نسبیت و جهان بدون اتر – قسمت اول

اصل نسبیت از دیدگاه گالیله و اینشتین

قسمت اول

گالیله در مورد نسبیت گفته است:
« فرض کنید شما و یک دوست بدون صحبت با یکدیگر در کابین اصلی زیر عرشه‌ی کشتی نشسته‌اید. در آن‌جا تعدادی مگس، تعدادی پروانه و تعدادی دیگر جانوران کوچک از این گونه وجود دارند. یک ظرف بزرگ پر از آب که در آن تعدادی ماهی وجود دارد، در نظر بگیرید و یک بطری که قطره‌قطره آب از داخل آن به درون یک بشقاب پهن می‌چکد،‌ در بالای آن آویزان کنید.
در وضعیتی که کشتی ساکن و بدون حرکت است، اگر به دقت مشاهده کنید می‌بینید که همه‌ی این جانوران با سرعت یکسان در اطراف درون کابین در پروازند. ماهی‌ها بدون توجه به هرچیز دیگری، به سوی همه‌ی جهات در داخل ظرف در حرکت‌اند و نیز مشاهده‌ می‌کنید که چگونه قطرات آب به طور ثابت به داخل ظرف می‌چکد. در پرتاب یک چیز از طرف شما به طرف دوستتان، یک نیروی یکسان از هر جهتی که پرتاب انجام گیرد، لازم است. بدین‌ لحاظ که فاصله‌های بین شما و دوستتان از هر نقطه برابر است. اگر هر دو بخواهید در جهات مختلف این طرف و آن طرف پریده، مسافت‌های مساوی را در هر جهت می‌پیمایید.
پس از مشاهده دقیق این موارد، در نظر بگیرید که مثلاً کشتی با هر سرعتی که دوست می‌دارید، حرکت می‌کند. تا زمانی که حرکت یکنواخت می‌باشد و بدون تکان به این طرف و آن طرف، شما کمترین تغییری را در تمامی تأثیراتی که نام برده شد، مشاهده نخواهید کرد. همچنین از طرف هیچ‌کدام از آن‌ها هم نمی‌توانید بگویید که آیا کشتی در حال حرکت می‌باشد یا ساکن ایستاده است.
به بیان دیگر تا هنگامی که شما با سرعت ثابت در یک مسیر مستقیم در حرکت هستید، چیزی وجود ندارد که با انجام آن بتوانید سرعت حرکت خود را اندازه‌گیری کنید و یا اینکه در حقیقت بگویید آیا به طور کلی حرکت می‌کنید یا خیر.
شما هرگز نمی‌توانستید ».

اما سال‌ها بعد بدون اطلاع از این‌که مایکلسون و مورلی وجود اتر را انکار کنند، اینشتین از اصل نسبیت گالیله به عنوان زمینه‌ای برای اثبات این که آیا اتر وجود دارد یا خیر استفاده کرده بود. اینشتین اصل نسبیت را در یک مضمون در زمینه‌ی تجربی فکری تجسم کرد. تجربه‌ی ذهنی، تجزیه‌ و تحلیلی است که گفته می‌شود فقط در ذهن فیزیک‌دانان می‌گذرد، زیرا روند تجربه‌ی فکری در رابطه با روشی است که در جهان واقعی قابل دسترس و درک نیست. اگرچه تجربه‌ی فکری یک ساختار ذهنی کاملاً تئوری است، اما می‌تواند به درک عمیقی از یک دنیای واقعی بیانجامد.
در سال ۱۸۹۶، زمانی‌که اینشتین تنها ۱۶ سال داشت، در یک تجربه‌ی ذهنی، او با این سوال در ذهن خود روبه‌رو شد که با نگهداشتن یک آئینه در مقابل صورت خود، اگر می‌توانست با سرعت نور حرکت کند، چه اتفاقی پیش می‌آمد؟ آیا او می‌توانست عکس خود را در آن وضعیت در آئینه ببیند؟ با توجه به تئوری موجود در مورد اتر در جهان و این‌که اتر با سرعت نور یعنی ۳۰۰ هزار کیلومتر در ثانیه حرکت می‌کند، در تجربه‌ی ذهنی اینشتین، او خودش، چهره‌اش و آئینه‌ نیز از طریق ماده‌ی اتر و یا سرعت نور نسبت به اتر حرکت می‌کردند. در این حال نور سعی می‌کرد که صورت اینشتین را رها کرده و به سوی آئینه در دستش حرکت کند. اما درحقیقت چنین وضعیتی پیش نمی‌آمد، اما فرض کنید که چنین وضعیتی انجام می‌گرفت، یعن نور به آئینه می‌رسید. بنابراین نمی‌توانست منعکس گردد و در نتیجه اینشتین نمی‌توانست عکس خودش را ببیند.
این صحنه‌ی تخیلی برای اینشتین شگفتی‌آور بود. زیرا اصل نسبیت گالیله را رد می‌کرد. طبق آن اصل اگر کسی می‌توانست با سرعت نور حرکت کند، نمی‌بایست بتواند درک کند که آیا سریع‌ حرکت می‌کند، آهسته حرکت می‌کند، به طرف جلو در حرکت است یا به طرف عقب و یا اصولاً حرکتی انجام می‌گیرد یا خیر.
تجربه‌ی ذهنی اینشتین چنین بیان می‌داشت که او می‌تواند درک کند چه زمانی با سرعت نور حرکت می‌کند. زیرا در این حال، تجسم او از حرکت ناپدید می‌گشت.
شگفت‌انگیز این بود که در آن سن نوجوانی چنین تجربه‌ی ذهنی را که بر اساس وجود جهان پر از اتر بود، دنبال کرده بود که نتیجه‌ی آن قیاس متضاد بود یعنی نتیجه‌ی ضد و نقیض. این نتیجه بر خلاف اصل نسبیت گالیله بود. در تجربه‌ی ذهنی اینشتین آزمایش گالیله به تصور در می‌آمد، در آن صحنه ملوان می‌داند که آیا کسی با سرعت نور حرکت می‌کند یا نه. اما گالیله تأکید کرده بود که ملوان نباید بتواند بگوید آیا در واقع کشتی در حال حرکت است یا خیر.

ادامه دارد …

لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=260

(۳۴ نفر , میانگین : ۴,۱۲ از ۵)