چه شواهدی برای نظریه نسبیت اینشتین داریم؟

بیگ بنگ: نظریه نسبیت مشهور آلبرت اینشتین در دنیای واقعی تاثیر داشته و در کسوف‌ها، کهکشان‌ها و حتی ساختار جهان اندازه‌گیری شده است. همه ما نظریه گرانش (GR) را می شناسیم و آن را دوست داریم. سال‌های متمادی طول کشید تا آلبرت اینشتین به چنین نظریۀ جامعی دست پیدا کند. با این دستاورد بزرگ، تحولی در دیدگاه انسان نسبت به جهان به وجود آمد.

albertبه گزارش بیگ بنگ، در چند جمله کوتاه می توان ماهیت کلی این نظریه را بیان کرد: «ماده و انرژی به فضا-زمان می گویند چگونه دچار خمش بشود و خمیدگی فضا-زمان در چگونگی حرکت ماده تاثیر می گذارد.» اما از منظر مکانیکی، دستکم به ۱۰ معادله برای توصیف این نظریه نیاز است؛ به طوری که هر کدام از معادله‌ها دشواری‌های خاص خود را داشته و به یکدیگر پیوند خورده‌اند. البته بعنوان افرادی که حس شکاکی خوبی دارند، نباید این پیچیدگی ریاضیاتی را در نگاه اول باور کرد؛ حتی اگر این دستاورد از سوی نابغه‌ای به نام اینشتین ارائه شده باشد. در حقیقت، ما به شواهد و قرائن احتیاج داریم؛ شواهدی خوب و مستدل.

از میان تمامی ویژگی‌های نظریه اینشتین، او به توانایی خود برای توضیح جزئیات مدار عطارد افتخار میکرد. این سیاره از مداری نسبتا بیضوی بهره می برد و به آهستگی به دور خورشید می گردد. به دیگر سخن، جایی که عطارد در آن قرار دارد، دورترین فاصله از خورشید است و با گذشت زمان این فاصله به آهستگی تغییر می یابد. اگر گرانش نیوتنی را در منظومه خورشید-عطارد اِعمال کنید، این تغییر با گذشت زمان دچار تغییر نمی شود؛ دیدگاه نیوتن ناقص است.

اگر تغییر جزئی گرانشی ناشی از سایر سیاره ها را لحاظ کنید، تقریبا کل حرکت تقدیمی(Precession) می تواند توضیح داده شود. تا اوایل دهه ۱۹۰۰ میلادی، این یک مسئله معروف در دینامیک منظومه شمسی به حساب می آمد، اما بحث و جدال زیادی را پدید نیاورد. اکثر محققان آن را به لیست چیزهای عجیب و غریبی اضافه کردند که نمی تواند نقش مهمی در توضیح کارکرد جهان داشته باشد. فرض بر این بود که شاید این نظریه بتواند روزی راه حلی پیدا کند، اما مورد اعتنا قرار نمی گرفت. اما اینشتین مثل دیگران نبود و باور داشت که سیاره عطارد می تواند سرنخی در اختیارش قرار بدهد. پس از سال‌ها تلاش‌ها، زمانی که توانست چارچوب نسبیت عام را تدوین کند و بطور دقیق پیچیدگی‌های اوربیتال عطارد را توضیح دهد، می دانست که سرانجام موفق به رمزگشایی از معمای گرانشی شده است.

قبل از اینکه اینشتین بخواهد کارهای پایانی نظریه گرانش را به انجام برساند، به دیدگاهی شگفت‌انگیز درباره ماهیت گرانش دست پیدا کرد. اگر در فضاپیمایی باشید که با «۱g» ثابت شتاب پیدا می کند، یعنی با شتابی مشابه با آنچه گرانش زمین پدید می آورد، همه چیز در آزمایشگاه‌تان رفتاری مشابه با آنچه در سطح زمین دیده می شود، نشان خواهند داشت. در این شرایط، اشیا به همان شیوه‌ای به زمین سقوط خواهند کرد که در سیاره زمین به روی سطح سقوط می کنند.

