| 17 |
مع كتل موجبة فقط، تكون معادلة أينشتاين:
(95)
S = c T
حيث S هو موتر هندسي وT موتر "الطاقة-المادة". يمكننا التعبير عنها بصيغة يظهر فيها r (كثافة المادة) وp (الضغط) صراحةً. في النسبية الكلاسيكية كلاهما موجب.
الآن لنسمِّ r+ وp+ المساهمتين الناتجتين عن الكتل الموجبة. ولنسمِّ T+ الموتر المبني بهذه الكميات.
كثافة المادة السالبة r- < 0 والضغط السالب p- < 0، الناتجان عن الكتل السالبة، سيعطيان موترًا T-.
عندئذ تصبح معادلة المجال المقابلة:
(96)
S = c (T+ + T-)
المشكلات غير المحلولة في الفيزياء الفلكية وعلم الكونيات اليوم.
هناك الكثير من المشكلات غير المحلولة في هذين المجالين. لن نستعيد هنا القصة كاملة لعلم الفلك وعلم الكونيات. الطريقة الطيفية، مقترنة بقياسات تأثير دوبلر، أعطت بيانات مهمة عن التركيب الكيميائي ودرجة حرارة الكروموسفيرات النجمية.
المتغيرات القيفاوية، المستخدمة كمعايير مسافة، تجعل تقييم المسافات ممكنًا حتى عشرات ملايين السنين الضوئية.
أدوات الهندسة التفاضلية أعطت رؤية جديدة لعلم الكونيات (معادلة المجال، المتري) وفسرت ظاهرة الانزياح الأحمر والإشعاع الكوني الخلفي.
أنتجت الفيزياء النووية نماذج نجمية، سواء لأصلها أو عملها أو تطورها (لكننا رأينا في قسم سابق أن نقص النيوترينو الشمسي يثير مشكلة خطيرة بشأن هذه النماذج النجمية).
تفسر الفيزياء النووية وجود الهيليوم البدائي ووفرته النسبية في الكون.
لكن:
-
ليس لدينا نموذج نظري يفسر ديناميكيات المجرات. في هذا المجال لا يزال نهجنا تجريبيًا بالكامل.
-
لا نعرف كيف تتشكل المجرات ولماذا لها هذه الكتل المحددة، ولا كيف تتغير بمرور الوقت. البنية الحلزونية غير مفهومة حقًا. أصلها الحقيقي ما زال موضع خلاف.
-
كان ينبغي أن تنفجر جميع المجرات منذ مليارات السنين (تأثير الكتلة المفقودة). منحنى الدوران، بالسرعات المحيطية الكبيرة، ما زال لغزًا.
-
المشكلة نفسها المتعلقة بالكتلة المفقودة بشأن عناقيد المجرات.
-
العديد من المجرات غير منتظمة جدًا. منذ سنوات، كان astronomer البريطاني السير جيمس جينز يقول:
عندما نرى مثل هذه الأنماط المشوهة، لا يمكننا مقاومة فكرة أن بعض القوى الكامنة القوية والمجهولة تمامًا تسبب ذلك.
-
يبدو أن هناك مشكلة بشأن عمر الكون، من قياس ثابت هابل، مقارنةً بالعمر المقدر لأقدم نجوم مجرتنا (التي تنتمي إلى العناقيد الكروية، مثل عنقود هرقل).
-
البنية فائقة الكبر (VLS) للكون ما زالت مشكلة غير محلولة. لا نعرف لماذا تتخذ المجرات مواقعها حول فراغات كبيرة، بامتداد 100 سنة ضوئية.
-
مصدر طاقة الكوازارات ما زال مجهولًا.
-
وجد هالتون أرب العديد من أنظمة المجرات التي تنتهك انزياحاتها الحمراء قانون هابل.
-
طبيعة "الومضات الغاماوية": مجهولة.
-
تم التنبؤ بالنجوم النيوترونية ووُجدت مئات منها. هذا النموذج يمتلك كتلة حرجة: نحو 2.5 كتلة شمسية. لا يمكن أن يوجد نجم نيوتروني بكتلة أعلى، لأن قوة الضغط الداخلي لن تستطيع بعد ذلك موازنة قوة الجاذبية، فينهار الجسم.
يجب أن توجد مثل هذه الظروف، في مكان ما في الكون. مثلًا كنتيجة اندماج زوج من النجوم النيوترونية. "الجواب الكلاسيكي" هو ما يسمى بالثقب الأسود. بعض الفلكيين "يفسرون" كل أنواع الظواهر بهذه الأجسام. الثقوب السوداء العملاقة يجب أن تكون موجودة في مركز المجرات أو في مركز عناقيد المجرات. هم "يفسرون" ظاهرة الكوازارات. هم "يفسرون" كل شيء تقريبًا.
