چرا نمی توانید با سرعت نور حرکت کنید؟

بیگ بنگ: آلبرت اینشتین به دلایل بسیاری شهرت دارد، یکی از مهمترین آنها نظریه نسبیت او می‌باشد. نظریه نسبیت خاص به دلیل در هم شکستن دیدگاه کلاسیک باعث شهرت این فیزیکدان گردید. نسبیت خاص، با ارتباط دادن حرکت اجسام در جهان هستی به دانشمندان این امکان را داد تا فرضیات خود در مقوله‌های حساسی چون فضا و زمان را از نو ارزیابی کنند، این تئوری اسرار بسیار مهمی را در مبحث ارتباط بین ماده و انرژی برملا ساخت.

فرمول نظریه نسبیت خاص اینشتین

فرمول نظریه نسبیت خاص اینشتین

به گزارش بیگ بنگ، نظریه نسبیت خاص توسط اینشتین در سال ۱۹۰۵ و در مقاله‌ای تحت عنوان “الکترودینامیک در اجسام متحرک” منتشر شد. وی این نظریه را پس از پی بردن به وجود اختلافاتی بین معادلات الکترومغناطیس جیمز کلرک ماکسول و قوانین حرکتی آیزاک نیوتن ارائه نمود. بر اساس نظریه ماکسول، نور ارتعاشی در میدان الکترومغناطیس است که با سرعتی ثابت در خلا حرکت می‌کند. بیش از ۱۰۰ سال قبل از آن نیز، نیوتن قوانین حرکتی خود را ارائه داده بود.

قرار دادن این نظریات در کنار عقاید گالیله، ثابت می‌کند که سرعت یک جسم متحرک تا چه اندازه می‌تواند متفاوت برآورد شود: بسته به اینکه چه کسی آن را اندازه می‌گیرد و آن فرد نسبت به جسم چه حرکتی دارد. توپی که در دست شما قرار دارد ممکن است از نظر شما ثابت باشد، حتی وقتی که شما درون ماشینی متحرک قرار دارید. اما همان توپ از نظر شخصی که در کنار پیاده‌ رو ایستاده، متحرک می‌باشد.

فرض کنید شخصی در یک قطار ثابت نشسته و توپی را به سمت دیوار رو به روی خود و چند متر جلوتر از محل نشستن خود پرتاب می‌کند. شما، که در سکوی ایستگاه نشسته‌اید، سرعت حرکت توپ را برابر با سرعتی که خود شخص درون قطار محاسبه می‌کند، برآورد می‌نمایید. حال قطار شروع به حرکت می‌کند(در همان جهت حرکت توپ)، و شما مجددا سرعت توپ را اندازه گیری می‌کنید. شما این سرعت را به درستی بیشتر از قبل اندازه‌گیری می‌کنید(سرعت اولیه یعنی زمانی که قطار ثابت بود به علاوه سرعت رو به جلو قطار). در همین بین، فرد داخل قطار متوجه تغییری در سرعت حرکت توپ نخواهد شد. شما دو سرعت متفاوت برای حرکت توپ محاسبه کرده‌اید که هر دو از منظر دید شما صحیح می‌باشند.

حال اگر توپ را با نور جایگزین کنید، این محاسبات نتیجه‌ای متفاوت خواهد داشت. در صورتیکه فرد داخل قطار نوری را بر دیوار مقابل خود بتابد و سرعت ذرات نور(فوتون‌ها) را اندازه‌گیری نماید، شما و فرد داخل قطار متوجه خواهید شد که سرعت نور در هر حال ثابت بوده است. در هر شرایطی، سرعت حرکت فوتون‌ها کمتر از ۳۰۰ هزار کیلومتر در ثانیه بوده است، آنچنان که معادلات ماکسول نیز به همین نتیجه می‌رسد.

