السفر عبر الزمن

 

نسبية الزمن :

النسبية وهي النظرية التي أضافت الزمن كبعد رابع بالإضافة إلى الأبعاد المكانية الثلاثة، تقول أن الزمان والمكان مرتبطان معاً ولا يمكن أن يوجد أحدهما بمعزل عن الاخر.، نعلم أننا نستطيع أن نتحرك في هذه الأبعاد-المكانية- بكل حرية حيث نستطيع السير يمينا أو يسارا أو إلى الأمام أو الخلف أو إلى أعلى أو أسفل. ويمكننا ركوب آلات مثل الطائرة أو الصاروخ التي تنقلنا في البعد المكاني الثالث "الارتفاع" ومن هذه الفكرة البسيطة عن الأبعاد يتضح أنه بإمكاننا أن نتنقل عبر الزمن بهذه الصورة. لكن النظر إلى ما سبق يعد مفهوماً كلاسيكياً فحسب حيث يفترض أن الزمن مقياس مطلق لسرعة حركة هذه الأجسام. في النسبية يبدو الزمن نفسه على أنه دالة في السرعة النسبية بين الأجسام ويتباطأ أكثر فأكثر كلما كان الفرق في السرعة النسبية بين الأجسام أقرب إلى سرعة الضوء ويمكن أن يتوقف تماماً إذا ما وصلت هذه السرعة النسبية إلى سرعة الضوء.

لو افترضنا أن رائدا للفضاء غادر الأرض وعمره 25 سنة آنذاك، وترك أخاه الصغير البالغ من العمر 22 سنة وغاب في رحلته الفضائية مدة عشرة سنوات بحسب توقيته على الصاروخ المسافر بسرعة قريبة جداً من سرعة الضوء بحسب ما يرصد أخوه، فإنه يجد عند عودته من رحلته في سن 35 سنة أن أخاه الذي كان أصغر منه عمراً قد أصبح في سن الأربعين أو الخمسين على حسب سرعة الصاروخ التي تحرك بها.

مفارقة التوأم :

ما سبق كان عبارة عن حديث بسيط لتقريب المفهوم ولكن الحقيقة أن هناك مفارقات عديدة تظهر أثناء نقاش مفهوم الحركة بين المراقبين. نتيجة لذلك تحدث بعض المفارقات المبهمة لدى البعض في تفسير ما يترتب عليه تمدد الزمن. من هذه المفارقات اشتهرت قصة مفارقة التوأم. تبدأ هذه المفارقة بقصة طريفة بأنه لو سافر أحد توأمين على سفينة لمدة عشرة أعوام بسرعة قريبة جدا من سرعة الضوء - مثلا - فسيجد ابنه المولود حديثًا قد أصبح عمره عشرين عامًا، أو أن أخيه التوأم يكبره بأقل من عشرة أعوام (اعتمادا على مدى قرابة سرعة المسافر من سرعة الضوء). تسببت هذه المسألة في تخبط الكثير من المقبلين على تقبل مفاهيم النسبية وظن البعض بأن هذه هي المفارقة. السبب في ذلك يعود إلى التفسير الخاطئ لها. في النسبية لا يستطيع أي من المراقبين تمييز المتحرك من الثابت سوى نسبيا. معنى ذلك أن المراقب على السفينة مثلا كان يبدو لأخيه التوأم متحركا مع السفينة بسرعة قريبة من سرعة الضوء بينما العكس تماما كان يظهر من وجهة نظر المسافر حيث أنه كان ينظر من خلال نافذة السفينة والتي تعتبر موطنا ساكنا بالنسبة له فيلاحظ أن أخاه التوأم على الأرض هو الذي كان يتحرك مع الأرض مبتعدا بسرعة قريبة من سرعة الضوء. هنا تكمن المفارقة الحقيقية للتوأم حيث أن كلا منهما يعتقد بأن الآخر هو من سيكبر في السن.

