مشهورترین پارادوکس‌های تاریخ – قسمت سوم

پارادوکس‌های نسبیت – قسمت اول

اینکه بزرگترین انقلاب در فیزیک،‌ از زمان نیوتون تا به حال،‌ از جایی مثل اداره ثبت اختراعات آغاز شود، بسیار نامحتمل به نظر می‌رسد. ولی با این حال، کار در چنین موقعیتی از بعضی جهات مؤثر بود. اینشتین به سرعت به کارهای ثبتی انباشته‌شده روی میز رسیدگی می‌کرد. سپس روی صندلی می‌نشست و رویای دوران کودکی خود باز می‌گشت.

einstein_580x

او در دوران جوانی کتابی خوانده بود با نام ««کتاب عوام در علم طبیعی»» از ««آرون برنشتاین»». او بعدها در مورد کتاب چنین گفت:

««  کتابی که من با شوقی نفس‌گیر مطالعه کردم»».

برنشتاین از خواننده می‌خواست تصور کند که همراه الکتریسیته در طول سیم تلگراف حرکت می‌کند. زمانی که اینشتین ۱۶ ساله بود، سوال مشابهی را از خود پرسید. اگر بتوانید همراه نور حرکت کنید، این پرتو نوری چگونه به نظر خواهد رسید؟ بعد اینگونه پاسخ می‌دهد:

««  این مفهوم از پارادوکسی که من در سن ۱۶ سالگی با آن برخورد کردم، سرچشمه گرفت. اگر من پرتو نوری را با سرعت C (سرعت نور در خلاء) دنبال کنم، باید این پرتو نور را به عنوان یک میدان الکترومغناطیسی نوسانگر در فضا،‌ در حال سکون ببینم. به هر حال به نظر می‌آید، چه از نظر تجربی و چه بر اساس قوانین ماکسول،  چنین چیزی صحت ندارد.»»

einstein-1894_approx-young-sized

اینشتین به عنوان یک کودک اندیشید که اگر می‌توانست در کنار یک پرتو نوری حرکت کند، نور باید بی حرکت دیده شود،‌مثل یک موج ایستا. ولی هیچ‌کس تا کنون نور ایستا ندیده است، بنابراین می‌شود فهمید که یک جای کار ایراد دارد.

هنگام تغییر قرن، همه چیز در فیزیک بر دو ستون بزرگ استوار بود: نظریه‌ی مکانیک و گرانش نیوتون، و نظریه‌ی نور ماکسول.

در دهه‌ی ۱۸۶۰، فیزیک‌دان اسکاتلندی، جیمز کلارک ماکسول نشان داد که نور از میدان‌های نوسانگر الکتریکی و مغناطیسی تشکیل شده که به طور مداوم در حال تبدیل به یکدیگر هستند. اینشتین در کمال تعجب دریافت که این دو ستون با یکدیگر در تناقض هستند و یکی از آنها محکوم به فناست.

او با کنکاش در معادلات ماکسول، پاسخ معمایی را یافت که او را ده سال به خود مشغول کرده بود. اینشتین چیزی را یافت که خود ماکسول فراموش کرده بود. معادلات ماکسول نشان می‌دادند که نور با سرعتی ثابت حرکت می‌کند،‌بدون توجه به اینکه سرعت شما چقدر است. سرعت نور C در تمام چارچوب‌های لخت یکسان است (منظور چارچوب‌هایی هستند که با سرعت ثابت حرکت می‌کنند و شتاب ندارند). اگر شما ایستا باشید و یا در قطاری حرکت کنید یا روی دنباله‌داری پرسرعت نشسته باشید، در هر حالت پرتو نوری را خواهید دید که جلوی شما با همان سرعت نور در حرکت است. با هر سرعتی حرکت کنید،‌ هیچ‌گاه نمی‌توانید از نور سبقت بگیرید.

این مسئله، فوراً انبوهی از پارادوکس‌ها را ایجاد کرد. برای لحظه‌ای تصور کنید که فضانوردی سعی دارد به یک پرتو نور برسد. فضانورد در فضاپیمای خود شروع به حرکت می‌کند تا اینکه شانه به شانه پرتو نور قرار می‌گیرد. ناظری که بر روی زمین به این تعقیب فرضی می‌نگرد، خواهد گفت که فضانورد و پرتو نور در کنار هم حرکت می‌کنند. ولی فضانورد چیزی کاملاً  متفاوت خواهد گفت. او می‌گوید که پرتو نور با سرعت از او دور می‌شود، درست مشابه حالتی‌که فضاپیمای او ساکن است.