Albert Einsteinاینشتین این ایده- سرعت ثابت نور- را به عنوان یکی از دو شرط خود در نظریه نسبیت خاص در نظر گرفت. شرط دیگر این بود که قوانین فیزیک همه جا یکسان عمل می‌کنند، چه در هواپیما چه در کنار جاده و … اما برای ثابت نگه داشتن سرعت نور در هر زمان و از دید هر ناظر، در نسبیت خاص، فضا و زمان متغیر خواهند بود. به عنوان مثال زمان دیگر مطلق و ثابت نیست. عقربه‌های یک ساعت در حال حرکت آهسته‌تر از عقربه‌های ساعت ثابت، حرکت می‌کنند. از لحاظ تئوری، در صورت حرکت با سرعت نور، زمان از حرکت باز خواهد ایستاد.

میزان کند شدن زمان می‌تواند از طریق دو معادله فوق در تصویر محاسبه گردد. در سمت راست، Δt فاصله زمانی بین دو اتفاق از نظر شخص تحت تاثیر می‌باشد.(در مثال فوق، این شخص همان شخص داخل قطار است). در سمت چپ، Δt فاصله زمانی بین همان دو اتفاق از دید ناظر خارجی است(شخص نشسته در سکوی ایستگاه). این دو زمان با عامل لورنتس به هم مرتبط می‌شوند(γ)، که در این مثال برابر است با سرعت(v) قطار نسبت به سکوی ایستگاه که در واقع ثابت است. در این معادله، c ضریب ثابت و معادل سرعت نور در خلا می‌باشد.

طول اجسام متحرک نیز در جهت حرکت آنها کوتاهتر می‌شود. در صورت حرکت با سرعت نور(به طور فرضی، چرا که عملا غیر ممکن است) طول اجسام به صفر خواهد رسید. میزان کاهش طول در اجسام متحرک نسبت به اجسام ثابت نیز از تقسیم طول موثر جسم بر عامل لورنتس محاسبه می‌گردد. در صورتیکه جسمی بتواند با سرعت نور حرکت کند، طول آن به صفر خواهد رسید. لازم به ذکر است اگر شما فردی باشید که سریعتر و سریعتر حرکت می‌کند، متوجه هیچ تغییری نخواهید شد: گذر زمان برای شما مثل قبل خواهد بود و قد شما نیز کوتاهتر نخواهد شد.

speed_of_lightاما فردی که از یک سکوی ثابت ناظر شما است، با استفاده از عامل لورنتس قادر به اندازه‌گیری تغییرات خواهد بود. اگرچه، برای اجسام و سرعت‌های روزمره، عامل لورنتس تقریبا عدد یک می‌باشد. تنها در سرعت‌های نزدیک به سرعت نور است که آثار نسبیتی اهمیتی ویژه پیدا می‌کند. مشخصه ی دیگر در نظریه نسبیت خاص این است که با افزایش سرعت در یک جسم متحرک، جرم آن نیز افزایش می‌یابد. جرم جسم متحرک با ضرب کردن جرم آن جسم در حالت سکون در عامل لورنتس محاسبه می‌گردد. این افزایش جرم مانع از آن می‌گردد که انرژی مصرف شده جهت افزایش سرعت در جسم به صورت کامل صرف افزایش سرعت در آن شود.

با افزایش سرعت در جسم تا اندازه‌ای که به کسر قابل توجهی از سرعت نور(c) برسد، سهم انرژی مصرفی در افزایش جرم جسم نیز بیشتر و بیشتر می‌شود. این امر ثابت می‌کند که چرا هیچ چیز نمی‌تواند سریعتر از نور حرکت کند، و یا حتی با سرعتی مساوی و یا نزدیک به سرعت نور. در واقع، وارد کردن انرژی بیشتر به جسم باعث افزایش سرعت در آن جسم نخواهد شد بلکه تنها جرم آن را افزایش خواهد داد. جرم و انرژی یکی هستند؛ این نتیجه،‌ عمیقا حائز اهمیت است. اما این خود داستانی دیگر است.

