كمية

إحداثي قطري

الإحداثي القطري — من تشريح الصيغة
7 مقالات ذات صلة · 6 صيغ

الوصف

الإحداثي القطري هو متغير مكاني يقيس المسافة من نقطة أو محور مرجعي محدد في نظام الإحداثيات. في الإحداثيات الكروية، يُرمز إليه عادةً بالرمز r ويتراوح من 0 إلى ما لا نهاية، بينما في الإحداثيات الأسطوانية يُرمز إليه غالبًا بـ ρ (أو r) ويقيس المسافة العمودية من محور مركزي. وهو أساسي في وصف الأنظمة ذات التناظر الكروي أو الأسطواني، مثل مدارات الكواكب، والمدارات الذرية، والمجالات الكهرومغناطيسية حول الشحنات النقطية.

التاريخ

استُخدمت الإحداثيات القطبية منذ علم الفلك اليوناني القديم، لكن معالجتها الرياضية الرسمية في الفيزياء طُوّرت على يد ليونهارد أويلر وآخرين في القرن الثامن عشر، خاصة في سياق الميكانيكا السماوية ونظرية الجهد.

كيف يعمل

في نظام الإحداثيات القطبية، يُحدد الموضع بالمسافة القطرية بالإضافة إلى الإحداثيات الزاوية (مثل θ وφ في الكروية، وz في الأسطوانية). يظهر الإحداثي القطري في مؤثر لابلاس، الذي يحكم العديد من المعادلات الفيزيائية، وفي دوال التوزيع القطرية التي تصف كيفية تغير الخصائص مع المسافة من المركز. بالنسبة للقوى المركزية، غالبًا ما ينفصل الإحداثي القطري عن المتغيرات الزاوية في معادلة شرودنغر، مما يؤدي إلى دوال موجية قطرية.

في التطبيق

الإحداثيات القطرية ضرورية في ميكانيكا الكم لوصف الذرات الشبيهة بالهيدروجين، وفي الفيزياء الفلكية لنمذجة البنية النجمية، وفي الهندسة لتحليل الإجهاد في الأوعية الأسطوانية أو الكروية.

حقيقة طريفة

في النسبية العامة، لا يتوافق الإحداثي القطري دائمًا مع المسافة الفيزيائية؛ فبالنسبة لثقب شوارزشيلد الأسود، يكون للإحداثي القطري r أفق عند r = 2GM/c²، حيث يصبح الإحداثي مفردًا رغم أن الانحناء محدود.

Concept graph →

صيغ

$$ds^2 = -e^{2\rho} dt^2 + e^{2\lambda} dr^2 + r^2 d\Omega^2$$
Metric for spherically symmetric spacetime in general coordinates.
ما في الصيغة
ds^2متغيرspacetime interval — فاصل الزمكان metre squared
dtمتغيرcoordinate time differential — time differential second
drمتغيرradial coordinate differential — radial coordinate differential metre
dΩ^2متغيرsolid angle element squared — عنصر زاوية صلبة مربع
ρمتغيرmetric function of r and t — metric function
λمتغيرmetric function of r and t — metric function
rمتغيرradial coordinate — إحداثي قطري metre
$$\partial_v r = 0$$
Condition defining a black hole horizon in null coordinates.
ما في الصيغة
vمتغيرnull coordinate (e.g., advanced time) — null coordinate metre
rمتغيرradial coordinate — إحداثي قطري metre
∂_vمؤثرdifferentiates with respect to the null coordinate — مشتقة جزئية
$$ds^2 = -e^{2\Phi(r)} dt^2 + \left(1 - \frac{b(r)}{r}\right)^{-1} dr^2 + r^2 d\Omega^2$$
A static wormhole metric with shape function b(r) and redshift function Φ(r).
ما في الصيغة
ds^2متغيرSpacetime interval squared — فاصل الزمكان metre squared
\Phi(r)متغيرRedshift function — redshift function
b(r)متغيرShape function — shape function metre
rمتغيرRadial coordinate — إحداثي قطري metre
tمتغيرTime coordinate — time coordinate second
d\Omega^2متغيرSolid angle element squared — solid angle element
dمؤثرExterior derivative — differential operator
$$\frac{d^2 r}{dz^2} = \frac{b - r b'}{2b^2} > 0$$
Geometric condition for wormhole throat existence violating null energy condition.
ما في الصيغة
rمتغيرradial coordinate of the throat — إحداثي قطري metre
zمتغيرproper distance along the throat — proper distance metre
bمتغيرshape function of the wormhole — shape function metre
d/dzمؤثرderivative with respect to proper distance — ordinary derivative
d/drمؤثرderivative with respect to radial coordinate — ordinary derivative
$$ds^2 = -\left(1 - \frac{2GM}{c^2 r}\right) c^2 dt^2 + \left(1 - \frac{2GM}{c^2 r}\right)^{-1} dr^2 + r^2 d\Omega^2$$
Describes spacetime around a spherically symmetric mass.
ما في الصيغة
ds^2متغيرspacetime interval — فاصل الزمكان metre squared
dtمتغيرcoordinate time differential — time differential second
drمتغيرradial coordinate differential — radial coordinate differential metre
dΩ^2متغيرsolid angle element squared — عنصر زاوية صلبة مربع
rمتغيرradial coordinate — إحداثي قطري metre
tمتغيرcoordinate time — coordinate time second
GثابتNewton's constant of universal gravitation — ثابت الجاذبية = 6.67430e-11 cubic metre per kilogram per second squared
cثابتspeed of light in vacuum — سرعة الضوء = 299792458 metre per second
Mثابتmass of the central object — كتلة kilogram
dمؤثرinfinitesimal change — differential
$$\Delta(r) = r^2 - 2Mr + a^2$$
Horizon function for Kerr black holes with mass M and spin a.
ما في الصيغة
\Delta(r)متغيرHorizon function of the Kerr metric — horizon function square metre
rمتغيرRadial coordinate (Boyer-Lindquist) — إحداثي قطري metre
MمتغيرBlack hole mass — كتلة kilogram
aمتغيرSpecific angular momentum (spin parameter) — specific angular momentum metre

