في الحياة اليومية، يتعين على الشخص في أغلب الأحيان التعامل مع كميات محدودة. لذلك، قد يكون من الصعب جدًا تصور اللانهاية غير المحدودة. وتكتنف هذا المفهوم هالة من الغموض والغرابة، الممتزجة بتقديس الكون الذي يكاد يكون من المستحيل تحديد حدوده.
تنتمي اللانهاية المكانية للعالم إلى أكثر المشكلات العلمية تعقيدًا وإثارة للجدل. حاول الفلاسفة وعلماء الفلك القدماء حل هذه المشكلة من خلال أبسط الإنشاءات المنطقية. للقيام بذلك، كان يكفي أن نفترض أنه من الممكن الوصول إلى الحافة المزعومة للكون. ولكن إذا مددت يدك في هذه اللحظة، فإن الحدود ستبتعد مسافة ما. ويمكن تكرار هذه العملية مرات لا تحصى، مما يثبت لانهاية الكون.
من الصعب أن نتخيل اللانهاية للكون، لكن ما لا يقل صعوبة هو كيف قد يبدو العالم المحدود. حتى بالنسبة لأولئك الذين لم يتقدموا كثيرا في دراسة علم الكونيات، في هذه الحالة هناك سؤال طبيعي: ما هو خارج حدود الكون؟ ومع ذلك، فإن مثل هذا المنطق، بناء على الحس السليم والتجربة اليومية، لا يمكن أن يكون بمثابة أساس متين لاستنتاجات علمية صارمة.
الأفكار الحديثة حول لانهاية الكون
توصل العلماء المعاصرون، أثناء استكشافهم للمفارقات الكونية المتعددة، إلى استنتاج مفاده أن وجود الكون المحدود يتعارض من حيث المبدأ مع قوانين الفيزياء. يبدو أن العالم خارج كوكب الأرض ليس له حدود سواء في المكان أو الزمان. وبهذا المعنى، تشير اللانهاية إلى أنه لا يمكن التعبير عن كمية المادة الموجودة في الكون ولا أبعادها الهندسية حتى بأكبر عدد (“تطور الكون”، آي دي نوفيكوف، 1983).
حتى لو أخذنا في الاعتبار الفرضية القائلة بأن الكون قد تشكل منذ حوالي 14 مليار سنة نتيجة لما يسمى بالانفجار الكبير، فإن هذا قد يعني فقط أنه في تلك الأوقات البعيدة للغاية مر العالم بمرحلة أخرى من التحول الطبيعي. بشكل عام، لم يظهر الكون اللانهائي أبدًا نتيجة لدافع أولي أو تطور لا يمكن تفسيره لبعض الأشياء غير المادية. إن افتراض الكون اللانهائي يضع حدًا لفرضية الخلق الإلهي للعالم.
وفي عام 2014، نشر علماء الفلك الأمريكيون نتائج أحدث الأبحاث التي تؤكد فرضية وجود كون لا نهائي ومسطح. تمكن العلماء من قياس المسافة بين المجرات التي تفصل بينها عدة مليارات من السنين الضوئية بدقة عالية. اتضح أن هذه العناقيد النجمية الضخمة تقع في دوائر ذات نصف قطر ثابت. النموذج الكوني الذي بناه الباحثون يثبت بشكل غير مباشر أن الكون لانهائي في المكان والزمان.
يجلس اثنان من البراغيث ويسأل أحدهما الآخر: اسمع، نحن نجلس هنا، دافئين، نأكل حتى الشبع، ولكن ما رأيك - هل هناك حياة على الكلاب الأخرى؟
ها نحن ذا نجلس على كلبنا ونتحدث عن "هل هناك حياة على الكلاب الأخرى؟" والحقيقة هي أن الفيزياء لا تعرف بعد من أين تأتي المادة التي يتكون منها كل شيء في عالمنا. تعتبر الفيزياء النظرية نظرية “الانفجار الكبير” هي الأكثر سهولة للفهم العام، والتي يتناسب معها كل ما يحدث بشكل كامل، على افتراض أن المادة انفجرت، ووصلت إلى كثافة قصوى تتجه إلى ما لا نهاية، إلى جانب نفس درجة الحرارة القصوى، من نقطة واحدة. ، ما يسمى بالتفرد، لكن لم يتمكن أحد حتى الآن من أن يشرح بوضوح كيف وصل هذا الشيء إلى هذه الحالة، وما الذي سبقه. يمكننا أن نلاحظ توسع الكون، من الناحية النظرية ثبت أنه بعد أن وصل إلى حجم معين تحت تأثير الجاذبية، سيبدأ في الانكماش وسيحدث هذا التفرد بالذات، ولكن من هذا يمكننا أن نفترض أن هذا لقد حدث بالفعل، وبالتالي، سيظل كذلك، وهو ما يقول لصالح اللانهاية. وبعد ذلك، من أين أتت كل هذه المادة، التي "انفجرت بأمان" لأنه لا يمكن أن تأتي من العدم، هذه هي قوانين الفيزياء الأولى التي لا تتزعزع. لكي ينفجر شيء ما، كان عليه أن يظهر من