ترجمه: معصومه پژوهش نیا/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: theguardian.com

image_pdfimage_print
(55 نفر , میانگین : 4٫84 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=53281
تحریریه‌ی بیگ بنگ

تحریریه‌ی بیگ بنگ

وب سایت بیگ بنگ یک سایت علمی، تحقیقاتی میباشد که توسط تعدادی از علاقمندان به علم و دانش اداره می شود. این سایت از اواخر سال 1390 تاکنون به فعالیت خود در این حوزه ادامه داده است.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۱۱ پاسخ‌ها

  1. پوریا گفت:

    با سپاس از مطلبهای خوبتون
    یک درخواست داشتم اگر امکانش هست در اینجور مقاله ها از روابط ریاضی بیشتری استفاده کنید

  2. رضا گفت:

    با سلام و خسته نباشید .با اینکه از بیشتر مقاله هایی که اینجا میزارید سر در نمیارم تنها کاری که به نظرم میرسه انه که همیشه امتیاز ۵ رو بهتون بدم .خداوند یار و یاورتان عزیزان همیشه جوان .

  3. امین گفت:

    عالی عااااالی…واقعا مچکرم از مطالب فوق العاده زیباتون..بسیار عالی..

  4. Alireza A گفت:

    آقا رضا بزارید براتون خلاصه توضیح بدم.نمیشه به سرعت نور رسید.دلیلش هم اینه که بر اساس قانون نسبیت انیشتین،شیئی که سرعتش بره بالا ،جرمش میره بالا و هرقدر که جرمش بره بالا،باعث میشه تا زمان کندتر بشه تا حدفاصل سرعت نور شکسته نشه و اکه هم برسه زمان متوقف میشه.
    باتشکر

  5. محمد حقگو گفت:

    ببخشید اساتید محترم, من یک مبتدی هستم. دربرنامه مهبانگ دکتر نیری در پاسخ به سوالی فرمودند درنسبیت خاص با افزایش سرعت جسم جرم آن زیاد نمیشه کما اینکه درسرن پروتون رابه سرعتی نزدیک سرعت نوررساندند ولی جرمش اضافه نشد اگر ممکن است لطفا راهنمایی بفرمایند. تشکر

  6. دلربا گفت:

    من چیزی نفهمیدم؟بالاخره میشه به سرعت نور حرکت کرد؟

  7. دلربا گفت:

    بالاخره میشه به سرعت نور حرکت کرد؟

    • امجی گفت:

      اگه خودت فکرشو بکنی جواب نه است !
      دلیل : فکر کن تو یه جاده مستقیم بدون ترافیک با بیشترین سرعت ممکن در زمین مثلا ۵۰۰ کیلومتر در ساعت حرکت کنی آیا مغز و بدنت میتونه این سرعت رو برات پردازش کنه و هنگ نکنه ؟؟ اولین حالت تهوع شدید بعد بجز دیدن طیف های نوری بخاطر سرعت بالا چیزه دیگه ای چشم هات نمیبینه و در نهایت کمبود رسیدن اکسیژن به شش ها بازم بخاطر سرعت و در نهایت یی هوش شدن و شاید مرگ . این اتفاق با سرعت ۵۰۰ کیلومتر رو زمین می افته حال با سرعت ۲۹۹٬۷۹۲٬۴۵۸ متر بر ثانیه بخوای در ماشین فضاییت حرکت کنی به نظر من باید از هم پاشیده بشه و به انرژی تبدیل به شه هم فضانورد و هم ماشین فضاییش دوست من .

  8. keyhan گفت:

    من یک سوال دارم فرض میکنیم مثلا کسی با سرعت نزدیک نور حرکت میکنه و خودش متوجه هیچ تغیری نه در زمان نه در جرم نه در طول میشه او نیز می‌تواند ادعا کند که ساکن است (چون تمام حرکات نسبی هستند) و بنابراین از هر گونه تغییری که در جرمش روی می‌دهد آگاهی ندارد. پس الان جه چیزی سبب میشه که اون رو در نظر خودش از رسیدن به سرعت نور باز داره؟

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *