سرعت نور و اصل نسبیت

بیگ بنگ: اینکه یک نفر انتظار داشته باشد بالاترین مرز سرعت در کیهان بی نهایت(که به صورت بزرگترین عدد قابل تصور معنی می شود) باشد منطقی به نظر می رسد. با وجود این، در جهان ما عدد نسبتا کم(نسبت به بی نهایت) ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه، که سرعت نور در خلا است، عملا بیشترین سرعت ممکن میباشد و در عمل هیچکس نمی تواند به سرعت یک پرتو نور برسد.

earth_to_sun_-_enبه گزارش بیگ بنگ، برای اولین بار در اواخر قرن نوزدهم این موضوع توجه آلبرت اینشتین ۱۶ ساله را جلب کرد. سرعت نور بارها به صورت نسبتا دقیق اندازه گیری شده بود، مثلا در سال ۱۶۷۵ ستاره شناس دانمارکی اوله رومر نشان داد که نور با سرعت محدودی(هر چند بسیار بزرگ) حرکت می کند. مشاهدات رومر از اقمار سیاره ی مشتری منجر به تخمین سرعت نور به اندازه ی تقریبی ۲۲۵۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه شد.

رومر با تلسکوپ سه متری رصدخانه ی سلطنتی پاریس به مشاهدۀ قمرهای مشتری پرداخت و مدت زمان عبور قمرها را از جلوی مشتری اندازه گیری کرد تا اینکه متوجه شد شش ماه از سال مدت زمان عبور آیو(نزدیک ترین قمر مشتری) هر قمر به اندازه ۳٫۵ دقیقه کاهش و در شش ماه بعد هر قمر به اندازه ۳٫۵ دقیقه افزایش می یابد. یعنی در هر شش ماه ۲۱ دقیقه مدت عبور تغییر می کند. از آنجایی که رومر تردید داشت سرعت قمر آیو متغیر باشد، این تغییرات را به تغییرات فاصله ی زمین از مشتری ربط داد و با دانستن اینکه قطر مدار زمین به دور خورشید ۳۰۰ میلیون کیلومتر است، سرعت نور را تعیین کرد.-مترجم. هر چند آزمایش های بعدی، به صورت دقیق تر نشان دادند که سرعت نور ۲۹۹,۷۹۲,۴۵۸ متر بر ثانیه است.

relativity_speed_of_lightدر سال ۱۸۶۸، معادلات جیمز کلرک ماکسول ریاضیدان و فیزیکدان اسکاتلندی، که بر پایه ی کارهای پیشتر آمپر، کولمب و فارادی ساخته شده بود نشان داد همه ی امواج الکترومغناطیس در خلا دقیقا با سرعتی برابر با سرعت نور حرکت می کنند چرا که نور خود موجی بود که در میدان های نامرئی الکتریکی و مغناطیسی تولید می شد. ماکسول به این نتیجه رسید که نور و سایر امواج الکترومغناطیسی باید با سرعت ثابت و معینی در محیط تایید نشده ای که وی آن را اتر میخواند حرکت کنند. آزمایش معروف مایکلسون – مورلی در سال ۱۸۸۷ در یک تلاش ناموفق برای اثبات اینکه نور در محیطی از جنس اتر حرکت می کند، به طرز غیر منتظره ای نشان داد که سرعت نور هم در جهت حرکت زمین و هم در جهت عمود بر حرکت زمین یکسان است. حداقل موضوع این است که از دیرباز می دانیم وقتی نور از محیطی وارد محیط دیگر می شود (مثلا از هوا به شیشه) سرعت آن متناسب با ضریب شکست محیط جدید تغییر می کند و این شکست نور اساس کار لنز هاست و این با وجود محیطی از جنس اتر متناقض است.

بنابراین چه منبع نور به سمت شما حرکت کند و چه هم جهت با شما حرکت کند سرعت نور یکسان و برابر با ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه اندازه گیری می شود، دقیقا مخالف نظر فیزیک کلاسیک و افکار معمول. این نبوغ اینشتین جوان بود که توانست توضیح دهد چرا سرعت نور ثابت است و به سرعت و جهت حرکت منبع و بیننده بستگی ندارد. در سال ۱۹۰۵، اینشتین ( و ریاضی دان فرانسوی هنری پوانکاره، که با نگاهی کاملا محاسباتی(از طریق معادلات ریاضی) در همان مقطع زمانی به نتایجی مشابه رسیده بود) پی برد که محیطی از جنس اتر که نور در آن حرکت کند کاملا غیر ضروری(اضافی) است، مشروط بر اینکه، همانطور که خواهیم دید، نظریه زمان مطلق را کنار بگذاریم.

