X
تبلیغات
رایتل

 

 

                                           

 

 

در دهه‌ی اول قرن بیستم انقلابی در فلسفه علوم طبیعی پیش آمد که بسیاری آن را از حیث عمق معنی و درهم ریزی احکام موجود پذیرفته شده، نسبت به انقلاب کوپرنیکی-گالیله‌ای برتر به شمار می‌آورند.

در این فاصله‌ی زمانی دو نظریه‌ی بسیار مهمی پا به عرصه‌ی رقابت نهادند، نظریه‌ی نسبیت و کوانتومی که نسبت به کارهای دانشمندان پیشین از جمله ماکسول، سارین، کلوین و کلاوزیوس به نحو چشمگیری متفاوت بودند. این نظریه‌های جدید با مکانیک نیوتونی نیز در بعضی از اصول و فرض‌های بنیادی اختلاف شدیدی داشتند.

این نظریه علاوه بر این‌که در برگیرنده‌ی پیچیدگی‌های ریاضی است، تصور ذهنی و فهم آن، بسیار دشوار است. البته شایان ذکر است که انیشتین در مقاله‌ی ۱۹۰۵ خود که برای اولین بار به نسبیت خاص خود پرداخت و از معادلات ریاضی ساده استفاده کرد، اما در مقاله‌ی ۱۹۱۹ که به نسبیت عام پرداخت، برخلاف مقاله‌ی پیشین از فرمول‌های پیجیده ریاضی استفاده کرد.

چند مثال ساده
• در مکانیک کلاسیک (نیوتنی)، نیروی وزن هر جسم در کره‌ی زمین را مقدار نیرویی که از طرف زمین بر آن جسم وارد می‌شود و آن را با شتاب g به سمت خود می‌کشاند، تعریف کرده‌اند.
اگر از شخصی بپرسید که وزنتان چقدر است؟ او احتمالا" می‌گوید: در کجا؟ وزن شخص در آسانسوری که با شتاب به سمت پایین می‌رود، در مقایسه با هنگامی که آن آسانسور با همان شتاب به سمت بالا می رود، فرق می‌کند.

• مجید و فرهاد دو دوست هستند که سوار بر اتومبیل پراید با سرعت ثابت V در حال حرکت هستند و مقصد آن‌ها منزل احمد است؛ در این هنگام احمد از پشت بام منزلشان، اتومبیل مجید را مشاهده می‌کند؛ وی در آن‌جا با انجام محاسباتی توسط دستگاهش، سرعت مجید و فرهاد را V بدست می‌آورد (معادل سرعت اتومبیل).
در این لحظه اتومبیل پدر احمد با سرعت ثابت P از کنار اتومبیل مجید می‌گذرد، در آن لحظه عبور، دستگاه تعبیه شده در اتومبیل پدر احمد، سرعت مجید و فرهاد را U = V + P نشان می‌دهد.

لحظه به لحظه در حین عبور ، احمد با مجید تماس می‌گیرد و از او می‌پرسد که سرعت فرهاد را اندازه گیری کند. مجید با شنیدن سخنان احمد، تعجب می‌کند و می‌گوید: "این دیگر چه سوالی است؟ می‌بینی که فرهاد در کنار من ساکن نشسته است، پس باید سرعت او صفر باشد."
احمد گوشی را می‌بندد و به پدرش زنگ می‌زند و از او می‌پرسد که دستگاه محاسبه گر تو، سرعت مجید و فرهاد را چقدر محاسبه کرده است؟ پدر می‌گوید: "سرعت مجید و فرهاد
U = V + P است".

احمد در این هنگام با خود فکر می‌کند که چگونه فردی در درون اتومبیل با سرعت ثابت بنشیند در حالی که خود او دارای سه سرعت کاملا" متفاوتی باشد. احمد با مبنای سینماتیک آشنایی زیادی ندارد. پس سرعت هم نسبی است.