مكان ما هناك. إذا كان هذا القانون صحيحًا، فهذا يقودنا في النهاية مباشرة إلى اللانهاية، ولكن إذا لم يكن الأمر كذلك، فهناك بعض الطرق للحصول على شيء من لا شيء، وهذا طريق مباشر إلى وفرة المادة في كوننا، وإلى منع فناءه، أي التدمير الذاتي، وبالتالي نقله إلى بعد آخر من الزمكان. كل شيء محير للغاية، من أجل البساطة سأقول هذا: لم يحل أحد السؤال الأبدي - أيهما جاء أولاً، الدجاجة أم البيضة! والشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو من أين جاء، هذا أول شيء. يتعلق الأمر بالعد التنازلي "إلى الطرح"، حسنًا، فيما يتعلق بـ "زائد" الأمر كله بسيط، تخيل مكتبة يتم فيها جمع جميع الكتب في العالم وتأخذ ورقة بيضاء وتكتب عليها جميع الصفحات الأولى من جميع الكتب الموجودة في هذه المكتبة، ثم في التقدم. بشكل تقريبي N+1. ولذلك أعتقد أن الكون لانهائي في المكان والزمان. وبعد ذلك، نحن نعرف القليل جدًا عن الكون بحيث لا يمكننا قول أي شيء على وجه اليقين، لأنه حتى مفاهيم مثل "اللون" ليست محددة، كل هذا يتوقف على عيون من ننظر إلى الزهرة، الإنسان أو، على سبيل المثال، النحل. كل شيء نسبي. كما قال أحد الأذكياء: هناك شيئان لا نهائيان في العالم - الكون وغباء الإنسان. إذا تمكنا من فهم الأول وشرحه، فلن ينجح هذا مع الثاني. إنها حقا لا نهاية لها!
أين يبدأ الفضاء وأين ينتهي الكون؟ كيف يحدد العلماء حدود المعلمات المهمة في الفضاء الخارجي. كل شيء ليس بهذه البساطة ويعتمد على ما يعتبر مساحة، وعدد الأكوان الموجودة. ومع ذلك، فيما يلي كافة التفاصيل. ومثيرة للاهتمام.
والحد “الرسمي” بين الغلاف الجوي والفضاء هو خط كرمان، ويمر على ارتفاع حوالي 100 كيلومتر. تم اختياره ليس فقط بسبب الرقم الدائري: عند هذا الارتفاع تقريبًا، تكون كثافة الهواء منخفضة جدًا بحيث لا يمكن لأي مركبة أن تطير مدعومة بالقوى الديناميكية الهوائية وحدها. لإنشاء قوة رفع كافية، سيكون من الضروري الوصول إلى سرعة الإفلات. لم يعد مثل هذا الجهاز بحاجة إلى أجنحة، لذلك على ارتفاع 100 كيلومتر تمر الحدود بين الطيران والملاحة الفضائية.
لكن الغلاف الجوي للكوكب، بطبيعة الحال، لا ينتهي عند ارتفاع 100 كيلومتر. ويمتد الجزء الخارجي منه -الإكسوسفير- إلى مسافة تصل إلى 10 آلاف كيلومتر، رغم أنه يتكون بشكل أساسي من ذرات هيدروجين نادرة يمكنها الخروج منه بسهولة.
النظام الشمسي
ربما ليس سرا أن النماذج البلاستيكية للنظام الشمسي التي اعتدنا عليها منذ المدرسة لا تظهر المسافات الحقيقية بين النجم وكواكبه. تم تصميم نموذج المدرسة بهذه الطريقة فقط بحيث تناسب جميع الكواكب على الحامل. في الواقع، كل شيء أكبر من ذلك بكثير.
لذا فإن مركز نظامنا هو الشمس، وهو نجم يبلغ قطره حوالي 1.4 مليون كيلومتر. وتشكل الكواكب الأقرب إليها - عطارد والزهرة والأرض والمريخ - المنطقة الداخلية للنظام الشمسي. ولكل منها عدد قليل من الأقمار الصناعية، وتتكون من معادن صلبة، ولها (باستثناء عطارد) غلاف جوي. تقليديا، يمكن رسم حدود المنطقة الداخلية للنظام الشمسي على طول حزام الكويكبات، الذي يقع بين مداري المريخ والمشتري، على بعد حوالي 2-3 مرات من الشمس عن الأرض.
هذه هي مملكة الكواكب العملاقة وأقمارها الصناعية العديدة. وأولهم بالطبع كوكب المشتري الضخم، الذي يقع على بعد حوالي خمس مرات من الشمس عن الأرض. ويليه زحل وأورانوس ونبتون، والمسافة إليها كبيرة بالفعل بشكل مذهل - أكثر من 4.5 مليار كيلومتر. من هنا إلى الشمس بالفعل 30 مرة أبعد من الأرض.
إذا قمت بضغط النظام الشمسي إلى حجم ملعب كرة قدم مع وضع الشمس كهدف، فسيكون عطارد على بعد 2.5 متر من الخط الخارجي، وسيكون أورانوس في المرمى المقابل، وسيكون نبتون في مكان ما في أقرب موقف للسيارات .
