دنیای اینشتین – بخش ششم

3
643

بیگ بنگ: كافي است مسير نور يك ستاره را كه از كنار خورشيد مي گذرد و به زمين مي رسد، رصد كنيم. اگر نور ستاره منحرف شود، مكان آن نسبت به زماني كه نور آن از كنار خورشيد نمي گذرد و با تغيير مكان زمين قابل رصد است، تفاوت نشان مي دهد.

Albert-Einsteinفقط مشكلي وجود دارد. رصد نور يك ستاره كه از كنار اين خورشيد پر نور مي گذرد، مانند تشخيص نور يك كرم شب تاب است كه بر روي يك نور افكن بسيار پر نور نشسته است! اما هر مشكلي راه حلي دارد! كسوف يا خورشيد گرفتگي! در اين زمان نور خورشيد به اندازه اي كم مي شود كه بتوان با ابزار پيشرفته ، ستاره هاي مربوطه را رصد كرد. در يك كتاب، همچون ویدئوی زیر گفته مي شود كه ستاره شناسان در زمان كسوف، مكان ستاره ها را رصد كردند و متوجه شدند كه انحراف نور ستاره ها با آنچه در نسبيت عام پيش بيني شده بود، همخواني داشت و اين بزرگترين پيروزي براي انيشتين بود. در پس همين جمله ساده داستاني طولاني نهفته است!

زیرنویس فارسی دارددانلود ویدئو

اينشتين به ستاره شناسان معروفي نامه نوشت و از آنها درخواست چنين آزمايشي را نمود، اما پاسخ دلگرم كننده اي دريافت نكرد. ايشان مشغول پروژه هاي خويش بودند! سرانجام يك ستاره شناس جوان و گمنام از برلين، اما ماجراجو به نام اروين فينلي فرندليچ اينكار را به عهده مي گيرد. رئيس وي بودجه اين آزمايش را تصويب نمي كند، بنابراين وي با كمپل آمريكايي به توافق مي رسد. به دنبال اولين كسوف، او و كمپل در 1914 راهي كريمه در خاك روسيه مي شوند. اما در همين زمان جنگ جهاني اول اتفاق مي افتد! تيم فرندليچ توسط افسران روسي به عنوان جاسوس بازداشت مي شوند. كمپل آزاد مي شود، اما اونيز به خاطر هواي ابري موفق به عكسبرداري نمي شود و با جا گذاشتن تجهيزاتش باز مي گردد. پروژه كاملا شكست مي خورد!

اين بدشانسي در آينده به خوش شانسي اينشتين بدل شد، محاسبات اوليه او در مورد ميزان انحراف نور اشتباه بود. اشتباهي كه مي توانست نسبيت عام را براي مدتها با خطر روبرو كند. در خلال جنگ جهاني اول او تصميم به اصلاح محاسباتش كرد، اما رياضيات نظريه او هنوز با مشكل مواجه بود. وي در 1915 تئوريش را در آكادمي پروسيان ارائه داد. جايي كه يك رياضيدان قوي به نام ديويد هيلبرت به دقت به سخنان اينشتين گوش مي داد. از اين لحظه به بعد رقابتي بين اينشتين و هيلبرت جهت حل معادلات نسبيت درگرفت! مشكل ده ساله اينشتين در بخش رياضي در عرض چند هفته به دست هيلبرت رفع شد، اما اينشتين نيز چند روز بعد به طور مستقل و پس از چندين سعي و خطا به نتيجه رسيد. چون هيلبرت يك دانشمند فهيم و با اعتماد به نفس بود، تمامي كار را مربوط به اينشتين دانست و حتي بدون بحث در مورد تقدم زماني اين دستاورد،كاملا كنار كشيد!

13اينشتين در همان چند روز پاياني به راه حلي روي آورد كه 3 سال قبل آن را به كلي كنار گذاشته بود. اين راه حل به يكي از بزرگترين اسرار منجمان در مورد رفتار عجيب سياره عطارد پاسخ مي داد. اين سياره كه نزديكترين به خورشيد است از قوانين نيوتن انحراف نشان مي دهد. مدار آن يك بيضي بسته همچون ديگر سيارات و طبق پيش بيني نيوتن نيست! اين مدار، بسته نشده و همچون گلبرگ به دور خود مي چرخد( اين رفتار با دقت اندازه گيري امروزه براي سياره ناهید نيز كشف شده است). معادلات نسبيت عام او رفتار عطارد را پيش بيني مي كرد. احتمالا اين لحظه، سومين هيجان شديد علمي او بوده است!

