الزمن الكوني

📅 آخر تحديث: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 18 صور
الموسوعة الحرة

الزمن الكوني ، أو الزمن الكوني ، هو إحداثية الزمن المستخدمة في نماذج الانفجار العظيم لعلم الكونيات الفيزيائي . [ 1 ] : 315 يتجنب هذا المفهوم للزمن بعض المشكلات المتعلقة بالنسبية من خلال تعريفه ضمن حل لمعادلات النسبية العامة المستخدمة على نطاق واسع في علم الكونيات.

مشاكل تتعلق بالوقت المطلق

أظهرت نظرية النسبية الخاصة لألبرت أينشتاين أن التزامن ليس مطلقًا . فقد يعتقد مراقب ساكن أن حدثين منفصلين مكانيًا (مثلاً، ضربتان برق تفصل بينهما 10 أمتار) قد وقعا في الوقت نفسه، بينما يدّعي مراقب آخر متحرك (نسبيًا) أن أحدهما وقع بعد الآخر. هذا الترابط بين المكان والزمان، المعروف باسم زمكان مينكوفسكي ، يُعقّد المقارنات الزمنية العلمية: إذ لا يُعد أي من المراقبين مرجعًا زمنيًا واضحًا. [ 2 ] : 202

تُقدّم نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، في كون متجانس ومتناحٍ ومتوسع، طريقةً لتحديد مرجع زمني فريد. [ 2 ] : 205 جميع نقاط الإحداثيات في هذا الكون متكافئة. افترض هيرمان فايل أن "المجرات" في هذا الكون تُحدّد الجيوديسيات ، وهي تعميمات للخطوط المستقيمة في الزمكان. تُمثّل كل مجرة ​​منطقةً من الكتل المتحركة معًا ، ولها ساعتها المحلية الخاصة. تتزامن جميع هذه الساعات عند نقطة واحدة في الماضي حيث تتقاطع الجيوديسيات. تُصبح الأسطح الفائقة العمودية على الجيوديسيات أسطحًا ذات زمن كوني ثابت. [ 3 ]

لا يُوفّر الزمن الكوني زمنًا عالميًا إلا إذا بقيت الافتراضات المستخدمة في تعريفه صحيحة. توجد حلول للنسبية العامة لا تدعم الزمن الكوني. [ 2 ] : 207 ومع ذلك، فقد حققت النظرية الكونية القياسية القائمة على المفاهيم اللازمة للزمن الكوني نجاحًا كبيرًا. [ 4 ]

تعريف

الزمن الكونيت{\displaystyle t}[ 5 ] [ 6 ] : يمثل 142مقياسًا للزمن باستخدام ساعة فيزيائية ذاتسرعة خاصةفي غياب كثافات المادة الزائدة أو الناقصة (لمنع تمدد الزمن الناتج عن التأثيرات النسبية أو التشويش الناجم عن توسع الكون). على عكس مقاييس الزمن الأخرى كدرجة الحرارة، والانزياح الأحمر، وأفق الجسيمات، وأفق هابل، فإن الزمن الكوني (المشابه والمكمل للإحداثيات المتحركة) لا يتأثر بتوسع الكون.

يُعدّ الزمن الكوني الإحداثي الزمني القياسي لتحديد حلول فريدمان-لوميتر-روبرتسون-ووكر لمعادلات أينشتاين للمجال في النسبية العامة. [ 2 ] : 205 يمكن تعريف هذا الإحداثي الزمني لكون متجانس ومتوسع بحيث يكون للكون نفس الكثافة في كل مكان وفي كل لحظة زمنية (إن إمكانية ذلك تعني أن الكون، بحكم التعريف، متجانس). ينبغي أن تتحرك الساعات التي تقيس الزمن الكوني على طول تدفق هابل .

الت=0{\displaystyle t=0}لا يشترط بالضرورة أن يتوافق مع حدث فيزيائي (مثل التفرد الكوني )، بل يشير إلى النقطة التي يتلاشى عندها عامل المقياس في نموذج كوني قياسي مثل ΛCDM . ولأغراض تقنية، تُستخدم مفاهيم مثل متوسط ​​درجة حرارة الكون (بوحدة إلكترون فولت) أو أفق الجسيمات عندما يكون الكون المبكر هو هدف الدراسة، إذ إن فهم التفاعل بين الجسيمات أكثر أهمية من إحداثياتها الزمنية أو عمرها.