نسبیت خاص و مکانیک کلاسیک
• اصل نسبیت در تمام رویدادهای طبیعی صحیح و صادق است.
• سرعت نور در خلا، در هر چارچوب لختی که اندازه گیری می‌شود با صرفه نظر از حرکت منبع نور ، معادل c است.
اصل موضوع دوم نسبیت، در واقع اندیشه‌ی مکانیک نیوتنی و سینماتیک گالیله‌ای را زیر پا می‌گذارد.
• طبق اصول سینماتیک، اگر دو جسم متحرک با سرعت ثابت در حال حرکت به سمت یکدیگر باشند، سرعت هر یک از آن‌ها در نقطه‌ی بر خورد، برابر با مجموع سرعتشان است. اما در نسبیت انیشتین این‌گونه نیست.
اگر در نقطه‌ای، نوری را گسیل کنیم؛ ناظر ساکن و ناظر متحرک که با سرعت v در حال حرکت به سمت منبع است، سرعت نور را c محاسبه می‌کنند. این دو اصل سه نتیجه‌ی حیرت آوری به همراه دارد که عبارتند از:

• اتساع زمان: مطابق مکانیک نیوتنی زمان مطلق است، یعنی زمان در تمام نقاط جهان و بدون وابستگی به شرایط حاکم بر محیط، بطور یکنواخت جریان دارد.
اما انیشتین خلاف آن را معتقد است؛ و در واقع اینجاست که اسحاق نیوتن و انیشتین از هم جدا می‌شوند.

انیشتین برای اثبات گفته‌های خود در مورد عدم مطلق بودن زمان، به اصل موضوعی دوم خود پناه می‌برد، که خلاصه‌ی این داستان بدین شرح است که، یکی از دو قلوها تصمیم می‌گیرد که با یک فضاپیما که با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند به یک سیاره دور برود.
این مسافرت ۷۰ سال زمینی طول می‌کشد. هنگامی که او بر می‌گردد می‌بیند که برادرش به سن ۹۰ سالگی رسیده و در حالی که او ۲۹ سال بیشتر سن ندارد.

• پارادوکس دو قلوها: اتساع زمان در نظریه‌ی نسبیت، ما را به پارادوکس دو قلوهامی‌کشاند، این پارادوکس بیش از ۵۰ سال بعد از انتشار نظریه‌ی نسبیت انیشتین، مورد بحث میان دانشمندان بوده است.

• انقباض جرالد-لورنتس: اتساع زمان که یکی از مهم‌ترین نتایج نظریه‌ی نسبیت است؛ موجب شد که انقباض لورنتس - جرالد، قدم به صحنه‌ی رقابت بگذارد.

ناظر o در چارچوب ساکن لختی قرار دارد و می‌خواهد طول لوله‌ای را محاسبه کند. روش اندازه گیری او، این‌گونه است که یک شی را با سرعت ثابت v، از یک سر لوله پرتاب می‌کند و با ثبت مدت زمانی که آن شیء به آن سر لوله می‌رسد و با استفاده از فومول‌های سینماتیک، طول لوله را می‌یابد، او طول لوله را L محاسبه می‌کند.
(L = t .v) ناظر Z واقع در چارچوب متحرک لختی نیز می‌خواهد طول همان لوله را محاسبه کند.

او برای محاسبه‌ی طول لوله از شیوه‌ی ناظر O استفاده می‌کند و طول لوله را `L می‌یابد
(`L` = t` .v ).
طبق نتایج قبلی نسبیت (اتساع زمان)، به این نتیجه رسیدیم که زمان در چارچوب متحرک نسبت به چارچوب ساکن، کندتر می‌گذرد. پس t` > t بنابراین L` > L ، که نشان دهنده‌ی انقباض طول لوله در چارچوب متحرک است.

درک چنین واقعیتی بسیار دشوار و سخت است. اما لورنتس علت آن را تغییر در نیروی الکترومغناطیسی اتم‌ها در سرعت‌های بالا می‌داند. اما متأسفانه تاکنون دانشمندان موفق نشده‌اند که انقباض لورنتس- جرالد را در حد آزمایش عملی کنند.

نظریه‌ی نسبیت عام:
اینیشتین در سال ۱۹۱۹ با ترمیم و تعمیم نسبیت خود، نسبیت عام را مطرح کرد. نسبیت عام برخلاف نسبیت خاص، در برگیرنده‌ی معادلات و پیچیدگی‌های ریاضی بود.

یکی از پیش بینی‌های این نظریه آن بود که ساعت‌ها، در میدان گرانشی بسیار قوی کندتر کار می‌کنند و هم‌چنین نور در میدان گرانشی بسیار قوی، در مسیر مستقیم خود منحرف می‌شوند. این نظریه توانست به بسیاری از معماهای کیهان شناسی در مورد سیاه‌چاله، عمر کرات و سیارات، انرژی ستاره‌ها و کهکشان‌ها، چگالی جهان و ... پاسخ دهد.