در هر ثانیه در جهان چه اتفاقی میافتد؟
در هر ثانیه، جهان تعداد بسیار زیادی از رویدادهای فیزیکی همزمان و متنوع را در مقیاسهای مختلف تجربه میکند. در زیر خلاصهای ساختاریافته و لایهای از فرآیندهای اصلی که به طور قابل اعتمادی در هر ثانیه در جایی از جهان قابل مشاهده رخ میدهند، آمده است.
مقیاس کیهانی
انبساط کیهانی: فضا به صورت محلی طبق متریک جهان گسترش مییابد؛ فواصل بین اجسام غیر وابسته به گرانش به میزان ۷۳.۳کیلومتر افزایش مییابد (مقادیر با اطلاعات تا ماه مه ۲۰۲۴ هستند).
سفر فوتون:
در یک ثانیه فوتونهای ساطع شده در هر نقطه فاصله ۱۰۸×۳ متر (۳۰۰.۰۰۰.۰۰۰ متر)را طی میکنند؛ فوتونهای پسزمینه مایکروویو کیهانی همچنان در فضا جریان مییابند.
فعالیت ستارهای و کهکشانی واکنشهای هستهای در ستارگان:
تقریباً ۳۸ 10 تا ۳۹ 10پروتون در هر ثانیه در خورشید با هم ترکیب میشوند و حدود ۴ میلیون تن جرم را به انرژی تبدیل میکنند (توان تولید شده تقریبا ۳.۸×۱۰۲۶ وات).در سراسر کیهان، ستارگان بیشماری به طور مداوم هیدروژن یا عناصر سنگینتر را با هم ترکیب میکنند.
ابرنواخترها و مرگ ستارگان:
اگرچه در هر ثانیه در یک کهکشان واحد رخ نمیدهد، اما به طور متوسط حدود ۱ تا ۳ ابرنواختر در هر ثانیه در جهان قابل مشاهده رخ میدهد (تخمینها متفاوت است؛ نرخ تشکیل ستاره یکپارچه جهانی حاکی از تعداد کمی در هر ثانیه است).
برافزایش و فوارهها:
بسیاری از هستههای کهکشانی فعال و دوتاییهای پرتو ایکس، ماده را جمع میکنند و فوارههای نسبیتی تولید میکنند؛ خروجی انرژی به طور مداوم در نوسان است.
فرآیندهای سیارهای و محلی
چرخش و مدار زمین: زمین در هر ثانیه حدود یک به روی ۸۶۴۰۰ دور میچرخد و در هر ثانیه حدود ۳۰ کیلومتر در مدار خود حرکت میکند.
فعالیت بیولوژیکی:
در زمین، میلیاردها موجود زنده متابولیزه میشوند، تولید مثل میکنند، میمیرند و سیگنالها را منتقل میکنند؛ نورونها در مغز انسان دهها تا صدها بار در ثانیه در مناطق فعال پیام ارسال میکنند.
فعالیت انسانی:
میلیونها نفر صحبت میکنند، حرکت میکنند، دستگاهها را تغییر میدهند، دادهها را منتقل میکنند – ترافیک اینترنت جهانی و مصرف برق به طور مداوم تغییر میکند. فرآیندهای الکترومغناطیسی و ذرات
انتقالات و گسیلهای کوانتومی: اتمها و مولکولها در همه جا تحت انتقالهای الکترونیکی، ارتعاشی و چرخشی قرار میگیرند و فوتونها را با سرعتهایی بسته به دما و محیط، گسیل یا جذب میکنند.
تعاملات پرتو کیهانی:
ذرات پرانرژی به گاز بین ستارهای، جو سیارات و آشکارسازها برخورد میکنند؛ زمین در هر ثانیه حدود۱۰۶ ذره پرتو کیهانی از انرژیهای مختلف در هر متر مربع دریافت میکند.
واپاشیهای رادیواکتیو:
در سیارات، ستارگان، آزمایشگاهها و غبار بین ستارهای، هستههای رادیواکتیو بر اساس نیمه عمر واپاشی میشوند؛ تعداد بسیار زیادی از رویدادهای واپاشی در هر ثانیه اتفاق میافتد.
