منظور از خمیدگی فضا و زمان دقیقا چیست؟

بيگ بنگ/ در علم فيزيک و در رياضي، فضا-زمان (Spacetime)‏ (و نه فضا و زمان‌) به هر‌گونه مدل رياضي گفته مي‌شود که زمان و مکان را به صورت ساختاري واحد و درهم‌پيوسته با يکديگر ترکيب کند. بر اساس فرضيات مفهوم فضاي اقليدسي، جهان، سه بعد مکاني و يک بعد زماني مستقل از هم دارد. در فضا-زمان سه بعد فضا و يک بعد زمان درهم ادغام مي‌شوند و يک محيط پيوستهٔ چهار بعدي را ايجاد مي‌کنند. با ترکيب فضا و زمان و ايجاد يک محيط خميدهٔ واحد، فيزيکدان‌ها توانسته‌اند تئوري‌هاي فيزيک را هم در سطح کيهاني و هم در بعد اتمي ساده‌سازي کنند. گرانش، همان چيزي که وقتي مي خواهيد از يک بلندي بپريد شما را به زمين مي رساند. همان چيزي که باعث مي شود در حين کج کردن ليوان محتوياتش به دهان شما رود. همان چيزي که جوهر خودکار را به پايين فرامي خواند، تا شما بتوانيد با آن بنويسيد. و اگر اين نيرو نبود، هيچ يک از اين کارها ممکن نبود. خلاصه اين که اين نيروي عظيم هر چيزي را تحت سلطه ي خود دارد، حتي خطوط زمان هم تحت تاثير گرانش خميده مي شوند، يا به عبارتي گرانش عاملي بر تغيير سرعت زمان است! بر اساس نظريه اينشتين، خميدگي، به علت وجود جرم و انرژي ايجاد مي‌شود. هر جسم پرجرم بسيار بزرگ، در خميدگي فضا ـ زمان، نقش دارد. اجسامي که در «امتداد خطي مستقيم در جهان حرکت مي‌کنند»، مجبور به دنبال کردن مسيرهاي خميده‌اي هستند. فضا و زمان بر طبق نظريه نسبيت اينشتين به يکديگر بافته شده اند و ساختار تار و پودي چهاربعدي به نام فضا-زمان را به وجود آورده اند.جرم قابل توجه زمين ، اين ساختار را به شکل يک گودي در مي آورد.مانند شخص سنگيني که وسط يک تشک بادي نشسته باشد (هر چند که چنين خميدگيهاي فضا-زمان را اغلب در محيط اطراف اجرام بسيار پر جرم تر و فشرده تري مانند سياهچاله ها، ستاره هاي نوتروني، و کوتوله هاي سفيد سراغ داريم اما اگر با دقت کافي محيط اطراف اجرام بسيار کم جرم تري مانند زمين را نيز بررسي کنيم خميدگي فضا-زمان ناشي از جرم زمين را مي توانيم بيابيم). بر طبق نظريه نسبيت عام اينشتين ، حرکت اجسام در ساختار تار و پودي فضا-زمان صورت مي گيرد. يعني جسم در حال حرکت تابع شکل فضا-زماني است که در آن واقع شده است. بر اساس اين نظريه، گرانش باعث تغيير شکل ساختار فضا-زمان مي شود و در نتيجه حرکت جسم نيز بر اثر ميدان گرانشي تغيير مي کند. مي توان گفت که به زبان اينشتين گرانش در اصل حرکت اجسام در مسير خميدگي ساختار فضا-زمان در اطراف جسم پرجرم است. يعني وقتي زمين در مداري به دور خورشيد در گردش است از ديد نسبيتي به دليل انحناي فضا-زمان اطراف خورشيد در اين مسير هدايت مي شود. نظريه اينشتين، پيش‌گويي مي‌کند که چيزهاي ديگري بجز ماه و سيارات نيز، تحت تأثير خميدگي فضا ـ زمان قرار مي‌گيرند. مثلاً فوتونها (ذرات نور)، بايد در فضاي خميده حرکت کنند. اگر باريکه نوري که از ستاره‌اي دور سير مي‌کند، مسير آن از نزديکي خورشيد بگذرد، خميدگي فضا ـ زمان در نزديکي خورشيد موجب مي‌شود که اين مسير اندکي به طرف خوردشيد خميده شود اگر زمين ثابت بود، ضرورتي براي انجام اين کاوش نبود، ولي از آنجا که زمين به دور خود حرکت دوراني دارد ، اين خميدگي نيز بايد همراه با زمين بچرخد.زمين با پيچ و تاب دادن ساختار فضا-زمان به دور خود به آرامي آن را به صورت يک ساختار چرخشي ۴ بعدي در مي آورد.اين همان چيزي است که ماهواره گرانش کاو يا GP-B براي آزمايش آن به فضا فرستاده شده است. گرانش چگونه فضا-زمان را خميده مي کند؟ اينشتين توضيح جالبي براي گرانش آورده. او آمده فضا و زمان را به صورت خطوط عمود بر هم در نظر گرفته و اسم شان را گذاشته “خطوط فضا- زمان” و اجسام هر يک به اعتبار جرم شان انحنايي در فضا- زمان ايجاد مي کنند. براي تصور اين توضيحات مي توانيد چهار گوشه ي يک تکه پارچه را به عنوان فضا- زمان بگيريد. بعد يک جسم با جرم قابل ملاحظه اي روي پارچه قرار دهيد، خميدگي قسمتي از پارچه که جسم روي آن قرار گرفته، همان خميدگي فضا- زمان است. و اين کاملا واضح است که وقتي يک جسم کوچک تري روي پارچه قرار دهيم، به سمت جسم قبلي که سنگين تر است مي رود. اين دراقع دليل کشش يک جسم به سمت جسم سنگين تر است، مثلا کشش زمين به سمت خورشيد. خوب شايد بگوييد بنا به اين تعريف هر يک از ما هم براي خودمان جرمي داريم پس بايد چيزهاي ديگر را به سمت خود جذب کنيم. بايد اعتراف کنم که اين کاملا صحيح است. همين الان هر کجا که نشسته ايد، داريد اجسام آن جا را تحت تاثير خود قرار مي دهيد و آن ها را به سمت خود مي کشانيد و البته آن ها هم همين رفتار را نسبت به شما دارند، به اين خاطر است که تاثيرات تا جايي خنثي مي شود و همچنين به خاطر بسيار کم بود اين گرانش ها، ديگر کشش ها قابل مشاهده نيستند. پس يادتان باشد که همه ي ما ذاتا جذاب هستيم! تا اينجا از خميده شدن مکان صحبت کرديم. و اما زمان. فکر مي کنيد زمان چگونه خميده مي شود؟ طبق نوشته هاي ادبي شايد تصور کنيد زمان سرش را انداخته پايين و همين طور براي خودش مي رود، بدون اين که به جايي توجه کند. بايد بگويم متاسفم، چون دانشمندان اين توضيح را رد کرده اند. زمان تحت تاثير گرانش خميده مي شود و اين خميدگي سرعت گذر زمان را کم مي کند. کم شدن سرعت زمان به معني کند شدن حرکت عقربه هاي ساعت مچي شما ست. و اين مساوي است با ديرتر پير شدن شما!