منتديات ( الشاذلى ال غزلى ) ( لكل شىء نهاية الا سحر القلم باق لا ينتهى)


    نظريات اختراق سرعة الضوء والتكوين الكوني

    شاطر
    avatar
    الحب فى الله
    Admin

    المساهمات : 168
    تاريخ التسجيل : 20/10/2009
    العمر : 32

    نظريات اختراق سرعة الضوء والتكوين الكوني

    مُساهمة  الحب فى الله في السبت مارس 05, 2016 12:44 pm

    تحديد الحد الاقصى للسرعة الممكنة بما لاتتعدى سرعة الضوء تأتي من نظرية النسبية الخاصة لاينشتاين. هذه النظرية توحد بعد المكان وبعد الزمان في بعد واحد يطلق عليه الزمكان. يترتب على هذه النظرية ان لاشئ يمكن ان يتجاوز سرعة الضوء، بما يعني ان سرعة 300 الف كيلومتر في الثانية هي السرعة المطلقة المسموح بها.
    ومع ذلك يفكر العلماء بطريقة لتجاوز هذه السرعة، والمستقبل سيحكم على مقدار الحقيقة في ذلك. حسب العلماء، هناك اربعة طرق لخرق سرعة الضوء، وجمبع هذه الطرق في التوافق التام مع النظريات والتطبيقات المعلومة لنا حتى الان.

    النظرية النسبية الخاصة في غاية البساطة والكثير من التجارب والقياسات اظهرت صحتها. ومع ذلك، وعلى بساطتها اوقفت احلامنا بأكتشاف الكون والاتصال بالحضارات الكونية الاخرى. ان كون حدود السرعة القصوى لاتتجاوز سرعة الضوء سيعني اننا سنحتاج الى عدة اجيال حتى نصل الى اقرب كوكب مسكون واننا سنحتاج الى مئات الاف السنوات لنتمكن من تبادل الاتصالات مع اقرب الحضارات الينا.
    ان تكون طريقة واحدة صحيحة، ان تكون واحدة منهم فقط تصف الواقع الفيزيائي بصحة، تكفي لتحقيق احلامنا بالتجول في الكون الهائل.
    عندما وضع اينشتاين النظرية اكتشف ان الزمكان يملك تناظر خاص، وهو نفسه المعروف سابقا بتناظر لورينتز, (Lorentz symmetry). التناظر في الفيزياء، على العموم، يتضمن ان بعض الخصائص لاتتغير في حالة الانتقال، مثلا ان المربع يبقى مربع حتى لو جرى ادارته 90 درجة. وتناظر الزمكان، تناظر لورينتز، يعني ان جميع المراقبين في كل الاوقات تظهر في قياساتهم نفس سرعة الضوء بغض النظر فيما اذا كانوا واقفين او يتحركون بسرعة ثابتة بالعلاقة مع المراقبين الذين لايتحركون.
    هذه النسبية البسيطة يترتب عليها نتائج بعيدة المدى. فكما ان الزمان والمكان جرى صهرهم ببعض لينتج الزمكان، يجب صهر الطاقة والحركة ايضا. هذا بدوره يؤدي الى نظرية اينشتاين الشهيرة : الطاقة تساوي الكثافة بمربع السرعة.
    من هذه المعادلة نرى ان كتلة الجزيئ تتزايد مع تزايد التسارع. وذلك يعني ان الجسيم لايمكنه ا بدا الوصول الى سرعة تعادل سرعة الضوء، لانه عندها ستصبح كتلته لانهاية لها. من هنا نرى انه لايمكن الوصول الى حدود سرعة الضوء. ولكن نظرية النسبية الخاصة لاتمنع الجسيمات ان تتحرك اسرع من الضوء ، فهذا الامر يستطيعون القيام به عندما يكونوا قد وصلوا فعلا الى سرعة الضوء. مثل هذه الجسيمات تسمى tachyon.
    هذه الجسيمات لاتتبع قواعد الفيزياء المعلوم لنا كلاسيكيا، مثلا تملك طاقة سلبية. ذلك يعني انهم يفقدون طاقة عند تعرضهم للتسارع، على العكس من الجسيمات العادية التي يتزايد مقدار طاقتها الكامنة كلما ازدات سرعتهم.
    وإذا كان بالامكان خلق هذه الجسيمات فينبغي خلقهم من اللاشئ الفيزيائي (مثلا بطريقة هنريك كاسمير)، من حيث ان قانون حفظ الطاقة لايمنع خلق كمية من الطاقة من اللاشئ، على الرغم من انه لم يجري اكتشاف اي تاتشيون حتى الان. والخاصية الاخيرة ولربما الاهم ان التاتشيون قادر على الذهاب الى الماضي . هذا الامر الغير متوقع هو بنتيجة مايترتب على نظرية النسبية الخاصية: إذا كانت هناك جسيمات تتحرك أسرع من الضوء بالنسبة لمراقب فعلى الدوام يوجد هناك مراقب اخر بالنسبة له هذه الجسيمات تتحرك الى الوراء.

