ماهیت سیاه چاله ها و انحنای فضا

نکات کلیدی :
1- یک سیاه چاله در فضا پديده اي شبيه به گرداب و یا گردباد است پس بهتر است سیاه چاله را گردفضا و یا گردبادِ فضایی بنامیم.
2- سیاه چاله های مرکز کهکشانها از خود کهکشانها بسیار بزرگتر هستند.
3- انحناء فضا ناشی از گردباد فضایست و بخشی از همین گردباد فضايي مي باشد
4- هيچ خط راست مطلق و هيچ خط كج مطلق وجود ندارد
5- تفاوت سرعت فرار كهكشانها ، ناشي از لحظات نخستين مه بانگ است

ادامه نوشته

اتساع زمان

فرض كنید بتوان درخشش نوری را كه مثل توپ جهنده بین كف اتاقی و سقف آن ، بین دو آینه موازی در رفت و آمد است ، به گونه ای مشاهده كرد . اگر فاصله ی آینه ها ثابت باشد ، این دستگاه یك ساعت نوری تشكیل میدهد . زیرا رفت و برگشت های درخش در بازه های زمانی مساوی صورت میگیرد . فرض كنید این ساعت نوری درون سفینه ی فضایی شفاف و سریعی باشد . ناظری كه همراه سفینه حركت و ساعت نوری را مشاهد میكند ، درخشی می بیند كه بین دو آینه مستقیما بالا و پایین می رود . درست مثل اینكه سفینه ساكن باشد.این ناظر متوجه هیچ اثر غیر عادی ای نمی شود .توجه كنید چون ناظر همراه سفینه حركت می كند ، هیچ حركت نسبی بین ناظر و ساعت نوری وجود ندارد ؛ میگوییم ناظر و ساعت یك چارچوب مرجع در فضازمان دارند.

حال فرض كنید روی زمین ایستاده ایم و سفینه با سرعت زیاد _مثلا ، با سرعت نور_مثل برق از بالای سرمان بگذرد.اكنون اوضاع در چارچوب مرجع ما متفاوت خواهد بود،چون مسیر نور را به صورت حركت ساده به بالا و پایین نخوایم دید . چون درخش هنگام حركت عمودی بین دو آینه به صورت افقی هم حركت میكند ، مشاهده میكینم كه درخش مسیری قطری را دنبال می كند . توجه داشته باشید كه از چار چوب مرجع زمینی ما ، درخش نور مسافتی بین دو آینه را طی می كند كه از مسافت در چارچوب مرجع ناظری كه همراه سفینه حركت می كند بسیار طولانی تر است . چون سرعت نور در تمام چارچوب های مرجع یكی است (اصل موضوع اینشتین) ، حركت درخش بین دو آینه در چارچوب مرجع ما (زمینی) باید مدتی بیشتر از چارچوب مرجع ناظر همراه سفینه طول بكشد . این از تعریف اندازه سرعت ، یعنی فاصله تقسیم بر زمان ، بدست می آید . فاصله قطری طولانی تر باید بر بازه زمانی به همان نسبت طولانی تر تقسیم سود تا مقدار ثابتی برای اندازه سرعت نور بدست آید.این كش آمدن نور را اتساع زمان می نامند.

در این مثال ساعت نوری در نظر گرفته شد اما این موضوع برای تمام ساعت ها صدق میكند . همه ی ساعت ها هنگام حركت كندتر از حالت سكون كار می كنند . اتساع زمان به مكانیك ساعت ها مربوط نیست ، بلكه به سرشت زمان مربوط می شود.

اتساع زمان در موارد بی شمار در شتاب دهنده ها تایید شده است . طول عمر ذره های پرتوزای سریع با افزایش سرعت آنها زیاد می شود ، و مقدار این افزایش درست به اندازه ای است كه معادله ی اینشتین پیش بینی می كند.

