مهتاب حسینی نژاد فضا زمان چیست؟ اساس فضا زمان یک مدل مفهومی هست که سه بعد فضا رو با بعد چهارم زمان ترکیب می‌کنه. مطابق بهترین تئوری‌های فیزیکی فعلی، فضا زمان تأثیرات نسبیتی غیر معمول ناشی از سفر در نزدیکی سرعت نور و همچنین حرکت اشیاء عظیم در جهان رو توضیح می‌ده. گیج شدی؟ می‌دونم. در ادامه سعی می‌کنم سوال ” فضا زمان چیست؟ ” رو ساده‌تر توضیح بدم.
چه کسی فضا زمان رو کشف کرد؟
فیزیکدان مشهور آلبرت انیشتین با بخشی از نظریه نسبیت خود در توسعه ایده فضا زمان کمک کرد. دانشمندان قبل از کار پیشگامانه وی، دو نظریه جداگانه برای توضیح پدیده‌های فیزیکی داشتند. طبق قوانین ناسا، فیزیک اسحاق نیوتن حرکت اشیاء عظیم رو توصیف می‌کنه، در حالی که مدل‌های الکترومغناطیسی جیمز کلرک ماکسول خواص نور رو توضیح داده‌اند.
مطلب مرتبط: زندگینامه ایلان ماسک
اما آزمایشاتی که در اواخر قرن نوزدهم انجام شد، حاکی از اون هست که چیز خاصی در مورد نور وجود داره. اندازه گیری‌ها نشون داد که نور همیشه با همان سرعت و بدون توجه به هیچ چیز حرکت می‌کنه. و در سال 1898، فیزیکدان و ریاضیدان فرانسوی، آنری پوانکاره حدس زد که سرعت نور می‌تونه غیرقابل تصور و دیوانه‌کننده باشه. در همین زمان، محققان دیگر در نظر داشتند احتمال تغییر اشیاء در اندازه و جرم بسته به سرعت اون‌ها رو نشون بدن.
انیشتین همه این ایده‌ها رو در نظریه نسبیت خاص خود در سال 1905 جمع کرد، که در اون فرض می‌شه سرعت نور ثابت هست. برای صحت این امر، باید فضا و زمان در یک چارچوب واحد ترکیب می‌شدند.
یک فرد در یک موشک فوق العاده سریع زمان براش بسیار کند می‌گذره و طول اجسام برای او در مقایسه با شخصی که با سرعتی بسیار آهسته‌تر حرکت می‌کنه، کوتاه‌تر هست. دلیل این هست که فضا و زمان نسبی هستند. اون‌ها به سرعت ناظر بستگی دارند. اما سرعت نور از هر دو اساسی‌تر و مهم‌تر هست.
نتیجه این هست که فضا و زمان یک اساس منفرد هستند، نه اون چیزی که انیشتین بهش رسید. این ایده توسط هرمان مینکوفسکی، ریاضیدان آلمانی مطرح شد. او گفت: “از این پس فضا به خودی خود، و زمان به خودی خود، محکوم به محو شدن در سایه‌های مححض هستند و فقط نوعی اتحاد بین این دو یک واقعیت مستقل را حفظ خواهد کرد.”
فضا زمانی که وی توصیف کرده، هنوز هم به عنوان فضا زمان مینکوفسکی شناخته می‌شه و به عنوان زمینه محاسبات در هر دو نظریه نسبیت و نظریه میدان کوانتومی استفاده می‌شه.
فضا زمان چجوری کار می‌کنه؟
امروزه، وقتی افراد در مورد فضا زمان صحبت می‌کنند، اغلب اون رو شبیه یک ورقه لاستیک توصیف می‌کنند. این هم از انیشتین ناشی می‌شه که او وقتی تئوری نسبیت عام خود رو توسعه داد فهمید که نیروی گرانش ناشی از منحنی‌های موجود در فضا زمان هست.
اشیاء عظیم – مانند زمین، خورشید یا شما – تحریف‌هایی رو در فضا زمان ایجاد می‌کنند که باعث خم شدن اون می‌شه. این منحنی‌ها، به نوبه خود، راه‌هایی رو که همه چیز در جهان از طریق اون‌ها حرکت می‌کنه، محدود می‌کنند، زیرا اشیاء باید مسیرهایی رو در امتداد این انحنای پیچیده دنبال کنند. حرکت به دلیل جاذبه در واقع حرکت در امتداد پیچش‌ها و چرخش فضا زمان هست.
مأموریتی توسط ناسا به نام (Gravity Probe B (GP-B شکل گرداب-زمان-مکان در اطراف زمین رو در سال 2011 اندازه گیری کرد و دریافت که این تقریبا با پیش بینی‌های انیشتین مطابقت داره. اگرچه ما می‌تونیم درباره فضا زمان مانند یک ورق لاستیک بحث کنیم، اما سرانجام قیاس خراب می‌شه. یک ورق لاستیکی دو بعدی هست، در حالی که فضا زمان چهار بعدی هست. معادلات پیچیده‌ای که برای به حساب آوردن همه موارد به کار می‌ره حتی برای فیزیکدانان هم مشکل هست.
Paul Sutter، اخترفیزیک شناس، در سایت Space.com نوشت: “انیشتین یک ماشین زیبا ساخت، اما راهنمای کاربر رو به ما نداد.”
آنچه دانشمندان هنوز نمی‌دونند
علی رغم پیچیدگی، نسبیت بهترین راه برای پاسخگویی به پدیده‌های فیزیکی هست. با این حال دانشمندان می‌دونند که مدل‌های اون‌ها ناقص هست زیرا نسبیت هنوز کاملاً با مکانیک کوانتومی (که خصوصیات ذرات زیر اتمی رو با دقت بسیار زیاد توضیح می‌ده اما نیروی جاذبه رو شامل نمی‌شه.) رفیق نشده.
مکانیک کوانتومی بر این واقعیت استوار هست که بیت‌های کوچک تشکیل دهنده جهان گسسته یا کمّی هستند. بنابراین فوتون‌ها، ذراتی که نور رو تشکیل می‌دن، مانند تکه‌های کوچکی از نور هستند که در بسته‌های مجزا قرار گرفته‌اند.
برخی از نظریه پردازان گمان كرده‌اند كه شايد فضا زمان هم در اين بخش‌های كمی قرار می‌گیره و به نظریه نسبیت و مكانيک كوانتومی كمک می‌كند. محققان آژانس فضایی اروپا آزمایشگاه بین المللی نجوم، پرتوی گاما رو برای کشف کوانتوم ماموریت فضا-زمان (GrailQuest) پیشنهاد داده‌اند، که به دور سیاره ما پرواز می‌کنه و اندازه گیری‌های بسیار دقیقی از انفجارهای دوردست و قدرتمند انجام می‌ده.
چنین مأموریتی حداقل برای یک دهه و نیم دیگر انجام نمی‌شه، اما در صورت انجام این کار، شاید به حل برخی از بزرگ‌ترین اسرار باقی مانده در فیزیک کمک کنه.
راستش را بخواهید من بسیار گیج شدم. اصلا فضا چیست؟ زمان چیست؟ فضا زمان چیست؟ اگر نظری دارید خوشحال می‌شم در بخش دیدگاه‌ها برام بنویسید.
منبع: livescience