اينگونه بود كه اينشتين در نسبيت عام به اين نتيجه رسيد كه جرم و انرژي چگونه فضا – زمان را شكل مي دهد و آنگاه فضا – زمان چگونه به ماده و انرژي مسير حركت مي دهد! در 1916 اينشتين به معادلات و محاسبات خود اطمينان داشت، اما مي دانست كه آزمايش قطعي توسط ستاره شناسان و اندازه گيري خمش نور بدست مي آيد. محاسبات كنوني او در مورد ميزان خمش نور اصلاح شده و اين مقدار دو برابر پيش بيني فيزيك نيوتني بود. او مي بايست باز هم صبر كند. كسوف بعدي در 1918 و در واشنگتن رخ داد و اين بار كمپل موفق به عكس برداري شد. نتايج، انحرافي براي موقعيت ستاره ها نشان نداد، اما كمپل نسبت به تجهيزات خود اطمينان كاملي نداشت و لذا در مورد انتشار نتايج ترديد داشت.

1112

آرتور استنلي ادينگتون رئيس رصد خانه كمبريج براي سومين بار نامزد عكاسي در كسوف 1919 در آفريقا مي شود. او به سختي موفق به عكس برداري مي شود و باز مي گردد. در همين زمان كمپل به لندن مي رود و نتايج را در انجمن ستاره شناسي سلطنتي به اطلاع ديگر ستاره شناسان مي رساند. اينشتين اشتباه كرده است، اما ادينگتون با كمي ترديد نظري خلاف آن را اظهار داشت! چهار ماه بعد ادينگتون با اطمينان پيش بيني انيشتين را تاييد مي كند. از اين زمان بود كه اينشتين در دنيا معروف شد! با اين حال هنوز شك و ترديدهايي وجود داشت و ستاره شناسان به انتظار كسوف بعدي در 1922 در استراليا نشسته بودند. اين بار هفت تيم از كشورهاي مختلف اعزام شدند كه در بين آنها كمپل و فرندليچ نيز حضور داشتند! سرانجام پيش بيني نسبيت براي چندين ستاره موفق از آب در آمد.

در نسبيت عام از هندسه چهار بعدي شامل سه بعد فضايي و يك بعد زماني استفاده مي شود. زمان، مستقل از فضا نيست و نمي توان براي تعيين يك وضعيت فقط از سه بعد طولي استفاده كرد. بنابراين جايگزيني فضا – زمان به جاي فضا و زمان ضروري است. به همين ترتيب فاصله ميان نقاط كنارگذاشته شده و به جاي آن از فاصله ميان دو جايگاه (مكان – زمان) استفاده مي شود. در واقع خطوط ژئودزيك (زمين پيمايشي) كه مستقيم ترين و كوتاهترين خطوط در طبيعت هستند، جايگزين خطوط مستقيم در هندسه اقليدسي مي شوند. با اين تفسير اگر چه مسير يك پرتو نوري و يك ستاره دنباله دار هنگام عبور از دستگاه خورشيدي يكسان نيست، اما هر دو در حال پيمايش خطوط ژئودزيك مي باشند، يعني مستقيم ترين خطوطي كه ويژگيهاي مجاور براي فضا – زمان مي سازد! بدين ترتيب شتابي وجود ندارد كه به نيروي گرانش مربوط شود.

به عنوان مثال يك مسير ژئودزيك را در نظر بگيريد كه مستقيما به سمت قطب جنوب سطح يك كره شيشه اي رسيده و سپس بر روي سطح اين كره تا قطب شمال پيش مي رود و پس از آن مستقيم دور مي شود. اگر جسمي اين مسير را با حركت يكنواخت بپيمايد، نيرويي احساس نمي شود. اكنون فرض كنيد شما سايه اين جسم را بر روي صفحه اي به موازات آن مسير و دقيقا پشت مسير حركت جسم بر روي كره دنبال مي كنيد. چه نوع حركتي را مي بينيد؟ تا زمانيكه جسم به قطب جنوبي كره مي رسد، سايه جسم نيز داراي حركت يكنواخت است، اما سرعت آن در زمان پيمايش سطح كره كند مي شود. اينجاست كه پاي شتاب و نيروي گرانش به ميان مي آيد! ظاهرا فيزيك نيوتني به سايه اي سه بعدي از اتفاقات 4 بعدي در نسبيت عام مي نگرد!

