دنیای اینشتین – بخش پنجم

3
743

بیگ بنگ: نسبيت عام : در سال 1907 انيشتين 28 ساله با مرور نسبيت خاص متوجه محدوديت اين نظريه مي شود. نسبيت خاص فقط با دنيايي سرو كار دارد كه در آن همه چيز با سرعت يكنواخت در حركت است. اما دنياي واقعي اينگونه نيست. شتاب، اين پارامتري است كه هميشه و همه جا ديده مي شود اما در نسبيت خاص وجود ندارد. يك نيروي فراگير جهاني نيز به نام جاذبه جايي در نسبيت خاص ندارد.

Albert Einsteinاينشتين كار خود را براي فراگير كردن نسبيت خود با استفاده از اين دو پارامتر آغاز كرد. او از آزمايشهاي ذهني خود بهره مي برد و اين بار زماني كه در دفتر كار خود بود، سقوط فردي را از ساختمان روبروي پنجره دفترش تصور كرد و … احتمالا شادي اين لحظه برابر يا حتي بيشتر از مشاهده توقف ساعت بالاي برج در سرعت نور بود! شخص در حال سقوط وزن خود را احساس نمي كند! براي تصور بهتر آسانسوري را در نظر بگيريد كه ناگهان كابل آن پاره مي شود. در حاليكه آسانسور سقوط مي كند، براي شخص درون آن، نيروي وزن و يا نيروي جاذبه ناپديد مي شود! چگونه است كه نيروي جاذبه كره زمين به همين سادگي از بين مي رود؟ اينشتين به گرانش نيوتن مشكوك بود و مشكوك تر شد. اكنون بياييد با همان آسانسور به يك فضاي تهي و خالي از هر نوع نيروي گرانش برويم. اگر آسانسور با شتاب 8.9 متر بر مجذور ثانيه به سمت بالا حركت كند، شما درون آسانسور چه احساسي مي كنيد؟ نيروي گرانش زمين!

اينشتين متوجه شد كه تفاوتي ميان گرانش و شتاب وجود ندارد! اين سيب نيست كه به سمت زمين سقوط مي كند، بلكه زمين است كه به سمت سيب شتاب مي گيرد. لحظه هيجان انگيزي است، اما پرسش آزار دهنده اي پيش مي آيد: مگر كره زمين در سرتاسر اطراف خود در حال شتاب است كه ما چنين نيروي گرانشي را حس مي كنيم؟ يعني زمين مي بايست با شتاب8.9 متر بر مجذور ثانيه در تمام جهات منبسط شود، البته كه اينطور نيست. پس اشكال كار در كجاست؟! نبوغ اينشتين راه حل اين معماي عجيب را يافت! نيازي به انبساط زمين نيست.  اطراف زمين منحني است!

10اين جاست كه نقش تخيلات و تحليل هاي علمي- فلسفي روشن مي شود. اينشتين دريافت كه اجرام باعث انحناي فضا – زمان اطراف خود مي شوند. بنابراين به دنبال رياضيات اين ايده رفت. ريمان چنين هندسه اي را براي فضاي سه بعدي طراحي كرده بود، اما انيشتين تصميم گرفت آن را براي فضا – زمان چهار بعدي گسترش دهد. البته چون يك رياضيدان خيلي قوي نبود، طبعا در اين راه با مشكلات زيادي دست و پنجه نرم كرد، اما در نهايت چند روز پس از يك رياضيدان مشهور به نام ديويد هيلبرت به طور مستقل به نتيجه رسيد.

به نظرم تخيلات و تحليلهاي فلسفي اينشتين كه ظاهرا بي تاثير از انديشه هاي ارنست ماخ نبوده، در به ثمر رسيدن نسبيت نقش مهمي داشته است. اگر فقط رياضي و فيزيك بود، از او قويتر نيز بودند! در عين حال ايده هاي فلسفي اينشتين، وي را از كوانتوم بيزار مي كرد. البته او بخش علمي كوانتوم را مي پذيرفت. شايد اينطور برداشت شود كه پس ايده هاي فلسفي مي تواند سد راه پذيرش علوم شود. به نظرم براي كسي كه با علم و روشهاي علمي آشناست، اينگونه نيست. يك باور مطلق چه از جنس فلسفي يا ايدئولوژيكي آدمي را از پذيرش يك نظريه علمي باز مي دارد، در حاليكه ايده فلسفي مي تواند شما را نسبت به بنيان يك نظريه مشكوك كند. بدين منظور كه شما براي رسيدن يا يافتن يك نظريه عميق تر تلاش كنيد. چالشهاي انيشتين با كوانتوم، خود به خلق مسائل جالبي در كوانتوم شد كه بور و همكارانش آنها را حل مي كردند. شايد در آينده دانشمند بزرگ ديگري به خاطر همين بيزاري فلسفي از مفاهيم كوانتوم راه را براي يك نظريه عميق تر باز كند!

