ارسالها: 1460
#21
Posted: 31 May 2011 15:37
نتيجه گيري
در اين مقاله تعدادي نظريه جديد در رابطه با فيزيك كوانتوم و ماهيت نور بيان شد كه براي اولين بار مطرح مي شوند. مشكلاتي مانند پارادوكس دوقلو ها، پارادوكس پدر بزرگ، سفر در زمان، جاذبه، دوگانگي ماهيت نور و ... مورد بررسي قرار گرفتند و راه حل هايي براي هر يك از مشكلات مطرح شد. هدف از بيان اين تئوري ها، شناخت بهتر جهان هستي و يافتن راه حل هاي جديد براي مشكلات پيش روي علم و تكنولوژي و نگاه به جهان پيرامون با ديدگاهي جديد است. اميد به آنكه اين مقاله شروعي باشد براي تكامل علم و پيشرفت هاي چشمگير جديد.
مرد=زن
جداسازی‌های جنسیتی توهین به انسانیت است
ارسالها: 1460
#23
Posted: 11 Jun 2011 12:17
elena: من یه سوال داشتم میگن سرعت نور 300000کیلومتربرثانیه هست پس اگه من یه چراغ قوه روشن کنم وهیچ مانعی سرراهم تا300000 کیلومتر اونورترنباشه آیا نورچراغ قوه بعدازیک ثانیه به فاصله 300000 کیلومتری من میرسه ؟آیااین استدلال درسته ؟ هرچند میدونم که شرایط انجام این آزمایش امکانپذیرنیست ولی ازلحاظ تئوری همچین استدلالی میتونه درست باشه ؟مرسی که جواب میدین سونیا خانم
دقیقا درست است سرعت نور ایقدر زیاد است برای همین در عملیات های شبانه جنگی سیگار کشیدن ممنوع است چون نور سیگار تا مسافت خیلی دور در شب دیده می شود
آزمایشش هم خیلی ساده است با یکی از دوستانتان شب به یک بیابان یا زمین پست بروید به توری که خیلی تاریک باشد به دوست خود بگویید با یک فندگ و یک موبایل یا بی سیم از شما تا جایی که می تواند در یک خط دور شود بعد به هم تماس بگیرد البته قبل ثانیه ساعت خود را یکی کنید وقتی دوستات فندک را روشن کرد ساعت ودقیقه و ثانیه را ببیند و به شما بگوید حال با مال خود مقایسه کنید !
مرد=زن
جداسازی‌های جنسیتی توهین به انسانیت است
ارسالها: 1460
#24
Posted: 11 Jun 2011 12:20
ahvaz: یه دعوت نامه پخش کرده بود که مثلا سال 2010 تو فلان تاریخ تو فلان آدرس پذیرای مهمونای آینده ایم و از مردم خواست این دعوت نامه رو هرجور که میتونن نسل به نسل نگه دارن تا ببینیم از چند هزار سال آینده کسی میتونه با خوندنش برگرده به 2010 و بیاد تو مهمونی ما .... البته کسی نیومد
نظریه برگشتن به قبل کامل درست ولی اجرای آن کار بسیار دشواریه چون بر طبق نظریه شما باید از سرعت نور پیشی بگیرید که این کار فکر نکنم تا 100 سال دیگه ممکن شود
مرد=زن
جداسازی‌های جنسیتی توهین به انسانیت است
ارسالها: 1460
#26
Posted: 28 Nov 2011 05:31
حيرت فيزيكدانان از تقويت احتمال بطلان نظريه «نسبيت»
دانشمندان مركز هسته‌يي اروپا (سرن) بار ديگر در تلاش براي غلبه بر نظريه «نسبيت» انشتين توانستند در آزمايشي تازه، بار ديگر سرعت نور را بشكنند.
به گزارش سرويس علمي خبرگزاري دانشجويان يران(ايسنا)، اين آزمايش‌ها توسط ابزار «اوپرا» (پروژه نوسان با لوازم رديابي امولسيون) در شتاب‌دهنده بزرگ هادروني سرن انجام شده كه طي آن ذرات نوترينو ساخته شده در اين مركز از ميان 730 كيلومتر سنگ به آزمايشگاهي در گران‌ساسو در كوههاي آلپ ايتاليا فرستاده شد.
