الفلك

عندما يتمدد الكون ، هل يخلق مساحة جديدة ، أو مادة ، أو أي شيء آخر؟

عندما يتمدد الكون ، هل يخلق مساحة جديدة ، أو مادة ، أو أي شيء آخر؟


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.

أتساءل ما هو المقصود بالضبط عندما يقال إن الكون يتمدد. هل تخلق ببساطة مساحة جديدة تملأها المادة ، هل تخلق أيضًا مادة / مادة مظلمة جديدة لملء ذلك الفراغ ، أم أنني بعيد المنال؟ شكرا لك على أي مساعدة!


نعم ، يتم إنشاء الفضاء باستمرار. لا يحتوي الفضاء الجديد على أي مادة (مثل الذرات) أو مادة مظلمة. هذا يعني أن ملف كثافة من المادة العادية والمظلمة دييتجعد بنفس معدل الحجم فيالتجاعيد. ومع ذلك ، الظلام طاقة، وهو شيء مختلف تمامًا ويُعتقد أنه خاصية للفراغ نفسه ، يتم إنشاؤه مع الفضاء الجديد ، لذلك تظل كثافة الطاقة المظلمة ثابتة.

وهذا بدوره يعني أنه في حين أن الكون المبكر (أي منذ سبعين ألف عام وحتى ما يقرب من 10 مليارات سنة) سيطرت عليه المادة ، فإن الطاقة المظلمة تهيمن على الكون الآن.

وسوف تزداد سوءا فقط.


لا ينطوي توسع الزمكان على خلق أي شيء. ما يحدث في عملية التمدد هو توسيع المقياس نفسه للزمكان.

تخيل هذا على أنه أي نظام إحداثيات عشوائي بنقاط هندسية على مسافة ثابتة متباعدة. مع توسع الزمكان ، تتسع المسافة بين هذه النقاط الهندسية لنفس المسافة لكل نقطة. في الأساس ، تتوسع كل منطقة في الزمكان بعيدًا عن كل منطقة أخرى بنفس المعدل والمسافة بغض النظر عن المكان الذي تتواجد فيه.

هذا هو السبب في أن التفكير في المادة الجديدة التي يتم "إنشاؤها" كطريقة للتوسع ليس فقط غير صحيح ، ولكنه ليس مفيدًا على الإطلاق فهو يقدم فكرة أن الزمكان له ميزة ملموسة حيث تظهر الأشياء الجديدة دائمًا والتي يمكن تصورها لمسافة معينة منا. الأمر ليس كذلك. يحدث تمدد الزمكان في كل مكان حيث تتسع المسافات بين كل نقطة على نظام الإحداثيات لدينا.

على نطاقنا (وفي الواقع على أي مقياس أصغر من عناقيد المجرات) لا نرى هذا التوسع الخواص كقوى جاذبية بين الأجسام تتغلب عليها بعد هذا التمدد الإحداثي. تذكر أن أندروميدا تتجه نحونا حاليًا كتذكير. مجموعات المجرات تتبع التوسع وتبتعد عن بعضها البعض في الوقت الحاضر. يجب توخي الحذر هنا بالرغم من ذلك. ليست المسافات بين المجرات في الكتلة هي التي تتوسع ، بل المجموعات نفسها تبتعد عن بعضها البعض.

أثناء "الانفجار الكبير" ، كانت المسافات بين الإحداثيات صفراً. هذا هو المكان الذي تأتي منه فكرة التفرد الأولي ، حيث تصبح كثافة الزمكان بشكل فوري لانهائية مع المطالبة بعدم وجود مساحة هندسية على الإطلاق (ابحث عن تعريف التفرد لمزيد من التوضيح). سيخبرك معظمهم حاليًا أن فكرة التفرد الموجودة مشكوك فيها وأن أوصاف النسبية العامة للزمكان لا تلتزم بما يحدث على المستوى الكمي ، لكن هذا خارج نطاق هذا السؤال.


حدث هذا السؤال أيضًا في المحاضرة 4 من كتاب ليونارد ساسكيند في الفيزياء الحديثة فيما يتعلق بنموذج عرضه لشرح التوسع.

"أجزاء صغيرة من الفضاء ، أجزاء صغيرة من الفضاء المشكل حديثًا ، هذا اتجاه واحد للتفكير في ذلك. الطريقة الأخرى للتفكير في الأمر هي فقط من خلال معادلات النسبية العامة ... "

أعتقد أنه سيكون من الخطأ التفكير في "خلق" الفضاء. أو على الأقل ، سيكون ذلك أشبه بمفهوم ميتافيزيقي. يثير السؤال ماذا هو الفضاء وماذا هو خلق؟ لا أعتقد أن لها مكانة كبيرة في النسبية العامة (على الأقل ليس من دون النظر في النماذج الأعمق التي تحاول توحيد النسبية العامة مع نظرية المجال الكمومي). هل تم إنشاء مساحة أم أنها ممتدة فقط (قارن مع الشريط المطاطي ، هل نصنع شريطًا مطاطيًا عندما نمد شريطًا مطاطيًا)؟ قد تكون هذه المفاهيم طرقًا للتفكير في الأمر ولكنها لا تصف بالضبط ما هي "هي" ، أو على الأقل تتجاوز الوصف الفيزيائي والرياضي. لا تخبر المعادلات الحالية (على الأقل بالنسبة لمعادلات النسبية العامة) ما إذا كان الفضاء ممتدًا أو ما إذا كان الفضاء قد تم إنشاؤه. هذه المفاهيم ليست ذات صلة.

لا توجد آلية فيزيائية يمكننا من خلالها أن نقول "هذا أو ذاك يخلق مساحة". وجهة نظر متناقضة مثيرة للاهتمام تضع توسع و "خلق" الفضاء في ضوء مختلف هي وجهة النظر القائلة بأن الكون المتوسع والمعادلات النسبية يمكن اشتقاقها بالفعل باستخدام الديناميكيات النيوتونية فقط (التي وصفها ماكريا وميلن لأول مرة في منتصف الثلاثينيات). هذا الإطار ، على الرغم من أنه يؤدي إلى نفس المعادلات ، هو مفهوم نيوتن وله تفسير مختلف. من الجيد أن نذكر أن الفضاء في ميكانيكا نيوتن هو مطلق (لذلك عندما يتوسع الحجم ، يمكن للمرء أن يقول إنه يجب أن يكون هناك شيء مثل إنشاء الفضاء) ، ولكن في النسبية العامة ، هذا هو ليس القضية. ما يبدو كبيرًا بالنسبة لك يمكن أن يبدو صغيرًا لمراقب مختلف.


في النسبية العامة ، يمكن وصف تمدد الكون بواسطة معادلات أينشتاين فيلد مثل أي حركة أخرى. يمكنك مقارنتها بالنموذج الكوني النيوتوني وترى توسع الكون كما هو موصوف في معادلات الحركة (أي. لا يوجد كيان سحري يسبب التمدد من خلال "إنشاء" الفضاء ، إنها مجرد حركة عادية كما وصفها أينشتاين معادلات المجال).

يمكن ذكر هذه المعادلات بإيجاز شديد على النحو التالي:

  • ملحوظة: يمكن كتابة المعادلات التالية بعدة طرق مختلفة. لقد استخدمت تدوينًا من Jerzy Plebanski Andrzej Krasinski ، في مقدمة في النسبية العامة وعلم الكونيات

    يمكن وصف الكون المتوسع بواسطة معادلات مجال أينشتاين.

    $ R ^ { mu nu} - frac {1} {2} g ^ { mu nu} R + Lambda g ^ { mu nu} = G ^ { mu nu} + Lambda g ^ { mu nu} = kappa T ^ { mu nu} $

    حيث $ kappa = frac {8 pi G} {c ^ 4} $ هو ثابت أينشتاين و $ Lambda $ الثابت الكوني (غير معروف).

    واحدة من العديد من الحلول المحددة هي معادلات فريدمان (لكون متجانس الخواص) التي تستخدم هندسة روبرتسون ووكر

    $ start {array} {rcl} ds ^ 2 & = & g _ { mu nu} dx ^ { mu} dx ^ { nu} & = & dt ^ 2 - R (t) left ( frac {dr ^ 2} {1-kr} + r ^ 2 (d theta ^ 2 + sin ^ 2 theta d psi ^ 2) right) end {array} $

    مع $ R (z) $ a عامل مقياس يعتمد على الوقت و $ k $ مؤشر الانحناء.

    سيؤدي ذلك إلى حل عامل المقياس $ R $

    $ start {array} {rcrcl} G_ {00} & = & frac {3k} {R ^ 2} + 3 frac { dot R ^ 2} {R ^ 2} & = & kappa epsilon - Lambda -G_ {11} = -G_ {22} = -G_ {33} & = & frac {k} {R ^ 2} + frac { dot R ^ 2} {R ^ 2} + 2 frac { ddot R} {R} & = & - kappa p + Lambda end {array} $

    حيث $ p $ هو الضغط و $ epsilon $ هو كثافة الطاقة.


يمكن النظر إلى التمدد باعتباره تأثيرًا حركيًا (كما هو الحال مع التوسع في علم الكونيات النيوتوني) وعندما يتم وصفه بواسطة معادلات الحركة في إطار النسبية العامة المكافئة لتغيير ، في الوقت ، من 'قياس'. هذا التغيير في المقياس هو الطريقة التي يمكننا من خلالها وصف الحركة والجاذبية والكهرومغناطيسية بطريقة نسبية.

إذا كنت ترغب في أن تسمي هذا التأثير شيئًا مثل `` إنشاء مساحة '' ، ولكن بعد ذلك ، يجب أن تكون ، imo ، بحاجة إلى أن تكون متسقة وأن تستدعي أي انكماش / امتداد نسبي آخر على أنه `` مساحة يتم إنشاؤها / إزالتها '' مقياس تداخل ميكلسون ومورلي عندما يتحرك ، أو عندما تمر موجات الجاذبية ، فإننا نشهد إزالة وإضافة متكررة للفضاء).

لذا في المرة القادمة التي ترى فيها تفاحة تسقط من على شجرة ، يجب أن تتخيل أنه ، من وجهة نظر تلك التفاحة ، يتم تقليص المساحة ، وبالتالي يتم إزالة المساحة.


نظرًا لأن الجزء الثاني من سؤالك مكرر ، فسأعالج الجزء الأول فقط. ومع ذلك ، أظن أنك ستصاب بخيبة أمل لأن جوابي هو أن سؤالك ليس له إجابة.

تكمن المشكلة في أن الزمكان ليس شيئًا ولا يتم شده. لقد اعتدنا جميعًا على رؤية الزمكان على شكل صفيحة مطاطية ، ولكن في حين أن هذا يمكن أن يكون تشبيهًا مفيدًا للمبتدئين ، إلا أنه من المضلل إذا قمت بتمديده بعيدًا. بشكل عام ، يعتبر الزمكان ، النسبية ، بنية رياضية ، وليس شيئًا ماديًا. إنه مزيج من متشعب ومتري. في خطر المبالغة في التبسيط ، فإن متشعب يحدد الأبعاد والطوبولوجيا ، و قياس يسمح لنا بحساب المسافات.

نحن عادة نقرب كوننا بمقياس FLRW ، وإحدى ميزات هذا المقياس هي أنه يعتمد على الوقت. على وجه التحديد ، إذا استخدمنا المقياس لحساب المسافة بين نقطتي المواجهة ، فسنجد أن المسافة التي نحسبها تزداد بمرور الوقت. هذا هو السبب في أننا نقول إن الكون يتمدد. لكن لا شيء يجري امتدت أو خلقت في أي شيء مثل المعنى المعتاد لهذه الكلمات.

اجابة قصيرة: على عكس المواد القابلة للتمدد ، يفتقر الزمكان إلى قدر من التمدد.

اجابة طويلة: دعونا نرى أين يثبت تشبيه الصفائح المطاطية وأين يفشل. عندما تمد ورقة مطاطية ، فإن نقطتين عليها تغير المسافة. يمكنك أيضًا صياغة نسخة تفاضلية من هذه الخاصية بقولها عن نقاط قريبة متناهية الصغر. يحدث مماثل للزمكان. في الواقع ، وصف كيفية تغيير النقاط القريبة في متناهية الصغر لمسافاتها (متناهية الصغر) هو وصف هندسي كامل للزمكان في النسبية العامة (GR). أكثر من ذلك ، إنه وصف كامل للزمكان في GR (حتى تفاصيل حول محتوى المادة فيه).

هذا موصوف بكمية تسمى موتر متري $ g _ < mu nu> $ ، أو ببساطة قياس لفترة قصيرة. إنها مصفوفة $ n $ على $ n $ ، حيث $ n $ هو عدد أبعاد الزمكان (لذا فهو عادة 4 إلا إذا كنت تتعامل مع نظريات ذات عدد مختلف من الأبعاد). مربع المسافة اللامتناهية في الصغر يُعطى بواسطة: start ds ^ 2 = sum_ mu sum_ nu g _ < mu nu> dx ^ mu dx ^ nu end

في اصطلاح جمع أينشتاين ، يُفترض الجمع على الفهارس المكررة ، لذلك يُكتب هذا عادةً على النحو التالي $ ds ^ 2 = g _ < mu nu> dx ^ mu dx ^ nu $.

بالنسبة للزمكان المسطح ، فإن $ g _ < mu nu> $ عبارة عن مصفوفة قطرية بها -1 متبوعة بـ 1s أو 1 متبوعًا بـ -1s ، اعتمادًا على الاصطلاح (يعطي نفس الفيزياء في النهاية). بالنسبة للمساحة الإقليدية المسطحة ، فإن الموتر المتري هو ببساطة مصفوفة وحدة ، لذلك بالنسبة للفضاء ثلاثي الأبعاد ، فإن هذا يعطي: ds ^ 2 = dx ^ 2 + dy ^ 2 + dz ^ 2 end وهو مجرد تعبير تفاضلي لنظرية فيثاغورس.

أين فشل القياس؟

حسنًا ، كما قلت سابقًا ، القياس هو وصف كامل للزمكان في GR. هذا يعني أن الزمكان ليس له أي خاصية إضافية. من ناحية أخرى ، يمتلك المطاط مقياسًا لمدى تمدده. يرتبط هذا ارتباطًا وثيقًا بالمطاط الذي يحتوي على كمية قياس من المطاط لكل وحدة مساحة. ولكن لا يوجد شيء مثل "مقدار المساحة لكل وحدة مساحة" ، لذلك بمجرد تمديد الزمكان ، لن يعود مرة أخرى. أو يمكنك أن تقول إن التمدد وتكوين الزمكان هو نفس الشيء ، لأنك تحصل على حجم أكبر "مجانًا" (بمعنى أنه ، على عكس المطاط ، لا توجد طريقة "لتذكر" أنه كان حجمه أقل).

