فضا-زمان پیوسته نیست!

طبق اطلاعیه های مطبوعاتی اخیر “…دانشمندان خمیدگی هایی در بافت فضا زمان ، موسوم به امواج گرانشی را مشاهده نموده اند…” این مشاهدات در راستای تایید نظریه ی نسبیت عام بیان شده اند ، جایی که خمیدگی در بافت فضا زمان توسط جرم و یا انرژی ای عظیم ، باعث ایجاد چیزی میشود که به آن گرانش میگوییم.

در جهان از منظر انیشتین، فضا زمان ، به این دلیل که ماده در بافت هر دوی آنها “تاب” و یا همان خمیدگی ایجاد مینماید مناطقی پویا و دینامیکی می باشد.امروزه،تفسیراین نظریه،جهان را به صورت یک شی هندسی که در ماتریسی چهاربعدی وجود دارد، نشان میدهد. سه بعد مکانی و یک بعد زمانی نیاز است ،تا بتوان تعریف مناسبی از “جهان خط” ذرات در طول تاریخ ارایه داد. (جهان خطی: فضازمان مجموعه‌ای از نقاط (که رویداد نامیده می‌شوند) به همراه دستگاه مختصاتی پیوسته و هموار برای شناسایی رویدادها است.هر رویداد با چهار مختصه قابل نمایش است. فضازمان در حقیقت یک خمینه‌ی چهاربعدی است و جهان‌خط ٬ یک خم در این خمینه ٬ با داشتن شرایطی خاص است.)(ویکی پدیا)

اگر تمام جهان را با همه ی زمان و همه ی فضا ، درون یک کره و درابعاد بالاتر،در محیطی پنج بعدی،تصور نماییم ،آنگاه تمامی اتفاقات از آغاز تا انتها درآن خواهند بود.هر واقعه یا شی ای خطی درون واقعیت برجا خواهد گذاشت که از گذشته تا آینده کشیده شده است.خطی که شامل موقعیت او در هر لحظه از زمان خواهد بود.این دیدگاه در اصل توسط هرمان مینکوفسکی،استاد انیشتین در دانشگاه پلی تکنینک زوریخ ، مطرح شد.

مینکوفسکی تصور میکرد که تئوری نسبیت عام، ثابت نموده که تمامی اشیائ در یک چهارچوب ، واقعا چهار بعدی میباشند که اکنون تحت عنوان “فضا زمان مینکوفسکی “میشناسیم.

“یک نقطه از فضا در یک نقطه از زمان،سیستمی از نماد های x,y,z,t است که من آنرا نقطه ای از جهان مینامم. تعداد بسیار زیادی از تمامی سیستم ها با نماد های x,y,z,t که ما آنرا جهان مینامیم….نه همچون صدای خمیازه ای در همه جا…ما تصور خواهیم نمود که همه جا و هر زمانی،چیزی هست که قابل درک میباشد.تغییرات dx,dy,dz از سه مختصات فضا ازاین نقطه ی مهم را،تابع تغییرات پارامتر زمان  (dt ) قرار میدهیم.همان طورکه در مثال بالا صحبت شد،ما به حمل کنندگان ابدی از نقاطی مهم میرسیم،یک خمیدگی در جهان،جهان خطی،که میتوان ،صراحتا این نقاط را به پارامتر t، از منفی بینهایت تا مثبت بی نهایت ارجاع داد. به نظر می رسد کل جهان متشکل از جهان های خط مشابه کوچکی است، و من به ناچار پیش می کنم که به نظر من قوانین فیزیکی می توانند بیان و تعریف کامل خود را در میان این جهان های خط پیدا کنند.” [Hermann Minkowski, “Space and Time” in Hendrik A. Lorentz, Albert Einstein, Hermann Minkowski, and Hermann Weyl, The Principle of Relativity: A Collection of Original Memoirs on the Special and General Theory of Relativity]

همان طور که اشاره شد ، ایده ی پیوستگی فضا زمان از مینکوفسکی نشات گرفته است.چنین دیدگاهی مشکلات فراوانی دارد که هنوز بعد از گذشت دهه ها بحث و آنالیز ،بدون حل باقی مانده اند.برای مثال،هیچ گذر زمانی وجود ندارد از آنجا که همه ی اتفاقات در فضا زمان ، در “لحظه ” اتفاق می افتد.در این صورت، جهان باید کاملا جبری باشد،زیرا هیچ گذشته و آینده ای وجود ندارد.از نقطه نظر فلسفی ،هیچ آزادی ای در تصمیم گیری و رفتار در این جهان خطی وجود نخواهد داشت.

“دیدگاه های فضا و زمان که قدرت های نهانی در آن نهفته است ، من آرزو میکنم قبل از اینکه شما از گرد و خاک فیزیک تجربی برخیزید، آن ها رادفن کنم. آنها ریشه وبنیان هستند.فضا به تنهایی و زمان به تنهایی محکوم به فنا در تاریکی محض هستند.تنها اتحاد این دو میتواند یک واقعیت مستقل را حفظ نماید.” [Speech given to the 80th Assembly of German Natural Scientists and Physicians, Cologne, September 21, 1908]

گفته میشود تمامی ذرات درون خمیدگی فضا زمان جای گرفته اند.بارز ترین مثالی که میتوان برای آن تصور کرد یک صفحه ی پلاستیکی کشیده شده و یک توپ بولینگ که بر روی آن جای گرفته است.توپ بولینگ خمیدگی ای روی سطح این ورق کشسان ایجاد مینماید ،ودر ظاهر نشان میدهد که خورشید و دیگر اشیائ سنگین همانند آن چگونه باعث ایجاد خمیدگی و گودی در بافت سه بعد میشوند.

این اطلاعات برای درک آنچه که مطبوعات درباره ی “رصدخانه ی تداخل سنج  لیزری امواج گرانشی” (LIGO ) منتشر میکنند، ضروری است.گرانش در فضازمان مینکوفسکی یک نیرو  نیست.بلکه خمیدگی درون تمثیل فضای پنج بعدی میباشد.اگر خورشید و آن صفحه ی پلاستیکی کشسان را در نظر بگیریم ،هر جسمی که به نزدیکی گودی ایجاد شده توسط خورشید روی این صفحه برسد تنها مسیر منحنی وار را طی میکند.هرچه نزدیک تر به خورشید باشد ، منحنی تند تر و تاثیرات بیشتر و چشمگیرتری بر روی جسم خواهیم داشت.هیچ نیرویی دخیل نخواهد بود ، بلکه تنها خمیدگی فضازمان توسط ماده میباشد.در جهان چهار بعدی نیز دانشمندان همین گونه فکر میکنند که اشیا ، منحنی ایجاد شده توسط انحنای فضا زمان را دنبال میکنند.

برای بیش از یکصد سال،علم مدرن درتلاش برای تایید اصل فضا زمان تاب خورده بوده است.درکل ، اینگونه تصور میشود که مقدار کافی ای ازماده و چگالی ، میتواند باعث ایجاد پیچ وتاب  در فضا زمان شود. چیزی همچون ستاره را تصور نمایید که در خود فرو میپاشد و به سیاهچاله تبدیل میشود.در یک لحظه آنجا بود ولی در لحظه ی بعد نبود.چه اتفاقی برای آن گودی در فضا زمان افتاد؟ اینجا ، جایی ست که امواج گرانشی نقش بازی میکنند.

هنگامی که ستاره از بافت پیوسته ی فضا زمان ، جدا میشود،فرورفتگی آن هم فرومیپاشد.(قوانین فیزیک،که شامل نظریه ی نسبیت عام نیز میشود برای سیاهچاله ها قابل اجرا نمیباشند.بنابراین هیچ روشی برای  توضیح سیاهچاله ها در فضا زمان مینکوفسکی وجود ندارد مگر آنکه بگوییم که آنها مدت زیادی در ارتباط با بافت پیوسته نبوده اند.) اگر قطره ای ازآب به روی سطح آب بیفتد امواجی به صورت دوایر متحد المرکز ایجاد مینماید که از محل سقوط قطره رفته رفته فاصله میگیرند.این همان اصل امواج گرانشی ست:جرم لختی در حفره ی چهار بعدی فضا زمان فرومیپاشد(نه ماده،بلکه جرم) و طبق همان ایده ای که توضیح داده شد کل سیستم شروع به لرزش و نوسان مینماید.

لایگو ادعا میکند امواجی را که در اثر ارتعاش فضا زمان از زمین گذرکرده اند را اندازه گیری نموده است..چه اثری توانسته چنین  امواجی را ایجاد نماید؟انبساط دنیایی کوچکتر از یک ده هزارم پروتون(۱۰ به قوه ۱۹- متر) از نظر لایگو(LIGO) این امواج ، نه اینکه حاصل ازایجاد یک سیاهچاله باشند ، بلکه حاصل ادغام دو سیاهچاله هستند که توسط آن شناسایی شده اند. “بوروس الن” یکی از افراد گروه لایگو از موسسه ی ماکس پلانک ، درمورد فیزیک گرانشی گفته است:

“قبلا میتوانستید در مورد وجود یا عدم وجود سیاچاله ها بحث کنید ولی اکنون نمیتوانید.”