سبب هذه المفارقة نجم من الافتراض غير الواقعي للأحداث. عند نقاش السفر تم إهمال الأحداث الناجمة عن تسارع وتباطؤ الأجسام أي أننا افترضنا جدلا حركة المراقبين النسبية بسرعة (منتظمة) قريبة من سرعة الضوء دون الخوض في تفاصيل الزمن اللازم لتسارع المركبة من السكون وما يترتب عليه من حسابات جديدة. في النسبية الخاصة والتي تتعامل مع الأطر المرجعية العطالية تجعل التوأم الذي على الأرض قادرا على تطبيق معادلات النسبية

الخاصة وتمدد الزمن وليس كليهما. هنا يصبح التوأم على الأرض هو من سيكبر في السن فعلياً أكثر من الآخر.

يعد السفر بسرعة تقترب من سرعة الضوء أمراً ممكن فيزيائيا وتكنولوجيا. وقد استطاع العلماء تسريع جسيمات أولية مثل الإلكترون والبروتون إلى سرعات تقترب من سرعة الضوء ولاحظوا زيادة في كتلتها، وأن تلك الزياة تتفق تماما مع معادلات اينشتاين.

ويرى العالم كارل ساجان أن هذا يمكن أن الوصول إليه خلال عدة مئات من السنين. وبناء على ذلك شكلت مجموعة من العلماء يرأسها الأمريكي كيب ثورن والروسي إيجور نوفيكوف ما أسموه بـ(كونسورتيوم) روسي - أمريكي لتحقيق تقنية تسمح بابتكار آلة للسفر عبر الزمن. [

 

الكسوف الشمسى والخسوف القمرى

ترتبط هاتان الظاهرتان أيضا بدوران القمر حول الأرض ودوران الأرض حول الشمس حيث تتغير أوضاع الشمس والقمر بصور دورية بالنسبة لكوكب الأرض . فقد يقع القمر بين الشمس والأرض ويحدث الكسوف الشمسى . وقد تقع الأرض بين الشمس والقمر ويحدث الخسوف القمرى . وفيما يلى وصف مختصر لهذه الظواهر وظروفها المختلفة :-
كسوف الشمس ظاهرة طبيعية تحدث نهارا عندما يمر القمر بين الشمس والأرض وتكون الثلاثة أجرام على استقامة واحدة ويكون القمر قريبا نسبيا من الأرض . عندئذ يحجب القمرأجزاء من قرص الشمس ويعرف الكسوف فى الحالة بالكسوف الجزئى وقد يحجب القمر قرصالشمس بالكامل ويحدث الكسوف الكلى حيث تظلم السماء وتظهر النجوم وتنخفض درجة حرارةجو الأرض . وفى بعض الأحيان يحجب قرص القمر المناطق الوسطى من قرص الشمس وتظهركحلقة من النور ويعرف الكسوف فى هذه الحالة بالكسوف الحلقى . ويبدأ الكسوف عادةجزئيا ثم يتطور إلى الكلى أو الحلقى ثم بعد ذلك إلى جزئى حتى ينتهى
يستغرق الكسوف منذ بدايته وحتى نهايته ما بين 4 أو5 ساعات ، فى حين أن طور الكسوف الكلى الذى يصاحبه عادة إظلام محسوس حيث تظهر النجوم نهارا لا يستغرق سوى عدة دقائق . وقد يصل عدد الكسوفات الشمسية فى العام إلى خمس حالات أغلبها كسوفات جزئية ، وعلى الأقل تحدث حالتان من الكسوف الشمسى سنوياً .

خسوف القمر :

ظاهرة طبيعية تحدث ليلا عندما تقع الأرض بين الشمس والقمر ، وتكون الثلاثة أجرام على استقامة واحدة ،وبعكس الكسوف الشمسى الذى يحدث عند بداية الشهر القمرى يحدث الخسوف القمرىفى منتصفالشهر القمرى عندما يكون القمر بدرا .