يعتمد الزمن الكوني على مفاهيم فيزيائية مثل الكتلة التي قد لا تكون صالحة للأوقات التي تسبق حوالي 10⁻¹¹ ثانية . [ 7 ]

نقطة مرجعية

يمكن إعطاء قيمة للوقت الكوني في موقع بعيد بالنسبة للوقت الحالي في موقعنا، ويسمى وقت النظر إلى الوراء، أو بالنسبة لبداية الانفجار العظيم، ويسمى "عمر الكون" لذلك الموقع.

وقت النظر إلى الماضي

زمن النظر إلى الوراء ،تل{\displaystyle t_{L}}، هو فرق في العمر: عمر الكون الآن،ت0{\displaystyle t_{0}}، مطروحًا منه عمر الكون عندما انبعث فوتون في موقع بعيد،تهـ.{\displaystyle t_{e}.}يعتمد وقت النظر إلى الماضي على النموذج الكوني: تل(z)=تح∫0zدz′(1+z′)هـ(z′){\displaystyle t_{L}(z)=t_{H}\int _{0}^{z}{\frac {dz'}{(1+z')E(z')}}} أين هـ(z)=Ωم(1+z)3+(1-Ωم-ΩΛ)(1+z)2+ΩΛ{\displaystyle E(z)={\sqrt {\Omega _{M}(1+z)^{3}+(1-\Omega _{M}-\Omega _{\Lambda })(1+z)^{2}+\Omega _{\Lambda }}}} وΩم{\displaystyle \Omega _{M}}ويعني ذلك معلمات الكثافة الحالية للكتلة وΩΛ{\displaystyle \Omega _{\Lambda }}هو الثابت الكوني. [ 8 ] زمن النظر إلى الماضي عند قيمة z اللانهائية هو عمر الكون في موقعنا وزماننا. ويمكن وصف ذلك بدلالة الزمن الذي استغرقه الضوء للوصول إلينا من جسم بعيد. [ 9 ]

عمر الكون

أو بدلاً من ذلك، يمكن اعتبار الانفجار العظيم مرجعاً لتحديدت{\displaystyle t}يُعرف عمر الكون ، أو الزمن منذ الانفجار العظيم ، بموقع الساعة. بالنسبة لجسم يُرصد عند الانزياح الأحمر z، فإن عمر الكون عند انبعاث الفوتونات المرصودة هو:

ت(z)=تح∫z∞دz′(1+z′)هـ(z′){\displaystyle t(z)=t_{H}\int _{z}^{\infty }{\frac {dz'}{(1+z')E(z')}}}

لكل قيمة من قيم الانزياح الأحمر، يكون المجموعتل(z)+ت(z){\displaystyle t_{L}(z)+t(z)}يساوي عمر الكون في موقعنا،z=0{\displaystyle z=0}تشير التقديرات الحالية لعلم الكونيات الفيزيائي إلى أن العمر الحالي يبلغ 13.8 مليار سنة. [ 10 ]

