تعليمنظريات علمية
تعريف علم الكونيات
خلال أشهر الصيف في النصف الشمالي من الكرة الأرضية، يمتد مجموعة باهتةمن الضوء من الأفق إلى الأفق، وتظهر على شكل مجموعة قطع بيضاء شاحبة على خلفية سوداء عميقة.
علم الكونيات
يجمع علم الكونيات بين العلوم الطبيعية، وبالتحديد علم الفلك والفيزياء، في جهد مشترك لفهم الكون بشكل عام.
يعلم علم الفلك بأن السماء مكونة من عدد لا يمكن حصره من النجوم، حيث تكون النجوم قريبة جدا من بعضها البعض، وتتواجد على طول خط الرؤية بحيث يمكن للعين المجردة رؤيتها، وفي نفس الوقت يواجه الفرد صعوبة في تمييز النجوم بين بعضها البعض.
يتمكن الفلكيون، باستخدام تلسكوب كبير، من اكتشاف عدد لا يحصى من المجرات الضخمة المنتشرة في أرجاء الفضاء، ويطلقون عليها اسم المجرات، وتسمى المجرة التي ينتمي إليها الشمس بـ”درب التبانة .
الشمس
- الشمس هي نجم يدور حوله الأرض والكواكب الأخرى، وبالتالي فإن كل نجم مرئي في السماء هو شمس في ذاته. وبعض النجوم أكثر إشراقًا من الشمس .
- يتم استقبال ضوء أقل بكثير من النجوم مقارنةً بالشمس لأن النجوم بعيدة جدًا، ويبدو أنها مكتظة بكثافة في درب التبانة فقط لأن هناك الكثير منها.
- تكون الفواصل الفعلية للنجوم كبيرة جدا لدرجة أنه من النادر قياس مسافاتها بوحدات المسافة التي يمكن للضوء الانتقال بها خلال فترة زمنية محددة.
- تبلغ سرعة الضوء في الفراغ 3 × 10 ¹⁰ سم / ثانية سم في الثانية، وبهذه السرعة يمكن للأرض أن تدور سبع مرات في الثانية الواحدة.
- بالتالي، الشمس التي تبعد 500 ثانية ضوئية عن الأرض بعيدة جدا، ومع ذلك حتى أقرب نجم قريب، بروكسيما سنتوري، الذي يبعد عنا بمسافة 4.3 سنة ضوئية (4.1 × 10¹⁸ سم)، هو أبعد بمقدار 270,000 مرة حتى الآن.
- تبلغ المسافة بين النجوم التي تقع على الجانب الآخر من درب التبانة حوالي 100000 سنة ضوئية، وهي المسافة القياسية لمجرة حلزونية كبيرة.
عالم المجرات
- عالم المجرات أكبر بكثير من مملكة النجوم.
- أقرب المجرات إلى نظام درب التبانة هي الكبيرة والصغيرة سحابة ماجلان، وهما قمران صناعيان غير منتظمين للمجرة مرئيان بالعين المجردة في نصف الكرة الجنوبي.
- تحتوي سحب ماجلان على نحو 10⁹ نجوم فقط، بينما تحتوي المجرة على حوالي 10¹¹ نجمة، وتقع على بعد حوالي 200000 سنة ضوئية.
- أقرب مجرة كبيرة ومشابهة للمجرة هي مجرة أندروميدا، والتي تسمى أيضًا M31 لأنها كانت الإدخال الحادي والثلاثون في كتالوج الأشياء الفلكية الذي جمعه الفلكي الفرنسي تشارلز ميسييه في عام 1781، وتقع على بعد حوالي 2000000 سنة ضوئية.
- تشكل مجموعة محلية، التي تتضمن الغيوم الماجلانية وجزءًا من مجرة أندروميدا ونظام درب التبانة، جزءًا من تجمع يضم ما يقرب من عشرين مجرة مجاورة ويُعرف باسم مجموعة محلية .
- Galaxy و M31 هما أكبر أعضاء في هذه المجموعة.
التوسع الكوني
- عند النظر إلى الكون على نطاق واسع، سيظهر مفهوم التوسع الكوني كميزة جديدة مثيرة، والتي لا تظهر على المقاييس الصغيرة.
- في المقاييس الكونية، تبدو المجرات أو مجموعات المجرات كأنها تتسابق بعيدًا عن بعضها البعض، ويظهر ذلك بوضوح من خلال الركود النسبي للسرعة الذي يتناسب مع مسافة الجسم.
- يُعرف هذا العلاقة باسم قانون هابل، الذي اكتشفه الفلكي الأمريكي إدوين باول هابل .