نتايج مهم نسبيت عام :

طبق پيش بيني اين نظريه، در ميدان گرانشي، زمان كندتر مي شود و هر چه ميدان گرانشي قويتر باشد، بر كندي زمان افزوده مي شود. بنابراين زمان بر روي زمين كندتر از يك فضاي خالي مي گذرد. حتي بروي زمين نيز هر چه به سطح زمين نزديك تر شويد، زمان كندتر مي شود. اين اختلاف زماني حتي در حد چند طبقه با ساعتهاي اتمي ثابت شده است! پيش بيني مي شود كه در حوزه گرانشي يك سياهچاله، زمان متوقف مي شود! در همين ارتباط پيش بيني مي شود كه طول موج نور هنگام فرار از ميدان گرانشي افزايش مي يابد. براي نور مرئي به معناي گرايش به سمت نور قرمز است.

همانطور كه قبلا گفته شد، نسبيت عام مسير عجيب گردش سياره عطارد را به دور خورشيد درست پيش بيني مي كند. اين مدار يك بيضي بسته نيست و در هر قرن حدود 42 ثانيه انحراف مسير دارد. اين انحراف از چشم ستاره شناسان دور نمانده بود و يكي از چالشهاي گرانش نيوتن محسوب مي شد. براي سياره ناهید نيز چنين انحرافي پيش بيني مي شود كه بسيار كمتر است، اما ثابت شده است. حتما به ياد داريد كه در فيزيك نيوتني، جرم اينرسي و گرانشي تصادفا يكي از آب در آمد. اين تصادف خوشايند به اين پيش بيني مي انجامد كه تمام اجسام مثلا در حوزه گرانشي زمين با شتاب يكساني سقوط مي كنند. در نسبيت عام اين يك تصادف نيست، بلكه طبق اصول نظريه اين اتفاق مي افتد! چرا كه طبق اصل هم ارزي تفاوتي با سقوط شتابدار اجسام به سطح زمين يا شتاب زمين به سمت اجسام وجود ندارد.

Sheldon Glashow with Abdus Salam and Steven Weinbergنسبيت عام در كيهان شناسي نيز موفق عمل كرده است. اگر چه اينشتين با دستكاري معادلاتش سعي كرد به يك جهان ايستا و ساكن كه باور آن زمان بود، برسد، اما دانشمندان ديگر با استناد به همين نظريه پايه گذار بيگ بنگ شدند. اگر چه پل ديراك با تلفيق خلاقانه نسبيت خاص با كوانتوم موفق به پيش بيني پوزيترون شد، اما نسبيت عام با كوانتوم چه از لحاظ ابعاد و چه از نظر نوع نيروها خيلي از همديگر دورند. اينشتين براي وحدت دو نيروي شناخته شده آن زمان، يعني گرانش و الكترو مغناطيس تلاش زيادي كرد. پس از آن دو نيروي ديگر، يعني هسته اي قوي و ضعيف شناخته شدند و به لطف تلاشهاي عبدالسلام، واينبرگ و گلاشو با الكترومغناطيس به وحدت رسيدند، اما در مورد گرانش، اين ضعيف ترين نيروي جهان كار مشكلي پيش روست. امروزه برخي از فيزيكدانان باور دارند كه پاسخگوي اين وضعيت ، نظريه ريسمان خواهد بود.
بي ترديد اینشتين تنها دانشمندي در طول تاريخ تمدن بشري است كه صرفا با تخيلات ذهني خود و صرفا با اتكا به قلم و كاغذ توانسته است چنين انقلابي را در علم رقم بزند. او به همراه همين قلم و كاغذهايش كه براي وحدت نيروها دست و پنجه نرم مي كردند، در سن 76 سالگي بر روي تخت بيمارستان با اين دنيا وداع كرد.

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



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

3 دیدگاه‌ها