حركت های نه چندان سریع هم اتساع زمان را تایید كرده اند . در سال 1971 ، برای آزمودن نظریه ی اینشتین با ساعت های ماكروسكوپی ، چهار ساعت اتمی باریكه سزیمی را در پرواز های عادی جت های تجارتی به دور دنیا ،دوبار،یكبار به طرف شرق و بار دیگر به طرف غرب،به پرواز درآودند . این ساعت ها پس از سفر رفت و برگشت خود زمان های متفاوتی را نشان می دادند. این اختلاف زمان های مشاهده شده نسبت به مقیاس زمان اتمی رصدخانه ی نیروی دریایی ایالات متحده ، یك میلیاردم ثانیه و با پیش بینی اینشتین سازگار بود . اكنون ، با ساعت های اتمی كه به عنوان بخشی از دستگاه موقعیت یاب جهانی در مدار زمین قرار دارند ، برای بهره گیری از سیگنال های ساعت ها ، برای تعیین مكان های دقیق روی زمین، تصحیح اثر اتساع زمان ضروری است.

این موضوع تنها از این رو به نظرمان عجیب می آید كه در تجربه ی عادی خود با اندازه گیری هایی سرو كار نداریم كه مربوط به سرعت های نسبیتی یا اندازه گیری های از نوع ساعت اتمی در سرعت های معمولی باشد . نظریه نسبیت با عقل سلیم جور در نمی آید ! اما به نظر اینشتین، عقل سلیم لایه ای از پیش داوری هاست كه پیش از هجده سالگی در ذهنمان شكل می گیرد . اگر جوانی خود را صرف آن كرده بودیم كه با سفینه های سریع به این طرف و آن طرف عالم برویم، احتمالا با نتیجه ی نسبیت كنار می آمدیم.

برگرفته از كتاب فیزیك مفهومی ،نوشته پل جی.هیوئیت،ترجم منیژه رهبر- با تصرف

فورانگرهای گاما بین نسبیت و کوانتوم داوری می‌کنند

کشف دورترین فورانگرهای گاما در فاصله بی‌سابقه بیش از 13 میلیارد سال نوری از زمین سبب شد اخترشناسان از این انفجارهای عظیم کیهانی برای آزمایش پیش‌بینی‌های نظریات نسبیت و کوانتوم درمورد پیوستگی فضازمان استفاده کنند.

دو گروه از اخترشناسان توانستند یک انفجار بزرگ را در دورترین مرزهای شناخته شده جهان کشف کنند. این فورانگرهای گاما هنگامی رخ می‌دهند که بعضی انواع خاص از ستارگان بزرگ به شدت منفجر می‌شوند. آخرین انفجار ثبت‌شده از این دست تقریبا 13.1 میلیارد سال پیش از این، حدود 630 میلیون سال بعد از انفجار بزرگ رخ داد و تازه‌ترین انفجار از این دست بوده که تا کنون رویت شده است. رکورد قبلی متعلق به ستاره‌ای بوده که 825 میلیون سال بعد از انفجار بزرگ، منفجر شد.

به گزارش نیچر، تلسکوپ فضایی سویفت ناسا این انفجار را که GRB 090423 نام گذاری شده؛ در روز 23 آوریل / 2 اردیبهشت سال جاری مشاهده کرد. نیال تنویر از دانشگاه لیسستر در انگلستان که هدایت یکی از تلاش‌ها را برای مشخص کردن انفجار بر عهده داشت می‌گوید: «انفجارهای اشعه گاما نسبتا نادرند و تشخیص آنها کار سختی است».

این تلسکوپ به طور خودکار، اخبار را به زمین می‌فرستد؛ یا آن گونه که تنویر می‌گوید: «این ماهواره یک پیام متنی برای ما می‌فرستد». هنگامی که اخترشناسان پیامی را از سویفت دریافت می‌کنند، باید به سرعت تصمیم بگیرند که این انفجار را با تلسکوپ‌های زمینی هم تعقیب بکنند یا نه.

