الفيزياء

دراسة : الكهرومغناطيسية هي خاصية للزمكان نفسه

تخيل لو تمكنا من استخدام المجالات الكهرومغناطيسية القوية للتلاعب بالخصائص المحلية للزمكان - قد يكون لهذا تداعيات مهمة من حيث العلوم والهندسة.

لطالما كانت الكهرومغناطيسية ظاهرة خفية. في القرن التاسع عشر ، اعتقد العلماء أن الموجات الكهرومغناطيسية يجب أن تنتشر في نوع من الوسائط المراوغة ، والتي كانت تسمى الأثير. في وقت لاحق ، تم التخلي عن فرضية الأثير ، وحتى يومنا هذا ، لا تقدم لنا النظرية الكلاسيكية للكهرومغناطيسية إجابة واضحة للسؤال الذي تنتشر فيه المجالات الكهربائية والمغناطيسية في الفراغ. من ناحية أخرى ، فإن نظرية الجاذبية مفهومة جيدًا. توضح النسبية العامة أن الطاقة والكتلة تخبر الزمكان بكيفية الانحناء والزمكان يخبران الكتل كيف تتحرك. حاول العديد من علماء الفيزياء الرياضية البارزين فهم الكهرومغناطيسية مباشرة كنتيجة للنسبية العامة. كان لعالم الرياضيات اللامع هيرمان ويل نظريات مثيرة للاهتمام بشكل خاص في هذا الصدد. يعتقد المخترع الصربي نيكولا تيسلا أن الكهرومغناطيسية تحتوي أساسًا على كل شيء في كوننا. إذن ما هي العلاقة المتبادلة بين الكهرومغناطيسية والجاذبية؟ نحن نقدم تفسيرا واحدا محتملا للغز.

معادلات ماكسويل والنسبية العامة - ما كل ذلك؟

معادلات ماكسويل هي المعادلات التفاضلية الجزئية الخطية الرئيسية التي تصف الكهرومغناطيسية الكلاسيكية. تربط هذه المعادلات المجال الكهرومغناطيسي بالتيارات والشحنات. من ناحية أخرى ، في النسبية العامة ، فإن معادلة مجال أينشتاين عبارة عن مجموعة من المعادلات التفاضلية الجزئية غير الخطية التي تصف كيفية تطور مقياس الزمكان ، في ضوء بعض الشروط ، مثل كثافة الكتلة في الزمكان. كلتا المعادلتين في النهاية من الدرجة الثانية ، إذا تم رؤيتهما بشكل صحيح.

لذلك ، اعتقدنا أننا ربما نتحدث عن نفس المعادلة الحاكمة ، والتي يمكن أن تصف كلاً من الكهرومغناطيسية والجاذبية. في الواقع ، يتضح أن معادلات ماكسويل تختبئ داخل معادلات مجال أينشتاين للنسبية العامة. يخبرنا موتر (tensor) الزمكان المتري كيف تحدد الأطوال في الزمكان. وبالتالي يحدد الموتر المتري أيضًا خصائص انحناء الزمكان. الانحناء هو ما نشعر به على أنه "قوة". بالإضافة إلى ذلك ، ترتبط الطاقة والانحناء ببعضهما البعض من خلال معادلات مجال أينشتاين. تتبع جسيمات الاختبار ما يسمى الجيوديسيا - أقصر المسارات في الزمكان.

الحلقة المفقودة

تصبح العلاقة بين النسبية العامة والكهرومغناطيسية واضحة من خلال افتراض أن ما يسمى بأربعة إمكانات للكهرومغناطيسية تحدد بشكل مباشر الخصائص المترية للزمكان. على وجه الخصوص ، يُظهر بحثنا كيف أن الكهرومغناطيسية هي خاصية متأصلة في الزمكان نفسه. بطريقة ما ، الزمكان نفسه هو الأثير. تمثل المجالات الكهربائية والمغناطيسية توترات أو تقلبات محلية معينة في نسيج الزمكان. يظهر بحثنا أن لاغرانج للديناميكا الكهربائية هو مجرد فعل أينشتاين-هيلبرت للنسبية العامة. يكشف كيف أن معادلات ماكسويل للكهرومغناطيسية هي شرط أمثل لمقياس الزمكان ليكون مسطحًا بدرجة كافية. نظرًا لأن نظرية النسبية العامة لأينشتاين تنص على أن المقياس هو الأمثل بمعنى ما ، فإن الكهرومغناطيسية مخفية في المعادلات التفاضلية غير الخطية للنسبية العامة. من ناحية أخرى ، هذا يعني أن النسبية العامة هي نظرية معممة للكهرومغناطيسية اللاخطية.

هندسة العالم المادي

طرح جون ويلر ، الفيزيائي الشهير ، فكرة أن العالم المادي كله مبني من هندسة الزمكان. يدعم بحثنا بقوة هذا النوع من الفلسفة الطبيعية. هذا يعني أن العالم المادي يتوافق دائمًا مع بعض الهياكل الهندسية للزمكان. تتجلى التوترات في الزمكان في شكل مجالات كهربائية ومغناطيسية. علاوة على ذلك ، تتعلق الشحنة الكهربائية ببعض خصائص الانضغاط للزمكان. يبدو أن التيار الكهربائي عبارة عن جسم يعيد التوازن ، والذي ينقل الشحنة من أجل إبقاء ريتشي متشعب الزمكان مسطحًا (مشعبات ريتشي المسطحة هي حالات خاصة لمشعبات أينشتاين ، حيث لا يحتاج الثابت الكوني إلى الاختفاء.). هذا ممتع من الناحية الجمالية ، حيث يبدو أن الطبيعة تسعى جاهدة لتحقيق الانسجام والكفاءة والبساطة.

موتر انحناء ريمان هو أكثر من مجرد انحناء ريتشي - تمتد الحقول الكهرومغناطيسية وتثني الزمكان

على الرغم من أن نظريتنا تُظهر أن معادلات ماكسويل هي شرط أن يكون الزمكان مسطحًا بريتشي ، يبدو أن الحقول الكهرومغناطيسية تسبب انحناءً خاصًا في الزمكان. الانحناء ذو ​​الصلة هو ما يُعرف في الهندسة التفاضلية باسم انحناء ويل. انحناء ويل في الزمكان هو الانحناء المحلي للزمكان بطريقة تحفظ الأحجام محليًا. إنه نوع خاص من التمدد والانحناء للزمكان.

الاستنتاجات

نعتقد أن البحث التجريبي حول هذا الموضوع مهم. هذا يعني قياس الانحناء المحلي للزمكان عند وجود مجالات كهرومغناطيسية قوية. ربما يمكن للمرء استخدام ، على سبيل المثال ، ملفات فائقة التوصيل وضوء الليزر لقياس أي انحرافات في نسيج الزمكان. يمكن أن يكون للتعديل الاصطناعي للزمكان فوائد كبيرة في مجال الهندسة. أخيرًا ، من الجدير بالذكر أن نهجنا يتميز بالبساطة - لا نحتاج إلى أبعاد إضافية ، أو موتر الالتواء ، أو موتر متري غير متماثل أو ما شابه.

المصدر

 

النشرة البريدية

الرجاء تعبئة التفاصيل ادناه لتلقي نشرتنا البريدية