    لو كان الامر يخص جزئ واحد لاغير لما كانت هناك مشكلة. الجزيئ الذي يتحرك في اتجاه محدد في المكان ولكنه يتحرك للوراء في الزمان ، من حيث المبدأ، يمكن اعتباره ذاهب الى الاتجاه المعاكس في المكان وعندها يصبح ذاهب الى الامام في الزمن. وحتى لو تغاضينا عن بعض الجزيئات ، والتي من المحتمل انها لاتشكل معضلة، ستنشأ لدينا مشكلة عند التفكير بالاجسام الكبيرة. لانه لو ذهبت هذه الاجسام الى الماضي سينتج لدينا بارادوكس جد الاجداد: شخص ما يستطيع العودة الى الماضي ويقتل جده. ولكن، في هذه الحالة، سيعني ذلك ان هذا الشخص لم يكن بالامكان ان يلد وبالتالي ماكان في إمكانه ان يذهب الى الماضي اصلا. بمعنى اخر القدرة على العودة الى الماضي في ذاته يخلق تناقض يجب تفاديه.

    ماهي الافكار الاخرى المعلومة لاختراق سرعة الضوء؟
    هناك طريقة " wormholes" . " ثقب الدودة" هو عبارة عن نفق عبر الزمكان. هذا النفق طريق مختصر يربط امكنة (زمكانية) كونية بعيدة بعضها ببعض. هذه الفكرة تستخدم في الافلام العلمية غير ان العلماء يعتقدون انها تخلق من المشاكل اكثر مما تحل. مثلا نحن لانعلم أي طريقة محتملة لخلق هذا الممر على الرغم من اننا نعلم، نظريا، ان ذلك ممكن. والاسوء اننا وحتى لو عثرنا على نفق منهم، خلقته حضارة ارقى منا، فنحن لانعرف كيفية استخدامه. والاكثر سوء ان " نفق الدودة" يؤدي مباشرة الى نفس المعضلة المنطقية: معضلة جد الاجداد، وهي معضلة تتعارض مع مبدأ المراقب. نحن لازلنا لانملك اية فكرة للالتفاف على هذه المعضلة. وحتى عند الادعاء ان فيزياء الكم قادر على انجاز هذا السحر يبقى غالبية علماء الفيزياء من المعارضين.
    فكرة اخرى تشبه " نفق الدودة" تسمى warp drive. يقصد به خلق واستغلال تشوه في الزمكان يسمح بالانتقال بسرعة تفوق سرعة الضوء. يسمى ايضا Alcubierre drive نسبة الى
    وهي ظاهرة مشهورة للغالبية بفضل فيلم Star Trek, ولكن ايضا من اقتراح الفيزيائي Miguell Alcuierre عام 1994. وفي الاقتراح ستكون المركبة الفضائية على شكل بيضوي تحيط بها حلقة كبيرة. هذه الحلقة ستخلق انبعاج في الزمكان حول المركبة بما يؤدي الى تقليصه في الامام وتوسعه في الخلف. في المركبة نفسها لايتغير الزمكان. وحسب الاقتراح ستحتاج المركبة الى كمية هائلة من الطاقة. غير ان حسابات هارولد وايت (Harold White) من مركز ناسا للتجارب الفضائية ، توصلت الى ان زيادة تكوير المركبة سيؤدي الى تقليص الحاجة للطاقة بكميات كبيرة. والان يقوم وابت بتجارب لخلق انبعاج في المكان بواسطة الليزر.
    وايت قدم اقتراحه في الاحتفال العالمي لمناسبة مئة عام على المركبات الفضائية