گروه تنویر از تلسکوپ‌های‌ فروسرخ انگلستان (UKIRT) و 8 متری جمینی شمالی، هردو مستقر در هاوایی، استفاده کرد تا بتواند پس‌تاب‌های انفجار را در نور مریی و فروسرخ، در حدود 20 دقیقه بعد از این‌که اولین بار توسط سویفت مشاهده شد، رصد کند. انگلستان به‌دلیل طبیعت بادخیز خود نمی‌تواند میزبان رصدخانه‌های بزرگ باشد، چراکه وزش بادهای شدید می‌تواند تلسکوپ درحال فعالیت را از کار بیاندازد. تنویر می‌گوید: «وضع هوا در آن شب خیلی بد بود؛ پس تا فرا رسیدن شب در شیلی صبر کردیم و از راه دور، آرایه تلسکوپ خیلی بلند صحرای آتاکاما را هدایت کردیم تا پس‌تاب‌های انفجار را ببینیم».

همزمان، گروهی که توسط روبن سالواترا در انستیتوی ملی اخترفیزیک در مراته ایتالیا هدایت می‌شود، از تلسکوپ ملی گالیله در لاپالما در جزایر قناری استفاده کرد تا بتواند انفجار را رصد کند.

ادامه نوشته

نظریه انیشتین بار دیگر تائید شد

ستاره شناسان آمریکایی با کمک تلسکوپ فضایی پرتوهای گامای انریکو فرمی ناسا فوتونهایی را شناسایی کردند که نظریه فضا- زمان انیشتین را بار دیگر تائید می کند.

حسگرهای تلسکوپ فضایی پرتوهای گامایی انریکو فرمی توانستند دو فوتون را که پس از ۳/۷ میلیارد سال به این تلسکوپ رسیده بودند دریافت کنند. هر دو فوتون در مدت ۹/۰ ثانیه به این حسگرها رسیدند.

انرژی یکی از این دو فوتون یک میلیون برابر بیشتر از دیگری است

این فوتونها از یک انفجار کوتاه پرتوهای گاما که GRB ۰۹۰۵۱۰ نام دارد در فضا رها شده اند. GRB ۰۹۰۵۱۰ یک انتشار ناگهانی نورانی پرتوهایی گامایی است که از برخورد دو ستاره نوترونی ایجاد شده است. مدت این انفجار ۱/۲ ثانیه بود.

انیشتین معتقد بود در فضا- زمان تمام اشکال پرتوها در خلاء با یک سرعت حرکت می کنند اما نظریه های دیگر گرانش فرض می کنند که در مقیاس میلیاردها برابر کمتر از ابعاد یک الکترون، فضا- زمان یک ساختار اسفنجی خواهد داشت که در آن فوتونهای پرتوهای گاما برپایه انرژی که دارند با سرعت و اندازه های مختلفی حرکت می کنند. اکنون کشف جدید این دانشمندان نشان می دهد که تئوری فضا- زمان انیشتین هنوز نسبت به تئوریهای جدید اعتبار بیشتری دارد.

در این خصوص محققان دانشگاه استنفورد اظهار داشتند: "این اندازه گیری نظریه های جدید را درباره گرانش رد می کند.

این نظریه های جدید تغییر در سرعت نور را برپایه میزان انرژی پیش بینی می کنند. این درحالی است که این دو فوتون با رد اختلاف فاصله یک بخش روی ۱۰۰ میلیون میلیارد با یک سرعت یکسان به تلسکوپ فرمی رسیدند. به این ترتیب تئوری انیشتین هنوز اعتبار دارد."

دهها سال است که فیزیکدانان به دنبال نظریه جدیدی هستند که بتواند تمام چهار نیروی حاضر در جهان را باهم متحد کند. مدل استاندارد فیزیک ذرات تاکنون توانسته است سه قانون را باهم متحد کند که عبارتند از: نیروی قوی، نیروی ضعیف و نیروی الکترومغناطیس.

