a113
| 13 |
|---|
الفضاء على المقياس المجهري.
نحن لا نعرف بنية الفضاء-الزمن على المقياس المجهري. نفترض ببساطة أن الفضاء-الزمن هو مستمر. من حيث التقنية، نفترض أن البنية 4D هي متعددة الأبعاد قابلة للتمييز. نفترض أيضًا أن الطوبولوجيا المحلية هي كروية. ولكن، عندما ننظر عن كثب أكثر، نكتشف كميتين مميزتين:
طول بلانك: 10⁻³³ سم
زمن بلانك: 10⁻⁴³ ثانية
لا يمكننا تقسيم فترات بهذا الحجم. من منظور الميكانيكا الكمومية، هذا لا معنى له.
يمكن تخيل أنماط أخرى للفضاء. خذ مثلاً فضاء 3D، فضاء إقليدي 3D، كما نتخيل أن فضائنا يبدو عليه. يمكنك تقسيمها إلى فرعين منفصلين. خذ شرائح من الورق المقوى، صلبة ومرنة. الأبعاد: نصف بوصة × ثلاث بوصات. يمكنك ربط هذه العناصر بمسطرة.
ثم يمكنك بناء سداسي جميع زواياه تساوي 90 درجة؛
(78)
مع هذه "السداسيات المربعة" الغريبة، يمكنك بناء الشيء التالي
(79)
ثم تربط "زجاجات ذات ستة مدخلات" مشابهة:
(80)
ملاحظة: شرائحك تشكل مسارات جيوديسية دائرية على السطح. هذا السطح يمثل حدًا بين عالمين. هذان "نصف عالم 3D" متطابقان. لديهما نفس الحجم (اللانهاية). يمكنك تحويل أحدهما إلى الآخر ببساطة عن طريق نقله.
(81)
في الشكل (82)، نظام أبسط لبناءه، باستخدام تمثيل متعدد الأوجه. إلى اليسار، عنصر واحد. إلى اليمين، عنصرين متصلين.
(82)
تشير هذه الصور إلى أن عوالمين يمكن أن يتطابقا.
هذان العالمان 3D منفصلان. في منزلي، لديناAquarium (خزان مائي) يحتوي على سمكة حمراء واحدة تُدعى من قبل زوجتي: "جوناس". لو أمكنني، لقمت ببناء خزان مائي معقد حيث يُفصل حجمان سائلان 3D بواسطة السطح البلاستيكي المذكور أعلاه. إذا وُضعت سمكتان، كل واحدة في أحد هذين "العالمين"، يمكنها الذهاب "تقريبًا إلى أي مكان"، لكنها لن تتمكن من اللقاء، لأنها ستكون منفصلة بواسطة هذا السطح الشفاف، أينما ذهبت.
هذا يوفر حلًا مثيرًا لبناء مباني حيث يمكن لشعبين العيش "معًا"، دون أن يلتقيا أبدًا.
حول جوناس، لدي قصة أريد أن أخبرك بها. هذه السمكة الفقيرة كانت تعيش في الشركة التي تعمل بها زوجتي كلار. أشخاص مملين جدًا، بحق: محامون.
في أحد الأيام، وجدت كلار جوناس المسكين وحيدًا في وعاء. رئيس زوجتي قرر تنظيف خزان جوناس باستخدام منظف!
اعتقدت كلار أن جوناس في خطر بسبب سلوك هذه المرأة، فوضعت السمكة في زجاجة وأخذتها إلى منزلي. ثم اشترينا خزانًا مائيًا. لكنني ارتكبت خطأً: اخترت خزانًا يكون أحد جدره مرآة. إذًا، بدلًا من سمكة حمراء واحدة، لدينا سمكتين. لكن جوناس أدرك فورًا أن صورته في المرآة تتوافق مع سمكة حمراء أخرى حقيقية. بدأ بالدوران على طول الجدار المرآتي، بعينيه محدقتين برفاقه طوال اليوم (اعتقدنا أنه يتوقف في الليل، لكننا لا يمكن أن نكون متأكدين من ذلك). لم يكن لجوناس أي فرصة لفهم أن هذه السمكة كانت صورته الخاصة. ترسل السمكة موجات صوتية وتحفظ الموجات المرسلة من كائنات أخرى تعيش في الماء. كانت توقيعات الصوت لرفاق جوناس بالتأكيد متطابقة مع توقيعه (لذلك نعتقد أن جوناس كان يدور في الليل أيضًا. متعب). يمكن لجوناس أيضًا رؤية "السمكة الثانية" خلال النهار. كان متأكدًا تمامًا من أن هذه الصورة تتوافق مع أخ أو نسخة مُكررة. مشكلة حدود فورية.
