للهندسة الحديثة أألكاديميةوالتكنولوجيا

رقم) المحاضرات (1قاعة

Dark Matter and Dark EnergyLectures - Video of:

Dr. SEAN CARROLLof California Institute of Technology

/ عفيفي مصطفى د رعاية تحت زيـــــــن أحمد حســــام

الموضوع مختصر

ألول- 1 والفلك الفيزياء علماء جمع الماضية السنوات خاللالكون مرة مكونات من متكاملة صورة

أن- توضح من %5أ هو المكونات من المواد فقط)من %25و, المعروفة مجهولة ( Dark Matterمواد

مكوناتها طبيعة نعرف وال منتظمة% 70و, الترى طاقة منالكون ) فى (Dark energyالتواجد

هذه- نتائج توضيح هو المحاضرات هذه من والغرض بصحتها فى إعتقادنا وأسباب األبحاث

الكون هذا مكونات ماهى

مواد – • تواجد الى تبلورت واألفكار اإلغريق زمن منذ أالكون مكونات كل منها تبنى أساسية

من – • العناصر الى القدامى اليونانيون تطرق بوالماء والنار الهواء و ما التراب لكل كمكونات

يرى

الجزيآت • طبيعة الى يتجه الفكر هذا من الحديث الوجه(Particle Physics)

الجزيآت طبيعة

من – مكونة لنا المعروفة المواد كل أيضا) ذرات أ هذه ) من صغيرة كتلة لكونها تصور حديثا عرف قديمة أفكار

موجبة مشحونة نواة بإلكترونات ومحاطةبشحنةوذات الكتلة صغر فى سالبة متناهية شحنة

من – مكونة أنها نجد النواة فى عميقة ونظرة بشحنة بروتونات نيوترونات ذات و متعادلة موجبة

الشحنة

والنيوترونات – البروتونات أن نجد أعمق وبنظرة جمن أصغر أجزاء من هناك ( . Quarksالكوارك )مكونةالكوارك من & Up )السفلىو العلوينوعين

down )والنيوترونات البروتونات مكونات لخلط

الجزيآت طبيعة تتمة

بإجراء – هذا تم هذه؟ الجزيآت طبيعة على تعرفنا كيف دباستخدام الجزيآت تجارب هذه. مسرعات تصادم

عنه ينتج مما جدا عالية طاقة ذات جزيآت المسرعاتالتكون من أعلى طبقات ذات جديدة جزيآت

المواد مكونات على التعرف لنا الجزيآت مسرعات تيسر . المواد أن ندرك أن البد لكن منا قرب عن المتواجدةالتعرف الممكن من ليس األرض نطاق خارج الموجودة

معملية تجارب من عليها

الحديثة العلمية اإلمكانيات

مناظير – كانت لما األساسية جاليليوأ األدوات هىتقنيات اآلن نملك فإننا حولنا الوجود على للتعرف . مناظير نملك جاليليو مناظير من بكثير أقوى حديثةالمكونات رؤية يمكنها وداخله الجوي الغالف خارجالموجات أطوال جميع في والضوئية الجزيئيةالمعروفة.

التى – األشياء فإن كذلك استنتاج الترى ب يمكننا . كونية أشياء فكل جاذبياتها على التعرف من تواجدها

مرئية غير أو مرئية كانت سواء للجاذبية مجاالت لها

الحديثة العلمية اإلمكانيات

تواجد – إن مرئية ج الغير منتظمة المواد والطاقةتأثيرات التواجد من عليها التعرف أمكن الكون فى

. كافى غير التعرف هذا أن القول يمكن الجاذبية مجاالتها . وأن إنكارها اليمكن بحيث جدا قوية الظاهرة أن إالقرب عن للتعرف تجارب استحداث هى التالية الخطوةتنفيذه مايجرى وهذا

مرتقب الغير العلوم من يعتبر المجال هذا فى البحث إنالحديثة ) التقنيات دون( basic Scienceلتطبيقات

مثل – أن المعروف من أنه إال قريبة عملية تطبيقات . جمة عملية فوائد الى قصد غير من تؤدى األبحاث هذهعن اآلن بحثنا يفوق المعلومات هذه لمعرفة شغفنا وإن

العملي إنتاجها تقنيات

Questions to Consider (1)• Why is it interesting to study the structure of

the whole universe? How would you explain that interest to someone else?

