شكل الكون

عودة للموسوعة

شكل الكون

فهم الكون
الكون · الانفجار العظيم
عمر الكون
خط زمني للانفجار العظيم
المصير النهائي للكون
     

شكل الكون shape of the universe، هوالهندسة المحلية والعالمية للكون من حيث الانحناء والطبولوجيا. يرتبط شكل الكون بالنسبية العامة والتي توصف كيفية انحناء الزمكان بعمل الكتلة والطاقة.


من الوجهة العملية قام مسبار ويلكينسون لقياس اختلاف الموجات الراديوية WMAP بتسجيل الأشعة الراديوية المتبقية من الانفجار العظيم ووجدها متساوية في جميع أنحاء السماء (الفروق في شدتها لا تزيد عن 0.004 ) . تلك النتيجة جعلت ناسا تفصح بالآتي: "تحققنا الآن حتى الكون منبسطا في حدود خطأ لا يزيد عن 0.4%. في نفس الوقت يتفق هذا مع شكل الكون طبقا للنظرية السائدة والتي تمثلها مترية فريدمان-لامتر-روبرتسون-ووكر بأنه منبسطاً، أي حتى قياسات الخلفية الكونية الراديوية تؤيد النظرية القائلة بأن الكون منبسطا وليس منحنيا (هذا يعتمد على كمية المادة فيه).

خلفية

يمكن تقسيم مناقشة شكل الكون إلى جزئين:

  1. الاحداثيات المحلية , ويقصد بها انحناء الكون في حيز الكون المرئي ،
  2. الإحداثيات الشمولية ، وهي تنتسب إلى طبيعة الكون الشمولية ، الشيئ الذي من الممكن ياقد يكون في متناول القياسات والرصد .


فإذا كان الكون المرئي يضم جميع الكون فيمكننا إذا من تعيين بنية الكون الشمولية بواسطة المشاهدة . إما إذا كان الكون المرئي أصغر من الكون الكلي ، فإن المشاهدة تكون محصورة في الجزء الذي نعيش فيه (المرئي) فقط ولا تنطبق عليه ككل .

يتعامل الفلكيون عادة مع جزء من الزمكان في هيئة "مكانية" تسمى احداثيات مسايرة. وجزء الزمكان الذي يمكن رؤيته فهوالذي نراه في المخروط الضوئي عن الماضي (جميع النقاط التي يمكن رؤياها في أفق الضوء الكوني الذي يصل خلال زمن معين إلى المشاهد) ، بينما ما يؤول إلى "حجم هابل " فيمكن وصفه إما بالمخروط الضوئي السابق أوالفضاء المساير حتى سطح الانعكاس الأخير. ومن أجل الكلام عن " شكل الكون (في نقطة زمنية معينة) فهوناقص من وجهة نظر النظرية النسبية الخاصة حيث حتى التزامن نسبي ولا نستطيع اعتبار نقاط مختلفة في الكون بأنها "في نفس النقطة الزمنية" ، وبالتالي لا يصح الكلام عن "شكل الكون في نقطة معينة من الزمن".


شكل الكون المرصود

Slices through the Sloan Digital Sky Survey 3-dimensional map of the distribution of galaxies with the Earth at the center, an example of an experimental attempt to catalog the observable universe.


انحناء الكون


الشكل المحلي

تشير المشاهدات الفلكية الناتجة عن مشاهدة المستعرات العظمى وإشعاع الخلفية الميكرويفي الكوني إلى حتى الكون المرئي متماثل في جميع أرجائه متساوي التوزيع، ويبدوأنه في حالة تسارع.

الشكل العالمي

نموذج FLRW للكون

يطبق نموذج فريدمان-لومتر-روبرتسون-وولر (إحداثيات روبرتسون-ووكر) النظرية النسبية. ويمكن التعبير عن هذا النموذج بمعادلات فريدمان، وهي تطرح انحناء للكون مبنيا على ديناميكا السوائل، بمعنى أنها تعامل المادة في الكون معاملة سائل مثالي. ومع حتى النجوم وبنيات الكتلة يمكن أدخالها في نموذج إف إل آر دبليو، إلا حتى نموذج إف إل آر دبليوالخالص يستخدم فقط لتمثيل الانحناء المحلي للكون المرئي.