أبعد مجرة تمكن علماء الفلك من رصدها من الأرض هي z8_GND_5296، وتقع على مسافة 30 مليار سنة ضوئية تقريبًا. لكن أبعد جسم يمكن ملاحظته من حيث المبدأ هو الإشعاع المتبقي، الذي تم الحفاظ عليه تقريبًا منذ زمن الانفجار الكبير.
يشمل مجال الكون المرئي المحدود أكثر من 170 مليار مجرة. تخيل: إذا تحولوا فجأة إلى بازلاء، فيمكنهم ملء الملعب بأكمله بشريحة. هناك مئات من السكستليون (آلاف المليارات) من النجوم هنا. ويغطي مساحة تمتد لـ 46 مليار سنة ضوئية في جميع الاتجاهات. ولكن ما الذي يكمن وراء ذلك؟ وأين ينتهي الكون؟
في الواقع، لا يوجد حتى الآن إجابة على هذا السؤال: حجم الكون بأكمله غير معروف - وربما لا نهاية له. أو ربما توجد أكوان أخرى خارج حدودها، ولكن كيف ترتبط ببعضها البعض، وما هي عليه، هي بالفعل قصة غامضة للغاية، والتي سنخبرها عنها في وقت آخر.
الحزام، السحابة، المجال
بلوتو، كما تعلمون، فقد مكانته ككوكب كامل، والانتقال إلى عائلة الأقزام. وتشمل هذه الكواكب إيريس الذي يدور في مكان قريب، وهوميا، والكواكب الصغيرة الأخرى وأجسام حزام كويبر.
وهذه المنطقة بعيدة للغاية وواسعة، وتمتد من 35 مسافة من الأرض إلى الشمس، وتصل إلى 50. من حزام كويبر تطير المذنبات قصيرة المدى إلى المناطق الداخلية للنظام الشمسي. إذا كنت تتذكر ملعب كرة القدم لدينا، فإن حزام كويبر سيكون على بعد عدة بنايات. ولكن حتى هنا حدود النظام الشمسي لا تزال بعيدة.
تظل سحابة أورت مكانًا افتراضيًا في الوقت الحالي: فهي بعيدة جدًا. ومع ذلك، هناك الكثير من الأدلة غير المباشرة على أنه في مكان ما، على بعد 50-100 ألف مرة من الشمس مما نحن عليه، هناك تراكم هائل من الأجسام الجليدية، حيث تطير المذنبات طويلة الأمد إلينا. هذه المسافة كبيرة جدًا لدرجة أنها تمثل بالفعل سنة ضوئية كاملة - ربع الطريق إلى أقرب نجم، وفي تشبيهنا بملعب كرة القدم - تبعد آلاف الكيلومترات عن الهدف.
لكن تأثير جاذبية الشمس، وإن كان ضعيفا، يمتد إلى أبعد من ذلك: تقع الحدود الخارجية لسحابة أورت - كرة التل - على مسافة سنتين ضوئيتين.
رسم يوضح المظهر المقترح لسحابة أورت
الغلاف الشمسي والغلاف الشمسي
لا تنس أن كل هذه الحدود مشروطة تماما، مثل نفس خط كرمان. لا تعتبر هذه الحدود التقليدية للنظام الشمسي سحابة أورت، ولكن المنطقة التي يكون فيها ضغط الرياح الشمسية أدنى من المادة بين النجوم - حافة الغلاف الشمسي. وقد لوحظت العلامات الأولى لذلك على مسافة أكبر بنحو 90 مرة من الشمس من مدار الأرض، عند ما يسمى بحدود موجة الصدمة.
يجب أن تحدث المحطة النهائية للرياح الشمسية في الغلاف الشمسي، بالفعل عند 130 مسافة من هذا القبيل. ولم يصل أي مسبار إلى هذه المسافة على الإطلاق باستثناء المركبتين الأمريكيتين Voyager-1 وVoyager-2، اللتين تم إطلاقهما في السبعينيات. هذه هي أبعد الأجسام الاصطناعية حتى الآن: في العام الماضي، تجاوزت الأجهزة حدود موجة الصدمة، ويراقب العلماء بحماس البيانات التي ترسلها المجسات إلى الأرض من وقت لآخر.
كل هذا - الأرض معنا، وزحل بحلقاته، والمذنبات الجليدية لسحابة أورت، والشمس نفسها - تندفع في سحابة بين نجمية محلية نادرة جدًا، تحمينا من تأثيرها الرياح الشمسية: ما وراء الشمس. حدود موجة الصدمة، لا تخترق جزيئات السحابة عمليا.
في مثل هذه المسافات، يفقد مثال ملعب كرة القدم ملاءمته تمامًا، وسيتعين علينا أن نقتصر على مقاييس علمية أكثر للطول - مثل السنة الضوئية. تمتد السحابة البينجمية المحلية لحوالي 30 سنة ضوئية، وفي غضون عشرات الآلاف من السنين سنتركها، وندخل إلى سحابة G المجاورة (والأكثر شمولاً)، حيث النجوم المجاورة لنا - Alpha Centauri وAltair وغيرهما - تقع الآن.
