دنیای اینشتین – بخش ششم

بیگ بنگ: کافی است مسیر نور یک ستاره را که از کنار خورشید می گذرد و به زمین می رسد، رصد کنیم. اگر نور ستاره منحرف شود، مکان آن نسبت به زمانی که نور آن از کنار خورشید نمی گذرد و با تغییر مکان زمین قابل رصد است، تفاوت نشان می دهد.

Albert-Einsteinفقط مشکلی وجود دارد. رصد نور یک ستاره که از کنار این خورشید پر نور می گذرد، مانند تشخیص نور یک کرم شب تاب است که بر روی یک نور افکن بسیار پر نور نشسته است! اما هر مشکلی راه حلی دارد! کسوف یا خورشید گرفتگی! در این زمان نور خورشید به اندازه ای کم می شود که بتوان با ابزار پیشرفته ، ستاره های مربوطه را رصد کرد. در یک کتاب، همچون ویدئوی زیر گفته می شود که ستاره شناسان در زمان کسوف، مکان ستاره ها را رصد کردند و متوجه شدند که انحراف نور ستاره ها با آنچه در نسبیت عام پیش بینی شده بود، همخوانی داشت و این بزرگترین پیروزی برای انیشتین بود. در پس همین جمله ساده داستانی طولانی نهفته است!

زیرنویس فارسی دارددانلود ویدئو

اینشتین به ستاره شناسان معروفی نامه نوشت و از آنها درخواست چنین آزمایشی را نمود، اما پاسخ دلگرم کننده ای دریافت نکرد. ایشان مشغول پروژه های خویش بودند! سرانجام یک ستاره شناس جوان و گمنام از برلین، اما ماجراجو به نام اروین فینلی فرندلیچ اینکار را به عهده می گیرد. رئیس وی بودجه این آزمایش را تصویب نمی کند، بنابراین وی با کمپل آمریکایی به توافق می رسد. به دنبال اولین کسوف، او و کمپل در ۱۹۱۴ راهی کریمه در خاک روسیه می شوند. اما در همین زمان جنگ جهانی اول اتفاق می افتد! تیم فرندلیچ توسط افسران روسی به عنوان جاسوس بازداشت می شوند. کمپل آزاد می شود، اما اونیز به خاطر هوای ابری موفق به عکسبرداری نمی شود و با جا گذاشتن تجهیزاتش باز می گردد. پروژه کاملا شکست می خورد!

این بدشانسی در آینده به خوش شانسی اینشتین بدل شد، محاسبات اولیه او در مورد میزان انحراف نور اشتباه بود. اشتباهی که می توانست نسبیت عام را برای مدتها با خطر روبرو کند. در خلال جنگ جهانی اول او تصمیم به اصلاح محاسباتش کرد، اما ریاضیات نظریه او هنوز با مشکل مواجه بود. وی در ۱۹۱۵ تئوریش را در آکادمی پروسیان ارائه داد. جایی که یک ریاضیدان قوی به نام دیوید هیلبرت به دقت به سخنان اینشتین گوش می داد. از این لحظه به بعد رقابتی بین اینشتین و هیلبرت جهت حل معادلات نسبیت درگرفت! مشکل ده ساله اینشتین در بخش ریاضی در عرض چند هفته به دست هیلبرت رفع شد، اما اینشتین نیز چند روز بعد به طور مستقل و پس از چندین سعی و خطا به نتیجه رسید. چون هیلبرت یک دانشمند فهیم و با اعتماد به نفس بود، تمامی کار را مربوط به اینشتین دانست و حتی بدون بحث در مورد تقدم زمانی این دستاورد،کاملا کنار کشید!

13اینشتین در همان چند روز پایانی به راه حلی روی آورد که ۳ سال قبل آن را به کلی کنار گذاشته بود. این راه حل به یکی از بزرگترین اسرار منجمان در مورد رفتار عجیب سیاره عطارد پاسخ می داد. این سیاره که نزدیکترین به خورشید است از قوانین نیوتن انحراف نشان می دهد. مدار آن یک بیضی بسته همچون دیگر سیارات و طبق پیش بینی نیوتن نیست! این مدار، بسته نشده و همچون گلبرگ به دور خود می چرخد( این رفتار با دقت اندازه گیری امروزه برای سیاره ناهید نیز کشف شده است). معادلات نسبیت عام او رفتار عطارد را پیش بینی می کرد. احتمالا این لحظه، سومین هیجان شدید علمی او بوده است!