 

  

تصنيف علم الفلك

حسب موضوع الدراسة• قياسات فلكية: دراسة موقعِ الأجسامِ في السماءِ وتغييراتِ مواقعها . يقوم هذا العلم بتحديد الجمل الإحداثية لتحديد مواقع النجوم و طبيعة حركتها ، تحديدا خواصها الحركية التي تندرج في إطار علم الحركة . 

• فيزياء فلكية: دراسة فيزياءِ الكونِ، بضمن ذلك الخواص الطبيعيةِ (مثل لمعان، كثافة، درجة حرارة، تركيب كيميائي) للأجسامِ الفلكيةِ. 

• علم الكون: دراسة أصلِ الكونِ وتطورِه. إنّ دراسةَ علم الكون تندرج ضمن الفيزياء الفلكيةُ النظرية في إطارها الأكبرِ. 

• علم تشكيل وتطورِ مجرات : دراسة تشكيلِ المجراتِ، وتطورهم. 

• علم فلك مجري: دراسة التركيبِ ومكوّناتِ مجرتِنا و المجراتِ الأخرى. 

• علم فلك خارج المجرة: دراسة الأجسامِ (بشكل رئيسي مجرات) خارج مجرتِنا. 

• علم فلك النجمي: دراسة النجومِ. 

• تطور النجوم: دراسة تطورِ النجومِ مِنْ تشكيلِها إلى نهايتِها كبقايا نجمية . 

• تشكيل النجوم: دراسة الشروطِ والعملياتِ التي تؤدي إلى تشكيلِ النجومِ في داخلِ الغازِ . 

• علم الكواكب: دراسة كواكب نظام شمسي. 

• علم الأحياء الفلكي: دراسة نشوء و تطورِ الأنظمةِ الحيويةِ في الكونِ. 

المجالات الأخرى التي قد تعتبر جزء من علمِ الفلك:

• علم الآثار الفلكي 

• الكيمياء الفلكية 

• وأبسط ما يقال عن (علم الفلك) هو أنه علم دراسة الضوء القادم من الفضاء. 

حسب طريقة الحصول على المعلومات

في علمِ الفلك، يتم الحصول على المعلومات بشكل رئيسي من الكشف وتحليل إشعاع كهرومغناطيسي و فوتونات، لكن المعلوماتَ تحمل أيضاً مِن قِبل شعاع كوني ، نيوترونات، نيازك،، وفي المستقبل القريبِ، يمكن اعتماد موجات الجاذبية .

يمكن تقسيم علم الفلك تقليديا عن طريق تحديد منطقةِ طيف كهرومغناطيسي مُلاحَظ:

• علم فلك بصري جزءُ عِلْمِ الفلك الذي يتخصص باستعمال أجهزةً لإكتِشاف وتحليل ضوء ذو طول موجة الذي يُمْكِنُ أَنْ تراه عين (حول 400 - 800 nm). إنّ الأداةَ الأكثر شيوعاً في هذا القسم هو منظار فلكي، مَع مصور إلكتروني وأدوات الطيف . 

• علم فلك تحت الأحمر يَتعاملُ مع الإشعاعِ تحت الأحمرِ (أطوال موجة أطول مِنْ الضوء الأحمرِ). إنّ الأداةَ الأكثر شيوعاً منظار لكن هذه المناظير تتميز بوجود حساسات للأشعة تحت الحمراء. 

• علم فلك إشعاعي يَكتشفُ إشعاع طولِ موجة مِنْ الملليمترِ إلى ديكاميتر . 

• علم فلك طاقي يَتضمّنُ عِلْمَ فلك الاشعة السينية، علم فلك اشعاع غاما، و أخيرا علم فلك الأشعة (فوق البنفسجي) ، بالإضافة إلى دِراسات النيوترونات والأشعة الكونية . 