توسيع الفضاء يعني ببساطة أن المسافات بين النقاط تصبح أكبر ، دون أي حركة ضمنية. إنه أبسط من ذلك مع المواد القابلة للتمدد ، ولكن أقل بديهية ، لأن حدسنا يجبرنا على الإيحاء بخصائص إضافية غير موجودة.


مجاعة

لأن الكون توسع فإن كثافة الطاقة نمت أقل فأقل. وتلك الجسيمات التي لها كتلة كبيرة (والتي هي في النهاية طاقة "صلبة") أصبح إنتاجها أكثر صعوبة ، بينما استمر القتل بنفس المعدل تقريبًا. أُطلق على هذه الفترة من تاريخ كوننا اسم عصر ذبح الكوارك ، على الرغم من أن اللبتونات الأكبر حلت بنفس المصير وتلاشت. استمر القتل حتى بقي أصغر الجسيمات فقط: كل الغلوونات والفوتون والكواركات العلوية والسفلية والإلكترون والنيوترينو الإلكتروني الخاص به.

ولسبب ما لا يزال غير معروف ، تحول توازن المادة والمادة المضادة قليلاً لصالح المادة العادية. نتج عن هذا التحول زيادة دقيقة في المادة العادية ، وبينما ألغت كل المادة والمادة المضادة الأخرى بعضها البعض ، نجا فائض المادة العادية واستمر في العيش بسعادة بعد ذلك. كل المواد التي يتكون منها عالمنا اليوم ، بما في ذلك كوكب الأرض وسكانها كانت موجودة في ولادة الزمن ونجت من أعنف حقبة دمار عرفها عالمنا على الإطلاق.

فكر في الأمر. إذا كانت الجسيمات كائنات واعية ، فبإمكانها جميعًا أن تتذكر أنها جزء من هذا الاضطراب المذهل ، عالم نشأت فيه الجسيمات الأخرى وقُتلت قبل أن تتمكن من إحداث فرق. وفجأة حدث شيء لم يكن أحد يتوقعه. توقف الموت. امتدت طائرات فضاء شاسعة إلى الأمام على مسافات لا يمكن لأحد أن يعرف بوجودها هناك. وفجأة كان هناك مجال للسفر حيث كان الناجون جزءًا صغيرًا حقًا من كل الجسيمات التي كانت موجودة على الإطلاق. مثل النجاة من مرض عظيم قضى على مدينة بأكملها ، ولم يتبق سوى مساحة. على قيد الحياة في عالم من العظمة غير المسبوقة على قيد الحياة دون احتمال الاضطرار إلى الموت.

لكن هذا لم يكن كل شيء. كان هناك شيء آخر.


ملك الكون المبكر

تعبت من نظرية الانفجار الكبير وتريد نسختك الخاصة من علم الكونيات؟ هذا جيد ، لكن عليك أن تشرح أشياء مثل توسع الكون والبقع في صورة الطفل للكون. بعبارة أخرى ، عليك أن تقوم بعمل أفضل في تفسير الكون أكثر مما يفعله التضخم.

يبدو هذا سهلاً ، لكنه ليس كذلك. الضغط والكثافة و درجة الحرارة لقد أفسدت الاختلافات في السنوات الأولى للكون العديد من الكوسمولوجيات البديلة ، بما في ذلك واحدة من أكثر أفكار "دعنا نذهب أكبر من الانفجار الكبير" المعروفة باسم (هل أنت مستعد لهذا) ، الكون Ekpyrotic. الكلمة ekpyrotic تأتي من الكلمة اليونانية التي تعني "حريق" ، والتي تشير إلى فكرة فلسفية قديمة عن كون متكرر باستمرار.

في السيناريو Ekpyrotic ، الكون ... يتكرر باستمرار. في ظل هذا المنظور ، نحن حاليًا في مرحلة "الانفجار" ، والتي سوف تتباطأ (بطريقة ما) ، وتتوقف ، وتعكس ، وتعود إلى درجات حرارة وضغوط عالية بشكل لا يصدق. بعد ذلك ، سوف يرتد الكون (بطريقة ما) ويعيد الاشتعال في مرحلة جديدة من الانفجار الأعظم.

تكمن المشكلة في أنه من الصعب تكرار اللطخات والبقع في صورة الطفل للكون في عالم Ekpyrotic. عندما نحاول تجميع بعض الفيزياء الغامضة لشرح دورة الانهيار الارتدادي (وأنا أؤكد على "الغموض" هنا ، لأن هذه العمليات تتضمن طاقات ومقاييس لم نقترب حتى من فهمها مع الفيزياء المعروفة) ، كل شيء يخرج فقط ... سلس. لا مطبات. لا اهتزازات. لا بقع. لا توجد فروق في درجة الحرارة والضغط والكثافة.

وهذا لا يعني فقط أن النظريات لا تتطابق مع ملاحظات الكون المبكر. هذا يعني أن هذه الكونيات لا تؤدي إلى كون مليء بالمجرات أو النجوم أو حتى الناس.

لذلك هذا نوع من المشكله.


يتوسع الكون بسرعة كبيرة ، ويمكن أن يعيد ذلك كتابة علم الكونيات

في البداية ، كان همسًا. الآن أصبحت صيحة: هناك خطأ خطير في فهمنا للكون. عندما نقيس معدل تمدد الكون ، نحصل على نتائج مختلفة اعتمادًا على ما إذا كنا نستقرئ من الكون المبكر أو ننظر إلى النجوم المتفجرة في المجرات القريبة. يعني التناقض أن كل شيء يتسارع بسرعة أكبر مما نتوقع.

ظهرت المشكلة في الأصل قبل بضع سنوات ، وكان الأمل في أنها ستتلاشى مع ملاحظات أكثر دقة. في الواقع ، جعلت القياسات الأخيرة من المستحيل تجاهلها. & # 8220 بدأ الأمر يصبح جادًا حقًا ، & # 8221 يقول إدوارد مورتسيل ، عالم الكونيات في جامعة ستوكهولم في السويد. & # 8220 يجب أن يكون الناس قد أخطأوا حقًا لأن هذا ليس حقيقيًا إلى حد ما. & # 8221

كان علماء الكونيات يبحثون عن إجابات. لقد تلاعبوا بخصائص الطاقة المظلمة والمادة المظلمة ، هذين المكونين المعروفين ، ولكن الغامضين ، في نموذجنا القياسي لعلم الكونيات. لقد تخيلوا كل أنواع المكونات الغريبة الجديدة - كل ذلك دون جدوى.