اینگونه بود که اینشتین در نسبیت عام به این نتیجه رسید که جرم و انرژی چگونه فضا – زمان را شکل می دهد و آنگاه فضا – زمان چگونه به ماده و انرژی مسیر حرکت می دهد! در ۱۹۱۶ اینشتین به معادلات و محاسبات خود اطمینان داشت، اما می دانست که آزمایش قطعی توسط ستاره شناسان و اندازه گیری خمش نور بدست می آید. محاسبات کنونی او در مورد میزان خمش نور اصلاح شده و این مقدار دو برابر پیش بینی فیزیک نیوتنی بود. او می بایست باز هم صبر کند. کسوف بعدی در ۱۹۱۸ و در واشنگتن رخ داد و این بار کمپل موفق به عکس برداری شد. نتایج، انحرافی برای موقعیت ستاره ها نشان نداد، اما کمپل نسبت به تجهیزات خود اطمینان کاملی نداشت و لذا در مورد انتشار نتایج تردید داشت.

1112

آرتور استنلی ادینگتون رئیس رصد خانه کمبریج برای سومین بار نامزد عکاسی در کسوف ۱۹۱۹ در آفریقا می شود. او به سختی موفق به عکس برداری می شود و باز می گردد. در همین زمان کمپل به لندن می رود و نتایج را در انجمن ستاره شناسی سلطنتی به اطلاع دیگر ستاره شناسان می رساند. اینشتین اشتباه کرده است، اما ادینگتون با کمی تردید نظری خلاف آن را اظهار داشت! چهار ماه بعد ادینگتون با اطمینان پیش بینی انیشتین را تایید می کند. از این زمان بود که اینشتین در دنیا معروف شد! با این حال هنوز شک و تردیدهایی وجود داشت و ستاره شناسان به انتظار کسوف بعدی در ۱۹۲۲ در استرالیا نشسته بودند. این بار هفت تیم از کشورهای مختلف اعزام شدند که در بین آنها کمپل و فرندلیچ نیز حضور داشتند! سرانجام پیش بینی نسبیت برای چندین ستاره موفق از آب در آمد.

در نسبیت عام از هندسه چهار بعدی شامل سه بعد فضایی و یک بعد زمانی استفاده می شود. زمان، مستقل از فضا نیست و نمی توان برای تعیین یک وضعیت فقط از سه بعد طولی استفاده کرد. بنابراین جایگزینی فضا – زمان به جای فضا و زمان ضروری است. به همین ترتیب فاصله میان نقاط کنارگذاشته شده و به جای آن از فاصله میان دو جایگاه (مکان – زمان) استفاده می شود. در واقع خطوط ژئودزیک (زمین پیمایشی) که مستقیم ترین و کوتاهترین خطوط در طبیعت هستند، جایگزین خطوط مستقیم در هندسه اقلیدسی می شوند. با این تفسیر اگر چه مسیر یک پرتو نوری و یک ستاره دنباله دار هنگام عبور از دستگاه خورشیدی یکسان نیست، اما هر دو در حال پیمایش خطوط ژئودزیک می باشند، یعنی مستقیم ترین خطوطی که ویژگیهای مجاور برای فضا – زمان می سازد! بدین ترتیب شتابی وجود ندارد که به نیروی گرانش مربوط شود.

به عنوان مثال یک مسیر ژئودزیک را در نظر بگیرید که مستقیما به سمت قطب جنوب سطح یک کره شیشه ای رسیده و سپس بر روی سطح این کره تا قطب شمال پیش می رود و پس از آن مستقیم دور می شود. اگر جسمی این مسیر را با حرکت یکنواخت بپیماید، نیرویی احساس نمی شود. اکنون فرض کنید شما سایه این جسم را بر روی صفحه ای به موازات آن مسیر و دقیقا پشت مسیر حرکت جسم بر روی کره دنبال می کنید. چه نوع حرکتی را می بینید؟ تا زمانیکه جسم به قطب جنوبی کره می رسد، سایه جسم نیز دارای حرکت یکنواخت است، اما سرعت آن در زمان پیمایش سطح کره کند می شود. اینجاست که پای شتاب و نیروی گرانش به میان می آید! ظاهرا فیزیک نیوتنی به سایه ای سه بعدی از اتفاقات ۴ بعدی در نسبیت عام می نگرد!