كنا حزينين لأن جوناس كان مشغولًا تمامًا بمراقبة "السمكة الثانية" لدرجة أنه لم ينتبه لأي شيء آخر. في النهاية، بعد ثلاثة أشهر، اشترينا خزانًا مائيًا آخر، بدون جدار مرآة، وعاد جوناس ليكون اجتماعيًا مرة أخرى. كان هذا أرخص من الاتصال بمستشار متخصص في الأسماك الحمراء.
ملاحظة أخرى: هل يمكن للسمكة أن تعاني من ارتفاع في المعدة؟
ما هو ارتفاع في المعدة؟ ينتج عن تعارض بين رسالتين تأتيان من نظامين مختلفين للإدراك. نحن داخل قارب، في غرفتك. الجدر لا تتحرك، لكنك تشعر بالحركة من خلال نظام الأذن الداخلية. ثم تشعر بالغثيان.
إذا أخذت سمكة تسبح في خزان مائي، فهذا غريب جدًا. ففي الواقع، جدر الصندوق، حتى لو كانت شفافة، تصرفت كمرآة مسطحة بالنسبة للموجات الصوتية. في الليل، عندما تكون الأنوار مطفأة، "يرى" جوناس عددًا لا نهائيًا من الإخوة، بسبب الانعكاسات المتعددة للموجات الصوتية على الجدر المسطحة المتعامدة. في بركة، لا توجد جدر مسطحة. عالم الليل لسمكة حمراء يجب أن يكون غريبًا جدًا، مليئًا بالـ"أطياف".
أثناء النهار، يمكننا إدخال الصندوق الزجاجي في صندوق آخر مكون من خمسة مرايا. إذا حركنا الصندوق الثاني بالنسبة للصينية الأولى (التي توفر صورًا مرايا للموجات الصوتية)، ستتلقى السمكة رسالتين متناقضتين وتصيب بالمرض.
تذكروا هذه القصة. في المستقبل، سنتحدث بشكل واسع عن عوالمين متفاعلين (ليس عن ارتفاع في المعدة). لكن هل هناك حقًا عالمين؟ هل يمكن أن يكون "العالم الثاني" نوعًا من الصورة في "مرآة الفضاء-الزمن"؟
ملاحظة: نستخدم المرايا. لدينا مرايا في منازلنا، في الحمامات. إنها مفيدة. بفضل مرآة الحمام، عندما أفكر في مشكلة رياضية معقدة، أتخيّل تلك الليلة، ولا أضع فرشاة أسناني في أنفي.
يقوم جميع الرياضيين بشكل رئيسي بعمل أحلام. سوريو، أنا، وآخرون... قلّ من يعترف بذلك.
الآن، دعونا نركز على عوالم مختلطة في 2D.
الصورة ثنائية الأبعاد لنموذج تعليمي حيث تختلط المادة والمواد الخفية هي ببساطة أخطاء. تعرف أن هذا اللعبة تُلعب عن طريق تحريك القطع على المربعات السوداء.
(83)
لكن أليست بإمكاننا استخدام المربعات البيضاء غير المستخدمة لعب لعبة ثانية، مستقلة عن الأولى؟ ضع ببساطة مجموعة ثانية من القطع كالتالي. إذًا، يمكن استخدام هذا اللوحة من قبل فريقين من اللاعبين.