    من الناحية الرياضية فأن هذه الطريقة ممكنة التنفيذ تماما، ولكن من الناحية الفيزيائية غير ممكن بسبب انه يتطلب وجود طاقة سالبة تماما كما كان الحال مع جسيمات tachyon. وطاقة سالبة لم يتم العثور عليها ولم يتمكن احد من انتاجها، كما ان هذه النظرية تخلق مشاكل مثل نظرية جسيمات التاتشيون.
    على العكس توجد ايجابيات مع الطريقة الثانية والثالثة ( wormholes, warp drive): انهم خارج دائرة نظرية النسبية الخاصة. ليست هناك حاجة لتعديل النظرية لكون ثقب الدودة والمحرك الفائق يغيرون في طرق الارتباط في الزمكان ولايأثرون على الحالة الفيزيائية التي تتحكم في الرحلة الكونية نفسها. المشكلة ان هذه العلاقة المنسجمة ليس بالامكان استغلالها في الرحلات الكونية اليوم.

    احدى الاحتمالات ان ننتهك احدى قواعد نظرية النسبية الخاصة وتحديدأ إدعاء انه لاتوجد اية مرجعية مطلقة تخص المراقب الفيزيائي. حسب النظرية فأن الحركة بالمقارنة مع حركة اخرى هي الشئ الوحيد الذي يمكن ملاحظته. وتجري الان التجارب لخلق اطر مرجعية خاصة في النظرية، تسمح بالوصول الى سرعة اعلى من سرعة الضوء.
    نظرية النسبية الخاصة حصلت على اسمها من ان نفس القوانين الفيزيائية تنطبق على الجميع. الشئ الوحيد الذي يلعب دور عند القيام بمختلف القياسات هو حركة المراقبين بالمقارنة مع بعضهما البعض. في النظرية النسبية الخاصة لايوجد حالة " السكون المطلق". السكون فقط بالعلاقة مع شئ اخر. جميع انواع الحركات تعرف بالمقارنة مع شئ اخر يتحرك. وفي نفس الوقت كل حركة تقارن بشئ اخر يتحرك. أي أنه لاتوجد نقطة مرجعية واحدة متفق عليها يقارن بها كل شئ اخر.
    الوصف الرياضي لحالة النسبية الخاصة لاتتناول المُراقب في ذاته وانما موقع المُراقبة، أي الاحداثيات. لهذا السبب من الأصوب التكلم عن إطار مسحوب ( ممطوط) حيث يوجد المُراقب المعني في حالة استراحة. في نظرية النسبية الخاصة لايوجد أطار مسحوب.
    ذلك لايتوافق مع خبراتنا اليومية، مثلا نحن نلاحظ ان الارض تحت اقدامنا ثابت ويستحق ان يكون أطار مرجعي. لكننا ننسى ان الارض تدور حول نفسها وحول الشمس ومع الشمس في دورتها حول مركز المجرة والمجرة نفسها تتحرك في ماكان اينشتاين يعتقد أنه كتلة ثابتة تتوسع نحو اللانهاية، بدون ان يبقى مايمكن العودة اليه كمرجعية. بما يعني انه في النهاية لايوجد نقطة مرجعية للسكون المطلق ، حسب اينشتاين.
    غير أنه منذ ذلك الحين تعلمنا ان الكون ليس كتلة ثابتة وانما متسارعة. والاشعة الخلفية للكون، من آثار هذا التسارع، تشكل في الواقع إطار مرجعية مطلقة وطبيعية. ان هذه الاشعة الخلفية هي بقايا الولادة الكونية. انها الحرارة الباقية من الانفجار العظيم وتملئ فراغ الكون، وبالتوافق مع تمدد المكان الكوني بردت هذه الحرارة لتصل الى 3 درجات فقط فوق الصفر المطلق. والاشعة الخلفية للكون هي نفسها في كل زاوية من زوايا الكون، ولذلك نستطيع قياس حركتنا بالمقارنة معها. بهذا الشكل نتمكن من الحصول الى اطار مرجعي مطلق.