آزمايش تازه، نتيجه آزمايش ماه سپتامبر را كه سرعت اين ذره را بيشتر از سرعت نور مي‌شمارد، تاييد كرد.
منتقدان آزمايش اول بر اين باور بودند كه به دليل وجود 15 هزار نوترينو در يك زمان، احتمال بروز خطا در اندازه‌گيري وجود داشته اما اين بار محققان مدعي استفاده از يك شيوه اندازه‌گيري دقيق‌تر با ارسال تعداد كمتر ذرات نوترينو با فواصل زياد در ميان آنها هستند.
به گفته فيزيكدانان اتمي گران ساسو، اكنون دانشمندان اطمينان بيشتري به نتايج داشته و از آزمايشگاه‌هاي ديگر براي پيوستن به اين آزمايش و تكرار آن درخواست به عمل آورده‌اند.
اين موضوع، فرضيه 106 ساله نسبيت انيشتين، يكي از پايه هاي فيزيك مدرن را در مورد اينكه سرعت هيچ چيز به سرعت نور نمي رسد، در هم خواهد ريخت.
يافته هاي اين دو آزمايش در صورت تاييد، مفاهيم گسترده و عميقي در بر خواهد داشت. حتي بعضي ها معتقدند كه سفر در زمان نيز به لحاظ تئوريك، امكانپذير خواهد شد؛ اما برخي دانشمندان مي گويند آزمايش تازه تنها يكي از منابع احتمالي خطا را رفع كرده و آزمايش ها در اين زمينه همچنان ادامه خواهد داشت.
دانشمندان حاضر در آزمايشگاه ايتاليايي قرار است سال آينده به طور جداگانه به تكرار اين آزمايش بپردازند. آزمايشگاه مينوس آمريكا و T2K ژاپن نيز براي آزمايش مجدد اين مشاهدات اعلام آمادگي كرده‌اند.
منبع: ايسنا
مرد=زن
جداسازی‌های جنسیتی توهین به انسانیت است
ارسالها: 1460
#27
Posted: 23 Feb 2013 19:22
چرا ؟ E = mc2
معرفی: این کتاب شامل در‌دسترس‌ترین، سرگرم‌کننده و روشن‌ترین توضیح در مورد معروف‌ترین معادله‌ی فیزیک جهان می‌باشد که توسط دو تن از دانشمندان برجسته‌ی امروزی ارائه شده است.
پروفسور Brian Cox و پروفسور Jeff Forshaw در سفر به مرز علم در قرن بیست‌و‌یکم با در‌نظر گرفتن معنای واقعی نمادهایی که یکی از معادلات معروف انیشتین یعنی E=mc2 را تشکیل می‌دهند به تدوین این کتاب پرداختند.
آنها مجموعه‌ای از سوالات از جمله انرژی چیست؟ جرم چیست؟ رابطهی سرعت نور با انرژی و جرم چیست؟ و… را مطرح کرده‌اند. در پاسخ به این سوالات، آنها ما را به محل یکی از بزرگ‌ترین آزمایشات علمی که تا کنون انجام شده می‌برند.
سال 2009| 264صفحه | ISBN: 9780306817588 | 1,26 MB
دانلود
مرد=زن
جداسازی‌های جنسیتی توهین به انسانیت است
ارسالها: 1460
#28
Posted: 23 Feb 2013 19:25
نظریه نسبیت اینشتین هنوز نفس می‌کشد
همین 3 هفته قبل بود که برگزاری یک تور مسافرتی استثنایی موسوم به OPERA بین فرانسه و ایتالیا و مسافران غیر عادی‌اش در صدر اخبار جهان قرار گرفت و به‌عنوان رویدادی خارق‌العاده و غیرعادی به کانون توجه عام و خاص بدل شد.
خبرها حکایت از آن داشتند که مسافران ویژه تور اپرا با سرعت سیری سریع‌تر از سرعت نور مسیر حرکت را طی کرده بودند. در واقع آنچه رسما در ابر آزمایشگاه سرن و در جریان آزمایش اپرا روی داد از این قرار بود که ذرات نوترینوی تولید شده در آزمایشگاه سرن حدود 60 نانو ثانیه زودتر از سرعتی که نور اجازه می‌دهد، در آزمایشگاه Gran Sasso در ایتالیا دریافت شده بودند.