ظهرت كل هذه السحب نتيجة لعدة انفجارات مستعرات أعظمية قديمة، والتي شكلت الفقاعة المحلية، التي كنا نتحرك فيها منذ 5 مليارات سنة على الأقل. يمتد لمسافة 300 سنة ضوئية وهو جزء من ذراع أوريون، وهو أحد الأذرع العديدة لمجرة درب التبانة. على الرغم من أنها أصغر بكثير من الأذرع الأخرى لمجرتنا الحلزونية، إلا أن أبعادها أكبر بكثير من الفقاعة المحلية: يبلغ طولها أكثر من 11 ألف سنة ضوئية وسمكها 3.5 ألف سنة.
تمثيل ثلاثي الأبعاد للفقاعة المحلية (الأبيض) مع السحابة المحلية بين النجوم المجاورة (الوردي) وجزء من الفقاعة الأولى (الأخضر).
درب التبانة في مجموعتها
وتبلغ المسافة من الشمس إلى مركز مجرتنا 26 ألف سنة ضوئية، ويصل قطر مجرة درب التبانة بأكملها إلى 100 ألف سنة ضوئية. نبقى أنا والشمس على محيطها، جنبًا إلى جنب مع النجوم المجاورة، وندور حول المركز ونرسم دائرة كاملة في حوالي 200 - 240 مليون سنة. والمثير للدهشة أنه عندما سادت الديناصورات على الأرض، كنا على الجانب الآخر من المجرة!
يقترب ذراعان قويان من قرص المجرة - تيار ماجلان، الذي يتضمن الغاز الذي تسحبه مجرة درب التبانة من مجرتين قزمتين متجاورتين (سحابة ماجلان الكبرى والصغرى)، وتيار القوس، الذي يضم نجوما "مقتطعة" من أخرى جار قزم. ترتبط أيضًا عدة مجموعات كروية صغيرة بمجرتنا، وهي في حد ذاتها جزء من مجموعة المجرات المحلية المرتبطة بالجاذبية، حيث يوجد حوالي خمسين منها.
أقرب مجرة إلينا هي سديم المرأة المسلسلة. وهي أكبر بعدة مرات من مجرة درب التبانة وتحتوي على حوالي تريليون نجم، وتقع على بعد 2.5 مليون سنة ضوئية منا. تقع حدود المجموعة المحلية على مسافة مذهلة: ويقدر قطرها بالميغا فرسخ فلكي - ولتغطية هذه المسافة، سيحتاج الضوء إلى حوالي 3.2 مليون سنة.
لكن المجموعة المحلية تتضاءل بالمقارنة مع البنية واسعة النطاق التي يبلغ حجمها حوالي 200 مليون سنة ضوئية. هذه هي المجموعة الفائقة المحلية للمجرات، والتي تضم حوالي مائة من هذه المجموعات ومجموعات المجرات، بالإضافة إلى عشرات الآلاف من المجرات الفردية الممدودة إلى سلاسل طويلة - خيوط. علاوة على ذلك فقط – حدود الكون المرئي.
الكون وما بعده؟
في الواقع، لا يوجد حتى الآن إجابة على هذا السؤال: حجم الكون بأكمله غير معروف - وربما لا نهاية له. أو ربما هناك أكوان أخرى خارج حدودها، ولكن كيفية ارتباطها ببعضها البعض، وما هي عليه، هي بالفعل قصة غامضة للغاية.
> هل للكون نهاية؟
كيفية العثور على حافة الكون: هل للفضاء نهاية، ما هو الحجم الدقيق للكون، دراسة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، وصف للفضاء اللانهائي.
لدينا طريقان: الكون له حدود أو لا حدود له. وفي كلتا الحالتين، تظهر عواقب مثيرة للاهتمام. دعونا معرفة ما إذا كان الكون ينتهي؟
لذلك في الكون المحدود لا بد أن يكون هناك حجم. ربما سمعت أرقامًا محددة أكثر من مرة وآمنت بالخداع المقترح. يواصل علماء الفلك حيرة حول هذا السؤال. لكن هذا أمر صعب للغاية، خاصة بالنظر إلى مدى سرعة زوال حياة الإنسان. ومع ذلك، فإن الهوس قوي وتم اختراع العديد من الأقمار الصناعية القوية. بل كان من الممكن أيضًا العثور على بقايا إشعاع (الشفق الناتج عن الانفجار الكبير).
وكان من المهم الحصول على تأكيد بأن تشكيلات نصف السماء تتوافق مع النصف الآخر. ولكن حتى الآن لم يتم العثور على أي اتصال. للترجمة إلى لغة الإنسان، تجدر الإشارة إلى أننا نرى 13.8 مليار سنة ضوئية في أي اتجاه (أي أننا نتطلع إلى الماضي). هذا هو الوقت الذي يستغرقه أول ضوء مرئي للوصول إلينا من نقطة البداية لكل شيء. أدى التوسع إلى زيادة المسافة إلى 47.5 مليار سنة ضوئية، مما يعطينا حجم الكون بـ 93 مليار سنة ضوئية. لكن هذه مجرد أرقام أولى. ولكن يمكن أن يكون 100 مليار أو تريليون سنة ضوئية. نحن لا نرى الصورة كاملة. أو ربما يكون الأمر لا نهاية له ومن ثم لا فائدة من البحث عن مكان نهاية الكون؟
إذا نجح الخيار الثاني، فقد تواجه استنتاجات مثيرة للاهتمام.