    ايضا نستطيع اضافة إطار مرجعي الى نظرية النسبية الخاصة. بالطبع سيترتب على ذلك تحطيم تناظر لورينز (Lorentz symmetry) ، والذي يقول ان سرعة الضوء ثابتة بغض النظر عن الاطار المرجعي. عندها لن يكون الضوء او اي مادة اخرى محدودة السرعة. بالنسبة لبعض المُراقبين يمكن للسرعة ان تصبح عالية للغاية وحتى الى درجة اللانهاية. في ذات الوقت نتفادى معضلة " جد الاجداد" بسبب ان جميع المُراقبين متفقين على تعريف أن الزمن يتجه في اتجاه واحد: الى الامام.
    مشكلة هذه الفكرة ان التخلي عن تناظر لورينتز يترتب عليه ايضا تبعات ينبغي علينا منذ الان متابعتها من حولنا. مثلا تتغير معادلة اينشتاين الشهيرة حول العلاقة بين طاقة الجسم وكتلته. وهذا بدوره يؤدي الى التاثير على كيفية تحلل العناصر المشعة الى عنصر اخر. الاليكترون، الذي يتحرك بسرعة كافية، بالمقارنة مع الاطار المرجعي المختار، يمكن في اي لحظة ان ينبعث عنه فوتون. بدون تغيير في نظرية النسبية الخاصة لايمكن لذلك ان يحدث ابدا.
    ولكن لم يحصل ابدا اننا لاحظنا ان ذلك قد حدث، وحتى لم نلاحظ ابدا اي من التبعات الكثيرة الاخرى والتي وجب ان تترك اثارا في فيزياء الجسيمات الكمومية. بطبيعة الحال لايمكن نفي احتمال وجود اطار مرجعي في حال اذا كانت التأثيرات المترتبة على ذلك والتي وجب ملاحظتها، أضعف بكثير من المتوقع لسبب من الاسباب. غير ان افتقاد اي دليل اضعف حماس الفيزيائيين بالنسبة لهذه الفكرة.

    ولكن توجد افكار اخرى. احدى هذه الافكار مايسمى النظرية النسبية الخاصة المضاعفة, (Doubly special relativity). هذه النظرية جرى تطويرها في نهاية التسعينات في ابحاث منعزلة ولكن بالتوازي مع بعضها، من قبل مجموعة علماء هم البروفيسورة الايطالية جيوفاني والفيزيائي الكندي سمولين والبريطاني ماغويويو، (Giovanni Amelino-Camelia, Lee Smolin, Joao Magueijo).
    في هذه النظرية المضاعفة لاتوجد اطر مختارة. في ذات الوقت نجدها مُطورة عند حدود الطاقة العليا، وهي مستويات من العلو بحيث اننا لم نصل الى ذلك المستوى ابدا ولذلك لم نستطع اكتشاف ان فيزياء ذلك المستوى يختلف عن ماتعالجه نظرية النسبية الخاصة الكلاسيكية.
    في هذا الموديل تتغير سرعة الضوء مع طاقة الضوء. عندها السرعة في مستويات الحرارة الهائلة ، والتي تعادل الموجات القصيرة، تصبح كبيرة اعتباطيا. بمعنى ان كل ماعلينا عمله من اجل ارسال رسالة الى اقاصي الكون هو انتاج ضوء بموجات غاية في القصر.
    يفترض امكانية البرهنة على هذه النظرية بواسطة مُراقبين. اذا تغيرت سرعة الضوء مع الطاقة سيعطينا ذلك القدرة على قياسها في اشعة ضوء مختلف الموجات يرسل في وقت واحد ونستقبله من مسافات بعيدة. مثلا اشعة الجاما القادمة من الفضاء البعيد تستطيع اعطائنا الفرصة للعثور على اثار تدل على ان سرعة الضوء مختلفة بالعلاقة مع طول موجتها.

