طريقة نصف التفاعل

قدمت النسبية العامة أول تفسير دقيق للتقدم الشاذ لحضيض عطارد. لم تستطع الجاذبية النيوتنية تفسير التحول البطيء والتدريجي في اتجاه مدار عطارد الإهليلجي تفسيرًا كاملاً. تنبأت نظرية أينشتاين بشكل صحيح بالثواني القوسية الـ 43 المفقودة في كل قرن، وعزت ذلك إلى انحناء الزمكان حول الشمس، وهو ما يُعدّ انتصارًا مبكرًا كبيرًا للنظرية.

الثقب الأسود منطقة من الزمكان تكون فيها الجاذبية قوية جدًا لدرجة أن لا شيء - لا جسيمات ولا حتى الضوء - يستطيع الإفلات منها. تُسمى حدود هذه المنطقة أفق الحدث. ووفقًا لنظرية النسبية العامة كحل لمعادلات المجال، فإن الثقب الأسود هو نتيجة الانهيار الجاذبي الكامل لنجم ضخم.

تتنبأ النسبية العامة بأن مسار الضوء ينحني بفعل الجاذبية. عندما يمر الضوء القادم من مصدر بعيد بجسم ضخم، مثل مجرة ​​أو نجم، ينحرف مساره. هذه الظاهرة، المعروفة باسم عدسة الجاذبية، قادرة على تكبير أو تشويه أو تكوين صور متعددة لمصدر الخلفية، لتعمل بمثابة تلسكوب كوني لرصد الكون البعيد.

تُظهِر جميع الكيانات الكمية، مثل الفوتونات والإلكترونات، خواص جسيمية وموجية على حد سواء. واعتمادًا على الإعداد التجريبي، يمكن أن تتصرف كجسيم موضعي أو موجة موزعة. وتنص فرضية دي برولي على أن أي جسيم كمية حركته [latex]p[/latex] له طول موجي مصاحب [latex]\lambda = h/p[/latex]، حيث [latex]h[/latex] هو ثابت بلانك.

هذه معادلة أساسية في ميكانيكا الكم تصف كيفية تغيُّر الحالة الكمية لنظام فيزيائي بمرور الزمن. وهي معادلة تفاضلية جزئية خطية للدالة الموجية [latex]\Psi(x، t)[/latex]. والنسخة المعتمدة على الزمن هي [latex]i\hbar\frac{\partial}{\partial t}\Psi = \hat{H}\Psi[/latex]، حيث [latex]\hat{H}[/latex] هو مشغل هاملتونيان، الذي يمثل الطاقة الكلية للنظام.

تصف اللزوجة الثيكسوتروبيا والريبوكسيا تغيرات اللزوجة المرتبطة بالزمن. تنخفض لزوجة السائل الثيكسوتروبي مع مرور الوقت تحت ضغط قص ثابت (مثلاً، يصبح الزبادي أكثر سيولة عند التقليب). تزداد لزوجة السائل الريوبكتيكي (أو المضاد للثيكسوتروبيا) مع مرور الوقت تحت ضغط قص ثابت (مثلاً، بعض مواد التشحيم). هذه التأثيرات قابلة للعكس؛ إذ يعود السائل إلى حالته الأصلية بعد فترة من السكون.

من أهم تنبؤات النسبية العامة أن الزمن يمر بمعدلات مختلفة في ظل جهود جاذبية مختلفة. فالساعة في مجال جاذبية أقوى (أقرب إلى جسم ضخم) ستدق أبطأ من الساعة في مجال جاذبية أضعف. وقد تم التحقق من هذا التأثير، المعروف باسم تمدد الزمن الجاذبي، تجريبيًا، وهو عامل حاسم في التقنيات الحديثة مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

معادلات أينشتاين الميدانية (EFE) هي مجموعة من عشر معادلات تفاضلية جزئية غير خطية مترابطة تشكل جوهر النسبية العامة. وهي تصف التفاعل الأساسي للجاذبية كنتيجة لانحناء الزمكان بواسطة المادة والطاقة. تُكتب المعادلة بإيجاز على النحو التالي: [latex]G_{\mu\nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = \frac{\8\pi G}{c^4} T_{\\mu\nu}[/latex]، وهو ما يربط هندسة الزمكان بمحتوى الطاقة-الزخم.

تتنبأ النسبية العامة بأن جسمًا ضخمًا دوارًا سيسحب معه نسيج الزمكان، وهي ظاهرة تُعرف باسم سحب الإطار أو تأثير لنس-ثيرينغ. هذا يعني أن الجيروسكوب الذي يدور حول الجسم الدوار سيتحرك بحركة دورانية، ليس بسبب أي عزم دوران مُطبّق، بل لأن الزمكان نفسه يلتوي بفعل دوران الجسم.

تتضمن تفاعلات الأكسدة والاختزال (الاختزال-الأكسدة) انتقال الإلكترونات بين أنواع المواد الكيميائية. يتعرض أحد الأنواع للأكسدة (فقدان إلكترونات)، بينما يخضع الآخر للاختزال (اكتساب إلكترونات). تحدث هاتان العمليتان دائمًا في وقت واحد. العامل الذي يفقد الإلكترونات هو العامل المختزل، والعامل الذي يكتسبها هو العامل المؤكسد. يُشكل هذا المفهوم الأساسي أساس الكيمياء الكهربائية والعديد من العمليات البيولوجية.

بلاستيك بينغهام هو مادة لزجة بلاستيكية تتصرف كجسم جامد عند الضغوط المنخفضة ولكنها تتدفق كمائع لزج عند الضغط العالي. وتتميز بإجهاد الخضوع، [latex]\tau_0[/latex]، وهو الحد الأدنى من إجهاد القص المطلوب لبدء التدفق. وتحت هذه العتبة، لا يتشوه. وتشمل الأمثلة الشائعة معجون الأسنان والمايونيز والطين الطيني.

الترقق القصي، أو شبه اللدونة، هو سلوك غير نيوتوني، حيث تنخفض لزوجة السائل مع تزايد معدل إجهاد القص. تُظهر العديد من المواد الشائعة، مثل الكاتشب والطلاء، هذه الخاصية. تكون هذه المواد سميكة في حالة السكون، لكنها تتدفق بسهولة أكبر عند رجها أو تحريكها أو فردها. وغالبًا ما يُمثل ذلك بعلاقة قانون أوستوالد-دي فالي للقوة.

يعدل الإحصاء الكمي الميكانيكا الإحصائية الكلاسيكية لتفسير عدم إمكانية تمييز الجسيمات المتطابقة. وهي تنقسم إلى نوعين: إحصائيات فيرمي-ديراك للفيرميونات (جسيمات الدوران نصف الصحيحة مثل الإلكترونات)، والتي تخضع لمبدأ الاستبعاد البولي وإحصائيات بوز-أينشتاين للبوزونات (جسيمات الدوران الصحيحة مثل الفوتونات)، والتي يمكن أن تشغل نفس الحالة الكمية. هذا التمييز حاسم في درجات الحرارة المنخفضة والكثافات العالية.

من المستحيل معرفة أزواج معينة من الخواص الفيزيائية المتكاملة لجسيم ما بدقة تامة في الوقت نفسه. المثال الأكثر شيوعًا هو الموضع [latex]x[/latex] وكمية الحركة [latex]p[/latex]. وينص هذا المبدأ على أن حاصل ضرب قيمتي عدم اليقين فيهما، [latex] \Delta x[/latex] و[latex] \Delta p[/latex]، يجب أن يكون أكبر من أو يساوي قيمة محددة: [latex] \Delta x \Delta p \G \frac{/hbar}{2}[/latex].