الاستنتاج لا يمكن أن يكون أكثر وضوحا. قد يكون أفضل نموذج لدينا للكون ، سفينة شراعية تبدو هادئة ، محصورة تحت خط الماء. وقد دفع ذلك بعض الباحثين إلى اقتراح اتخاذ الخطوة النهائية: التخلي عن تلك السفينة وبناء نموذج قياسي جديد من الألف إلى الياء ، بناءً على فهم منقح للجاذبية. إنها ليست المحاولة الأولى من نوعها. الآن ، ومع ذلك ، يأتي مع تطور - حرفيا تقريبا. من خلال وضع دوران كمي على نظريات أينشتاين عن المكان والزمان ، قد نفهم أخيرًا & hellip

اشترك للحصول على وصول رقمي غير محدود

اشترك الآن للوصول غير المحدود

التطبيق + الويب

  • وصول غير محدود إلى الويب
  • تطبيق نيو ساينتست
  • تتوفر مقاطع فيديو لأكثر من 200 محادثة علمية بالإضافة إلى الكلمات المتقاطعة الأسبوعية حصريًا للمشتركين
  • وصول حصري إلى الأحداث الخاصة بالمشتركين فقط بما في ذلك حدث تغير المناخ في الأول من يوليو
  • عام من التغطية البيئية التي لا مثيل لها ، حصريًا مع نيو ساينتست وبرنامج الأمم المتحدة للبيئة

طباعة + تطبيق + ويب

  • وصول غير محدود إلى الويب
  • طبعة مطبوعة أسبوعية
  • تطبيق نيو ساينتست
  • تتوفر مقاطع فيديو لأكثر من 200 محادثة علمية بالإضافة إلى الكلمات المتقاطعة الأسبوعية حصريًا للمشتركين
  • وصول حصري إلى الأحداث الخاصة بالمشتركين فقط بما في ذلك حدث تغير المناخ في الأول من يوليو
  • عام من التغطية البيئية التي لا مثيل لها ، حصريًا مع نيو ساينتست وبرنامج الأمم المتحدة للبيئة

المشتركين الحاليين ، يرجى تسجيل الدخول بعنوان بريدك الإلكتروني لربط الوصول إلى حسابك.


كيف سينتهي الكون ، وهل يمكن لأي شيء أن ينجو؟

لا داعي للذعر ، لكن كوكبنا محكوم عليه بالفناء. سيستغرق الأمر بعض الوقت. ما يقرب من 6 مليارات سنة من الآن ، من المحتمل أن تتبخر الأرض عندما تتوسع الشمس المحتضرة إلى عملاق أحمر ويبتلع كوكبنا.

لكن الأرض ليست سوى كوكب واحد في النظام الشمسي ، والشمس هي مجرد واحدة من مئات المليارات من النجوم في المجرة ، وهناك مئات المليارات من المجرات في الكون المرئي. ما الذي يخبئه كل ذلك؟ كيف ينتهي الكون؟

العلم أقل استقرارًا حول كيفية حدوث ذلك. لسنا متأكدين حتى مما إذا كان الكون سيصل إلى نهاية ثابتة ومحددة أم أنه سينتهي ببطء. يقترح أفضل فهم لدينا للفيزياء أن هناك عدة خيارات لنهاية العالم. كما يقدم بعض التلميحات حول كيف يمكننا ، ربما فقط ، البقاء على قيد الحياة.

أول دليل لدينا لنهاية الكون يأتي من الديناميكا الحرارية ، دراسة الحرارة. الديناميكا الحرارية هي مبشر الفيزياء الجامح ، يحمل لافتة من الورق المقوى مع تحذير بسيط: "الموت بسبب الحرارة آتٍ".

الموت الحراري أسوأ بكثير من الاحتراق إلى هش

على الرغم من الاسم ، فإن الموت الحراري للكون ليس جحيمًا ناريًا. بدلاً من ذلك ، إنه موت كل الاختلافات في الحرارة.

قد لا يبدو هذا مخيفًا ، لكن الموت الحراري أسوأ بكثير من الاحتراق إلى هش. ذلك لأن كل شيء تقريبًا في الحياة اليومية يتطلب نوعًا من الاختلاف في درجة الحرارة ، إما بشكل مباشر أو غير مباشر.

على سبيل المثال ، سيارتك تعمل لأنها أكثر سخونة داخل محركها من خارجه. يعمل جهاز الكمبيوتر الخاص بك بالكهرباء من محطة الطاقة المحلية ، والتي ربما تعمل عن طريق تسخين المياه واستخدامها لتشغيل التوربينات. وأنت تعمل على الطعام ، والذي يوجد بفضل الاختلاف الهائل في درجات الحرارة بين الشمس وبقية الكون.

ومع ذلك ، بمجرد أن يصل الكون إلى الموت الحراري ، سيكون كل شيء في كل مكان بنفس درجة الحرارة. هذا يعني أنه لن يحدث أي شيء مثير للاهتمام مرة أخرى.

بدا الموت الحراري وكأنه الطريقة الوحيدة الممكنة لانتهاء الكون

سيموت كل نجم ، وستتحلل كل المواد تقريبًا ، وفي النهاية كل ما سيبقى هو حساء متناثر من الجسيمات والإشعاع. حتى طاقة هذا الحساء ستُستنزف بمرور الوقت بسبب توسع الكون ، تاركًا كل شيء مجرد جزء من درجة فوق الصفر المطلق.

في هذا "التجمد الكبير" ، ينتهي الكون باردًا وميتًا وفارغًا.

بعد تطوير الديناميكا الحرارية في أوائل القرن التاسع عشر ، بدا الموت الحراري وكأنه الطريقة الوحيدة التي يمكن أن ينتهي بها الكون. لكن قبل 100 عام ، اقترحت نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين أن للكون مصير أكثر دراماتيكية.

تقول النسبية العامة أن المادة والطاقة تشوه الزمان والمكان. هذه العلاقة بين الزمكان والمادة-الطاقة (الأشياء) و [مدش] بين المسرح والممثلين فيه و [مدش] تمتد إلى الكون بأسره. تحدد الأشياء الموجودة في الكون ، وفقًا لأينشتاين ، المصير النهائي للكون نفسه.

بدأ الكون كشيء صغير بشكل لا يصدق ، ثم توسع بسرعة مذهلة

تنبأت النظرية بأن الكون ككل يجب أن يتمدد أو يتقلص. لا يمكن أن تبقى بنفس الحجم. أدرك أينشتاين ذلك في عام 1917 ، وكان مترددًا في تصديقه لدرجة أنه تلاعب بنظريته الخاصة.

ثم في عام 1929 ، وجد عالم الفلك الأمريكي إدوين هابل أدلة دامغة على أن الكون يتوسع. غير أينشتاين رأيه ، واصفًا إصراره السابق على كون ثابتًا بأنه "الخطأ الفادح" في حياته المهنية.

إذا كان الكون يتوسع ، فلا بد أنه كان في يوم من الأيام أصغر بكثير مما هو عليه الآن. أدى هذا الإدراك إلى نظرية الانفجار العظيم: فكرة أن الكون بدأ كشيء صغير بشكل لا يصدق ، ثم توسع بسرعة مذهلة. يمكننا أن نرى "الشفق اللاحق" للانفجار العظيم حتى اليوم ، في إشعاع الخلفية الكونية الميكروي الميكروي & ndash ، تيار مستمر من موجات الراديو ، قادمًا من جميع الاتجاهات في السماء.

إذن ، يتوقف مصير الكون على سؤال بسيط للغاية: هل سيستمر الكون في التوسع ، وبأي سرعة؟

إذا كان هناك الكثير من الأشياء ، فإن تمدد الكون سوف يتباطأ ويتوقف

بالنسبة لكون يحتوي على "أشياء" عادية ، مثل المادة والضوء ، فإن الإجابة على هذا السؤال تعتمد على كمية الأشياء الموجودة. المزيد من الأشياء يعني المزيد من الجاذبية ، مما يؤدي إلى سحب كل شيء معًا مرة أخرى وإبطاء التوسع.

