتعزيزات من أجل تأكيدها نهائيا
(تذكير: قام كبلر أيضًا، من خلال قوانينه الثلاثة، بتصحيحات مهمة وثورية لعصره.) وأسرى، واقتصر على التعريف الأساسي الذي صيغ:
1 . الكون هو كل ما هو موجود، ولا يوجد شيء خارجه. حافة الكون هي حافة الفضاء. فهو واحد، وكل شيء فيه.
2. ومع اتساع أكوان التعاليم المذكورة، اتسعت قدرات الإنسان في جميع مجالات العلوم المختلفة.
3. إن الصعوبة الموجودة في عصرنا الحالي، في توسع الكون إلى ما هو أبعد من 13 مليار سنة ضوئية؛ هذه الأبعاد الهائلة، من الصعب تحديدها في وصف نقطة مجهرية بالكاد، عند مقارنة حجمها باللانهاية؛ يتم تعزيز هذه الصعوبة، على سبيل المثال، في ضوء الصعوبة الإضافية، لفهم كيف أن حجم الشخص، بالنسبة إلى حجم النملة، ليس حتى هذا النوع من الحجم.
بالنسبة لبنجامين، لا أعرف ما هي الصيغة ولكني أعرف ما هي النتيجة. 42.
لقد اكتشفت صيغة من شأنها أن تغير العالم إلى الأبد !!!!!!!!!
الأمور ليست بهذه البساطة فيما يتعلق بتوسع الكون. وفي السنوات الأخيرة أصبح من الواضح أن المجرات المتراجعة تتسارع فعليا بدلا من أن تتباطأ أو تتحرك بسرعة ثابتة. ولا يوجد حتى الآن تفسير مرضٍ لهذه الظاهرة يقبله علماء الفيزياء الفلكية.