ورقة بحثيّة عن مدى فعاليّة نظرية هوكينج للكتلة

[نجمة الجدي]

ورقة بحثيّة عن مدى فعاليّة نظرية هوكينج للكتلة



إذا أردت أن تعرف وزنك، فما عليك إلا أن تقف فوق ميزان وتتابع المؤشر. أما بالنسبة للأجسام الضخمة الموجودة في الفضاء، فلا يوجد نظير فضائي للميزان، لذا عليك أن تلجأ للمعادلات الهندسية. (مع الأخذ في الحسبان الفرق بين الكتلة والوزن؛ وزنك = كتلتك × ثابت الجاذبية).

مؤخرًا، قام ثلاث علماء رياضيات وفيزياء بوضع ثلاث براهين رياضيّة تهدف إلي تحسين (تعديل) أحد أفضل هذه المعادلات: تعريف ستيفن هوكينج لكتلة منطقة في الزمكان.

فباستخدام نظريتي النسبية العامة والجاذبية لأينشتاين، استطاع علماء الرياضيات تفسير الخصائص الفيزيائية للكون، كحركة الكواكب حول الشمس ومدار عطارد الغريب. ولكن تحديد الكتلة الدقيقة لجسم ما في الفضاء تُعتبر مهمة مستحيلة باستخدام معادلة واحدة، وذلك بسبب الإنحاء الذي تُسببه الأجسام الكبيرة في الزمكان نفسه، لذلك فمن الصعب على علماء الرياضيات تحديد كتل الأجسام الفضائية بطريقة دقيقة.

ولكن، كتلة هوكينج تتيج لنا خيارًا آخر، حيث وضع الفيزيائيّ الشهير ستيفن هوكينج في عام 1960 نظريته عن الكتلة في النسبية العامة، والتي تُعرف أيضًا بطاقة هوكينج. وبعد ما يقارب النصف قرن، لايزال تعريف هوكينج مفضلاً عند العلماء بسبب بساطته. ولكن رغم أن كتلة هوكينج معادلة جيدة وبسيطة، ولكنها أيضاً محدودة الاستخدام. فبرغم سهولة حسابها، إلا أنها نادرًا ما تحتوي الخصائص التي يريدها العلماء. فهذا التأثير –إنحناء الزمكان- يسبّب عدم دقة حسابات الكتلة.

قام الفريق القائم على الدراسة ببناء نماذج وإثباتات هندسيّة توضح عيوب صيغة ستيفن هوكينج الرياضية لحساب الكتلة، حيث تتأثر كتلة المنطقة بزيادة حجمها، ولذلك فهي لا تؤدي وظيفتها بمثالية، ولكنها مفيدة بشكل ملحوظ في الأجزاء الطبيعية من أسطح الزمكان. أو فيما يُسمّى بالضبط الأسطح ذات الزمان المُسطّح (Time flat)؛ أي الأسطح التي تبقى في الحاضر، على عكس الأسطح التي يكون جزء منها بالحاضر وجزء آخر بالماضي.


Fine-Tuning Stephen Hawking's Theory of Mass