اصل نسبيت از ديدگاه گاليله و اينشتين

قسمت اول

گاليله در مورد نسبيت گفته است:
« فرض كنيد شما و يك دوست بدون صحبت با يكديگر در كابين اصلي زير عرشه‌ي كشتي نشسته‌ايد. در آن‌جا تعدادي مگس، تعدادي پروانه و تعدادي ديگر جانوران كوچك از اين گونه وجود دارند. يك ظرف بزرگ پر از آب كه در آن تعدادي ماهي وجود دارد، در نظر بگيريد و يك بطري كه قطره‌قطره آب از داخل آن به درون يك بشقاب پهن مي‌چكد،‌ در بالاي آن آويزان كنيد.
در وضعيتي كه كشتي ساكن و بدون حركت است، اگر به دقت مشاهده كنيد مي‌بينيد كه همه‌ي اين جانوران با سرعت يكسان در اطراف درون كابين در پروازند. ماهي‌ها بدون توجه به هرچيز ديگري، به سوي همه‌ي جهات در داخل ظرف در حركت‌اند و نيز مشاهده‌ مي‌كنيد كه چگونه قطرات آب به طور ثابت به داخل ظرف مي‌چكد. در پرتاب يك چيز از طرف شما به طرف دوستتان، يك نيروي يكسان از هر جهتي كه پرتاب انجام گيرد، لازم است. بدين‌ لحاظ كه فاصله‌هاي بين شما و دوستتان از هر نقطه برابر است. اگر هر دو بخواهيد در جهات مختلف اين طرف و آن طرف پريده، مسافت‌هاي مساوي را در هر جهت مي‌پيماييد.
پس از مشاهده دقيق اين موارد، در نظر بگيريد كه مثلاً كشتي با هر سرعتي كه دوست مي‌داريد، حركت مي‌كند. تا زماني كه حركت يكنواخت مي‌باشد و بدون تكان به اين طرف و آن طرف، شما كمترين تغييري را در تمامي تأثيراتي كه نام برده شد، مشاهده نخواهيد كرد. همچنين از طرف هيچ‌كدام از آن‌ها هم نمي‌توانيد بگوييد كه آيا كشتي در حال حركت مي‌باشد يا ساكن ايستاده است.
به بيان ديگر تا هنگامي كه شما با سرعت ثابت در يك مسير مستقيم در حركت هستيد، چيزي وجود ندارد كه با انجام آن بتوانيد سرعت حركت خود را اندازه‌گيري كنيد و يا اينكه در حقيقت بگوييد آيا به طور كلي حركت مي‌كنيد يا خير.
شما هرگز نمي‌توانستيد ».

اما سال‌ها بعد بدون اطلاع از اين‌كه مايكلسون و مورلي وجود اتر را انكار كنند، اينشتين از اصل نسبيت گاليله به عنوان زمينه‌اي براي اثبات اين كه آيا اتر وجود دارد يا خير استفاده كرده بود. اينشتين اصل نسبيت را در يك مضمون در زمينه‌ي تجربي فكري تجسم كرد. تجربه‌ي ذهني، تجزيه‌ و تحليلي است كه گفته مي‌شود فقط در ذهن فيزيك‌دانان مي‌گذرد، زيرا روند تجربه‌ي فكري در رابطه با روشي است كه در جهان واقعي قابل دسترس و درك نيست. اگرچه تجربه‌ي فكري يك ساختار ذهني كاملاً تئوري است، اما مي‌تواند به درك عميقي از يك دنياي واقعي بيانجامد.
در سال 1896، زماني‌كه اينشتين تنها 16 سال داشت، در يك تجربه‌ي ذهني، او با اين سوال در ذهن خود روبه‌رو شد كه با نگهداشتن يك آئينه در مقابل صورت خود، اگر مي‌توانست با سرعت نور حركت كند، چه اتفاقي پيش مي‌آمد؟ آيا او مي‌توانست عكس خود را در آن وضعيت در آئينه ببيند؟ با توجه به تئوري موجود در مورد اتر در جهان و اين‌كه اتر با سرعت نور يعني 300 هزار كيلومتر در ثانيه حركت مي‌كند، در تجربه‌ي ذهني اينشتين، او خودش، چهره‌اش و آئينه‌ نيز از طريق ماده‌ي اتر و يا سرعت نور نسبت به اتر حركت مي‌كردند. در اين حال نور سعي مي‌كرد كه صورت اينشتين را رها كرده و به سوي آئينه در دستش حركت كند. اما درحقيقت چنين وضعيتي پيش نمي‌آمد، اما فرض كنيد كه چنين وضعيتي انجام مي‌گرفت، يعن نور به آئينه مي‌رسيد. بنابراين نمي‌توانست منعكس گردد و در نتيجه اينشتين نمي‌توانست عكس خودش را ببيند.
اين صحنه‌ي تخيلي براي اينشتين شگفتي‌آور بود. زيرا اصل نسبيت گاليله را رد مي‌كرد. طبق آن اصل اگر كسي مي‌توانست با سرعت نور حركت كند، نمي‌بايست بتواند درك كند كه آيا سريع‌ حركت مي‌كند، آهسته حركت مي‌كند، به طرف جلو در حركت است يا به طرف عقب و يا اصولاً حركتي انجام مي‌گيرد يا خير.
تجربه‌ي ذهني اينشتين چنين بيان مي‌داشت كه او مي‌تواند درك كند چه زماني با سرعت نور حركت مي‌كند. زيرا در اين حال، تجسم او از حركت ناپديد مي‌گشت.
شگفت‌انگيز اين بود كه در آن سن نوجواني چنين تجربه‌ي ذهني را كه بر اساس وجود جهان پر از اتر بود، دنبال كرده بود كه نتيجه‌ي آن قياس متضاد بود يعني نتيجه‌ي ضد و نقيض. اين نتيجه بر خلاف اصل نسبيت گاليله بود. در تجربه‌ي ذهني اينشتين آزمايش گاليله به تصور در مي‌آمد، در آن صحنه ملوان مي‌داند كه آيا كسي با سرعت نور حركت مي‌كند يا نه. اما گاليله تأكيد كرده بود كه ملوان نبايد بتواند بگويد آيا در واقع كشتي در حال حركت است يا خير.

ادامه دارد …