لكن الأرصاد المباشرة تبدو نادرة جدًا. لماذا عدد قليل جدًا من المرشحين؟
عندما يوجد جسم حقًا، يجد الفلكيون بعد فترة العديد منه. مثال: المستعرات العظمى، النجوم النيوترونية الدوارة (النابضات). لماذا عدد قليل جدًا من مرشحي الثقوب السوداء؟
علاوة على ذلك، فإن هندسة الثقب الأسود حل لمعادلة أينشتاين عندما يختفي الطرف الثاني، عندما T = 0. ما يعني أن هذا الحل يصف جزءًا من الكون حيث لا توجد طاقة-مادة. تُختزل معادلة المجال إلى:
(97)
S = 0
-
بالعودة إلى النموذج القياسي، لماذا يبدو الكون المبكر (الذي تعطيه صورة الإشعاع الكوني الخلفي) موحدًا إلى هذا الحد؟ وفقًا للنموذج، في الزمن المبكر، لم تكن جسيمات الكون قادرة على التفاعل، لأن "الأفق" ct كان أصغر من متوسط المسافة بينها. إذن، ما الذي سبب التجانس الملحوظ المذهل اليوم للإشعاع الكوني الخلفي؟
-
ما هو "الزمن"، قرب "t=0"؟ هل لهذا السؤال أي معنى؟
بالرجوع إلى الماضي الأبعد، يصل الفيزيائيون إلى ظروف عالية الطاقة، والمشكلات التي يواجهونها تبدو قابلة للمقارنة بأزمة الفيزياء عالية الطاقة اليوم:
- عمّ نتحدث؟
- من يعلم أن معادلة أينشتاين، التي يدعمها النموذج القياسي، لا تأخذ في الحسبان الظاهرة الكهرومغناطيسية؟ الصلة بين الجاذبية ونظرية الضوء لم تُبنَ بعد. الفجوة نفسها بين العالم الكمي والجاذبية (ما هو الغرافيتون؟).
خمسون عامًا من فيزياء الصفر.
يبدو هذا العنوان استفزازيًا جدًا. التقدم التكنولوجي اليوم مثير للإعجاب جدًا. يحلم الفيزيائيون النظريون بـ"نظرية كل شيء" (TOE). نجاح ميكانيكا الكم يخدع الباحثين. هل تعلم أنه ليس لدينا طريقة للتنبؤ بكتل الجسيمات. نموذج الكوارك يشبه نظام بطليموس.
قبل قرون، وجد بطليموس نظامًا قادرًا على وصف مسارات الكواكب في السماء، عبر نظام معقد من الدوائر. كان هذا فعالًا جدًا، للتنبؤ بالكسوف، مثلًا. في النهاية استخدم هذا النموذج 48 دائرة. قبل عصر كوبرنيكوس. عندما تعلم ملك إسبانيا الشاب النموذج البطلمي من معلمه، قال:
- يا إلهي، لو سألني الرب مشورته قبل خلق كل ذلك، لكنت أوصيت بشيء أبسط!
يمكن للأشياء الخاطئة أن تعمل بكفاءة لقرون. لهذا فإن نقص النيوترينو الشمسي، المذكور في قسم سابق، آسر إلى هذا الحد: ميكانيكا الكم لا تستطيع تفسيره. هذه هي المرة الأولى التي تتعطل فيها الآلة الكمية.
يبحث البعض في اتجاه نظرية الأوتار الفائقة، التي تقوم على نظرية الزمر. يظن رجال الأوتار الفائقة أن كل شيء في العالم يمكن أن يقابل بنى مختلفة لكيان ذي عشرة أبعاد، هو "الفضاء". في 1714 اقترح الفيلسوف والرياضياتي الألماني غوتفريد فيلهلم لايبنتز شيئًا مشابهًا في كتابه "مونادولوجيا". كان لايبنتز يظن أن "كل شيء مصنوع من مونادات". ينبغي أن يكون العالم نوعًا من نظام منظم من المونادات، لكنه لم يستطع تطوير فكرته.
يبحث رجال الأوتار الفائقة عن مونادهم الحديث ذي الأبعاد العشرة.
كل هذا يثير تبادلات سريالية حقًا في الندوات، مثل تلك التي جرت مؤخرًا في أسبن، كولورادو. أوردت صحيفة ساينتفيك أمريكان في عددها من يناير 1996، في مقال بعنوان "تفسير كل شيء"، بقلم مادوسري موكيرجي، كاتبة في هيئة التحرير.
بحثًا عن هذا الجسم السحري المفترض أنه ينظم الكون ذا الأبعاد العشرة، يتحدث بعض الناس عن "كرات مسمرة"، أو قنافذ منتصبة بالمتجهات، أو "يساريع مشعرة"، أغشية ذات خمسة أبعاد (داف، من كلية إمبريال في لندن)، قادرة على الالتفاف على نفسها "مثل جلد نقانق".
يضيف شفارتز، من كالتك (أحد رواد النظرية): "كان ينبغي أن أكون سائق شاحنة!"
يتحدث آخرون عن "ثقوب سوداء بكتلة صفرية".
صرخ جيفري أ. هارفي، من جامعة شيكاغو:
"هل يعني ذلك أن ثقوبكم السوداء لها كتلة صفرية؟ هل تتحرك بسرعة الضوء؟"
"لا، ليس لديها شيء، لا زخم"، يرد غاري ت. هورويتز من جامعة كاليفورنيا في سانتا باربارا.
"أوه، هراء!" كان ذلك ليونارد ساسكيند من ستانفورد.
"ليس لديها طاقة، لا زخم -- لا يوجد شيء هناك!" يحتج هارفي.
سترومينغر: "في مكان ما في الكون قد توجد أجزاء من الفضاء على شكل قطرات صغيرة، يدخل فيها الثقوب السوداء فتتحول إلى أوتار، والعكس صحيح. في بيئتنا قد تبدو هذه القطرات تبحر في أكوان افتراضية، توجد لفترة زمنية متناهية الصغر، لأنها ستختفي فورًا، قبل أن يمكن رصدها.
ساسكيند: "أنا شخصيًا أظن أنه حماقة كبيرة."
في 1986 طُلب من باحث أن يلخص "نظرية كل شيء" في سبع كلمات، فأجاب:
- آه، يا رب، لماذا تركتني؟
كل هذا مثير للاهتمام، لكنه لم ينتهِ، كما نرى. لم يثر جسم نظري في تاريخ الفيزياء مثل هذه الاضطرابات كما الآن، حين تُنشر عشرة مقالات عن الموضوع كل يوم. ولا يمكننا القول إن الجبل سيلد فأرًا أم الفأر سيلد جبلًا.