    هذه الامور تشكل الان اكثر الحقول العلمية نشاطا والقياسات الغاية في الدقة تقدم معطيات تدلل على ان هذه الاختلافات الصغيرة يمكن اكتشافها. سيكون من المثير للغاية اكتشاف ان نظرية اينشتاين الخاصة ستتغير عندما يتعلق الامر بالموجات الغاية في القصر.
    المعضلة الرئيسية مع نظرية النسبية الخاصة المضاعفة هي قضية نظرية بحتة ولها علاقة في اننا لازلنا لانعلم كيفية تصوير علاقة التأثير الداخلي والمتبادل بين جزيئات (الكفانت) الكمومي. من حيث انه وعلى الرغم من ان فكرة تعديل طفيف في نظرية النسبية الخاصة تبدو بريئة الا انه يترتب عليها تأثيرات ثانوية هائلة تمس بنية الزمكان.
    نظرية النسبية المضاعفة ستجبرنا التخلي عن تصوراتنا حول مايعنيه وجود نقطتين قرب بعضهما البعض. من المحتمل ان مسافة الاقتراب ستكون محددة وليست على الاطلاق، ولربما الزمكان مشوه بشكل من الاشكال. وفي نفس الوقت، الذي نحن فيه لم نفهم هذه الامور وخصائص اخرى خاصة، الى حدودها التامة، توجد ايضا مؤشرات على أمكانية حدوث تصادم في الملاحظات التي قد يقوم بها المُراقبين.

    لاتزال هناك فكرة اخرى عن كيف نتمكن من اختراق سرعة الضوء، على الاقل ذهنيا، من خلال استخدام مصطلح فيزياء الكم ( الكفانت). لربما احدى اكثر الخصائص شهرة لدى الجزيئات الكفانتية ان اي شئ كفانتي يمكن ان يكون حي وميت، او بتعبير اخر: هنا وهناك في الوقت نفسه. يمكن القول ان " الشئ" موجود في حالة " الخلية الجذعية" او المافوق الموقعية، المفتوحة على كل الاحتمالات الوجودية.
    الفكرة انه حتى الزمكان لنظرية النسبية الخاصة يمكن تصوره كمافوق الموقعية في حالاته الوجودية، كل منها يملك سرعته الضوئية الخاصة. عندها لن يكون هناك اي مبرر للاعتقاد ان السرعة الضوئية التي جرى قياسها هي الاسرع وانما هي الاكثر شيوعا.
    هذه النظرية وضعت من اجل حل مشكلتين: انها لاتحتاج الى اطر مرجعية معينة واننا لن نحتاج الى تعديل نظرية النسبية الخاصة عند درجات الحرارة العالية. عوضا عن ذلك لدينا نظرية نسبية خاصة لكل وضعية ( حالة وجودية) من حالات المافوق موقعية في الزمكان ، كل واحد منها يملك قيمته الخاصة سرعته الضوئية عند درجات الطاقة الهائلة.
    المشكلة فقط ان هذا الموديل لم تجري دراسته ابدا حتى الان، حسب البروفيسورة السويدية Sabine Hossenfelder, من معهد الشمال للفيزياء النظرية في استكهولم.

    نحن نعلم ان المافوق وضعية تنهار وتنتقل الى وضعية طبيعية فور القيام بتحديد قياسات. ونستطيع القول ان معضلة " جد الاجداد" لاتحدث في هذا الموديل. ومن المحتمل انه حتى هذا الموديل قد يظهر لاحقا انه لايتوافق مع المُراقبين. غير انه يوجد أحتمال ضئيل ان يتمكن هذا الموديل من التقاط جزء من الحقيقة عن جوهر الطبيعة. وهذا الاحتمال هو الذي يدفع الفيزيائيون للاستمرار في العمل. ان تحطيم الحدود القصوى لسرعة الضوء سيحدد مستقبل البشرية اللاحق.
    منقول http://www.alzakera.eu/music/vetenskap/kosmos/kosmos-0115.htm

      الوقت/التاريخ الآن هو الجمعة نوفمبر 24, 2017 8:57 pm