تناسب میان گرانش (چیزی که در زمین تجربه می شود) و شتاب (چیزی که در موشک تجربه می شود) باعث شد تا اینشتین به فکر گسترش نظریه‌اش بیفتد. اما نکته‌ای تعجب برانگیز در آن سناریو نهفته است. پرتوی نوری را تصور کنید که از پنجره سمت چپ فضاپیما به درون وارد می شود. همزمان که نور در جستجوی راهی برای خروج از فضاپیما است، در کجا قرار خواهد داشت؟ از نگاه یک ناظر بیرونی، جواب کاملا مشخص است. نور در یک خط کاملا مستقیم حرکت می کند، یعنی عمود با مسیر موشک. در طول زمانی که نور در حال وارد شدن بود، موشک به سمت جلو حرکت می کرد. پس نور از یکی از پنجره‌ها وارد موشک شده و در نزدیک قسمت پایین خارج خواهد شد. اما از درون فضاپیما، شرایط قدری عجیب به نظر می رسد. برای اینکه نور از پنجره‌ها وارد شده و از نزدیکی موتورها خارج گردد، مسیر پرتو باید دچار انحنا شود. در واقع، این دقیقا چیزی است که شما می بینید. چون گرانش دقیقا با شتاب یکسان است، نور باید مسیرهای خمیده در اطراف اشیای بزرگ را دنبال کند.

مشاهده این مورد به صورت آزمایشی کار دشواری است زیرا به مقدار زیادی جرم و نور نیاز دارید که در نزدیکی سطح گذر می کند تا به تاثیر محسوسی برسد. اما خورشید گرفتگی سال ۱۹۱۹ بهترین فرصت را به وجود آورد. بررسی‌های «سِر آرتور ادینگتون» جابجایی دقیق نور ستاره در دوردست را پیدا کرد که نظریه نوپای اینشتین آن را پیش‌بینی کرده بود. یکی دیگر از نتایج جالب به واسطه آزمایش‌های فکری خلاقانه در خصوص نسبیت عام بدست آمد.

سر آرتور ادینگتون در کنار آلبرت اینشتین

این نتیجه‌گیری بر اثر دوپلر تکیه دارد، اما در یک سناریوی ناآشنا به کار گرفته شده است. اگر چیزی در حال دور شدن از شماست، صدایی که تولید می کند، به صورت کشیده و ممتد به نظر خواهد آمد. در این حالت، فرکانس‌های پایین‌تری حاکم خواهد بود و از آن با عنوان اثر دوپلر یاد می شود. این امر درباره نور هم صدق می کند. خودرویی که از شما دور می شود، قدری قرمزتر از آن چیزی که در حالت ایستا بود، دیده می شود. نور قرمزتر به معنای پایین بودن فرکانس است. پلیس ها می توانند از این اثر منعت ببرند و رانندگانی را که با سرعت غیرمجاز حرکت می کنند، متوقف سازند. دفعه بعدی که به شما دستور توقف در کنار جاده داده می شود، این فرصت را خواهید داشت تا درباره ماهیت گرانش تامل کنید.

پس اگر حرکت باعث جابجایی طول موج نور شود، شتاب هم می تواند: نوری که از قسمت پایین به بالای یک موشکِ در حال شتاب حرکت می کند، انتقال به سرخ را تجربه خواهد کرد. بر اساس گرانش، هر آنچه برای شتاب اتفاق می افتد، برای گرانش هم اتفاق می افتد. درست است؛ نور منتشر شده از سطح زمین، در صورتی که روند صعود به بالا داشته باشد، با کاهش فرکانس روبرو خواهد شد. چند دهه طول کشید تا این پیش‌بینی مورد تایید قرار بگیرد، چرا که این اثر خیلی ناچیز است. اما در سال ۱۹۵۹، رابرت پائوند و گلن ربکا یک آزمایش را پیشنهاد، طراحی، ساخته و به اجرا در آوردند که این اجازه را به آنها داد تا انتقال به سرخ نور را در زمان حرکت آن به طبقات بالاتر آزمایشگاه جفرسون در دانشگاه هاروارد اندازه‌گیری نمایند. حتی با وجود تمامی این شواهد، همچنان سعی در آزمودن نظریه نسبیت عام داریم. هرگونه خلاء یا نقص در نظریه فوق‌العاده اینشتین می تواند زمینه‌سازِ ارائه نظریه جدید گرانش باشد.

ترجمه: منصور نقی لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: livescience.com

(11 نفر , میانگین : 4٫64 از 5)
لینک کوتاه مقاله : https://bigbangpage.com/?p=77726
منصور نقی لو

منصور نقی لو

کارشناسی مترجمی زبان انگلیسی. علاقمند به نجوم، کیهان شناسی، فرگشت، اکتساب زبان اول، یادگیری زبان دوم و بعنوان نویسنده علمی- نجومی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

یک پاسخ

  1. Galaxy گفت:

    عالی،بسیار روان و زیبا نوشته و ترجمه شده.شایسته تشکر هستید.

دیدگاهتان را بنویسید

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

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.