هيا بنا نبدأ! لدينا متر مكعب من المساحة. ضع راحتي يديك معًا وتخيل أنه يوجد بالداخل عدد معين من الجزيئات بعدد لا يحصى من التكوينات. حسب توني باديلا أننا نحصل على العدد 10 أس 10 ثم أس 70. وهذا رقم ضخم بشكل لا يمكن تصوره ولن يكون لديك ما يكفي من الحبر والورق لعرضه.
عدد الجسيمات في الكون المرئي هو 1080، وهو أقل من المؤشر الأول. الآن ربط حزام الأمان! في الكون اللانهائي، إذا قررت السفر لمسافة كبيرة من الأرض، فسوف تتعثر عاجلاً أم آجلاً على نسخة مكررة من مساحتك. وكلما كان أعمق، كلما كان هناك المزيد.
قد تعتقد أنه لا يوجد شيء خاص هنا. فكر فقط في أن كومة الهيدروجين تشبه الأخرى. ولكن كلما تحركت أبعد، كلما زاد عدد العناصر التي تتوافق مع عالمك. ونتيجة لذلك، سوف تجد نفسك على أرض أخرى، حيث ستجد شبيهك! وهذا ليس سوى جزء صغير من الجنون المتوفر في الفضاء اللانهائي (خيار حيث الكون ليس له نهاية أو حافة).
نأمل ألا تصدمك النسخة كثيرًا، حيث ستقابل الكثير من نفسك في المستقبل! علاوة على ذلك، ستكون هذه اختلافات مختلفة. أتذكر على الفور أفلام الخيال العلمي حيث قد يكون لدى الثنائي لحية أو لديه مهنة مختلفة.
إذن ماذا هناك؟ ربما هناك عدد لا حصر له من الأكوان المتكررة التي يمكن ملاحظتها. ولسنا بحاجة إلى الأكوان المتعددة للعثور عليهم. هذه أكوان مزدوجة داخل كون لانهائي.
من المهم جدًا أن نفهم ما إذا كان للمساحة نهاية. لا يملك علماء الفلك إجابة حتى الآن، لكنهم يقتربون كل يوم خطوة واحدة.
تعتبر النظرية النسبية المكان والزمان ككيان واحد، ما يسمى "الزمكان"، حيث يلعب تنسيق الزمن نفس الدور الهام الذي تلعبه التنسيقات المكانية. لذلك، في الحالة الأكثر عمومية، من وجهة نظر النظرية النسبية، لا يمكننا التحدث إلا عن نهاية أو لا نهاية هذا "المكان - الزمان" الموحد. ولكن بعد ذلك ندخل ما يسمى بالعالم رباعي الأبعاد، والذي له خصائص هندسية خاصة تمامًا تختلف بشكل كبير عن الخصائص الهندسية للعالم ثلاثي الأبعاد الذي نعيش فيه.
ولا تزال اللانهاية أو محدودية "الزمكان" رباعي الأبعاد لا تقول شيئًا أو لا شيء تقريبًا عن اللانهاية المكانية للكون التي تهمنا.
ومن ناحية أخرى، فإن نظرية "الزمكان" النسبية رباعية الأبعاد ليست مجرد أداة رياضية مريحة. إنه يعكس خصائص وتبعيات وأنماط محددة للغاية للكون الحقيقي. وبالتالي، عند حل مشكلة لا نهاية الفضاء من وجهة نظر النظرية النسبية، فإننا مضطرون إلى مراعاة خصائص "الزمكان". في العشرينات من القرن الحالي، أظهر أ. فريدمان أنه في إطار النظرية النسبية، فإن صياغة منفصلة لمسألة اللانهاية المكانية والزمانية للكون ليست ممكنة دائما، ولكن فقط في ظل ظروف معينة. هذه الشروط هي: التجانس، أي التوزيع الموحد للمادة في الكون، والتناحي، أي نفس الخصائص في أي اتجاه. فقط في حالة التجانس والتباين ينقسم "الزمكان" الواحد إلى "مكان متجانس" و"زمن عالمي" عالمي.
ولكن، كما لاحظنا بالفعل، فإن الكون الحقيقي أكثر تعقيدًا بكثير من النماذج المتجانسة والخواص. وهذا يعني أن الكرة رباعية الأبعاد للنظرية النسبية، المقابلة للعالم الحقيقي الذي نعيش فيه، في الحالة العامة لا تنقسم إلى "مكان" و"زمان". لذلك، حتى لو تمكنا مع زيادة دقة الملاحظات من حساب متوسط الكثافة (وبالتالي الانحناء المحلي) لمجرتنا، أو لمجموعة من المجرات، أو للمنطقة التي يمكن ملاحظتها من الكون، فلن يكون هذا حلاً بعد لمسألة المدى المكاني للكون ككل.