یکی دیگر از افراد گروه به نام Saul Teukolsky ،از دانشگاه کرنل ، گفته است:

“اگر سیاهچاله واقعا وجود نداشته باشند نمیتوانستید این امواج را توجیه کنین.”

برای این بیان،به نظر میرسد که تیم در یک استدلال دایره وار قرار گرفته است.هدف از این مقاله اثبات یا رد وجود سیاهچاله ها نمیباشد ، زیرا این کار بارها در گذشته ، به خصوص در ارائه ای توسط استفان کروترس ، انجام گرفته است.به هر حال برای درک آنچه که در سر فیزیکدانان نظری میگذرد ، ضروری ست.فرض پشت فرض،ساختن نظریه ها به پشتوانه ی نظریه های دیگر بدون ارائه ی شواهد آزمایشگاهی .آزمایشگاه لایگو اصل جدیدی را در فیزیک کشف ننموده است . بلکه تایید فرضیه هایی را که در کامپیوتر هایشان مدل سازی شده است را اعلام کرده است . اگر سیاهچاله ها وجود ندارند پس امواج گرانشی هم وجود نخواهند داشت.

پس آنها چه چیز را شناسایی نموده اند؟

پارازیت های منتقل شده از طریق زمین یک مشکل محسوب میشوند. زیرا که آزمایشگاه در نزدیکی  فرودگاه ایالتی و ریل قطار قرار دارد.هنگامی که قطار عبور میکرد ،کار دستگاه تداخل سنج به هم میریخت. هر دو آینه ی لیزری خراب شده و احتیاج به تعمیر و جایگزینی دارند.زنبور ها در داخل لوله های پرتو، لانه درست کرده و ضایعات آنها باعث از بین رفتن حالت وکیوم دستگاه شده بود.با این حال زنبور ها از آنجا بیرون رانده شدند. تیم پژوهشگران ادعا میکنند که این مشکل را با سیستم های مرطوب سازی و فیلترینگ حل کرده اند.نکته در این جاست که لایگو در مفهوم دستگاهی ست مملو ازایراد های جدی.آیا این عیب ها به خوبی ایرادات دیگرش برطرف شده اند؟

فرض اصلی بر آن است که سیاهچاله ها وجود ندارند ، برخلاف سفسته ی منطقی ای که آنها ادعا میکنند.

استفان اسمیت

ترجمه: شادی طهماسبی

Gravitational Waves – Stephen Smith

Translator: Shadi Tahmasebi

-لورد چسترفیلد

“کهکشان ها شکل ها و اندازه های مختلفی دارند، و تا همین اواخر، توضیح چگونگی آن ها برای اخترشناسان مجهول بود. در حال حاضر دانشمندان از نظریه ی ماده تاریک برای توضیح این باغ وحش کهکشانی موجود در جهان استفاده می کنند.” توضیحات ریاضی برای ماده ی تاریک در برنامه های کامپیوتری پیاده می شوند که در نهایت مدل هایی از شکل گیری کهکشان ها بدست می آید.

نتایج حاصل غالب منجمین نشان می دهد که ماده ی تاریک تقریبا ۲۵ % از کائنات را تشکیل می دهد. به اصطلاح “انرژی تاریک” هم بیشتر از ۷۰ % کائنات را شامل می شود، ما بقی ۵% باقی مانده هم ماده ی باریونی قابل مشاهده با چشم غیر مسلح و قابل آشکارسازی با ابزار آلات است.

اخترشناسان از اصطلاح باریونی در اشاره به تمام اجرام سماوی ساخته شده از ماده ی اتمی طبیعی استفاده می کنند که ماده ای متشکل از پروتون ها و نوترون ها می باشد. توجه داشته باشید که الکترونها باریونی نیستند،بلکه  لپتون هستند، آنها را در مقیاس های نجومی نادیده در نظر می گیرند چون پروتون ها معمولا به خودی خود با الکترون ها همراه هستند.

همانطور که در بالا ذکر شد، ماده تاریک ستاره یا سیاره نیست که دیده شود، ماده تریک، از جنس ماده ی باریونی طبیعی نیست، زمانی که ابر های باریونی نوری جذب می کنند می توان آن ها را رصد کرد، ولی ماده تاریک این خاصیت را ندارد، از طرفی ماده تاریک را نباید با پاد ماده هم اشتباه گرفت.