طالما أن كمية الأشياء لا تتجاوز عتبة حرجة ، فإن الكون سيستمر في التوسع إلى الأبد ، وفي النهاية يعاني من الموت الحراري ، التجمد.

ولكن إذا كان هناك الكثير من الأشياء ، فإن توسع الكون سوف يتباطأ ويتوقف. ثم سيبدأ الكون في الانكماش. سوف يتقلص الكون المتقلص بشكل أصغر وأصغر ، ويصبح أكثر سخونة وكثافة ، وينتهي في النهاية بجحيم مضغوط رائع ، وهو نوع من الانفجار العظيم العكسي المعروف باسم الأزمة الكبيرة.

خلال معظم القرن العشرين ، لم يكن علماء الفيزياء الفلكية متأكدين من أي من هذه السيناريوهات سينفذ. هل سيكون التجميد الكبير أم الأزمة الكبيرة؟ جليد أم نار؟

الطاقة المظلمة تفصل الكون

لقد حاولوا إجراء إحصاء كوني ، وجمعوا كمية الأشياء الموجودة في كوننا. اتضح أننا اقتربنا بشكل غريب من العتبة الحرجة ، مما يجعل مصيرنا غير مؤكد.

كل هذا تغير في نهاية القرن العشرين. في عام 1998 ، أصدر فريقان متنافسان من علماء الفيزياء الفلكية إعلانًا مذهلاً: تسارع توسع الكون.

لا يمكن للمادة والطاقة الطبيعية أن تجعل الكون يتصرف بهذه الطريقة. كان هذا أول دليل على نوع جديد من الطاقة ، يُطلق عليه اسم "الطاقة المظلمة" ، والذي لم يتصرف مثل أي شيء آخر في الكون.

الطاقة المظلمة تفصل الكون. ما زلنا لا نفهم ماهيتها ، لكن ما يقرب من 70٪ من الطاقة في الكون هي طاقة مظلمة ، وهذا الرقم يتزايد كل يوم.

يعني وجود الطاقة المظلمة أن كمية الأشياء في الكون لا تحدد مصيرها النهائي.

بدلاً من ذلك ، تتحكم الطاقة المظلمة في الكون ، مما يسرع من تمدد الكون إلى الأبد. هذا يجعل الأزمة الكبيرة أقل احتمالا.

لكن هذا لا يعني أن التجميد الكبير أمر لا مفر منه. هناك احتمالات أخرى.

نشأ أحدهم ، ليس في دراسة الكون ، ولكن في عالم الجسيمات دون الذرية. ربما يكون هذا هو أغرب مصير للكون. يبدو وكأنه شيء من الخيال العلمي ، وبطريقة ما هو كذلك.

في رواية الخيال العلمي الكلاسيكية لكورت فونيغوت مهد القط، ice-9 شكل جديد من الجليد المائي بخاصية رائعة: يتجمد عند 46 درجة مئوية ، وليس عند 0 درجة مئوية. عندما تُسقط بلورة من الجليد التاسع في كوب من الماء ، فإن كل الماء المحيط بها يصوغ نفسه على الفور بعد البلورة ، نظرًا لأنه يحتوي على طاقة أقل من الماء السائل.

لا يوجد مكان يبدأ فيه الجليد في التكون

تقوم بلورات Ice-9 الجديدة بنفس الشيء للمياه من حولها ، وفي غمضة عين ، يحول التفاعل المتسلسل كل الماء الموجود في الزجاج و mdash أو (تنبيه المفسد!) جميع محيطات الأرض و [مدش] إلى جليد صلب -تسع.

يمكن أن يحدث نفس الشيء في الحياة الواقعية مع الثلج العادي والمياه العادية. إذا وضعت مياهًا نقية جدًا في كوب نظيف للغاية ، وقمت بتبريده بدرجة حرارة أقل من 0 درجة مئوية ، فإن الماء سيصبح شديد البرودة: حيث يظل سائلًا تحت نقطة التجمد الطبيعية. لا توجد شوائب في الماء ولا بقع خشنة على الزجاج ، لذلك لا يوجد مكان يبدأ الجليد فيه بالتشكل. ولكن إذا قمت بإلقاء بلورة من الثلج في الزجاج ، فسوف يتجمد الماء بسرعة ، تمامًا مثل الثلج التاسع.

قد لا يبدو الماء ذو ​​التسعة الجليدية والماء شديد البرودة وثيق الصلة بمصير الكون. لكن شيئًا مشابهًا يمكن أن يحدث للفضاء نفسه.

تملي فيزياء الكم أنه حتى في الفراغ الخالي تمامًا ، توجد كمية صغيرة من الطاقة. ولكن قد يكون هناك أيضًا نوع آخر من الفراغ ، والذي يحمل طاقة أقل.

الفراغ الجديد سوف "يحول" الفراغ القديم من حوله

إذا كان هذا صحيحًا ، فإن الكون بأسره يشبه كوبًا من الماء شديد البرودة. سوف يستمر فقط حتى تظهر "فقاعة" من فراغ منخفض الطاقة.

لحسن الحظ ، لا توجد مثل هذه الفقاعات التي نعرفها. لسوء الحظ ، تملي فيزياء الكم أيضًا أنه إذا كان من الممكن حدوث فراغ منخفض الطاقة ، فإن فقاعة هذا الفراغ ستندفع حتمًا إلى الوجود في مكان ما في الكون.

عندما يحدث ذلك ، تمامًا مثل Ice-9 ، فإن الفراغ الجديد سوف "يحول" الفراغ القديم من حوله. سوف تتمدد الفقاعة بسرعة الضوء تقريبًا ، لذلك لن نراها قادمة أبدًا.

داخل الفقاعة ، ستكون الأمور مختلفة جذريًا ، ولن تكون مضيافة بشكل رهيب.

سيتم تدمير البشر والكواكب وحتى النجوم نفسها

قد تكون خصائص الجسيمات الأساسية مثل الإلكترونات والكواركات مختلفة تمامًا ، مما يؤدي إلى إعادة كتابة قواعد الكيمياء جذريًا وربما منع الذرات من التكون.

سيتم تدمير البشر والكواكب وحتى النجوم نفسها في هذا التغيير الكبير. في ورقة بحثية صدرت عام 1980 ، أطلق عليها الفيزيائيان سيدني كولمان وفرانك دي لوتشيا "الكارثة البيئية المطلقة".

ومما يزيد الطين بلة ، أن الطاقة المظلمة من المحتمل أن تتصرف بشكل مختلف بعد التغيير الكبير. بدلاً من دفع الكون للتوسع بشكل أسرع ، قد تسحب الطاقة المظلمة الكون على نفسها ، وتنهار في أزمة كبيرة.

هناك احتمال رابع ، ومرة ​​أخرى تحتل الطاقة المظلمة مركز الصدارة. هذه الفكرة تخمينية للغاية وغير مرجحة ، لكن لا يمكن استبعادها بعد. قد تكون الطاقة المظلمة أقوى مما كنا نعتقد ، وقد تكون كافية لإنهاء الكون بمفرده ، دون أي تدخل كبير ، أو تجمد ، أو أزمة.