این درحالی است که نیروی گرانش به دلیل ویژگیهای خاصی که دارد تاکنون نتوانسته است در این مدل ادغام شود. به همین دلیل نظریه های متعددی درباره آن مطرح شده است.

این دانشمندان توضیح دادند: "این دو فوتون می توانند یکی از نادرترین اطلاعات تجربی را برای تائید نظریه انیشتین درباره ساختار فضا- زمان ارائه کند."

سفر در زمان چطور انجام میشود؟

یکی از جالبترین افکار بشر، ایده جابجایی در بعد زمان است.
البته اگر از یک بعد دیگر به قضیه نگاه کنیم همه ما مسافر زمان هستیم. همین الان که شما این را میخوانید، زمان در حول و حوش و به پیش میرود و آینده به حال و حال به گذشته تبدیل میشود. نشانه اش هم رشد موجودات است. ما بزرگ میشویم و میمیریم. پس زمان در جریان است.

آلبرت اینشتین با ارایه نظریه نسبیت خاص نشان داد که این کار از نظر تیوری شدنی است. بر طبق این نظریه اگه شییی به سرعت نور نزدیک شود گذشت زمان برایش آهسته تر صورت میگیرد. بنابراین اگر بشود با سرعت بیش از سرعت نور حرکت کرد، زمان به عقب برگردد. مانع اصلی این است که اگر جسمی به سرعت نور نزدیک بشود جرم نسبی ان به بینهایت میل میکند لذا نمیشود شتابی بیش از سرعت نور پیدا کرد. اما شاید یه روز این مشکل هم حل شود. بر خلاف نویسنده ها و خیالپردازها که فکر میکنند سفر در زمان باید با یک ماشین انجام شور، دانشمندان بر این عقیده هستند که اینکار به کمک یک پدیده طبیعی صورت میگیرد. در این خصوص سه پدیده مد نظر است: سیاهچاله های دوار، کرم چاله ها و ریسمانهای کیهانی.
سیاهچاله ها: اگر یه ستاره چند برابر خورشید باشد و همه سوختش را بسوزاند، از انجا که یک نیروی جاذبه قوی دارد لذا جرم خودش در خودش فشرده میشود و یک حفره سیاه رنگ مثل یه قیف درست میکند که نیروی جاذبه فوق العاده زیادی دارد طوری که حتی نور هم نمیتواند از ان فرار کند.
اما این حفره ها بر دو نوع هستد. یه نوعشان نمی چرخند لذا انتهای قیف یک نقطه است. در انجا هر جسمی که به حفره مکش شده باشه نابود میشود. اما یه نوع دیگر سیاهچاله نوعی است که در حال دوران است و برا همین ته قیف یه قاعده داره که به شکل حلقه اس. مثل یک قیف واقعی است که تهش باز است. همین نوع سیاهچاله است که میتواند سکوی پرتاب به آینده یا گذشته باشد. انتهای قیف به یک قیف دیگر به اسم سفیدچاله میرسد که درست عکس ان عمل میکند. یعنی هر جسمی را به شدت به بیرون پرتاب میکند. از همین جاست که میتوانیم پا به زمانها و جهان های دیگر بگذاریم.
کرم چاله : یک سکوی دیگر گذر از زمان است که میتواند در عرض چند ساعت ما را چندین سال نوری جابجا کند. فرض کنید دو نفر دو طرف یک ملافه رو گرفته اند و میکشند. اگر یک توپ تنیس بر روی ملافه قرار دهیم یک انحنا در سطح ملافه به سمت توپ ایجاد میشود.
اگر یک تیله به روی این ملافه قرار دهیم به سمت چاله ای که ان توپ ایجاد کرده است میرود. این نظر اینشتین است که کرات آسمانی در فضا و زمان انحنا ایجاد میکنند؛ درست مثل همان توپ روی ملافه. حالا اگه فرض کنیم فضا به صورت یک لایه دوبعدی روی یه محور تا شده باشد و بین نیمه بالا و پایین ان خالی باشد و دو جرم هم اندازه در قسمت بالا و پایین مقابل هم قرار گیرد، آن وقت حفره ای که هر دو ایجاد میکنند میتواند به همدیگر رسیده و ایجاد یک تونل کند. مثل این که یک میانبر در زمان و مکان ایجاد شده باشد. به این تونل میگویند کرم چاله.
این امید است که یک کهکشانی که ظاهرا میلیونها سال نوری دور از ماست، از راه یک همچین تونلی بیش از چند هزار کیلومتر دور از ما نباشی. در اصل میشود گفت کرم چاله تونل ارتباطی بین یک سیاهچاله و یه سفیدچاله است و میتواند بین جهان های موازی ارتباط برقرار کند و در نتیجه به همان ترتیب میتواند ما را در زمان جابجا کند. آخرین راه سفر در زمان ریسمانهای کیهانی است. طبق این نظریه یک سری رشته هایی به ضخامت یه اتم در فضا وجود دارند که کل جهان را پوشش میدهند و تحت فشار خیلی زیادی هستند. اینها هم یه نیروی جاذبه خیلی قوی دارند که هر جسمی را سرعت میدهند و چون مرزهای فضا زمان را مغشوش میکند لذا میشود از انها برای گذر از زمان استفاده کرد