العلاقة بالانزياح الأحمر

قد تستخدم الرصدات الفلكية والنماذج النظرية الانزياح الأحمر كمعامل زمني. يرتبط الزمن الكوني بالانزياح الأحمر z . في حالة الكون المسطح الخالي من الطاقة المظلمة، يمكن التعبير عن الزمن الكوني على النحو التالي: [ 11 ]ت(z)≈23ح0Ω01/2z-3/2 ، z≫1/Ω0.{\displaystyle t(z)\approx {\frac {2}{3H_{0}{\Omega _{0}}^{1/2}}}z^{-3/2}\ ,\ z\gg 1/\Omega _{0}.} هناح0{\displaystyle H_{0}}هو ثابت هابل وΩ0=ρ/ρنقدي{\displaystyle \Omega _{0}=\rho /\rho _{\text{crit}}}يمثل معامل الكثافة نسبة كثافة الكون،ρ(ت){\displaystyle \rho (t)}إلى الكثافة الحرجةρج(ت){\displaystyle \rho _{c}(t)}بالنسبة لمعادلة فريدمان للكون المسطح: [ 12 ] : 47ρج(ت)=3ح2(ت)8πجي{\displaystyle \rho _{c}(t)={\frac {3H^{2}(t)}{8\pi G}}} إن عدم اليقين في قيمة هذه المعلمات يجعل القيم الزمنية المستمدة من قياسات الانزياح الأحمر تعتمد على النموذج.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ د'إنفيرنو، راي (1992). مدخل إلى نظرية النسبية لأينشتاين . مطبعة جامعة أكسفورد. ص 312-315 . ISBN  0-19-859686-3.
  2. 1 2 3 4 سمينك، كريس (15 فبراير 2013). "الزمن في علم الكونيات" . في: دايك، هيذر؛ باردون، أدريان (محرران). دليل فلسفة الزمن ( الطبعة الأولى). وايلي. الصفحات 201-219 . doi : 10.1002/9781118522097.ch13 . ISBN   978-0-470-65881-9.
  3. ↑ روس، ماتس (2003). مقدمة في علم الكونيات ( الطبعة الثالثة). تشيتشستر: وايلي. ص 37. ISBN   978-0-470-84910-1.
  4. ↑ عبد الله، إلسيو؛ أبيلان، غييرمو فرانكو؛ أبو إبراهيم، أمين؛ أنيلو، أدريانو؛ أكارسو، أوزغور؛ أكرمي، يشار؛ أليستاس، جورج؛ ألوني، دانيال؛ أميندولا، لوكا؛ أنشوردوكي، لويس أ.؛ أندرسون، ريتشارد آي.؛ أريندس، نيكي؛ أسغاري، ماريكا؛ بالارديني، ماريو؛ بارغر، فيرنون (2022-06-01). "علم الكونيات المتشابك: مراجعة لفيزياء الجسيمات، والفيزياء الفلكية، وعلم الكونيات المرتبط بالتوترات والشذوذات الكونية" . مجلة الفيزياء الفلكية عالية الطاقة . 34 : 49-211 . arXiv : 2203.06142 . Bibcode : 2022JHEAp..34...49A . doi : 10.1016/j.jheap.2022.04.002 . ISSN 2214-4048 . 
  5. ↑ دودلسون، سكوت (2003). علم الكونيات الحديث . أرشيف الإنترنت. سان دييغو، كاليفورنيا : دار النشر الأكاديمية. ISBN  978-0-12-219141-1.
  6. ↑ بونوميتو، سيلفيو (2002). علم الكونيات الحديث . بريستول وفيلادلفيا: دار نشر معهد الفيزياء. ص 142. ISBN  9780750308106.
  7. ↑ روغ، إس إي؛ زينكرناغل، إتش. (2009-01-01). "حول الأساس الفيزيائي للزمن الكوني" . دراسات في تاريخ وفلسفة العلوم، الجزء ب: دراسات في تاريخ وفلسفة الفيزياء الحديثة . 40 (1): 1-19 . arXiv : 0805.1947 . Bibcode : 2009SHPMP..40....1R . doi : 10.1016/j.shpsb.2008.06.001 . ISSN 1355-2198 . 
  8. ↑ هوغ، ديفيد و. (16-12-2000). "مقاييس المسافة في علم الكونيات". arXiv : astro-ph/9905116 .
  9. ↑ "زمن النظر إلى الوراء" . مرجع أكسفورد . تم الاسترجاع في 7 يونيو 2024 .
  10. ↑ كم عمر الكون؟
  11. ↑ لونغ إير، إم إس (1998). تكوين المجرات . سبرينغر. ص 161. ISBN  978-3-540-63785-1.
  12. ↑ ليدل، أندرو ر. (2003). مقدمة في علم الكونيات الحديث ( الطبعة الثانية). تشيتشستر؛ هوبوكين، نيوجيرسي: وايلي. ISBN  978-0-470-84834-0.