الطاقة المظلمة لها خاصية غريبة. مع تمدد الكون ، تظل كثافته ثابتة. وهذا يعني أن المزيد منها يظهر إلى الوجود بمرور الوقت ، لمواكبة الحجم المتزايد للكون. هذا أمر غير معتاد ، لكنه لا يخالف أي قوانين فيزيائية.

ومع ذلك ، يمكن أن يصبح الأمر أكثر غرابة. ماذا لو زادت كثافة الطاقة المظلمة مع توسع الكون؟ بمعنى آخر ، ماذا لو زادت كمية الطاقة المظلمة في الكون بسرعة أكبر من تمدد الكون نفسه؟

طرح هذه الفكرة روبرت كالدويل من كلية دارتموث في هانوفر ، نيو هامبشاير. يسميها "الطاقة المظلمة الوهمية". إنه يؤدي إلى مصير غريب بشكل ملحوظ للكون.

إذا كانت الطاقة المظلمة الوهمية موجودة ، فإن الجانب المظلم هو سقوطنا النهائي ، تمامًا مثل حرب النجوم حذرنا من أنه سيكون.

الذرات نفسها ستتحطم بجزء من الثانية قبل أن ينفجر الكون نفسه

في الوقت الحالي ، كثافة الطاقة المظلمة منخفضة جدًا ، وأقل بكثير من كثافة المادة هنا على الأرض ، أو حتى كثافة مجرة ​​درب التبانة ، وهي أقل كثافة بكثير من كثافة الأرض. ولكن مع مرور الوقت ، سوف تتراكم كثافة الطاقة المظلمة الوهمية ، وتمزق الكون.

في ورقة بحثية عام 2003 ، حدد كالدويل وزملاؤه سيناريو أطلقوا عليه "يوم القيامة الكوني". بمجرد أن تصبح الطاقة المظلمة الوهمية أكثر كثافة من كائن معين ، يتمزق هذا الجسم إلى أشلاء.

أولاً ، ستفصل الطاقة المظلمة الوهمية درب التبانة عن بعضها ، مما يؤدي إلى تحليق النجوم المكونة لها. عندها سيكون النظام الشمسي غير مقيد ، لأن قوة سحب الطاقة المظلمة ستكون أقوى من جاذبية الشمس على الأرض.

أخيرًا ، في غضون بضع دقائق محمومة ، ستنفجر الأرض. ثم تتحطم الذرات نفسها ، بجزء من الثانية قبل أن ينفجر الكون نفسه. كالدويل يسمي هذا التمزق الكبير.

The Big Rip هو ، باعتراف كالدويل نفسه ، "غريب جدًا" - وليس فقط لأنه يبدو وكأنه شيء من أصل كوميدي خارق خارق.

هذه صورة قاتمة للغاية للمستقبل

تطير الطاقة المظلمة الوهمية في مواجهة بعض الأفكار الأساسية إلى حد ما حول الكون ، مثل افتراض أن المادة والطاقة لا يمكن أن تسير بسرعة أكبر من سرعة الضوء. هناك أسباب وجيهة لعدم الإيمان به.

استنادًا إلى ملاحظاتنا حول توسع الكون ، وتجارب فيزياء الجسيمات ، يبدو أن المصير النهائي لكوننا هو تجمد كبير ، ربما يتبعه تغيير كبير وأزمة كبيرة أخيرة.

ولكن هذه صورة قاتمة بشكل ملحوظ لمستقبل و [مدش] الدهور من الفراغ البارد ، والتي انتهت أخيرًا بانحلال الفراغ والانفجار الداخلي النهائي في العدم. هل يوجد هروب؟ أم أننا محكومون بحجز طاولة في مطعم نهاية الكون؟

بالتأكيد لا يوجد سبب يدعونا ، بشكل فردي ، للقلق بشأن نهاية الكون. كل هذه الأحداث هي تريليونات السنين في المستقبل ، مع استثناء محتمل للتغيير الكبير ، لذا فهي ليست مشكلة وشيكة.

أيضًا ، لا يوجد سبب للقلق بشأن الإنسانية. إذا لم يكن هناك شيء آخر ، فسيكون الانجراف الجيني قد جعل أحفادنا غير معروفين قبل ذلك بوقت طويل. ولكن هل يمكن لمخلوقات ذكية من أي نوع ، سواء كانت بشرية أم لا ، أن تنجو؟

إذا كان الكون يتسارع ، فهذه أخبار سيئة حقًا

درس الفيزيائي فريمان دايسون من معهد الدراسات المتقدمة في برينستون بولاية نيوجيرسي هذا السؤال في ورقة بحثية كلاسيكية نُشرت في عام 1979. وفي ذلك الوقت ، خلص إلى أن الحياة يمكن أن تعدل نفسها لتنجو من التجمد الكبير ، الذي كان يعتقد أنه أقل تحديًا من جحيم الأزمة الكبيرة.

لكنه في هذه الأيام أقل تفاؤلاً بكثير بفضل اكتشاف الطاقة المظلمة.

يقول دايسون: "إذا كان الكون يتسارع ، فهذه أخبار سيئة حقًا". يعني التوسع المتسارع أننا سنفقد في النهاية الاتصال بجميع المجرات باستثناء حفنة منها ، مما يحد بشكل كبير من كمية الطاقة المتاحة لنا. "إنه وضع كئيب إلى حد ما على المدى الطويل."

لا يزال من الممكن أن يتغير الوضع. يقول دايسون: "لا نعرف حقًا ما إذا كان التوسع سيستمر لأننا لا نفهم سبب تسارعه". "وجهة النظر المتفائلة هي أن التسارع سيتباطأ كلما زاد الكون." If that happens, "the future is much more promising."

But what if the expansion doesn't slow down, or if it becomes clear that the Big Change is coming? Some physicists have proposed a solution that is solidly in mad-scientist territory. To escape the end of the universe, we should build our own universe in a laboratory, and jump in.

One physicist who has worked on this idea is Alan Guth of MIT in Cambridge, Massachusetts, who is known for his work on the very early universe.

You would jump-start the creation of an entirely new universe

"I can't say that the laws of physics absolutely imply that it's possible," says Guth. "If it is possible, it would require technology vastly beyond anything that we can foresee. It would require huge amounts of energy that one would need to be able to obtain and control."

The first step, according to Guth, would be creating an incredibly dense form of matter &mdash so dense that it was on the verge of collapsing into a black hole. By doing that in the right way, and then quickly clearing the matter out of the area, you might be able to force that region of space to start expanding rapidly.

In effect, you would jump-start the creation of an entirely new universe. As the space in the region expanded, the boundary would shrink, creating a bubble of warped space where the inside was bigger than the outside.

That may sound familiar to Doctor Who fans, and according to Guth, the TARDIS is "probably a very accurate analogy" for the kind of warping of space he's talking about.

We don't really know if it's possible or not

Eventually, the outside would shrink to nothingness, and the new baby universe would pinch off from our own, spared from whatever fate our universe may meet.

It's far from certain that this scheme would actually work. "I would have to say that it's unclear," says Guth. "We don't really know if it's possible or not."

However, Guth also points out that there is another source of hope beyond the end of the universe &ndash well, hope of a sort.

Guth was the first to propose that the very early universe expanded astonishingly fast for a tiny fraction of a second, an idea known as "inflation". Many cosmologists now believe inflation is the most promising approach for explaining the early universe, and Guth's plan for creating a new universe relies on recreating this rapid expansion.