فرآیندهای ترمودینامیکی و شیمیایی
واکنشهای شیمیایی: در سیارات، جوها، ابرهای بین ستارهای و محیطهای صنعتی، با تعدادی نجومی، پیوندهای شیمیایی در هر ثانیه شکسته و تشکیل میشوند.
جریان گرما و تولید آنتروپی: هر جا که گرادیان انرژی وجود داشته باشد، جریان گرما و آنتروپی افزایش مییابد، از پیستونهای موتور گرفته تا فضای داخلی ستارگان.
رویدادهای کوانتومی و میکروسکوپی
نوسانات ذرات مجازی: میدانهای کوانتومی نوسانات خلاء را در تمام نقاط نشان میدهند؛ اگرچه این نوسانات به طور مستقیم به عنوان ذرات قابل مشاهده نیستند، مگر اینکه با هم تعامل داشته باشند، اما به طور مداوم وجود دارند.
حرکت و پراکندگی الکترون: الکترونهای رسانش در فلزات با سرعت ۱۰۱۲-۱۰۱۵ در ثانیه پراکنده میشوند؛ برخوردهای مولکولی در گازها در فرکانسهایی که توسط چگالی و دما تعیین میشوند (اغلب ۱۰۱۲-۱۰۹هرتز) اتفاق میافتند.
اطلاعات و تابش پسزمینه
فوتونهای عبوری از آشکارسازها: تلسکوپها و حسگرها فوتونها را از منابع زیادی ثبت میکنند؛ حتی یک متر مربع از فضا، شار عظیمی از فوتونهای نور ستاره ها ، CMB، ( CMB مخفف تابش زمینه کیهانی Cosmic microwave background) تابش پسزمینه را رهگیری میکند.
امواج پسزمینه گرانشی:
دوتاییهای فشرده و منابع تصادفی پسزمینه، سیگنالهای موج گرانشی پیوسته و سطح پایین را ایجاد میکنند؛ رویدادهای گذرا با دامنه بالا (ادغام) به ندرت رخ میدهند اما قابل تشخیص هستند.
دیدگاه و بزرگی خالص
اختلاف مقیاس: رویدادها در کیهان در هر ثانیه از حدود ۱۰۵۰تا۱۰۸۰ در برهمکنش کوانتومی میکروسکوپی در یک حجم ماکروسکوپی تا تعداد انگشتشماری(در صورت میانگینگیری) از رویدادهای فاجعهبار ماکروسکوپی (ابرنواخترها، ادغام سیاهچالهها) در کل جهان قابل مشاهده، متغیر است.
قطعیت در مقابل ماهیت آماری:
بسیاری از فرآیندها به طور متوسط قطعی هستند (انبساط کیهانی، نرخ همجوشی ستارهای) اما اگر به عنوان ماهیت آماری در بررسی کنیم، گروههای عظیمی از فرایندها (واپاشیها، برخوردها، رویدادهای کوانتومی) درک میشوند.
اعداد نماینده (مرتبهی بزرگی)
سرعت نور: ۱۰۸×۳ متر بر ثانیه (هر فوتون).
همجوشی خورشیدی: حدود ۱۰۳۸ پروتون در هر ثانیه در خورشید همجوشی میشوند.
چگالی فوتونهای CMB: حدود ۴۰۰ فوتون بر سانتیمتر مکعب – تعداد بسیار زیادی که در هر ثانیه از حجمها عبور میکنند.پرتوهای کیهانی در زمین: حدود ۱۰۶ در ثانیه بر هر متر مربع.
اقدامات جهانی بشر:
میلیاردها اقدام و تریلیونها بایت که در هر ثانیه رد و بدل میشوند.
نتیجهگیری
در هر ثانیه، جهان هستی یک برهمنهی بیوقفه از فرآیندها است: فضا-زمان منبسط میشود، فوتونها سفر میکنند، ستارگان با هم ترکیب میشوند و میمیرند، ذرات پراکنده و متلاشی میشوند، شیمی و زیستشناسی پیش میروند و اطلاعات و انرژی در مقیاسهای مختلف جریان مییابد. نرخ و تنوع عظیم این رویدادهای همزمان به این معنی است که «آنچه در هر ثانیه اتفاق میافتد» هم از نظر تعداد بسیار زیاد است (رویدادهای میکروسکوپی نجومی بسیار زیاد) و هم از نظر نوع متنوع است (از نوسانات کوانتومی گرفته تا رویدادهای بزرگ).