در نظريه نيوتن ، نيرو عاملي است كه موجب شتاب مي شود. شتاب از تغيير سرعت پديد مي آيد. مثلا اگر چه مقدار سرعت چرخش ماه به دور زمين يكسان است، اما چون دائما جهت آن تغيير مي كند، يعني پيوسته شتاب مي گيرد. نيروي اين شتاب ، گرانش زمين است، اما در فيزيك نيوتني چگونه معلوم مي شود كه جهت حركت ماه در حال تغيير است؟ اگر ما يك چشم غول آسا داشتيم، مي ديديم كه ماه به دور زمين يك حركت تقريبا دايره اي را طي مي كند. اين مدار اصلا يك خط مستقيم يا كوتاهترين خط نيست. سند آن چيست؟ هندسه اقليدسي! اين هندسه با احساسات ما به شدت عجين شده است.آدمي بر روي زمين محدود با اين هندسه مانوس است و به همين دليل آن را به خوبي تصور مي كند. اين بزرگترين سد براي جهش به نسبيت عام است!


در نسبيت عام خبري از هندسه اقليدسي نيست! نه تنها از هندسه منحني ريماني استفاده مي شود، بلكه يك بعد زمان نيز به آن اضافه شده است. البته قابل تصور نيست. فقط بايد آن را فهميد! در اين هندسه به جاي خط مستقيم از خط ژئودزيك استفاده مي شود. خط ژئودزيك نيز كوتاهترين فاصله ميان دو نقطه است. چگونه؟ مثلا خطوط نصف النهاري كه قطب شمال را به جنوب وصل مي كند، همگي خطوط ژئودزيك بر روي سطح زمين هستند. اكنون شما با همان چشم غول آسا و استناد به هندسه اقليدسي از فضاي بيرون از زمين صرفا به اين خطوط بنگريد. همه آنها منحني هستند! با اين چشم غول آسا ، خط مستقيم، قطر زمين است كه قطبين را به همديگر متصل مي كند!

براي كره زمين مي توان خط مستقيم را با سوراخ كردن زمين تصور كرد، اما براي فضا چطور؟ اگر فضا – زمان منحني شود چطور؟ در اين حالت ناچاريد از همان خطوط ژئودزيك استفاده كنيد! شايد تصور كنيد كه با نور مي توان خط مستقيم را پيدا كرد، اما نكته اينجاست كه نور نيز خط ژئودزيك را مي پيمايد كه به استناد به هندسه اقليدسي يك خط منحني است! اين مهمترين نتيجه اي است كه انيشتين از نسبيت عام مي گيرد! اجرام، فضا – زمان اطراف خود را منحني مي كنند و نور نيز در اطراف اين اجرام خم مي شود! چرا اين نتيجه اينقدر مهم است؟ چون يكي از مهمترين نتايج قابل آزمايش نسبيت عام است. اكنون به اين عبارات توجه كنيد: فيزيك نيوتني: هنگام گردش ماه به دور زمين، حركت مستقيم آن پيوسته تغيير مي كند. يعني دائما شتاب مي گيرد. نيروي اين شتاب گرانش زمين است. نسبيت عام : به خاطر زمين، فضا – زمان اطراف آن منحني است و ماه يك خط ژئودزيك را در اين هندسه مي پيمايد. يعني كوتاهترين خط بين دو جايگاه! با اين تعريف نيازي به نيروي گرانش نيست!

اينشتين به گرانش مشكوك شد. او به خوبي متوجه شد كه هيچ تفاوتي ميان ميدان گرانشي با شتاب جاذبه g و قرار گرفتن در سفينه اي كه با شتاب g حركت مي كند وجود ندارد. در واقع تمام قوانين فيزيك براي هر دو حالت يكسان عمل مي كند. اين موضوع همان اصل هم ارزي در نسبيت عام است. اكنون فرض كنيد كه ما درون اتاقي با شتاب g به سمت بالا در حركت کنيم. ناگهان يك پرتو نوري از روزنه سمت راست اتاق به صورت موازي با كف وارد مي شود. چه اتفاقي مي افتد؟ در طول زماني كه نور عرض اتاق را طي مي كند، مجموعه به سمت بالا رفته است. نهايتا محل فرود نور در سمت مقابل پايين تر است. يعني نور يك خط منحني را طي كرده است. همين اتفاق در حوزه گرانشي خواهد افتاد. اين انحنا براي سيارات كمتر از آن است كه قابل اندازه گيري باشد، اما براي خورشيد شدني است. چگونه ؟

ادامه دارد »»»

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

  1. سلام
    ببینید اگر ماه خط ژئودزیک را میپیماید و نور هم این خطوط را طی می کند و نه خط مستقیم، نور نیز باید در خطی به دور کره زمین حرکت کند. که نمی کند!،این چجوری توجیح میشه

    • سلام
      خط ژئودزیک یک خط یکتا نیست
      وابسته به جرم ذره و پارامترهای دیگه داره
      خظ ژئودزیک ماه بصورت حلقه ای بدور زمین و خط ژئودزیک نور بصورت منحنی است که به زمین منتهی میشه
      در کل شرایط اولیه برای خط ژئودزیک اهمیت داره

  2. سلام خسته نباشید 8 سال پیش مستند 2 قسمتی از تولد تا مرگ و زندگی خصوصی علمی البرت اینشتین شبکه voa پخش کرد که واقعا جالب بود سال ساختش باید مال سال 2004 یا 2005 باشه می خواستم اگر برای شما امکانش هست بی زحمت این مستند پیدا کنید و برای دانلود بزارید ممنون میشم جواب بدید که این کار می کنید یا نه موفق باشید