فضا زمان تا چه اندازه انعطاف پذیر است؟

بیگ بنگ/ نسبیت اینشتین بیش از هر نظر علمی دیگری به این مفهوم که فضا و زمان خصوصیات تفکیک ناپذیر جهان هستند پیوند خورده است. این موضوع با تجدید نظر اینشتین درباره ی دگرگونی کلاسیک سیستم مختصات محرکه در نسبیت خاص آغاز شد و تنها پس از یک دهه (پر مشقت) با تعمیم و بسط این نظرات برای شرح دادن سیستم های شتابی و جذبی به اوج رسید. فضا و زمان به فضا-زمان تغییر یافت که همان تار و پود کیهانی ای است که همگی ما را به هم تابانده است.

اما در واقع نسبیت عام چه چیزی در مورد خصوصیات خاص فضا زمان می گوید؟ به عبارتی ساده تر این نظریه این گونه پیشنهاد می دهد که ماده و انرژی بر شکل و طرح فضا-زمان تاثیر گذارند. به عنوان مثال، آنچه فیزیک عمدتا نسبی نیوتن “نیروی جاذبه” می نامد در حقیقت پی آمد تغییر شکل و گُسست در فضا-زمان توسط جرم است که اندازه ی کوتاهترین مسیرها را در یک ناحیه تغییر می دهد. معادله ی میدان اینشتین ساختار ریاضیاتی ای است که ما را از جرم به گسست در فضا-زمان رهنمون می سازد، هیولایی ترسناک که با این وجود می شود آن را به شکلی بی خطر درآورد:

در سمت راست این معادله نماد “T”حاوی اطلاعاتی است که ممکن است در مورد توزیع ماده و انرژی درون جزئی خاص از فضا-زمان مثل یک سیاره، یا ستاره و یا یک کهکشان وارد نمائیم. این “T”همچنین به عنوان تانسور نیروی فشار نیز شناخته می شود. نماد “G” در سمت چپ معرف جزئیات حاصل از نحوه ی پاسخگویی فضا-زمان به این ماده و چگونگی گسست و خمیدگی در آن است (که به عنوان تانسور اینشتین نیز شناخته می شود). عبارت “تانسور نیروی فشار” سرنخی در مورد نحوه ی کارکرد این معادله است. جرم و نیرو و رفتارشان (چرخشی، محرکه، ایستا) بر فضا-زمان فشار ایجاد می کنند که واکنشی مطابق خصوصیات درونی آن به همراه دارد.

خُب، فضا-زمان تا چه حد انعطاف پذیر است؟ دسته ای از ثابت های فیزیکی در سمت راست معادله ی میدان پاسخی به ما می دهد. “G” معمولی در اینجا تنها به معنای ثابت جاذبه ای نیوتن است و c سرعت نور می باشد. اگر ما مقادیر اندازه گیری شده برایشان را وارد نمائیم، معادله میدان به ناگاه شکل متفاوتی به خود می گیرد.

این چه مفهومی دارد؟ معنی آن این است که از دید ما میزان بسیار زیادی فشار بر روی فضا-زمان نیاز است تا گسست و خمیدگی (g) محسوسی ایجاد شود. در حقیقت اجسامی نظیر زمین (تمام ۶ تریلیون تریلیون کیلوگرم وزن آن) در فضا-زمان تنها تا سطحی که ما آشنایی کامل با آن داریم ایجاد گسست می کنند. برای ایجاد گسست به منظور ساخت چیزی نظیر سیاه چاله (با حداکثر میزان خمیدگی در فضا-زمان) کیهان می باید ماده و نیرو را به حدی شگفت آور متراکم سازد.

به بیان دیگر، میزان عظیمی فشار باید ایجاد شود. به عنوان مثال، ساخت سیاهچاله ای به جرم زمین نیازمند این است که تمام این کیلوگرم ها در ناحیه ای که به سختی به اندازه ی یک پِنی آمریکا می شود فشرده شود تا فشار موضعی مورد نیاز تولید شود. مشخص گردیده که فضا-زمان بسیار سخت و انعطاف پذیر است. اما امکان مغلوب شدنش در برابر فشار هست و اینطور هم می شود. این امر باعث خرسندی است زیرا در نبود کمی گسست، ستاره ها و سیارات وجود نداشتند و ما نیز اینجا نبودیم تا بینش شگفت آور اینشتین را تحسین نمائیم.