(84)
في هذه الظروف، ستكون المباراتان مستقلتين تمامًا. في نموذج المادة الخفية، نفترض أن العناصر الأولى "تتواصل" مع الثانية فقط من خلال الجاذبية. يمكننا محاكاة ذلك عن طريق تخيل أن اللعبة تُلعب على "لوحة ناعمة". عندما تكون قطعة على مربع، فإنها تغوص في المادة وتؤثر على السطح. إذًا، ستكون القطع من اللعبة الثانية "على علم بوجودها"، دون أن تكون قادرة على التفاعل معها، أو أخذها أو أن تُؤخذ منها.
لغز نقص النيوترينوات الشمسية.
في النسبية العامة الكلاسيكية، نفترض بشكل ضمني أن هناك عالمًا واحدًا فقط. يقول الناس:
- نطبق مبدأ أوكم: لا حاجة لتغيير هذه الرؤية!
في مركز النجوم، و الشمس، تحدث تفاعلات اندماج وتنتج طاقة، تُحمل بواسطة:
- فوتونات - نيوترينوات.
النيوترينوات تتفاعل بشكل ضعيف جدًا مع المادة. يمكنها بسهولة المرور عبر الشمس، مثلاً. في ثانية واحدة، تغادر النواة الشمسية. الطاقة المحمولة بواسطة الفوتونات تستغرق وقتًا أطول للوصول إلى سطح النجم، طبقة الكروموسفير. الفوتونات المنبعثة تُمتص من قبل الذرات، ثم تُعاد إرسالها، وهكذا. علاوة على ذلك، ظواهر التوصيل تنقل الطاقة من مركز النجم إلى سطحه، مثل الماء المغلي.
على الأرض، نقيس تدفق الفوتونات والنيوترينوات (منذ بضع سنوات فقط). أظهر ذلك نقصًا بنسبة 50% في النيوترينوات. يجب أن نجد يومًا ما تفسيرًا مقنعًا. إذا لم نتمكن من ذلك، ستتضح استنتاج: * * *
نحن لا نفهم كيف تعمل النجوم...
*
ديناميكية الشمس: العودة إلى الصندوق الأصلي.
يشعر بعض النظريين بالإحباط. بينما يشعر آخرون بالسعادة ويقولون:
.
** - ها! الميكانيكا الكمومية فشلت، على الأقل. سنضطر لإنشاء شيء جديد حقًا. **
النسخة الأصلية (الإنجليزية)
a113
| 13 |
|---|
Space at microscopic scale.
We ignore the microscopic scale space-time structure. We just assume space time is a continuum . In technical terms, we assume the 4d structure is a manifold, than can be differentiated. We also assume that local topology is hyperspheric. But, when we look closer and closer, we find two characteristic quantities :
The Planck's length : 10-33 cm
The Planck's time : 10-43 second
We cannot cut such intervals. On quantum mechanics grounds it does not make any sens.
Various other space textures can be imagined. Take for example a 3d space, an euclidean 3d space, like we imagine ours looks like. You can split it into two disjoint sub-spaces. Take cartboard strips, both firm and flexible. Size : half an inch x three inches. You can join such elements with a stapler.
Then you can build a hexagon whose angles are all equal to 90°;.
(78)
With such strange "recta-hexagons" you can build the following object
(79)
The you connect similar "bottles with six entries" :
(80)
Remark : Your strips form circular geodesics of the surface. This latter is a frontier between two worlds. These two "half 3d universes" are identical. They have the same (infinite) volume. You can transform those by a simple translation.
(81)
On figure (82) a simpler system to build, using a polyhedric representation. Next, left, one element. Right, two elements connected.
(82)
These images show that two universes could be overlapped together.
These two 3d worlds are separate. At my home, we have an aquarium whose single red inhabitant is a fish called by my wife : "Jonas". If I could, I would build a complex aquarium in which two liquid 3d volumes would be separated by the above plexiglass surface. If two fishes would be put, each in one of these "worlds" they could go "almost everywhere" but they could not meet together, for they should be separated by this transparent surface, everywhere they went.
This offers an interesting solution to make buildings in which two populations can live "together", whilst never meeting.
About Jonas, I have a story to tell you. This poor fish was living in the enterprise where my wife Claire works. Deadly boring people, by the way : lawyers.
One day Claire found the poor Jonas alone in a pan. The boss of my wife had decided to clean Jonas'aquarium with bleach !