ومن المثير للاهتمام، بالمناسبة، أن نلاحظ أن بعض مناطق الفضاء قد يتبين أنها محدودة بمعنى الانغلاق. وليس فقط مساحة Metagalaxy، ولكن أيضًا أي منطقة توجد بها كتل قوية بدرجة كافية تسبب انحناءًا قويًا، على سبيل المثال، مساحة الكوازارات. لكننا نكرر أن هذا لا يزال لا يقول أي شيء عن محدودية أو لانهاية الكون ككل. بالإضافة إلى ذلك، فإن محدودية أو لا نهاية الفضاء لا تعتمد فقط على انحناءه، ولكن أيضًا على بعض الخصائص الأخرى.
وهكذا، مع الوضع الحالي للنظرية النسبية العامة والملاحظات الفلكية، لا يمكننا الحصول على إجابة كاملة بما فيه الكفاية لمسألة اللانهاية المكانية للكون.
يقولون أن الملحن وعازف البيانو الشهير ف. ليزت قدم لأحد أعماله على البيانو التعليمات التالية للعازف: "سريع"، "أسرع"، "أسرع ما يمكن"، "أسرع"...
تتبادر هذه القصة إلى الذهن بشكل لا إرادي فيما يتعلق بدراسة مسألة لا نهاية للكون. بالفعل مما قيل أعلاه، من الواضح تماما أن هذه المشكلة معقدة للغاية.
ومع ذلك فالأمر أكثر تعقيداً بما لا يقاس..
والشرح يعني الاختزال إلى ما هو معروف. يتم استخدام تقنية مماثلة في كل دراسة علمية تقريبًا. وعندما نحاول حل مسألة الخصائص الهندسية للكون، فإننا نسعى أيضًا إلى اختزال هذه الخصائص في مفاهيم مألوفة.
إن خصائص الكون، كما كانت، "تتلاءم" مع المفاهيم الرياضية المجردة الموجودة حاليًا حول اللانهاية. ولكن هل هذه الأفكار كافية لوصف الكون ككل؟ المشكلة هي أنها تم تطويرها بشكل مستقل إلى حد كبير، وأحيانًا بشكل مستقل تمامًا عن مشاكل دراسة الكون، وفي أي حال كانت تعتمد على دراسة منطقة محدودة من الفضاء.
وبالتالي، فإن حل مسألة اللانهاية الحقيقية للكون يتحول إلى نوع من اليانصيب، حيث احتمال الفوز، أي صدفة عشوائية على الأقل عدد كبير بما فيه الكفاية من خصائص الكون الحقيقي مع واحدة من معايير اللانهاية المشتقة رسميًا، غير ذات أهمية كبيرة.
أساس الأفكار الفيزيائية الحديثة حول الكون هو ما يسمى بالنظرية النسبية الخاصة. ووفقا لهذه النظرية، فإن العلاقات المكانية والزمانية بين مختلف الأشياء الحقيقية من حولنا ليست مطلقة. تعتمد شخصيتها بشكل كامل على حالة حركة نظام معين. وهكذا، في النظام المتحرك، تتباطأ وتيرة الزمن، وتتدرج جميع مقاييس الطول، أي. يتم تقليل أحجام الكائنات الممتدة. ويكون هذا التخفيض أقوى كلما زادت سرعة الحركة. ومع اقترابنا من سرعة الضوء، وهي أقصى سرعة ممكنة في الطبيعة، تتناقص جميع المقاييس الخطية بلا حدود.
ولكن إذا كانت بعض الخصائص الهندسية للفضاء على الأقل تعتمد على طبيعة حركة النظام المرجعي، أي أنها نسبية، فيحق لنا أن نطرح السؤال: أليس مفهوما التناهي واللانهاية نسبيين أيضًا؟ بعد كل شيء، فهي الأكثر ارتباطا بالهندسة.
في السنوات الأخيرة، كان عالم الكونيات السوفيتي الشهير A. L. Zelmapov يدرس هذه المشكلة الغريبة. لقد تمكن من اكتشاف حقيقة كانت للوهلة الأولى مذهلة للغاية. اتضح أن الفضاء، وهو محدود في إطار مرجعي ثابت، يمكن أن يكون في نفس الوقت لانهائي بالنسبة لنظام الإحداثيات المتحرك.
ربما لن يبدو هذا الاستنتاج مفاجئًا جدًا إذا تذكرنا انخفاض المقاييس في الأنظمة المتحركة.
إن العرض الشائع للقضايا المعقدة للفيزياء النظرية الحديثة معقد إلى حد كبير بسبب حقيقة أنها في معظم الحالات لا تسمح بالتفسيرات والقياسات المرئية. ومع ذلك، سنحاول الآن إعطاء تشبيه واحد، ولكن عند استخدامه، سنحاول ألا ننسى أنه تقريبي للغاية.
تخيل أن مركبة فضائية تندفع بالقرب من الأرض بسرعة تساوي ثلثي سرعة الضوء، أي 200 ألف كيلومتر في الثانية. ثم، وفقا لصيغ النظرية النسبية، ينبغي ملاحظة انخفاض في جميع المقاييس بمقدار النصف. وهذا يعني أنه من وجهة نظر رواد الفضاء على متن السفينة، فإن جميع الأجزاء الموجودة على الأرض سوف تصبح نصف طولها.