این نتیجه شگفت‌انگیز چنان موجی از حرف و حدیث‌ها و دغدغه‌ها و شور و شوق در عموم علاقه‌مندان رشته‌های مختلف علوم به راه انداخت که گویی از فردا باید کتاب‌ها را عوض کرد، فیزیک را از نو باید نوشت و برای دوم شدن نور باید غصه خورد . اما این نتیجه غیرعادی در کنار آن موج بزرگ، موجی از هیجان و انگیزه را در میان جامعه فیزیک به پا کرد و طی همین مدت کوتاه مقالات متعددی از سوی دانشمندان و بویژه فیزیکدانان در تلاش برای بی‌اعتبار کردن یا توضیح دادن نتایج این آزمایش منتشر شده است. اگر بخواهیم نسبت به واکنش‌های مطرح شده علیه نتیجه این آزمایش قضاوت منصفانه و بی‌طرفی داشته باشیم، به نظر می‌رسد که احساس و برداشت کلی اهل فن آن است که گروه اپرا باید از مساله مهمی غفلت کرده باشند.
به عنوان نمونه‌ای شاخص از استدلال‌های منتشر شده در باب خطا بودن نتیجه آزمایش اپرا، می‌توان به دلایل مطرح شده از سوی محققان دانشگاه گرانیگن هلند بر مبنای قانون نسبیت اشاره کرد که از قضا دستمایه بحث‌های فراوان شمار دیگری از فیزیکدانان نیز قرار گرفته است. اگر آزمایش اپرا را بررسی و مرور کنیم متوجه مفهوم ساده و محض آن می‌شویم که عبارت بوده است از اندازه‌گیری فاصله و زمان. فاصله که تکلیفش سر راست و روشن است و بین دو نقطه جغرافیایی قرار دارد. سنجیدن موقعیت مکانی تولید ذرات نوترینو در سرن با استفاده از جی.پی.اس به طور قابل قبولی آسان است، اما سنجش قطعی موقعیت آزمایشگاه گرن ساسو در ایتالیا به واسطه قرار داشتن در پای کوهی با ارتفاع چند هزار متری شاید به نظر دشوار بیاید. با این اوصاف، گروه اپرا می‌گویند که این فاصله 370 کیلومتری را با دقت بسیار فراوانی اندازه‌گیری کرده‌اند، اما در مورد زمان قضیه فرق می‌کند و اندازه‌گیری فاصله زمانی حرکت نوترینوها از مبدا تا مقصد دشوارتر است.
گروه اپرا می‌گوید که با استفاده از ساعت‌های مستقر در هر دو سر مسیر می‌تواند لحظه تولید نوترینوها در مبدا و لحظه ردیابی آنها را در مقصد با دقتی بی‌نظیر اندازه‌گیری و تعیین کند، اما بخش بغرنج و پیچیده و چه‌بسا غلط انداز ماجرا همین ساعت‌ها و همگام نگاهداشتن دقیق آنها در هر دو طرف مسیر است.
گروه اپرا این مهم را با استفاده از ماهواره‌های جی.پی.اس انجام داده‌اند. ماهواره‌های جی.پی.اس مجموعه‌ای مشتمل بر 24 ماهواره است که روی 3 مدار مختلف به دور زمین می‌چرخند. هر ماهواره دائما در حال ارسال سیگنالی به سمت زمین است که شامل داده‌هایی مانند زمان دقیق ارسال سیگنال و موقعیت ماهواره در مدار زمین است. گیرنده‌های جی.پی.اس با دریافت این اطلاعات از حداقل 3 ماهواره می‌توانند موقعیت خود را روی زمین محاسبه کنند. باید توجه داشت که ماجرای ثبت رکورد سرعت بیشتر از سرعت نور از همین جا مشکل‌دار می‌شود و پای برخی مفاهیم ضمنی اضافی نظیر مدت زمان سفر سیگنال‌های جی.پی.اس به زمین به این سناریوی جنجالی باز می‌شود که گروه اپرا باید در نظر می‌گرفته، اما گویا از کنار آن به سادگی گذشته است.