همچنین اینشتین دریافت که معادلات ماکسول ظاهرا به پارادوکس یا ناسازگاری با قوانین فیزیک ختم می شوند، چرا که معادلات بیان می کنند اگر کسی بتواند به سرعت نور دست یابد می تواند امواج الکترومغناطیس را در حال سکون ببیند، چیزی که غیر ممکن شمرده می شود. بنابراین اینشتین فرض کرد، سرعت نور در جهان ما نقش سرعت بی نهایت را بازی می کند به طوریکه هیچ چیزی نمی تواند سریع تر از نور در کیهان حرکت کند. باید به این نکته اشاره شود که اینشتین ثابت بودن سرعت نور در همه ی چهارچوب های مرجع را هرگز عملا اثبات نکرد. بلکه او این را به عنوان فرض اساسی که باقی نظریه اش بر پایه ی آن بنا شده، پذیرفته بود. این فرض می تواند با آزمایش های عملی تایید شود ولی تا کنون در هیچ محاسبه ی نظری ای اثبات نشده است.

relativity_principleثابت بودن سرعت نور بعدها یکی از دو قسمت اصلی نظریه ی نسبیت خاص وی شد. قسمت اصلی دیگر “اصل نسبیت” یا “اصل تغییر ناپذیری  بود که اولین بار توسط گالیله در سال ۱۶۳۲ بیان شده بود. گالیله مطرح کرد قوانین مکانیکی فیزیک برای همه ی ناظرینی که همواره با سرعت ثابت روی خط راست حرکت می کنند یکسان است، بنابراین پژوهشگر صرفا با مشاهده ی نتایج آزمایش های مکانیکی حالت سرعت ثابت نمی تواند در مورد باقی حالات اظهار نظر کند.

گالیله برای تفهیم نظریه ی خود کشتی ای را که با سرعت ثابت و بدون تکان بر روی دریایی آرام حرکت می کرد را مثال زد و گفت ناظری که در اتاق تاریک(بدون پنجره) زیر عرشه ی کشتی است نمی تواند بفهمد کشتی در حال حرکت است یا ساکن. به عنوان مثال: توپی را در نظر بگیرید که درون هواپیمایی که با سرعت ۸۰۰ کیلومتر بر ساعت در ارتفاع ۱۲۰۰۰ متری از سطح زمین هم راستا با جهت حرکت هواپیما پرتاب می شود از توپی که در درون هواپیمایی ساکن بر روی سطح زمین پرتاب می شود قابل تمییز نیست. زمانی که اینشتین اصل نسبیت و ثابت بودن سرعت نور را با هم ترکیب کرد، به این نتیجه رسید که سرعت نور فارغ از سرعت منبع یا ناظر همواره ثابت است، به دیگر سخن هر کسی در کیهان فارغ از اینکه با چه سرعتی حرکت کند، سرعت نور را دقیقا برابر ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه اندازی گیری خواهد کرد.

ترجمه: محمد آقائی مقدم/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: physicsoftheuniverse.com

image_pdfimage_print
(24 نفر , میانگین : 4٫71 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=56998
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

۳ پاسخ‌ها

  1. حسین گفت:

    اصلن چرا اینیشتن گفت سرعت نور نهایت سرعتهاست؟
    به نظر من ما میتونیم با سرعتی بیشتر از سرعت نور حرکت کنیم. این آزمایش ذهنی رو در نظر بگیرید:
    فرض کنید سفینه ای بزرگ ساخته ایم که با سرعت ۱۰۰ متر بر ثانیه حرکت میکنه. حالا اگه داخل این سفینه سفینه کوچک تری باشه که با سرعت ۱۰۰ متر بر ثانیه در جهت حرکت سفینه بزرگ حرکت کنه، مسافران داخل سفینه کوچک تر با سرعتی برابر با ۲۰۰ متر بر ثانیه حرکت می کنند.
    حالا اگه ما ۳میلیون سفینه رو داخل هم بذاریم، آیا نمیتونیم به سرعت نور برسیم؟

  2. رضا گفت:

    جواب شما تو این معادلس برو مطالعه کن علم با ازمایش جلو میره نه با نظریه شخصی شما e=mc2وضمنا این سفینه ای که در نظر گرفتی که سه میلیون سفینه توش جا میگیره هر سفینه موقع حرکت خودش تو سفینه بزرگ زمانش از صفر شروع میشه و به قول خودت به ۱۰۰m در ثانیه میرسه که همون تاخیر زمان تو بلند شدنش اجازه بهش نمیده تا به سرعت دلخواه شما برسه فرمول e=mc2 یادت نره

پاسخ دهید

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