وبافتراض آخر، إذا أهملنا جميع أشكال الطاقة المظلمة فيمكننا تعيين انحناء الكون عن طريق قياس متوسط كثافة المادة فيه، مع افتراض حتى جميع المادة متوزعة بالتساوي فيه. ويؤيد هذا الافتراض المشاهدات التي تشير إلى حتى الكون بصفة عامة متساوي التوزيع (على الرغم من كون توزيع المادة ليست متساوية بنسبة 100% نظرا لوجود مجرات وتجمعات مجرات فيه ، بمعنى وجود بؤر تزداد فيها المادة).

يعطي تساوي توزيع المادة في الكون انحناء ثابتا . وينتج عن النظرية النسبية ونموذج FLRW حتى احداثية الكثافة ( Omega (Ω تنتسب إلى انحناء الفضاء . وتمثل Ω متوسط كثافة الكون مقسومة على كثافة الطاقة الحرجة ، بمعنى الطاقة اللازمةقد يكون الكون ذوانحناء مقداره صفر.

إن انحناء الفضاء هووصف رياضي عما إذا كانت هندسة فيثاغورس تنطبق على الكون في "الإحداثيات المكانية" أم لا. فإذا كانت لا تنطبق عليها فهي تقدم معادلات بديلة للتعبير عن العلاقات المحلية بين المسافات:

  • إذا كان الانحناء مساويا للصفر ، تكون Ω = 1، وبالتالي تنطبق هندسة فيثاغورس على الكون ،
  • وإذا كانت Ω > 1,قد يكون انحناء الكون سالبا،
  • وإذا كانت Ω < 1 ،قد يكون احناؤه موجبا.

وفي الحالتين الأخيرتين لا تنطبق هندسة فيثاغورس (ولكن الاختلافات ستشاهد فقط في مثلثات يبلغ طول ضلعها أبعادا فلكية (مثل E+26 متر)).

إذا قمت بقياس محيط دوائر متزايدة الأقطار، وتقوم بقسمة محيط الدائرة السابقة على محيط الدائرة الأخيرة فإن الثلاثة النماذج تعطي نفس القيمة π للمقاييس الصغيرة، ولكن النسبة π ستختلف في حالة الدوائر الكبيرة ذات مقاييس فلكية، ما عدا إذا كانت Ω = 1.

  • في حالة Ω > 1 (حالة كروية ،أنظر الشكل) ستكون π التي تحصل عليها أقل من π التي نعهدها، وفي الواقع حتى محيط الدوائر الكبيرة على كرة ستكون ضعف قطرها فقط،
  • وفي حالة Ω < 1 ستكون النسبة أكبر من π.

تشير الأرصاد الفلكية لكثافة كلا من المادة والطاقة في الكون وفي فترات الزمكان الناتجة عن بمشاهدة أحداث المستعرات العظمى إلى حتى الانحناء الفضائي قريب جدا من الصفر، هذا مع أنهما لا يفصلان في أمر هل هوانحناء موجب أم سالب. هذا يعني أنه على الرغم من الانحناء المكاني للزمكان الذي تنادي به النظرية النسبية يعتمد على "فترات زمكان "، فيمكن تقريب "الثلاثة أبعاد" الفضائية بواسطة الهندسة الإفليدية المعروفة.


انحناءات محلية ممكنة

توجد ثلاثة تصنيفات للانحناءات الفضاء الممكنة ذات انحناء ثابت، ويعتمد على إشارة الانحناء . فإذا كان الانحناء مساويا للصفر تكون الهندسة المحلية مستوية، وإذا كان موجبة الإشارة فتكون الهندسة المحلية كريوية، وإذا كانت سالبة الإشارة فستكون الهندسة المحلية في شكل البتر الزائد.

وتمثل هندسة الكون (انحناء الكون) ينظام أحداثيات مسايرة يمكن معها إهمال تمدد الكون . فالإحداثيات المسايرة تشكل إطارا واحدا مرجعيا بحيث تكون هندسة الكون ثابتة لا يتغير في ثلاثة أبعاد مكانية.

وبافتراض حتى الكون متجانس والمادة فيه موزعة توزيعا متساويا فيمكن وصف انحناء الكون المرئي - أوالهندسة المحلية - بواسطة هندسة واحدة من بين ثلاثة هندسات "بدائية ".