تخيل الآن أن لدينا خطًا مستقيمًا، على الرغم من أنه طويل جدًا، لكنه لا يزال محدودًا، ونقيسه باستخدام وحدة قياس الطول، على سبيل المثال، المتر. بالنسبة لمراقب في سفينة فضائية يسافر بسرعات تقترب من سرعة الضوء، فإن مقياسنا المرجعي سوف يتقلص إلى نقطة ما. وبما أن هناك نقاطًا لا حصر لها حتى على خط مستقيم محدود، فبالنسبة لمراقب على متن سفينة، سيصبح خطنا المستقيم طويلًا بلا حدود. سيحدث نفس الشيء تقريبًا فيما يتعلق بحجم المساحات والأحجام. وبالتالي، فإن المناطق المحدودة من الفضاء يمكن أن تصبح لا نهائية في إطار مرجعي متحرك.
نكرر مرة أخرى - هذا ليس دليلا بأي حال من الأحوال، ولكنه مجرد تشبيه تقريبي وبعيد عن التشبيه الكامل. لكنه يعطي فكرة عن الجوهر المادي للظاهرة التي تهمنا.
دعونا نتذكر الآن أنه في الأنظمة المتحركة، لا تنخفض المقاييس فحسب، بل يتباطأ تدفق الوقت أيضًا. ويترتب على ذلك أن مدة وجود كائن ما، محدودة بالنسبة لنظام إحداثيات ثابت (ثابت)، قد تكون طويلة بلا حدود في نظام مرجعي متحرك.
وهكذا، يترتب على أعمال زلمانوف أن خصائص "المحدودية" و"اللانهاية" للمكان والزمان نسبية.
بالطبع، للوهلة الأولى، لا يمكن اعتبار كل هذه النتائج "الباهظة" بمثابة إنشاء لبعض الخصائص الهندسية العالمية للكون الحقيقي.
لكن بفضلهم، يمكن استخلاص نتيجة مهمة للغاية. حتى من وجهة نظر النظرية النسبية، فإن مفهوم لانهاية الكون أكثر تعقيدًا بكثير مما كان متصورًا سابقًا.
الآن هناك كل الأسباب التي تجعلنا نتوقع أنه إذا تم إنشاء نظرية أكثر عمومية من النظرية النسبية، ففي إطار هذه النظرية سوف يتبين أن مسألة اللانهاية للكون ستكون أكثر تعقيدًا.
أحد الأحكام الرئيسية للفيزياء الحديثة، وحجر الزاوية فيها هو شرط ما يسمى بثبات البيانات الفيزيائية فيما يتعلق بتحولات النظام المرجعي.
ثابت - يعني "لا يتغير". لكي نتخيل ما يعنيه هذا بشكل أفضل، دعونا نعطي بعض الثوابت الهندسية كمثال. وبالتالي، فإن الدوائر التي مراكزها في أصل نظام الإحداثيات المستطيل هي ثوابت دوران. لأي دوران لمحاور الإحداثيات بالنسبة للأصل، تتحول هذه الدوائر إلى نفسها. الخطوط المستقيمة المتعامدة مع محور "OY" هي ثوابت لتحويلات نقل نظام الإحداثيات على طول المحور "OX".
ولكن في حالتنا نحن نتحدث عن الثبات بالمعنى الأوسع للكلمة: أي عبارة لها معنى مادي فقط عندما لا تعتمد على اختيار النظام المرجعي. في هذه الحالة، ينبغي فهم النظام المرجعي ليس فقط كنظام إحداثيات، ولكن أيضًا كوسيلة للوصف. وبغض النظر عن كيفية تغير طريقة الوصف، فإن المحتوى المادي للظواهر التي تتم دراستها يجب أن يظل دون تغيير وثابت.
من السهل أن نرى أن هذا الشرط ليس له أهمية فلسفية بحتة فحسب، بل أيضًا أهمية فلسفية أساسية. وهو يعكس رغبة العلم في توضيح المسار الحقيقي الحقيقي للظواهر، واستبعاد كل التشوهات التي يمكن أن تدخلها عملية البحث العلمي نفسها على هذا المسار.
كما رأينا، من أعمال A. L. Zelmanov، يترتب على ذلك أنه لا اللانهاية في الفضاء ولا اللانهاية في الزمن تلبي متطلبات الثبات. وهذا يعني أن مفاهيم اللانهاية الزمانية والمكانية التي نستخدمها حاليًا لا تعكس بشكل كامل الخصائص الحقيقية للعالم من حولنا. لذلك، على ما يبدو، فإن صياغة مسألة اللانهاية للكون ككل (في المكان والزمان) مع الفهم الحديث لللانهاية خالية من المعنى المادي.
لقد تلقينا دليلًا مقنعًا آخر على أن المفاهيم "النظرية" لللانهاية، التي استخدمها علم الكون حتى الآن، محدودة جدًا بطبيعتها. بشكل عام، كان من الممكن تخمين هذا من قبل، لأن العالم الحقيقي دائمًا أكثر تعقيدًا من أي "نموذج" ولا يمكننا التحدث إلا عن تقريب أكثر أو أقل دقة للواقع. ولكن في هذه الحالة، كان من الصعب بشكل خاص قياس مدى أهمية النهج الذي تم تحقيقه، إذا جاز التعبير، بالعين المجردة.