نتایج مهم نسبیت عام :

طبق پیش بینی این نظریه، در میدان گرانشی، زمان کندتر می شود و هر چه میدان گرانشی قویتر باشد، بر کندی زمان افزوده می شود. بنابراین زمان بر روی زمین کندتر از یک فضای خالی می گذرد. حتی بروی زمین نیز هر چه به سطح زمین نزدیک تر شوید، زمان کندتر می شود. این اختلاف زمانی حتی در حد چند طبقه با ساعتهای اتمی ثابت شده است! پیش بینی می شود که در حوزه گرانشی یک سیاهچاله، زمان متوقف می شود! در همین ارتباط پیش بینی می شود که طول موج نور هنگام فرار از میدان گرانشی افزایش می یابد. برای نور مرئی به معنای گرایش به سمت نور قرمز است.

همانطور که قبلا گفته شد، نسبیت عام مسیر عجیب گردش سیاره عطارد را به دور خورشید درست پیش بینی می کند. این مدار یک بیضی بسته نیست و در هر قرن حدود ۴۲ ثانیه انحراف مسیر دارد. این انحراف از چشم ستاره شناسان دور نمانده بود و یکی از چالشهای گرانش نیوتن محسوب می شد. برای سیاره ناهید نیز چنین انحرافی پیش بینی می شود که بسیار کمتر است، اما ثابت شده است. حتما به یاد دارید که در فیزیک نیوتنی، جرم اینرسی و گرانشی تصادفا یکی از آب در آمد. این تصادف خوشایند به این پیش بینی می انجامد که تمام اجسام مثلا در حوزه گرانشی زمین با شتاب یکسانی سقوط می کنند. در نسبیت عام این یک تصادف نیست، بلکه طبق اصول نظریه این اتفاق می افتد! چرا که طبق اصل هم ارزی تفاوتی با سقوط شتابدار اجسام به سطح زمین یا شتاب زمین به سمت اجسام وجود ندارد.

Sheldon Glashow with Abdus Salam and Steven Weinbergنسبیت عام در کیهان شناسی نیز موفق عمل کرده است. اگر چه اینشتین با دستکاری معادلاتش سعی کرد به یک جهان ایستا و ساکن که باور آن زمان بود، برسد، اما دانشمندان دیگر با استناد به همین نظریه پایه گذار بیگ بنگ شدند. اگر چه پل دیراک با تلفیق خلاقانه نسبیت خاص با کوانتوم موفق به پیش بینی پوزیترون شد، اما نسبیت عام با کوانتوم چه از لحاظ ابعاد و چه از نظر نوع نیروها خیلی از همدیگر دورند. اینشتین برای وحدت دو نیروی شناخته شده آن زمان، یعنی گرانش و الکترو مغناطیس تلاش زیادی کرد. پس از آن دو نیروی دیگر، یعنی هسته ای قوی و ضعیف شناخته شدند و به لطف تلاشهای عبدالسلام، واینبرگ و گلاشو با الکترومغناطیس به وحدت رسیدند، اما در مورد گرانش، این ضعیف ترین نیروی جهان کار مشکلی پیش روست. امروزه برخی از فیزیکدانان باور دارند که پاسخگوی این وضعیت ، نظریه ریسمان خواهد بود.
بی تردید اینشتین تنها دانشمندی در طول تاریخ تمدن بشری است که صرفا با تخیلات ذهنی خود و صرفا با اتکا به قلم و کاغذ توانسته است چنین انقلابی را در علم رقم بزند. او به همراه همین قلم و کاغذهایش که برای وحدت نیروها دست و پنجه نرم می کردند، در سن ۷۶ سالگی بر روی تخت بیمارستان با این دنیا وداع کرد.

پایان

نویسنده : احمد مصدر / سایت علمی بیگ بنگ
منابع :
• نظریه نسبیت اینشتین، ماکس بورن – ترجمه هوشنگ گرمان
• نسبیت و مفهوم نسبیت، آلبرت اینشتین – ترجمه محمد رضا خواجه پور
• آشنایی با نسبیت خاص، رابرت رزنیک، ترجمه جعفر گودرزی
• نسبیت برای همگان ، مارتین گاردنر، ترجمه محمود مصاحب

image_pdfimage_print
(10 نفر , میانگین : 5٫00 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=24272
احمد مصدر

احمد مصدر

نویسنده این مطلب : احمد مصدر ، فوق ليسانس شيمي. علاقمند به علوم مختلف از جمله فيزيك و فلسفه علم می باشد و به عنوان نویسنده در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۳ پاسخ‌ها

  1. Amin Seyedzadeh گفت:

    هر شیش تاشو خوندم دستتون درد نکنه

  2. امین دولتشاهی گفت:

    عالی بود احمد جان…قربون دستت ..سپاسگذار از لطف همه دوستان گرامی

  3. ahmadi گفت:

    بسیار عالی بودند
    منتظر مطالب جذاب بعدی شما هستیم

پاسخ دهید

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