وتسمى هذه في الرياضيات بنماذج هندسية:

  • 3-أبعاد مستوية مطابقة للهندسة الإقليدية، ويرمزلها بالرمز E3
  • 3-أبعاد هندسة كروية ذات انحناء صغير، ويرمز لها بالرمز S3
  • 3-أبعاد هنسية البتر الزائد ذات انحناء صغير.

وحتى لوكان الكون ليس مستويا تماماقد يكون الانحناء المحلي قريبا جدا من الصفر ، بحيثقد يكون نصف قطره مساويا تقريبا لأفق الرؤية في الكون المرئي أويتعداه قليلا.

الرصد

تعتمد احتمال قياس انحناء الفضاء عن طريق القياس المباشر على مقدار الانحناء: الانحناء الصغير للكون المرئي بحيثقد يكون نصف قطر الانحناء أكبر من الأفق المرئي يجعل قياسه صعبا أومحالا إذا كان الانحناء في شكل البتر الزائد. وبالنسبة إلى هندسة كروية ذات انحناء صغير (بمعنى حتىقد يكون نصف قطر الانحناء كبير)، فهذه حالة من الممكن قياسها.

تحليل البيانات التي سجلها مسبار ويلكينسون لقياس اختلاف الموجات الراديوية يبين - على مستوي التشتت الأخير للموجات - حتى إحداثية كثافة الكون لا تتعدى خطأ أكبر من 0.5% من القيمة التي تجعل الكون منبسطا، بحيث تنطبق الهندسة الإقليدية عليه.

اللانهائية أوالمحدودية

الانحناء

الهندسة المحلية للكون تتحدد مما إذا كان أكبر من، أقل من، أويساوي 1.
من اعلى إلى أسفل: كون كروي فيه Ω > 1، وكون في شكل البتر الزائد فيه Ω < 1، وكون منبسط حيث Ω = 1. مع ملاحظة حتى التمثيل هنا ذوبعدين للتوضيح ويسهل تخيله في ثلاثة أبعاد .


نموذد ميلن (تمدد "كروي")

Universe in an expanding sphere. The galaxies farthest away are moving fastest and hence experience length contraction and so become smaller to an observer in the centre.

If one applies Minkowski space-based Special Relativity to expansion of the universe, without resorting to the concept of a curved spacetime, then one obtains the Milne model. Any spatial section of the universe of a constant age (the proper time elapsed from the Big Bang) will have a negative curvature; this is merely a pseudo-Euclidean geometric fact analogous to one that concentric spheres in the flat Euclidean space are nevertheless curved.


انظر أيضاً

  • De Sitter space
  • Three-torus model of the universe
  • Ekpyrotic universe − a String theory-related model depicting a five-dimensional, membrane-shaped universe; an alternative to the Hot Big Bang Model, whereby the universe is described to have originated when two membranes collided at the fifth dimension
  • Extra dimensions in String Theory forستة orسبعة extra space-like dimensions all with a compact topology.
  • History of the Center of the Universe
  • Holographic Universe
  • List of Cosmology paradoxes
  • Theorema Egregium − The "remarkable theorem" discovered by Gauss which showed there is an intrinsic notion of curvature for surfaces. This is used by Riemann to generalize the (intrinsic) notion of curvature to higher-dimensional spaces
  • Zero-energy universe

المصادر

  1. ^ http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_shape.html

وصلات خارجية

  • How do we know that the universe is flat A video explains how astrophysicists measure the geometry of the universe at Physicsworld.com
  • Geometry of the Universe
  • “The topology of the universe: the biggest manifold of them all”
  • "Cosmic Topologies"
  • Universe is Finite, "Soccer Ball"-Shaped, Study Hints. Possible wrap-around dodecahedral shape of the universe
  • Classification of possible universes in the Lambda-CDM model.
  • Fagundes, Helio V. (2002). "Exploring the global topology of the universe". Brazilian Journal of Physics. 32 (4). doi:10.1590/S0103-97332002000500012.
  • Grime, James. (Pi and the size of the Universe)". Numberphile. Brady Haran.
  • What do you mean the universe is flat? Scientific American Blog explanation of a flat universe and the curved spacetime in the universe.
تاريخ النشر: 2020-06-04 17:23:11
التصنيفات: Portal templates with all redlinked portals, علم الكون الفيزيائي, هندسة تفاضلية, نسبية عامة, مشكلات غير محلولة في الفلك, الانفجار العظيم