Thinking Jonas was in danger, due to the behaviour of this woman, Claire put the fish in a bottle and brought it at our flat. Then we bought an aquarium. But I made a mistake : I chose one where one of the walls is a mirror. Then, instead of one red fish, we have two. But Jonas was immediatly conviced that his image in the mirror corresponded to another real red fish. He started to patrol along the mirror-wall, his eyes fixed on his companion, all day long (we supposed he stopped during the night but we cannot be assaured of that). Jonas had no possibility to realize that this fish was his own image. A fish sends sonic waves and records the waves sent by other creatures living in water. The sonic signature of Jonas companion was surely identical to his own one (that's why we think Jonas was patrolling nights too. Exhausting). Jonas could also see, during the day, the "other fish". He was deeply convinced that this image corresponded to some brother or living clone. Immediate terrirorial problem.
We were sad, because Jonas was so busy, watching the "other fish" that he did not pay attention to anything else. Finally, after three monthes we bought another aquarium, without the mirror-wall and Jonas became friendly again. It was cheeper than calling in an analyst specializing in red fishes.
Another remark : can a fish suffer sea-sick ?
What is sea-sick ? It comes from the opposition of two messages coming from two distinct perception systems. We are inside a boat, in your cabin. The walls do not move, but you feel the movement through your internal ear system. Then you get sick.
If you take a fish, swiming in an aquarium, this is a very strange. In effect the walls of the box, even if they are transparent, behave like flat mirrors, with respect to soundwaves. By night, when the lights are switched off, Jonas "see" an infinite number of brothers, due to the multiple reflexions of soundwaves on orthogonal plane walls. In a pond, flat walls do not exist. The nocturnal world of a red fish must be very strange, full of "ghosts".
During the day one could imbed the glass box into another one, composed by five mirrors. If one moves the second box with respect to the transparent one (which gives soundwaves mirror images), the fish will receive two contradictory messages and get sick.
Remember this story. In the future we will widely talk about two interacting universes (not about sea sick). But are there really two ? Could the "second universe" be some sort of image in a "space-time mirror" ?
Remark we use mirrors. We have mirrors in our homes, toilets. They are usefull. Thanks to the bath-room mirror, when I am thinking about some complex mathematical problem I dreamt about that night, I don't put my tooth brush in my nostril.
All mathematicians mainly practice oniric work. Souriau, me , and many others..... Few confess it.
Now, focuss on 2d mixed worlds.
The two-dimensional image of a didactic model where matter and ghost-matter mix is simply checkers. You know that this game is played by moving pieces on the black squares.
(83)
But could'nt we use the unused withe squares to play a second game, independent from the first? Just put a second set of pieces like this. Then this gameboard could be used by two teams of players.
(84)
The two games would be in these circumstances totally independent. In the ghost matter model, we suppose that the first elements "communicate" with second exclusively through the intermediary of gravitation. We could simulate this by imagining the game to be played on a "soft gameboard." When a piece is on a square, it would sink into the material and deform the surface. The second game's pieces would thus be "informed of its presence," without being able to interact with it, take it or be taken by it.
The solar neutrino deficit puzzle.
**
In classical general relativity, one assumes implicitly that there is a single universe. People say :
- Apply Occam's principle : there is no need to change this vision !
In the center of stars, and sun, fusion reactions occur and produce energy, which is carried by :
- Photons - Neutrinos.
Neutrinos very weakly interact with matter. They easily can cross the sun, for example. Then, they leave the central solar boiler in one second. The energy carried by photons takes more time to reach the surface of the star, its chromosphere. Emitted photons are absorbed by atoms, then emitted again, an so on. Moreover, convective phenomena brings energy from the center of the star to the surface, like in boiling watter.
On Earth, we measure photons' and neutrinos' fluxes (since the last few years). This revealed a 50 % neutrino deficit. We must build a convincing explanation, someday. If we cannot do that, a conclusion will assert itself : * * *
We don't understand how a star works...
*
Solar dynamics : back to the starting box.
Some theoreticians are very disappointed. Some others are very glad and say :
.
** - Hourrah ! Quantum mechanics fails, at least. We will be obliged to create something really new.
**