23 جولای 2021 توسط جوسی لیندگرن و جوکا لیوکونن – سیم پیچ تسلا -اعتبار: دامنه عمومی Pixabay / CC0
تصور کنید اگر بتوانیم از میدان‌های الکترومغناطیسی قوی برای دستکاری خصوصیات محلی فضا-زمان استفاده کنیم-این می‌تواند از نظر علمی و مهندسی تبعات مهمی داشته باشد.
الکترومغناطیس همیشه یک پدیده ظریف بوده است. در قرن نوزدهم، دانشمندان تصور می‌کردند که امواج الکترومغناطیسی باید در نوعی محیط خاص، که اتر نامیده می‌شد، گسترش یابد. بعداً، فرضیه اتر کنار گذاشته شد و تا به امروز، نظریه کلاسیک الکترومغناطیس پاسخی روشن برای این سوال که در آن میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی متوسط در خلا گسترش می‌یابند، به ما ارائه نمی‌دهد. از طرف دیگر، تئوری جاذبه زمین کاملاً قابل درک است. نسبیت عام توضیح می‌دهد که انرژی و جرم به فضا-زمان می‌گویند که چگونه منحنی و فضا-زمان به مواد می‌گوید که چگونه حرکت کنند. بسیاری از فیزیکدانان برجسته همراه با ریاضی تلاش کرده‌اند که الکترومغناطیس را مستقیماً به عنوان یک نتیجه از نسبیت عام درک کنند. ریاضیدان درخشان هرمان ویل نظریه‌های جالب توجهی در این زمینه داشت. نیكولا تسلا مخترع صربى تصور كرد كه الكترومغناطیس اساساً شامل همه چیز در جهان ما است. بنابراین رابطه متقابل الکترومغناطیس و گرانش چیست؟
معادلات و نسبیت عام ماکسول در مورد چیست؟
معادلات ماکسول معادلات اصلی دیفرانسیل خطی کلیدی هستند که الکترومغناطیس کلاسیک را توصیف می‌کنند. این معادلات، میدان الکترومغناطیسی را به جریان و بار مربوط می کند. از طرف دیگر، در نسبیت عام، معادله میدان انیشتین مجموعه‌ای از معادلات دیفرانسیل جزئی غیر خطی است که توصیف می‌کند چگونه متریک فضا زمان، با توجه به برخی شرایط، مانند تراکم جرم در فضا زمان، تکامل می‌یابد. هر دو معادله اگر به درستی دیده شوند در نهایت مرتبه دوم هستند.
بنابراین، ما فکر کردیم که شاید ما در مورد همان معادله حاکم صحبت می‌کنیم، که می‌تواند هم الکترومغناطیس و هم جاذبه را توصیف کند. در واقع، مشخص می‌شود که معادلات ماکسول در درون معادلات نسبیت عام میدان انیشتین پنهان می‌شوند. سنسور متریک فضا-زمان به ما می‌گوید که طول‌ها در فضا-زمان چگونه تعیین می‌شوند. همچنین تانسور متریک خصوصیات انحنای فضا زمان را تعیین می‌کند. انحنا همان چیزی است که به عنوان «نیرو» احساس می‌کنیم. علاوه بر این، انرژی و انحنا از طریق معادلات میدان انیشتین به یکدیگر مربوط می‌شوند. ذرات آزمایش از آنچه ژئودزیک نامیده می‌شود پیروی می‌کنند – کوتاه‌ترین مسیرها در فضا-زمان.
حلقه گمشده
پیوند بین نسبیت عام و الکترومغناطیس با فرض اینکه به اصطلاح چهار پتانسیل الکترومغناطیس مستقیماً خصوصیات متریک فضا زمان را تعیین می‌کند، روشن می‌شود. به طور خاص، تحقیقات ما نشان می‌دهد که چگونه الکترومغناطیس خاصیت ذاتی خود فضا زمان است. به نوعی، فضا زمان نیز خود اتر است. میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی نشان‌دهنده برخی از کشش‌ها یا پیچش‌های محلی در صفحه فضا-زمان است. تحقیقات ما نشان می‌دهد که معادلات لاگرانژی الکترودینامیک فقط عمل نسبیت عام انیشتین-هیلبرت است. این نشان می‌دهد که چگونه معادلات الکترومغناطیسی ماکسول شرط بهینه بودن متریک فضا-زمان به اندازه کافی مسطح است. همانطور که نظریه نسبیت عام انیشتین ارائه می‌دهد که معیار از یک نظر بهینه است، الکترومغناطیس در معادلات دیفرانسیل غیر خطی نسبیت عمومی پنهان است. از طرف دیگر، این بدان معناست که نسبیت عام یک نظریه تعمیم یافته الکترومغناطیس غیرخطی است.
هندسه سازی جهان مادی
جان ویلر، فیزیکدان مشهور، این ایده را مطرح کرد که تمام جهان ماده از هندسه فضا-زمان ساخته شده است. تحقیقات ما از این نوع فلسفه طبیعی به شدت پشتیبانی می‌کند. این بدان معناست که دنیای مادی همیشه با برخی ساختارهای هندسی فضا زمان مطابقت دارد. تنش‌ها در فضا-زمان خود را به صورت میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی نشان می‌دهند. علاوه بر این، بار الکتریکی به برخی از خصوصیات فشرده‌سازی فضا زمان مربوط می‌شود. به نظر می‌رسد جریان الکتریکی یک جسم متعادل کننده مجدد است، که بار را حمل می‌کند تا مانیفولد فضایی را به صورت مسطح حفظ کند. این از نظر زیبایی‌شناسی خوشایند است، زیرا به نظر می‌رسد طبیعت برای هماهنگی، کارایی و سادگی تلاش می‌کند.
https://sciencex.com