الآن على الأقل بدأ الطريق الذي يجب اتباعه في الظهور. على ما يبدو، تتمثل المهمة في المقام الأول في تطوير مفهوم اللانهاية (الرياضي والفيزيائي) على أساس دراسة الخصائص الحقيقية للكون. بمعنى آخر: "محاولة" ليس الكون للأفكار النظرية حول اللانهاية، ولكن على العكس من ذلك، هذه الأفكار النظرية للعالم الحقيقي. طريقة البحث هذه هي وحدها القادرة على قيادة العلم إلى تقدم كبير في هذا المجال. لا يمكن لأي تفكير منطقي مجرد أو استنتاجات نظرية أن تحل محل الحقائق التي تم الحصول عليها من الملاحظات.
ربما يكون من الضروري، أولاً وقبل كل شيء، تطوير مفهوم ثابت لللانهاية بناءً على دراسة الخصائص الحقيقية للكون.
وبشكل عام، على ما يبدو، لا يوجد مثل هذا المعيار الرياضي أو المادي العالمي لللانهاية، والذي يمكن أن يعكس جميع خصائص الكون الحقيقي. مع تطور المعرفة، فإن عدد أنواع اللانهاية المعروفة لنا سوف ينمو إلى ما لا نهاية. لذلك، على الأرجح، فإن مسألة ما إذا كان الكون لانهائي، لن تعطى أبدا إجابة بسيطة "نعم" أو "لا".
للوهلة الأولى، قد يبدو أنه فيما يتعلق بهذا، فإن دراسة مشكلة اللانهاية للكون تفقد أي معنى بشكل عام. ومع ذلك، أولا، هذه المشكلة بشكل أو بآخر تواجه العلم في مراحل معينة ولا بد من حلها، وثانيا، تؤدي محاولات حلها إلى عدد من الاكتشافات المثمرة على طول الطريق.
وأخيرا، لا بد من التأكيد على أن مشكلة لانهاية الكون هي أوسع بكثير من مجرد مسألة مداه المكاني. بادئ ذي بدء، يمكننا أن نتحدث ليس فقط عن اللانهاية "في الاتساع"، ولكن، إذا جاز التعبير، أيضًا "في العمق". بمعنى آخر، من الضروري الحصول على إجابة لسؤال ما إذا كان الفضاء قابلاً للقسمة بشكل لا نهائي، أو مستمرًا، أو ما إذا كان هناك بعض العناصر الدنيا فيه.
حاليا، واجهت هذه المشكلة بالفعل الفيزيائيين. إن مسألة إمكانية ما يسمى تكميم الفضاء (وكذلك الوقت)، أي اختيار بعض الخلايا "الابتدائية" فيه، والتي تكون صغيرة للغاية، تتم مناقشتها بجدية.
يجب علينا أيضًا ألا ننسى التنوع اللامحدود لخصائص الكون. بعد كل شيء، الكون هو، أولا وقبل كل شيء، عملية، السمات المميزة التي هي الحركة المستمرة والتحولات المستمرة للمادة من دولة إلى أخرى. ولذلك، فإن لانهاية الكون تعني أيضًا تنوعًا لا حصر له من أشكال الحركة، وأنواع المادة، والعمليات الفيزيائية، والعلاقات والتفاعلات، وحتى خصائص أشياء محددة.
هل اللانهاية موجودة؟
فيما يتعلق بمشكلة ما لا نهاية للكون، ينشأ سؤال غير متوقع للوهلة الأولى. هل لمفهوم اللانهاية بحد ذاته أي معنى حقيقي؟ أليس هذا مجرد بناء رياضي تقليدي لا يتوافق معه أي شيء على الإطلاق في العالم الحقيقي؟ وقد ذهب هذا الرأي بعض الباحثين في الماضي، ولا يزال له مؤيدون حتى اليوم.
لكن البيانات العلمية تشير إلى أنه عند دراسة خصائص العالم الحقيقي، فإننا على أي حال نواجه ما يمكن تسميته باللانهاية المادية أو العملية. على سبيل المثال، نواجه كميات كبيرة جدًا (أو صغيرة جدًا) بحيث لا تختلف، من وجهة نظر معينة، عن اللانهاية. وتتجاوز هذه الكميات الحد الكمي الذي لا يكون لأي تغييرات أخرى بعده أي تأثير ملحوظ على جوهر العملية قيد النظر.
وبالتالي، لا شك أن اللانهاية موجودة بشكل موضوعي. علاوة على ذلك، في الفيزياء والرياضيات، نواجه مفهوم اللانهاية في كل خطوة تقريبًا. هذا ليس من قبيل الصدفة. كلا هذين العلمين، وخاصة الفيزياء، على الرغم من التجريد الظاهري لكثير من الأحكام، إلا أنهما ينطلقان دائمًا من الواقع. وهذا يعني أن الطبيعة، أي الكون، تمتلك بالفعل بعض الخصائص التي تنعكس في مفهوم اللانهاية.
يمكن تسمية مجمل هذه الخصائص باللانهاية الحقيقية للكون.