• Should it be surprising that cosmology, the study of the very largest things, is intimately connected to particle physics, the study of the very smallest?

• Cosmologists believe that most of the universe is made of substances utterly different than the atoms and particles with which we are familiar. How do you feel about that? Again, should we be surprised?

The Smooth, Expanding Universe

جميع فى متشابهة تبدو للوجود ونظرتنا التبانة درب فى نتواجد , أى, فى التواجد لكن الكون مركز فى أننا لنا يخيل االتجاهاتمتناهى الكون امتداد أن حيث الشعور نفس يظهر كوني مكان

االتجاهات جميع في الكبر

ومنها مجرتنا عن البعد متناهية مجرات منها باهتة؛ سحب ترىمجرتنا فى الغبار من سحب

هابل قانون باستخدام عنا المجرات بعد على يتعرف“ Hحيث . المسافة*H = السرعة” مقداره ” هابل ثابت هوبارسك ))72 مليون لكل الثانية فى Km/S/migaparsec 72كم

يبلغ . 3262000والبارسك بمقدار السرعة وتقاس ضوئية سنةالحمرار أ اتجاه فى الضوئى التغير

(red shift)

Questions to Consider (2)1. Imagine that you are an ancient astronomer, looking at the night sky without any instruments. How would you estimate the distance to the planets and stars?

• Think about how analogies and metaphors are useful or misleading when it comes to the whole universe. Can you think of any good analogies?

3. How does the cosmological principle compare to Copernicus’s original insight that the earth is not at the center of the solar system? Can you speculate this Copernican philosophy to other questions?

Space, Time and Gravity (3)النسبية ) التى ( special relativityخصوصية الخاصية هى

وسميت أينشتينابتدعها والمكان الزمان خاصيتى لتوحيدالمكان الزمان )أو بزمانية وهذه ( spacetimeمكانية

المكان النفرادية نيوتنلنظريات استبدال خاصيةالزمان وانفرادية Absolute space and absolute)خاصية

time)

الضوء سرعة من أعلى بسرعة يتحرك أن يمكن شيىء ال

الزمان المكان أو مكانية الجاذبية هى زمانية قوة(spacetime is the force of gravity)

Questions to Consider (3)• What does it mean for two distant events, to

happen at the same time? Is this a concept that we can really afford to do away with?

• Imagine a careful experiment showing that two objects fell at slightly different rates in a gravitational field. How would you interpret that result?

• Einstein was a popular icon, as well as a leading scientist. Do you think that he deserved his special status in the popular imagination?

4 - Cosmology in Einstein’s Universe

من • مكون الكون أن يتضح السابقة المحاضرات منالنسبية ) اإلتجاهات جميع فى تتمدد متناسقة منظومة

) ألينشتين العامةتتمدد • التى هى بينها المسافات ولكن ثابتة المجراتبين • المسافات تمدد سببه الضوئي الطيف احمرار أن

الضوئبة الموجات استطالة تسبب والتى المجراتأنحائه في الممتدة

الطاقة ) • تقل الزمن مع واإلشعاع المادة كثافة تقل) الضوء احمرار مع الضوئية

الضوء • بسرعة تتحرك ألنها اإلشعاعات في منعدمة الكتلةحيث ) ثابتة المادة في الطاقة وهذا ( E = m c2ولكن

من الحركة مع الطاقة فقد في أسرع اإلشعاع أن يعنىأغنى, كان األزمان سابق فى الكون وأن الكتلة

, الكون لتمدد مهمة اإلشعاعات وأن اآلن من باإلشعاعات

Dark energy is expanding the Universe

منبسط • سطحى الكون أن البسيطة بأدواته جاوس أثبتالكون ) ال الكون أن ثبت الحديثة أدواتنا باستخدام وأيضا