علماء فلك

• إراتوستينس 

• ادون هابل                         

• لابلاس 

• غاليليو غاليلي 

• إسحاق نيوتن 

• نيكولاس كوبيرنيكوس 

• كليبر 

علماء فلك مسلمون

• ابن الشاطر 

• ابن يونس 

• الفرغاني 

علماء فلك مسلمون معاصرون

• صالح العجيري 

 

الفيزياء الفلكية

الفيزياء الفلكية هي احد فروع علم الفلك الذي يتناول فيزياء الكون بما في ذلك الخصائص الفزيائية من لمعان وكثافة وتكوين كيميائى للأجرام الكونية مثل النجوم والـمجرات وكذلك تفاعلاتها كما تتداخل الفزياء الفلكية في عدة مجالات من العلوم منها الفيزياء والكهرومغناطيسية وفيزياء الجسيمات وغيرها .

نجوم و مجرّات

علم الفلك من أوائل العلوم التي نشأت في فجر البشرية وهو علم يهتم بمراقبة و دراسة الاحداث التي تقع خارج الكرة الارضية وغلافها الجوي و علم التنبؤ بالظواهر الفلكية، يدرس علم الفلك بدايات الاجسام التي يمكن مراقباتها في السماء (خارج الارض)، وتطورها وخصائصها الفيزيائية و الكيميائية، والاحداث المرافقة لها.

أهميته في في الحضارة الإسلاميةنشط علم الفلك في الحضارة العربية في عدة مراحل، ولعل الاهتمام بمتابعة الأهلة لتحديد مواعيد الاشهر القمرية كان بداية العمل في هذا الاتجاه. ويعرف أن بعض العلماء العرب قاموا ببناء مراصد للنجوم في مناطق مختلفة من الدولة الإسلامية.

إبان الحكم الفاطمي برز علم الفلك بسبب اهتمام الحكام به آنذاك، وكانت المعضلة التي حاول الفلكيون آنذات حلها هي مدارات الكواكب حول الأرض، فكانوا يحاولون وضع نظرية جامعة متكاملة تحل حركة الافلاك والنجوم والكواكب، لكنها لم تولد أبداً. فقد كانت نقطة الانطلاق خاطئة دوماً، وهي التسليم بمركزية الأرض.

البيروني وهو أول من اكتشف ميل محور الأرض في دورانها حول نفسها بالنسبة لدورانها حول الشمس، ذلك الاكتشاف الذي نسبه لنفسه كوبرنيك.

درس ابن الهيثم ظواهر إنكسار الضوء وإنعكاسه بشكل مفصّل ، وخالف الآراء القديمة كنظريات بطليموس ، فنفى ان الرؤية تتم بواسطة أشعة تنبعث من العين ، كما أرسى أساسيات علم العدسات وشرّح العين تشريحا كاملا .

الثقوب السوداء والنظرية النسبية

أفق الحدث هو (حدود منطقة من الزمان والمكان التي لا يمكن للضوء الإفلات منها) وبما أنه لا شئ يمكنه السير بأسرع من الضوء، فإن أي شي يقع في هذه المنطقة سوف يبلغ بسرعة منطقة ذات كثافة عالية ونهاية الزمان.

وتتنبأ النسبية العامة بأن الأجسام الثقيلة المتحركة سوف تتسبب ببث موجات جاذبية وهي تموجات نتيجة إنحناء الفضاء (هذه التموجات على حسب فهمي هي ليست مثل موجات الراديو بل هي إنحناء وتقوس في بنية الزمكان تخيل أنك تمشي في بركة ماء سوف تتكون موجات من الماء بسبب حركة في البركة وهذه الموجات الناشئة هي مكانية ذات ثلاث أبعاد وموجة مثلها معها زمانية لتكون موجات من بعد رابع هي التي يقصد بها إنحناءات الفضاء) تنتقل بسرعة الضوء وتشبه موجات الضوء التي هي تموجات المجال الكهرمغناطيسي إلا أنها يصعب إكتشافها وهي كالضوء تأخذ الطاقة من الأجسام التي تبثها وبالتالي يتوقع أن ينهار نظام من الأجسام الضخمة ويعود في النهاية إلى وضع مستقر لأن الطاقة في أي حركة سوف تحمل بعيداً.

