كيف يفهم الفيزيائيون الكون - وصف نموذج من المتغيرات تتنبأ بالمستقبل

كيف يفهم الفيزيائيون الكون

عندما يحاول فيزيائي فهم شيء، يجمع البيانات أولا ثم يقترح «نموذجا،» وهو عبارة عن نسخة مبسطة عن الموضوع الذي يدرسه بحيث تلتقط خصائصه الأساسية.

في الفيزياء، يوصف النموذج بسلسلة من المتغيرات (كدرجة الحرارة والطاقة والزمن.) ثم يستخدم الفيزيائي النموذج للتنبؤ بالتطور المستقبلي بتمثيل حركاته. في الحقيقة، تستخدم بعض أقوى الحاسبات في العالم لتمثيل تطور هذه النماذج، التي يمكنها وصف البروتونات والانفجارات النووية وأنماط الطقس والانفجار الكبير ومركز الثقوب السوداء. ثم تصنع نموذجا أفضل، باستخدام متغيرات أكثر تعقيدا، وتمثلها وهي تتغير زمانيا أيضا.

على سبيل المثال، عندما كان إسحق نيوتن يتساءل بشأن حركة القمر، صنع نموذجا بسيطا غير في النهاية مسيرة التاريخ البشري: تصور رمي تفاحة في الهواء. كلما أطلقت التفاحة بسرعة أكبر، كما خمن، سافرت إلى مسافة أبعد. لو أطلقتها بسرعة كافية حقا فإنها ستدور حول الكرة الأرضية، ويمكن أن تعود إلى نقطة البداية. ثم ادعى نيوتن أن هذا المسار يمثل مسار القمر، لذا فالقوى التي وجهت حركة التفاحة لكي تدور حول الأرض مطابقة للقوى التي توجه حركة القمر .

لكن النموذج في حد ذاته بقي بلا فائدة. حصل الاختراق الرئيس عندما استطاع نيوتن أن يستخدم هذه النظرية الجديدة لتمثيل المستقبل، ولحساب المكان المستقبلي للأجسام المتحركة. كانت هذه مسألة مختلفة، تتطلب منه اختراع فرعُ  جديد تماما من الرياضيات دعي بالتفاضل والتكامل. باستخدام هذه الرياضيات الجديدة، استطاع نيوتن التنبؤ بمسار ليس القمر فقط، وإنما مذنب هالي والكواكب.

ومنذ ذلك الوقت، استخدم العلماء قوانين نيوتن لتمثيل المسار المستقبلي للأجسام المتحركة من قذائف المدافع إلى الآلات والسيارات والصواريخ والنجميات والشهب، وحتى النجوم والمجرات.

يعتمد نجاح نموذج ما أو فشله على مدى إعادة إنتاجه بدقة للمتغيرات الأساسية للموضوع الأصلي. في هذه الحالة كان المتغير الأساس هو موقع التفاحة والقمر في المكان والزمان. بالسماح لهذا المتغير بالتطور (أي بترك الزمن يتقدم إلى الأمام) كشف نيوتن لأول مرة في التاريخ السر عن تصرف الأجسام المتحركة، وهو أهم الاكتشافات في تاريخ العلم.

ُ تبقى النماذج مفيدة، حتى تستبدل بنماذج أكثر دقة تعتمد على متغيرات أفضل. استبدل آينشتاين صورة نيوتن لقوى تعمل على تفاحات وأقمار بنموذج جديد مبني على متغير جديد، وهو انحناء المكان والزمان. تحركت التفاحة ليس لأن الأرض مارست عليها قوة، لكن لأن نسيج الزمان والمكان امتد بفعل الأرض، بحيث  كانت التفاحة ببساطة تتحرك على سطح زمان – مكان (زمكان) منحن. من هذا استطاع آينشتاين بعد ذلك تمثيل مستقبل الكون بأكمله. والآن نستطيع باستخدام الحاسبات أن نجري عمليات تمثيل لهذا النموذج نحو المستقبل، وصنع صور رائعة لتصادمات الثقوب السوداء.

دعنا الآن نتبن هذه الإستراتيجية الأساسية في تكوين نظرية جديدة للوعي.

نحن قمنا بانشاء سلسلة من مقاطع ريلز القصيرة العلمية على قناتنا في يوتيوب، واتمنى الحصول على دعمكم ومساندتكم حتى نستمر في نشر هذا المحتوى النافع، رابط القناة من هنا تابعونا.