The multiverse as a whole is genuinely eternal

Inflation has an intriguing consequence for the ultimate fate of the universe. The theory dictates that the universe we inhabit is just one small part of a multiverse, with an eternally inflating background continually spawning "pocket universes" like our own.

"If that's the case, even if we're convinced that an individual pocket universe will ultimately die through refrigeration, the multiverse as a whole will go on living forever, with new life being created in each pocket universe as it's created," says Guth. "In this picture, the multiverse as a whole is genuinely eternal, at least eternal into the future, even as individual pocket universes live and die."

In other words, Franz Kafka may have been right on the money when he said that there is "plenty of hope, an infinite amount of hope&mdashbut not for us."

This is a bit of a bleak thought. If it upsets you, here is a picture of a cute kitten.


Q: How does the expansion of space affect the things that inhabit that space? Are atoms, people, stars, and everything else getting bigger too?

Physicist: Way back in the day Edwin Hubble (of telescope fame) noticed that the farther away a galaxy is, the faster it’s moving away from us. From this he figured out that the universe is expanding, but in a very specific, weird way. Rather than things just flying apart (like debris from an explosion), the space between things is actually increasing on its own.

There’s some detail on what the difference is over here.

You’d think that, what with space itself expanding, everything else would expand with it. After all, the expansion of space is roughly analogous to a stretching rubber sheet. If you stretch the sheet anything drawn on it will stretch just as much.

The expansion of space doesn’t cause the things in space to expand, just move apart.

But in fact, while the space between and inside everything increases, the things themselves don’t. Or at least, they snap back faster than they can be stretched. The size of atoms, their chemical bonds, and by extension everything that’s composed of them, is determined by physical laws and constants. For example, the size of electron orbitals is scaled by the Bohr radius, a0,which is just fit to pop with physical constants. , where , , , , and are all constants, etched indelibly into the fabric of the universe, and none of them are terribly concerned with the amount of space around.

So everything around is the size it’s “supposed to be”. At least, everything solid. Fluffier things, like stars, gas clouds, and whatnot tend to have a particular stable size. As space expands a star in that space will expand as well. However, with a drop in density comes a drop in the fusion rate, the core cools a little, and the star is free to collapse back into its preferred equilibrium size. The same idea applies to chemical bonds: atoms in any given molecule like to be a set distance from each other, and while the expansion of space may move them slightly farther apart then they’d like, they have no trouble at all returning to their original distance.

It’s worth noting that this isn’t the sort of thing that anyone would need to worry about / include in any calculations / talk about publicly. Right now the universe is expanding at the rate of approximately 72 (km/s)/Mpc (“kilometers per second per megaparsec”). This rate is called the “Hubble Constant“, which is a weird name, considering that over the history of the universe it hasn’t been constant. Unlike other physical constants, which are constant. This expansion rate means that distances increase in size by about 0.0000000074% every year. On the scale of the universe (45 billion of light years, give or take) that expansion is important. On the scale of our galaxy (100,000 light years), and especially on the scale of people ( light years), that expansion doesn’t mean اى شى. Your hair grows about 1 billion times faster than the universe “expands you”, and your atoms don’t naturally compensate for hair growth.

That all being said, the Hubble constant doesn’t seem to be constant. In fact it’s increasing. So, in the future the expansion may be noticeable on a smaller scale. At some point, in the inconceivably distant future, the expansion of space may be fast enough to overcome the forces that return matter to equilibrium. Once the gravitational force of a star is overcome it’ll fly apart. Once the electrical forces that maintain chemical bonds is overcome, there goes everything else. This unfortunate occasion, is known as the “Big Rip” to juxtapose it with the “Big Bang”. The jury’s still out on when and if the Big Rip will happen, but it’s a very long way off if it does happen.


6 Comments

THANK YOU! This clarified some of my random questions. !

The best book to read is The Atom and The Universe: Theories and Facts Unfold published by xlibris.com.

This book is excellent to understand Higgs bosons and weak energy.

1. The reasons why the data that have been gathered for red shift and blue shift from the observation of galaxies through the use of telescope might not be served as a guide that the world would be expanding:
a) The accuracy of the telescope that has been used to determine whether the galaxies would be in red shift and blue shift in order to conclude that the galaxies would moving away or towards the earth could be in question. In short distance of viewing an object, the telescope could identify accurately the change of the size of planet from big to small or small to big so as to give signal whether it should be in blue shift or red shift. However, if the object is placed very far away from telescope, the object that is shown in the screen on the telescope would be very small. The telescope might turn up to show one signal as a result of its inability to identify the accuracy of change of size of the object as if that all the galaxies are moving far away from the earth. Or in other words, it might have given wrong signal that the world would be expanding due to the inaccuracy of the telescope since it might be accurate in short distance with a big object and yet it might not be accurate if if would be in very small and tiny object that would appear on the screen when it would be placed many miles far away from the earth. Thus, the accuracy of the telescope might be in question since it has not been tested whether it could be accurate when objects would appear to be very tiny and small on the screen..
b) The telescope might have been tested on earth to be accurate in short distance and yet it has not been tested from one galaxy to another so as to determine whether it is still accurate to measure the movement of object in the galaxies that is located in many miles far away from the earth.
c) If you would blow a balloon, all the substances in the balloon would be shaken and vibrated. Even if they would be creatures inside the balloon, all the creatures would feel the strong pressure, i.e. wind, pulling them towards the corner of this balloon. Why is it that we that are on earth would not feel the pressure that the earth would be expanding? As we know if we blow the balloon, all the things in the balloon would fly away and would turn up to be in messy order. Question has to be raised. Why is that the air would still remain on earth despite the great pressure that has caused galaxies to advance as a result of expanding? No matter the pressure would externally influence as a result of the world expanding, nothing has affected the earth and it seems to be that something is controlling the earth to make it a secure place. Religious people call it, God.
d) If you blow a balloon, all the substance would go travel towards the corner of this balloon. Let’s use blowing balloon to explain the galaxies. Let’s assume that you blow from the Sun, you would certainly see blue shift as well as red shift since some galaxies would move towards the earth from Sun. If you would blow from the Pluto, the same, you would still see some galaxies moving towards the earth since there are some galaxies from the sun would move towards the earth from the Pluto. However, if you would blow from the earth as a centre outwards, you would then see all galaxies would be moving far away from the earth. Now question has to be raised. The assumption that all galaxies would have been moving far away from the earth seems to presume that the earth would be stagnant and all galaxies would be advancing away from the earth. As the earth would turn up to be the centre of the universe, it turns up that a person would view from any side of the earth would turn up to be that all galaxies seem to moving away from earth. This seems to be weird and irrational.
The reliability of data gathered from scientist that the world would be expanding is in question.

Well, I think I know what she means by saying space (or spacetime) is flat, but why does she keep trying to explain it in terms of a donut? Donuts are not flat!
BTW: the transript has ‘Taurus’, where she said ‘torus’. Since she did say ‘donut’, there is no doubt: she really did mean, ‘torus’, the donut-shaped figure you get by moving one circle along a larger circle, keeping the former’s center on the latter, and keeping it perpendicular to the tangent on the latter at all times.