محققان برای توضیح این پدیده به اثری اشاره می‌کنند که ظاهرا از جانب گروه آزمایش اپرا مورد غفلت یا اغماض واقع شده است که به آن حرکت نسبی ماهواره‌های جی.پی.اس نسبت به گیرنده گفته می‌شود. صرف‌نظر از سرعت ماهواره، امواج رادیویی ناقل سیگنال‌های ارسالی از ماهواره‌های جی.پی.اس با سرعت نور سفر می‌کنند، اما در این میان توجه به این نکته ضروری است که هرچند سرعت نور کمیتی ثابت است و به چارچوب مرجع و این که زمینی یا مداری باشد بستگی ندارد، اما اندازه‌گیری زمان طبق قانون نسبیت به این امر بستگی دارد. در مورد قضیه آزمایش اپرا، دو مرجع وجود دارد. آزمایش روی زمین انجام گرفته است، اما زمان‌سنجی توسط بازخوانی سیگنال‌هایی صورت پذیرفته که از ساعت‌های مستقر در مدار مخابره شده‌اند.
نکته: پس از نزدیک یک قرن از اعلام نظریه نسبیت، مرزهای دانش بشری باردیگر نگاه‌ها را به سوی نابغه دوران و تفکرات عالی وی معطوف ساخته و ثابت می‌کند هنوز هم حق با اینشتین است
ماهواره‌های جی.پی.اس از غرب به شرق به دور زمین می‌چرخند و برخی از آنها روی مداری با زاویه 55 درجه نسبت به استوای زمین قرار دارند و جالب است که این مسیر کمابیش منطبق با مسیر حرکت نوترینوهایی بوده که به نظر می‌رسد سرعت نور را شکسته‌اند. پس از نقطه نظر ساعت مستقر در ماهواره جی.پی.اس، موقعیت مکانی مبدا و مقصد نوترینوها در آزمایش اخیر در حال تغییر بوده‌اند. از نگاه ماهواره جی.پی.اس، آشکار ساز ذره در ایتالیا به سمت منبع نوترینوها در فرانسه حرکت می‌کرده است و در نتیجه فاصله پیموده شده توسط این ذرات از نگاه این ماهواره کوتاه‌تر است. کاملا طبیعی است که این موضوع کمی پیچیده به نظر برسد چون ما داریم درباره قانون نسبیت صحبت می‌کنیم. گروه اپرا این موضوع را نادیده گرفته بودند چون تصور آنها از ساعت، ابزاری ساکن روی زمین بوده است نه در حال چرخش در فضا.
اما اثر حرکت نسبی ساعت‌های اتمی سوار بر ماهواره‌های جی.پی.اس تا چه حد تاثیرگذار است؟ محاسبات نشان می‌دهد که این اثر موجب زودتر رسیدن نوترینوها به میزان 32 نانوثانیه می‌شود، اما به واسطه خطای مشابهی که در هر یک از دو سر مسیر آزمایش در محاسبه زمان رخ می‌دهد باید میزان این تاثیر مضاعف شود. بنابراین تصحیح کل معادل 64 نانوثانیه است که تقریبا با آنچه گروه اپرا اعلام می‌کند، برابر است.
این نتیجه‌گیری، قابل تحسین است ولی معلوم نمی‌کند که مساله بالاخره حل شد یا هنوز باید به دنبال جواب بهتری بگردیم. با توجه به این که بررسی و ارزیابی موشکافانه بخشی ضروری از فرآیند علمی محسوب می‌شود، ارائه‌کنندگان این محاسبه جدید نیز باید به نوبه خود تاب تحمل آن را داشته باشد که از سوی جامعه علمی به طور کلی و از طرف گروه آزمایش اپرا به طور خاص، مورد بررسی قرار گیرند.
اگر این استدلال به قوت و اعتبار خودش باقی بماند، جریان اندازه‌گیری ذراتی سریع‌تر از نور بجای نقض نظریه نسبیت اینشتین، در نقش تأییدکننده دیگری از حقانیت آن عمل خواهند کرد.