- يفسر قانون هابل، الذي يمكن تفسيره بأبسط طريقة، أنه قبل 13.8 مليار سنة تم تجميع كل المادة في الكون بشكل وثيق في حالة كثافة لا يصدق، ثم انفجر كل شيء في الانفجار الكبير.
- تأتي الدعم العلمي القوي لنظرية الانفجار الكبير للكون من خلال اكتشاف خلفية ثابتة وموحدة لإشعاع الميكروويف عن طريق التلسكوبات الراديوية، والتي تؤكد أصل الانفجار الكبير للكون وأنه يأتي من حطامالمادة المتوسعة، ويتم توثيق هذا الاكتشاف من خلال توقيع الانفجار الذي كتب في النهاية في مجرات النجوم.
- تمدد الكون لا يعد حركة أساسية للمجرات في إطار الزمن المطلق والفضاء المطلق، بل يمثل توسعا في الزمان والمكان
الجاذبية وهندسة الزمكان
- إن الأساس لنظرة أينشتاين عن الجاذبية ، النسبية العامة ، يكمُن في نتيجتين تجريبيتين قام بترقيتهما
إلى وضع الافتراضات الأساسية. - الفرضية الأولى هي مبدأ النسبية: الفيزياء المحلية تحكمها نظرية النسبية الخاصة .
- الفرضية الثانية هي مبدأ التكافؤ : لا يمكن للمراقب التمييز المحلي بين الجاذبية والتسارع، والدافع وراء ذلك يعود إلى
- الافتراض الثاني يأتي من ملاحظة جاليليو بأن جميع الأشياء، بغض النظر عن الكتلة أو الشكل أو اللون أو أي خاصية أخرى، تتسارع بنفس المعدل في مجال الجاذبية.
الكوزمولوجيا النسبية
نموذج آينشتاين
- في عام 1917، قدم أينشتاين ثلاث فرضيات تخرج عن نطاق معادلاته في النموذج الكوني.
- كان أول من افترض أن الكون موحد الخواص ومتجانس على نطاق واسع (أي أنه يتكرر نفسه في كل مكان في المتوسط في أي لحظة من الزمن)، وقد ارتفع هذا الافتراض إلى نظرة فلسفية كاملة كاملة عندما قام عالم الفلك الإنجليزي إدوارد أ. ميلن بتسميته مبدأ كوني .
- نظرًا لنجاح الثورة الكوبرنيكية وهذا النظر الطبيعي، فإن نيوتن نفسه أدرك ذلك ضمنيًا عندما اعتبر الحالة الأولية للكون أنها كانت في كل مكان كما كانت عليه قبل التطور.
- الافتراض الثاني هو أن الكون المتجانس والمتناحي كان يمتلك هندسة مكانية مغلقة. وبالتالي، فإن حجم المساحة ثلاثية الأبعاد بانحناء إيجابي موحد سيكون محدودًا، ولكن لا يحتوي على حواف أو حدود.
- يعتبر آينشتاين في الافتراض الثالث أن الكون ككل ثابت ولا تتغير خصائصه الواسعة بمرور الوقت.
- كان هذا الافتراض، الذي تم إجراؤه قبل اكتشاف تمدد الكون الذي قام به هابل، أمرًا طبيعيًا أيضًا، وكان هذا هو النهج الأبسط .
- في عام 1917، وجد أينشتاين أن معادلاته النسبية العامة التي كتبها في الأصل، مع افتراضاته الثلاثة المعتمدة، لا تحتوي على حلول ذات مغزى. وللحصول على حل، أدرك أينشتاين أنه يجب عليه إضافة مصطلح إضافي إلى معادلاته، والذي أصبح يعرف باسم “الثابت الكوني.
نموذج دي سيتر
- في عام 1917، أدرك الفلكي الهولندي ويليم دي سيتر أنه يمكنه الحصول على نموذج كوني ثابت يختلف عن نموذج آينشتاين بسهولة عن طريق إزالة جميع المتغيرات الزمنية.
- الحل يبقى ثابتًا بشكل أساسي لأنه لا يوجد مسألة تتطلب التحرك.
- عند إدخال بعض جزيئات الاختبار في النموذج مرة أخرى، ستدفعها المصطلحات الكونية بعيدًا عن بعضها البعض.
- _ بدأ علماء الفلك يتساءلون الآن عما إذا كان هذا التأثير هو السبب وراء ركود المجرات الحلزونية.
في عام 1932، اقترح آينشتاين ودي سيتر أن يتم تعيين الثابت الكوني ليساوي الصفر، واشتقوا نظرية متجانسة ومتوازية، حيث افترضا أن الانحناء المكاني للكون ليس إيجابيًا ولا سلبيًا، بل هو صفريًا.