سوال پیش روی اینشتین این بود که چگونه دو نفر می‌توانند چنین دریافت متفاوتی از یک رخداد داشته باشند؟

در نظریه‌ی نیوتون،‌ فرد همواره می‌توانست به پرتوهای نور برسد، ولی در دنیای اینشتین این امر غیر ممکن بود. ناگهان اینشتین دریافت که ایرادی اساسی در بنیان‌های ابتدایی فیزیک وجود دارد. در بهار ۱۹۰۵ اینشتین نوشت:

«« توفانی در ذهن من به پا شد.»»

 سرانجام او ناگهان پاسخ را یافت. سرعت گذشت زمان متغیر است و به سرعت شما بستگی دارد. در واقع،‌ هرچه سریع‌تر حرکت کنید، زمان کندتر می‌گذرد. زمان، آن‌طور که نیوتون فکر می‌کرد، مطلق نیست. از نظر نیوتون، گذشت زمان در سراسر جهان یکنواخت است. یک ثانیه بر روی زمین با یک ثانیه بر روی مشتری یا مریخ برابر است. ساعت‌ها مطلقاً در سراسر جهان هم‌زمانند. اما از نظر اینشتین ساعت‌های مختلف در جهان ضرب‌آهنگ متفاوت دارند. اینشتین همچنین دریافت که اگر زمان بسته به سرعت شما تغییر می‌کند،  آنگاه کمیت‌های دیگری همچون طول و جرم و انرژی نیز باید تغییر کنند. او دریافت که با افزایش سرعت شما، طول‌ها در نظر شما منقبض می‌شوند (که گاهی انقباض لورنتس‌-فیتزجرالد نامیده می‌شود). به طور مشابه هرچه سریع‌تر حرکت کنید، جرم شما نیز بیشتر می‌شود. (در حقیقت با نزدیک‌ شدن شما به سرعت نور،‌ زمان تا توقف کامل کند می‌شود، طول‌ها تا هیچ منقبض می‌شوند و جرم شما بی‌نهایت خواهد شد، که همه‌ی آنها نامعقول هستند. به همین دلیل است که شما هیچ‌ وقت نخواهید توانست به سرعت نور که حد نهایی سرعت در عالم است،‌ دست یابید).

652998_XZnsfv4J

همان‌طور که یافته‌های نیوتون، فیزیک زمین و آسمان‌ها را یکپارچه کرد، اینشتین نیز زمان را بافضا یکپارچه کرد. به علاوه نشان داد که جرم و انرژی معادل‌اند و بنابراین می‌توانند به یکدیگر تبدیل شوند. اگر جرم شی‌ء با افزایش سرعت زیاد شود، پس انرژی جنبشی به جرم تبدیل می‌شود. عکس این ماجرا نیز درست است. جرم نیز می‌تواند به انرژی تبدیل شود. آینشتین رابطه‌ی دقیق تبدیل جرم به انرژی را به صورت E=mc^2  محاسبه کرد. به این ترتیب منبع انرژی مخفی ستارگان آشکار شد. تبدیل ماده به انرژی طبق همین فرمول باعث درخشندگی جهان شده است. معمای ستارگان با این عبارت ساده توجیه می‌شود که سرعت نور در تمام چارچوب‌های لخت یکسان است.

ادامه دارد …

منبع: کتاب جهان‌های موازی، نوشته‌ی میچیو کاکو

image_pdfimage_print
(14 نفر , میانگین : 4٫93 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=2329
اسماعیل جوکار

اسماعیل جوکار

نویسنده این مطلب: اسماعیل جوکار، دانشجوی مقطع کارشناسی فیزیک، علاقمند به فیزیک، نجوم و کیهان شناسی می باشد و به عنوان نویسنده در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۲ پاسخ‌ها

  1. زهرا گفت:

    sسپاس سپاس سپاس

  2. مجید گفت:

    فکر می کنم این قسمت از نوشته اشکال داره:” برای لحظه‌ای تصور کنید که فضانوردی سعی دارد به یک پرتو نور برسد. فضانورد در فضاپیمای خود شروع به حرکت می‌کند تا اینکه شانه به شانه پرتو نور قرار می‌گیرد. ناظری که بر روی زمین به این تعقیب فرضی می‌نگرد، خواهد گفت که فضانورد و پرتو نور در کنار هم حرکت می‌کنند. ولی فضانورد چیزی کاملاً متفاوت خواهد گفت. او می‌گوید که پرتو نور با سرعت از او دور می‌شود، درست مشابه حالتی‌که فضاپیمای او ساکن است.”
    وقتی بر فرض محال، به سرعت نور برسه، کسانی که روی زمین ثابت هستند اونو ثابت می بینن، نه اینکه هم اندازه نور سرعت داشته باشه

پاسخ دهید

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