آنگاه كه فضا در زمان می پیچد

در داستان های علمی تخیلی تاب خوردن فضا – زمان یک موضوع پیش پا افتاده است و از آن برای سفر سریع به کهکشان های دور استفاده می شود . اینکه سفر در زمان اغلب داستان های علمی تخیلی امروز واقعیت هستند و این بخت و اقبال فضا – زمان است...

 فضا می تواند خمیده شود یا اینكه تاب بردارد . برای بیش از دو هزار سال اصل های هندسه ی اقلیدسی بدیهی بودند . حتی امروزه شما می تواند قدرت آن را برای آموزش در مدارس مشاهده كنید . از نتایج مهم و اساسی این هندسه این است كه مجموع زوایای داخلی مثلث را ١٨٠ درجه در نظر می گیرد . گرچه امروز مردم به این موضوع پی برده اند كه قدم های دیگر نیز در علم هندسه ممكن است .

ادامه نوشته

فضا (Space) چیست؟

واژه‌ای است که در زمینه‌های متعدد و رشته‌های گوناگون از قبیل فلسفه ، جامعه‌شناسی ، معماری و شهرسازی بطور وسیع استفاده می‌شود. لیکن تکثّر کاربرد واژه فضا به معنی برداشت یکسان از این مفهوم در تمام زمینه‌های فوق نیست، بلکه تعریف فضا از دیدگاههای مختلف قابل بررسی است. مطالعات نشان می‌دهد با وجود درک مشترکی که به نظر می‌رسداز این واژه وجود دارد، تقریباً توافق مطلقی در مورد تعریف فضا در مباحث علمی به چشم نمی‌خورد و این واژه از تعدد معنایی نسبتاً بالایی برخوردار است و تعریف مشخص و جامعی وجود ندارد که در برگیرنده تمامی جنبه‌های این مفهوم باشد. فضا یک مقوله بسیار عام است. فضا تمام جهان هستی را پر می‌کند و ما را در تمام طول زندگی احاطه کرده‌ است.

این نمودار مسیر حرکت یک شخص در
پیوستار فضا_زمان را نشان می‌دهد.

 

زمان

زمان ، مفهومی چنان آشنا ، ملموس ، بدیهی ، پیش پا افتاده و عمیق است که نوشتن درباره‌اش جسارت زیادی را می‌طلبد. فهم مفهوم زمان و نقد کردن برداشت رایج از این مفهوم ، اگر به قدر کافی تداوم یابد، به تلاش برای دستیابی به نگاهی تازه و رویکردی کارآمدتر درباره مفاهیمی کلیدی مانند مکان ، تغییر و رخداد منتهی می‌شود. زمان ، مفهومی چنان حاضر و نافذ است که هر پیشنهاد جدیدی برای جور دیگر دیدن آن به راهبردهایی رفتاری برای دگرگونی در کردار هم می‌انجامد. این پیشنهادهای نظری و آن توصیه‌های عملیاتی ، بطور خاص مهمترین جنبه‌هایی هستند که به چالش طلبیدن مفهوم زمان را چنین ترسناک می‌نمایند. در فیزیک ، زمان با دو روش متفاوت تعریف می‌شود:

روش ترمودینامیکی

این روش را برای نخستین بار فیزیکدانانی مانند کلوین و سلسیوس که به مفهوم دما و تبادلات گرمایی علاقمند بودند، بنیان نهادند. اما شکل پخته و امروزین آن را در آثار اندیشمندانی مانند بولتزمان می‌بینیم. تعریف ترمودینامیکی زمان ، بر الگوهایی از رفتار مبتنی است که در سیستمهای ساده دیده می‌شود. بخش مهمی از سیستمهایی که در پیرامون ما وجود دارند، نظامهایی ساده هستند که از شمار زیادی از عناصر به نسبت ساده تشکیل یافته‌اند. عناصری که رفتارشان تقریبا تصادفی به نظر می‌رسد، اما برآیند رفتارهای سطح خردشان بر مبنای قواعدی کلان پیش بینی پذیر است. بررسی تحولات انرژیایی این سیستمها ، ستون فقرات علم ترمودینامیک را تشکیل می‌دهد.

روش تاریخ مدارانه

این روش زمان را بر مبنای سیستمهای پیچیده‌ای تعریف می‌کند که امکان انباشت اطلاعات و تجربیات را در خود دارند. در این سیستمها ، گذر زمان به کاهش یافتن بی نظمی و افزایش نظم منتهی می‌شود. مثلا وقتی به بدن مجروح یک انسان یا بذر یک گیاه نگاه می‌کنیم، می‌بینیم که با مرور زمان مقدار نظم درونی این سیستمها زیاد می‌شود. فرد زخمی بهبود می‌یابد و بذر به گیاه تبدیل می‌شود. به این ترتیب به نظر می‌رسد تعریف تاریخ مدارانه از زمان ، با تعریف ترمودینامیکی آن در تضاد باشد.

چنانکه می‌دانیم، مهمترین ویژگی حاکم بر قوانین علوم تجربی مانند فیزیک ، ناوردایی یا تقارن است. تقارن بدان معناست که قوانین یاد شده در تمام شرایط قابل تصور صدق می‌کنند. این بدان معناست که قوانین مزبور بیانگر ماهیت موضوع پژوهش و شیوه رفتار آن هستند و به شرایط پیرامونیِ آن وابسته نمی باشند.
کل قوانین فیزیک ، نسبت به همه شرایط ناوردا هستند. تنها متغیری که این تقارن را در هم می‌شکند، زمان است و منشأ این نقض شدن تقارن ، قانون دوم ترمودینامیک است. محور زمان ، تنها شاخص فیزیکی است که جهت دارد و در مسیر مشخصی جریان می‌یابد و بسته به این جهت ، رفتار سیستمها دگرگون می‌شود. مفهوم فیزیکی زمان دو مشکل اساسی دارد:

• تعریف ترمودینامیکی و تاریخ مدار از زمان به ظاهر باهم در تعارض هستند. بنابراین تعریف یگانه و فراگیری از زمان وجود ندارد. گویی زمان در سیستمهای بازِ ساده و پیچیده به دو شکل متفاوت تعریف شود.
  
  
• توضیح اینکه چرا زمان به عنوان متغیری عام اینطور یک طرفه عمل می‌کند و تنها در جهت خاصی جریان دارد، دشوار است. به بیان دیگر ، "پیکان زمان" و حرکت دائمی و ثابتش از گذشته به آینده امری است که نیاز به توضیح و تبیین دارد. تلاشهای زیادی برای آشتی دادن دو تعریف ترمودینامیک و تاریخ مدار از زمان صورت گرفته است.