على سبيل المثال دوران الأرض حول الشمس يولد موجات جاذبية ويكون تأثير مسارات الطاقة في تغير مدار الأرض حول الشمس الذي يؤدي في آخر المطاف إلى أن الأرض تقترب من الشمس حتى تستقر داخلها ومعدل ضياع الطاقة ضئيل جداً.

وشوهد هذا التأثير في نظام النجم النابض 

وهو نوع خاص من النجوم النيوترونية تبث نبضات منتظمة من موجات الراديو، ويضم هذا النظام نجمين نيترونيين يدوران حول بعضهما يعرف بالنجوم المزدوجة.

هل يمكن رؤية الثقب الأسود؟

ينشأ الثقب الأسود عندما ينتهي عمر أحد النجوم البالغة الكبر (حجما) وينتهي وقوده، فينفجر وينهار على نفسه. ويتحول النجم من سحابة كبيرة عظيمة إلى تجمع صغير محدود جدا للمادة المكثفة. وتعمل ذلك التجمع المادي المركز على جذب كل ما حولها من جسيمات أو أي مادة أخرى. وحتى فوتونات الضوء لا تفلت منه بسبب جاذبيته الخارقة، فالثقب الأسود لا ينبعث منه ضوء.

ولكن كل ما ينجذب وينهار على الثقب الأسود يكتسب سرعات عالية جدا وترتفع درجة حرارتها. وتستطيع التلسكوبات الكبيرة على الأرض رؤية تلك الدوامات الشديدة الحرارة. أي أن الثقب الأسود يفصح عن نفسه بواسطة شهيته وجشعه لالتقاط كل مادة حوله. ولا يتعين علينا أن نخاف لأن الفلكيين لم يجدوا أي ثقب أسود بالقرب من المجموعة الشمسية.

تاريخ مفهوم الثقوب السوداء

ان طرح فرضية إمكانية وجود مثل هذه الظاهرة هو إكتشاف رومر أن للضوء سرعة محددة، وهذا الإكتشاف طرح تساؤلاً وهو لماذا لا تزيد سرعة الضوء إلى سرعة أكبر؟، فُسر ذلك على أنه قد تكون للجاذبية تأثير على الضوء، ومن هذا الإكتشاف كتب "جون مينشل " عام 1783 م، مقالاً أشار فيه إلى أنه قد يكون للنجم الكثيف المتراص جاذبية شديدة جدًا، حتى الضوء لا يمكنهُ الإفلات منها، فأي ضوء ينبعث من سطح النجم تعيده هذه الجاذبية. هناك فرضية تقول أيضًا أنه هناك نجوم عديدة من هذه النجوم، مع أننا لا يمكننا أن نرى ضوئها، لأنها لا تبعثه إلا أننا نستطيع أن نتحسس جاذبيتها، هذه النجوم هي ما نسميها بـ "الثقوب السوداء"، أي الفجوات في الفضاء، أهملت هذه الأفكار، لأن النظرية الموجية للضوء كانت سائدة في ذلك الوقت، وفي 1796 م، أعاد العالم الفرنسي بيير سيمون لابلاس هذه الفكرة إلى الواجهة في كتابه (بالفرنسية: Exposition du Système du Monde) (مقدمة عن النظام الكوني لكن معاصريه شككوا في صحة الفكرة لهشاشتها النظرية إلى أن جاءت نظرية النسبية العامة لالبرت اينشتاين، التي برهنت على إمكانية وجود الثقوب السوداء. فبدأ علماء الفلك في البحث عن آثارها، حيث تم اكتشاف أول ثقب أسود سنة 1971 م وتحولت الآراء حول الثقب الأسود إلى حقائق مشاهدة عبر المقراب الفلكي الراديوي الذي يتيح للراصدين مشاهدة الكون بشكل أوضح، وجعل نظرية النسبية حقيقة علمية مقبولة عند معظم دارسي علوم الفيزياء.