, الكون( كروية أن يعنة مما منبسط سطحي أيضا الزمنيفقط تقاس التى األبعد ذو الكون ال الزمني الكون

• , كميات بثالث يتحدد للكون تصورنا المسافات ان تمددالمجرات هابل) بين ثابت يحددها والطاقة ( Hالتى

الكون ) ( p )الخفية تحددها Kوانحنائية إذا (, pألتىل أينشتين معادلة من يحدد الثالث إثنان عرف

•Friedmann (8 pi G / 3) p = H2 + K

4 – Questions to Consider• Is there a difference between light being red

shifted by the Doppler effect or by expansion of space? Can you think of examples to illustrate whether such a difference really exists?

• Adding up the angles inside a triangle is one way to measure the curvature of space. Can you think of others?

• How would you test the Friedmann equation experimentally?

5 – Galaxies and Clusters

• . حركاتها بمعرفة المرئية المجرات كتل معرفة يمكن , وأن توقعاتنا من بكثير أكبر الكتل هذه أن ثبت وقد , ال وهذه حارة غازات تكون أن يتوقع الزائدة الكتل بعضالغير إكس أشعة من تشع بما تعرف ولكن بالعين ترىالكتل. لتعليل التكفي الغازات هذه بأن علما مرئيةمن أشكال تكون أن يتوقع والتى المتوقعة الضخمةضخمة - كتل نسميه ما وهذا نألفها التى غير جزيئات

الترى - ) (Dark Matterمجهولة

Cosmic Microwave Background CMB• , وهذه الكون فى الدقيقة الموجات من مجموعات تتواجد

التوزيع , منتظمة بكونها وتتميز األول اإلنفجار ببقايا تعرف , فى المادة توزيع انتظام على هذا ويدل مجاالتها فى

األول اإلنفجار أوقات قرب األزمان سالف فى الكون

فى • الكتل توزيع انتظامية عدم كثرت الزمان تقدم كلماالكون

من • األزمان سالف فى وحالتها مجرات الى اآلن ننظر إنناالضوئية السنين بماليين عنا تبعد أنها حيث السنين باليين

5 - Questions to Consider• How could we, in principle at least, be sure that

dark matter cannot possibly be ordinary matter that is simply not visible for some reason.

• It is possible to prove that dark matter exists, at least beyond any reasonable doubt?

• Can you think of hypothetical examples where we could detect dark matter or at least infer its existence without observing it directly? Do you always need to see something to know that it is there?

6 – Gravitational Lensingللجاذبية • العدسي فى التطبيق الضوء انحناء يسبب

تواجد على جاذم دليل يكون مما شيء فيها اليرى أماكنمرئية كثيرةأشياء غير جاذبية ذات

• Questions to Consider

• Ordinary lenses can be convex or concaved. What would be the analogous property of gravitational lenses? What would that imply about the matter that was creating gravitational field?

7 – Atoms and Particles

نحاول • أن مرئية قبل الغير المواد التعرفعلىالكون الالزم فى الجهد تبذل أن المهم للتعرف من

المرئية المواد على المكونات, أوال هذه أهم ومنالذرات هو

من • الذرة حول إلكترونات تتكون النواة تدورمن ) ونيوترونات ”المكونة جمعها بروتونات يعرف

NUCLEUNSبالنوويات“ هي • النوويات والسفلى المكونات العليا الكواركات

UP-QUARKS and DOWN-QUARKS

المرئية المادة تكوين أساسيات

السالبة )-• الشحنة ذات (1اإللكترونات

موجبة • الثلثى الشحنة ذات العليا (3/2)+الكواركات

سالبة • الثلث الشحنة ذات السفلى (3/1)-الكواركات

• ) يكون ) وموجبة سالبة الكواركات البروتونات تجمعوالنيوترونات

للنوايات المجمعة القوىواإللكترونات

فى ( Photonsالفوتونات )تسبب• اإللكترونات تواجدالنواة حول منتظمة مدارات

تسمى • أخرى قوى تكوين ( Gluons) ملصقاتوتسببمن التيوتروناتو البروتونات مكوناتها منالسفلى العليا الكواركات .والكواركات