مقالات ذات صلة · 7

لقطات كمومية تكشف زاوية دقيقة
حفنة من العملات تسقط على الطاولة — وجه أو كتابة، تستقر بشكل عشوائي. هكذا تبدو اللقطة اللحظية لسلسلة كمومية: في بعض المواضع يوجد جسيم، وفي أخرى لا. لكن خلف الفوضى تختبئ زاوية دقيقة. في الدراسة، أخذوا سلسلة من الجسيمات مغلقة في حلقة. قسّموها إلى أربعة أقواس: قاسوا اثنين وتركوا اثنين دون مساس. من المواضع المشغولة والفارغة في الأقواس المقاسة، حسبوا الزاوية δL. اتضح أن هذه الزاوية لا تعتمد على ما في الأقواس غير المقاسة.
أين تنتهي النجوم وتبدأ المادة المظلمة
تشبه المجرة مدينة: في المركز أضواء ساطعة وبناء كثيف، وفي الأطراف أضواء متناثرة وفراغ. لكن إذا تتبعت دوران الغاز في القرص المجري، ستجد أن السرعة عند الأطراف لا تنخفض تقريبًا. وكأن أحياء غير مرئية تواصل دعم الحركة. وجد علماء الفلك طريقة لرسم هذه المدينة غير المرئية على الخريطة.
كيف تكشف المدارات انحناء الكون
الحجر المقذوف يطير في قوس ويسقط. الكوكب حول النجم هو نفس الحجر، لكنه يسقط إلى ما لا نهاية، ملتفًا حول النجم في منحنى مغلق. في عالم نيوتن، هذا المنحنى هو قطع ناقص مثالي، ويعود الكوكب إلى نفس النقطة في كل دورة. في الواقع، يدور المدار قليلًا — نقطته الأقرب إلى النجم، الحضيض، تنزاح. عند عطارد، هذا الانزياح حوالي 43 ثانية قوسية في القرن.
الفراغ المتجوّل: كيف تتحوّل التباعدات الكمومية إلى ضوضاء كلاسيكية
في نظرية الحقل الكمومي لغز قديم: التباعدات تحت الحمراء. عادةً ما تُعتبر عائقاً تقنياً مزعجاً يجب «تغطيته» بحذر في الحسابات. لكن ماذا لو لم تكن خللاً، بل ميزة؟ تقلب نظرة جديدة المنظور: التباعدات تحت الحمراء ليست عائقاً، بل دليل مباشر على أن الفراغ ليس خواءً جامداً. إنه متجوّل، يتحرك باستمرار عبر عائلة من الحالات المتعامدة.
لماذا لا يشع الشحنة في الجاذبية؟
حجر يسقط في بركة ماء، فعند الشاطئ تكون الدوائر غير ملحوظة تقريبًا، بينما بالقرب من نقطة السقوط يغلي الماء. يتصرف المجال الكهربائي حول الشحنة بشكل مشابه: قريبًا يكون حادًا ومعقدًا، وعلى مسافة يتمدد إلى موجة منتظمة تحمل الطاقة. هذه المنطقة البعيدة يسميها الفيزيائيون منطقة الإشعاع. هناك يضعف المجال بنعومة، مثل دوائر الماء التي تتباعد دون تموجات.
سراب كوني لموجات الراديو
تشبه المجرة فطيرة مضيئة مرصعة بالنجوم. إذا نظرت إليها بشكل مسطح، ترى كل شيء دفعة واحدة — الأذرع الساطعة والطبقات الداكنة من الغبار. لكن بمجرد إمالة الفطيرة، يتغير المشهد: تتراكب الطبقات ويختلط الضوء. هذا التأثير بالذات، كما اتضح، يخلق وهم الارتباط الوثيق بين إشعاع الراديو وأشعة غاما في الأنظمة النجمية البعيدة.
علم الكون2026-01-061 دarXiv:2601.02886سريع
الكون يفقد تجانسه على مقياس 138 ميغابارسيك
المجرات في الكون ليست متناثرة عشوائياً: فالمجرات المتجاورة تتحرك في اتجاه واحد، مثل سرب من الأسماك، أما البعيدة فلكل منها حركتها المستقلة. أين يقع الحد الفاصل بين «معاً» و«منفصلة»؟ كان ذلك غير واضح حتى الآن. ابتكر علماء الفلك مقياساً جديداً — وهو المقياس الذي عنده يتوقف متوسط حركة المجرات على طول الخط الواصل بين زوج منها عن كونه متسقاً ويبدأ بالتناقض مع بعضه. سُمّي هذا المقياس بمقياس تماسك السرعات.