How can it be ascertained that a galaxy is located within fixed coordinates in space and that the space between the galaxy and a neighboring galaxy is “stretching”? Why can it not be that a galaxy is simply accelerating away from a neighbouring galaxy into a relatively distant region of space and thus located within continuously varying coordinates in a space that is not “stretching”?


The future of humanity: can we avert disaster?

Climate change and artificial intelligence pose substantial — and possibly existential — problems for humanity to solve. Can we?

  • Just by living our day-to-day lives, we are walking into a disaster.
  • Can humanity wake up to avert disaster?
  • Perhaps COVID was the wake-up call we all needed.

Does humanity have a chance for a better future, or are we just unable to stop ourselves from driving off a cliff? This was the question that came to me as I participated in a conference entitled The Future of Humanity hosted by Marcelo's Institute for Cross-Disciplinary Engagement. The conference hosted an array of remarkable speakers, some of whom were hopeful about our chances and some less so. But when it came to the dangers facing our project of civilization, two themes appeared in almost everyone's talks.

And here's the key aspect that unifies those dangers: we are doing it to ourselves.


Ask Ethan: If the Universe is expanding, why aren’t we?

“The Universe is expanding the way your mind is expanding. It’s not expanding into anything you’re just getting less dense.” -Katie Mack

One of the biggest scientific surprises of the 20th century was the discovery that the Universe itself is expanding. Distant galaxies recede from us and from one another more quickly than the nearby ones, as though the fabric of space itself is being stretched. On the largest scales, the matter and energy densities of the Universe has been dropping for billions of years, and continues to do so as time goes on. And if we look to large enough distances, we’ll find galaxies that are being pushed away so rapidly by the expansion of space that nothing we send out today will ever reach them, not even at the speed of light. But doesn’t that create a paradox back here? That’s what Kent Hudson wants to know:

If the universe is expanding at rates in excess of the speed of light, why does it not appear to affect our solar system and the planetary distances from the sun, etc.? And why would the relative distances of stars in our galaxy not appear to be increasing… or are they?

Kent’s hunch is right, and the solar system, planetary and stellar distances all aren’t increasing as the Universe expands. So what’s actually expanding in the expanding Universe? Let’s find out.

When Newton first conceived of the Universe, he pictured space as a grid. It was an absolute, fixed entity filled with masses that gravitationally attracted one another. But when Einstein came along, he recognized that this imaginary grid wasn’t fixed, wasn’t absolute and wasn’t at all like Newton had imagined. Instead, this grid was like a fabric, and the fabric itself was curved, distorted and forced to evolve over time by the presence of matter and energy. Moreover, the matter and energy within it determined how this spacetime fabric was curved.

But if all you had within your spacetime was a bunch of masses, they would inevitably collapse to form a black hole, imploding the entire Universe. Einstein didn’t like that idea, so he added a “fix” in the form of a cosmological constant. If there were this extra term — this extra energy permeating empty space — it could repel all of these masses and hold the Universe static. It would prevent a gravitational collapse. By adding this extra feature, Einstein could make the Universe exist in a near-constant state for all eternity.

But not everyone was so wedded to the idea that the Universe needed to be static. One of the first solutions was by a physicist named Alexander Friedmann. He showed that if you didn’t add this extra cosmological constant, and you had a Universe that was filled with anything energetic — matter, radiation, dust, fluid, etc. — there were two classes of solutions: one for a contracting Universe and one for an expanding Universe.

The mathematics tells you about the possible solutions, but you need to look to the physical Universe to find which one of these describes us. That came in the 1920s, thanks to the work of Edwin Hubble. Hubble was the first to discover that individual stars could be measured in other galaxies, determining their distance. By combining those measurements with the work of Vesto Slipher, which showed that these objects had their atomic signatures shifted, an incredible result popped out.

Either all of relativity was wrong, we were at the center of the Universe and everything was moving symmetrically away from us, or relativity was right, Friedmann was right, and the farther away a galaxy was from us, on average, the faster it appeared to recede from our perspective. With one fell swoop, the expanding Universe went from being an idea to being the leading idea describing our Universe.

The way the expansion works is a little counterintuitive. It’s as though the fabric of space itself is getting stretched over time, and all the objects within that space are being dragged apart from one another. The farther away an object is from another, the more “stretching” occurs, and so the faster they appear to recede from each other. If all you had was a Universe filled uniformly and evenly with matter, that matter would simply get less dense and would see everything expand away from everything else as time went on.

But the Universe isn’t perfectly even and uniform. It has overdense regions, like planets, stars, galaxies and clusters of galaxies. It has underdense regions, like great cosmic voids where there are virtually no massive objects present at all. The reason for this is that there are other physical phenomena at play besides the Universe’s expansion. On small scales, like animal-sized and below, electromagnetism and nuclear forces dominate. On larger scales, like that of planets, solar systems and galaxies, gravitational forces dominate. The big competition on the largest scales of all — on the scale of the entire Universe — is between the Universe’s expansion and the gravitational attraction of all the matter and energy present within.

On the largest scales of all, the expansion wins. The most distant galaxies are expanding away so quickly that no signals we send out, even at the speed of light, will ever reach them. The superclusters of the Universe — these long, filamentary structures lined with galaxies and stretching for over a billion light years — are being stretched and pulled apart by the Universe’s expansion. In the relatively short term, they will cease to exist. And even the Milky Way’s nearest large galaxy cluster, the Virgo cluster, at just 50 million light years away, will never pull us into it. Despite a gravitational pull that’s more than a thousand times as powerful as our own, the expansion of the Universe will drive all of this apart.

But there are also smaller scales, where the expansion has been overcome, at least locally. The Virgo cluster itself will remain gravitationally bound. The Milky Way and all the local group galaxies will stay bound together, and eventually merge under their own gravity. Earth will remain orbiting the Sun at the same distance, Earth itself will remain the same size, and the atoms making up everything on it will not expand. Why? Because the expansion of the Universe only has any effect where another force — whether gravitational, electromagnetic or nuclear — hasn’t overcome it. If some force can successfully hold an object together, even the expanding Universe can’t affect a change.

The reason for this is subtle, and is related to the fact that the expansion itself isn’t a force, but rather a rate. Space is really still expanding on all scales, but the expansion only affects things cumulatively. There’s a certain speed that space will expand at between any two points, but if that speed is less than the escape velocity between those two objects — if there’s a force binding them — there’s no increase in the distance between them. And if there’s no increase in distance, that impetus to expand has no effect. At any instant, it’s more than counteracted, and so it never gets the additive effect that shows up between the unbound objects. As a result, stable, bound objects can survive unchanged for eternity in an expanding Universe.

As long as the Universe has the properties we measure it to have, this will remain the case forever. Dark energy may exist and cause the distant galaxies to accelerate away from us, but the effect of the expansion across a fixed distance will never increase. Only in the case of a cosmic “Big Rip” — which the evidence points away from, not towards — will this conclusion change.

The fabric of space itself may still be expanding everywhere, but it doesn’t have a measurable effect on every object. If some force binds you together strongly enough, the expanding Universe will have no effect on you. It’s only on the largest scales of all, where all the binding forces between objects are too weak to defeat the speedy Hubble rate, that expansion occurs at all. As physicist Richard Price once put it, “Your waistline may be spreading, but you can’t blame it on the expansion of the universe.”


شاهد الفيديو: من الإنفجار العظيم إلى خلق الأرض في 6 دقائق! (قد 2022).