در حال حاضر محققان معمولا از نظریه ی “ماده تاریک سرد لامبدا” برای نوشتن یک مدل ابرکامپیوتری جدید استفاده می کنند که قادر است تقریب نزدیکی از تعداد کهکشان های مارپیچی و بیضوی قابل مشاهده را به ما بدهد.

وجود ماده تاریک در محاسباتشان دشوار فرض می شود زیرا تصور می شود کهکشان ها توسط هاله ای از ماده تاریک احاطه شده اند. طبق این مدل، چنین تراکم بالایی از ماده تاریک برای نگه داشتن خوشه های کهکشانی کنارهم الزامی است، و همچنین از جداشدن کهکشان های تکی هم جلوگیری می کند.

این اظهارات زمانی قابل اعتماد خوانده می شوند که بتوانند با مشاهدات ما از کیهان هم همچون معادلات ریاضی سنخیت داشته باشند. به منظور ارایه این پیش بینی ها، بسیاری از فرضیات باید تحت اللفظی در نظر گرفته شوند. با این اوصاف، هنوز بسیاری از موارد وجود دارند که مدل های استاندارد قادر به پیش بینی و توضیح آن ها نبوده است، برای مثال، ساختار بزرگ مقیاس جهان!

منجمین معروف پیش بینی می کنندکه ماده تاریک ساختار کهکشانی را تشکیل داده است. یکی دیگر از مشکلات ریاضی، سیاهچاله ها هستند،که همواره برای فرضیه پردازان مهم است، از آنجا که گفته می شود سیاهچاله در هر کهکشان ساکن است. هردوی ماده تاریک و سیاهچاله ها (همچنین انرژی تاریک) ساختار های مهم ریاضیاتی بین جوامع نجومی هستند، چراکه در ذهن آنها گرانش لازمه ی تمام نیروهای حاکم بر حرکت کهکشانی در کیهان است.

یک دستاورد بسیار متفاوت توسط کسانی که نظریه ی کیهان شناسی پلاسما را پایه گذاری کرده اند، بدست آمده است.

اخترفیزیکدانی به نام هانس آلفونن برای اولین بار نظریه ی “کهکشان های الکتریکی” را در سال ۱۹۸۱ پیشنهاد کرد. طبق این مدل، کهکشانها و حرکتشان بیشتر به یک موتورهم قطبی شباهت دارند. یک موتور الکتریکی که به دلیل جریان های الکتریکی که میدان مغناطیسی ایجاد می کنند، کار می کند ، باعث می شود یک دیسک فلزی در راستای متناسب با جریان ذخیره شده به دور خود بچرخد.

در این مدل، یک دیسک کهکشانی مانندیک دیسک فلزی فرض می شوند، (موتور فارادی). جریان های وسیع بیرکلندی پلاسما در محور های کهکشانی جاری می شوند و در امتداد دیسک خارج می شوندو ستاره ها در این دیسک به وسیله ی این جریان ها تقویت می شوند. کهکشان ها، به نوبه خود، قدرت خود را از جریان های بین کهکشانی بیرکلند دریافت می کنند که در فضا به صورت ساختار های رشته ای قابل مشاهده هستند و توسط میدان مغناطیسی خود قابل ردیابی هستند.

رشته های الکتریسیته را می توان در همه جا دید: جرقه های الکتریسیته ساکن، رعد و برق، جت های اشعه ایکس که از قطب های کهکشان ها فوران می کنند و رشته هایی که از ابرخوشه ها که این ساختار های بزرگ مقیاس را در کائنات ساخته اند. جریان های بیرکلند در یک ارتباط خطی در امتداد یکدیگر همراه با جاذبه ای دوربرد هستند که ۳۹ برابر اندازه ی گرانش است.

در واقع این مدل چگونگی گستردگی ستارگان در فضاهای کهکشانی و همچنین چرخش آن ها حول مرکز کهکشان را با استفاده از پلاسما و الکترومغناطیس شرح می دهد.

بارهای الکتریکی می توانند جریان را از طریق غبار پلاسمای پرانرژی بین خوشه ها، کهکشان ها، ستارگان انتقال دهند.

استفان سمیت

ترجمه: فرزین حسینی

منبع:

http://www.thunderbolts.info/tpod/2010/arch10/100113shape.htm

هرگونه نشر و یا کپی برداری تنها با درج نام “بخش فارسی پروژه بین المللی آذرخش” مجاز می باشد