مقالات أخرى من الموسوعة

سحابة الكلمات المفتاحية، مما يبحث عنه الزوار في كشاف:

آخر الأخبار حول العالم

حادث سير يحرم منتخب مصر من نجم خط الدفاع

المصدر: الإمارات اليوم - الإمارات التصنيف: مجتمع
تاريخ الخبر: 2022-05-31 21:18:56
مستوى الصحة: 45% الأهمية: 54%

وليد الركراكي منع رحيل المترجي

المصدر: راديو مارس - المغرب التصنيف: رياضة
تاريخ الخبر: 2022-05-31 21:18:49
مستوى الصحة: 54% الأهمية: 52%

إيحاءات مخجلة ومهينة.. كتب الرياضيات المدرسية تثير ضجة عارمة في الصين

المصدر: الإمارات اليوم - الإمارات التصنيف: مجتمع
تاريخ الخبر: 2022-05-31 21:18:58
مستوى الصحة: 58% الأهمية: 53%

محمد طلال: سأظل أحترم وليد الركراكي

المصدر: راديو مارس - المغرب التصنيف: رياضة
تاريخ الخبر: 2022-05-31 21:18:49
مستوى الصحة: 56% الأهمية: 67%

مشروبات كحولية مزيفة تسوق للاستهلاك

المصدر: تيل كيل عربي - المغرب التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2022-05-31 21:19:03
مستوى الصحة: 59% الأهمية: 69%

أميركي يتحدى الفلفل الأكثر حرا في العالم «فيديو»

المصدر: الإمارات اليوم - الإمارات التصنيف: مجتمع
تاريخ الخبر: 2022-05-31 21:18:56
مستوى الصحة: 45% الأهمية: 70%

مهيجات جنسية تسوق بمواقع التواصل الاجتماعي والأمن يتدخل

المصدر: تيل كيل عربي - المغرب التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2022-05-31 21:19:02
مستوى الصحة: 53% الأهمية: 58%

فرنسا تحارب تسلل اللغة الانجليزية إلى ثقافتها

المصدر: الإمارات اليوم - الإمارات التصنيف: مجتمع
تاريخ الخبر: 2022-05-31 21:19:00
مستوى الصحة: 54% الأهمية: 62%

إسرائيل تتهم إيران بسرقة وثائق لوكالة الطاقة الذرية

المصدر: الإمارات اليوم - الإمارات التصنيف: مجتمع
تاريخ الخبر: 2022-05-31 21:18:59
مستوى الصحة: 47% الأهمية: 66%

محمود سعد عن زواج سمير صبري من فنانة: ميصحش.. كده عيب

المصدر: الإمارات اليوم - الإمارات التصنيف: مجتمع
تاريخ الخبر: 2022-05-31 21:18:57
مستوى الصحة: 46% الأهمية: 61%

رئيس الدولة: رعاية أسر الشهداء وأبنائهم على قمة أولوياتنا

المصدر: الإمارات اليوم - الإمارات التصنيف: مجتمع
تاريخ الخبر: 2022-05-31 21:19:00
مستوى الصحة: 51% الأهمية: 60%

يوفنتوس يهنئ الوداد الرياضي

المصدر: راديو مارس - المغرب التصنيف: رياضة
تاريخ الخبر: 2022-05-31 21:18:50
مستوى الصحة: 46% الأهمية: 55%

الدار البيضاء.. شحنة كوكايين تستنفر الأمن

المصدر: تيل كيل عربي - المغرب التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2022-05-31 21:19:04
مستوى الصحة: 49% الأهمية: 63%

المترجي: كنواعد وليد الركراكي بأننا غادي نحققو الثلاثية

المصدر: راديو مارس - المغرب التصنيف: رياضة
تاريخ الخبر: 2022-05-31 21:18:47
مستوى الصحة: 59% الأهمية: 51%

تحميل تطبيق المنصة العربية