نزدیک به 100 سال از انتشار نظریه نسبیت اینشتین می‌گذرد. این نظریه بزرگ که نه‌تنها در زمان خود بلکه حتی امروزه به وضوح نشان داده است که قامت درک و توانایی‌هایی علمی بشریت برای فهم آن هنوز کوچک است، بار دیگر دستاویز آزمون و استدلال‌های علمی مهمی قرار گرفت و چنین به نظر می‌رسد که سربلند بیرون آمده است. سال گذشته بود که دانشمندان با انجام 5 آزمایش علمی مهم در زمینه پارادوکس زمانی، حرکت تقدمی اسپین، انحنای فضا ـ زمان، پارادوکس زمانی در لیزر و نسبیت در مقیاس کلان به این نتیجه رسیدند که نظریه نسبیت هنوز نفس می‌کشد و روز به روز بر حقانیت دنیای بزرگ آن صحه بیشتری گذاشته می‌شود. اکنون و پس از یک قرن از اعلام نظریه نسبیت، مرزهای دانش بشری بار دیگر نگاه‌ها را به سوی نابغه دوران و تفکرات عالی وی معطوف ساخته و ثابت می‌کند هنوز هم حق با اینشتین است.
منبع: جام جم
مرد=زن
جداسازی‌های جنسیتی توهین به انسانیت است
ارسالها: 1460
#29
Posted: 23 Feb 2013 19:26
چگونه نسبیت و کوانتوم سازگار می شوند؟
مقدمه
نظریه نسبیت عام اینشتین نظریه‌ای در باره جرم‌های آسمانی بزرگ مثل ستارگان، سیارات و کهکشان‌هاست که برای توضیح گرانش در این سطوح بسیار خوب است
مکانیک کوانتومی نظریه‌ای است که نیروهای طبیعت را مانند پیام‌هایی می‌داند که بین فرمیونها (ذرات ماده) رد و بدل می‌شوند. مکانیک کوانتومی در توضیح اشیاء، در سطوح بسیار ریز خیلی موفق بوده بوده است
هاوکینگ می گوید " یک راه برای ترکیب این دو نظریه بزرگ قرن بیستم در یک نظریه واحد آن است که گرانش را همانطور که در مورد نیروهای دیگر با موفقیت به آن عمل می‌کنیم، مانند پیام ذرات در نظر بگیریم. یک راه دیگر بازنگری نظریه نسبیت عام اینشتین در پرتو نظریه عدم قطعیت است
با آنکه نسبیت و مکانیک کوانوتم هر دو با در توجیه پدیده های حوزه ی خود، از توانایی خوبی برخوردارند، اما تسری برخی مفاهیم از مکانیک کلاسیک به فیزیک مدرن مانع از ترکیب این دو نظریه بزرگ هستند. بهمین دلیل نظریه سی. پی. اچ. تصریح می کند که مکانیک کلاسیک، مکانیک کوانتوم و نسبیت را بایستی تواما و همزمان مورد بررسی مجدد قرار داد. علاوه بر آن چنین بررسی مجددی تا زمانیکه نظریه هیگز نیز مورد توجه قرار نگیرد راه به جایی نخواهد برد. بهمین دلیل باید از مشکلات مکانیک کلاسیک شروع کنیم و ببینیم که آیا این مشکلات در نسبیت و مکانیک کوانتوم بر طرف شده یا نه؟
مشکلات قوانین نیوتن
هنگامیکه نیوتن قوانین حرکت و قانون جهانی جاذبه را ارائه کرد، این قوانین از نظر منطقی با اشکالات جدی همراه بود. قانون دوم نیوتن تا سرعتهای نامتناهی را پیشگویی می کرد که با تجربه سازگار نیست. قانون دوم به صورت
F=ma
ارائه شده است که طبق آن نیروی وارد شده به جسم می تواند تا بی نهایت سرعت آن افزایش دهد. این امر با مشاهدات تجربی قابل تطبیق نیست. مشکل بعدی کنش از راه دور بود. یعنی اثر نیروی جاذبه با سرعت نامتناهی منتقل می شد. تاثیر از راه دور همواره مورد انتقاد قرار قرار داشت.
اما مهمترین مشکل قوانین نیوتن در قانون جهانی جاذبه وی بود و خود نیوتن نیز متوجه آن شده بود.
نیوتن دریافت که بر اثر قانون جاذبه او، ستارکان باید یکدیگر را جذب کنند و بنابراین اصلاً به نظر نمی رسد که ساکن باشند. نیوتن در سال 1692 طی نامه ای به ریچارد بنتلی نوشت "که اکر تعداد ستارگان جهان بینهایت نباشد، و این ستارگان در ناحیه ای از فضا پراکنده باشند، همگی به یکدیگر برخورد خواهند کرد. اما اکر تعداد نامحدودی ستاره در فضای بیکران به طور کمابش یکسان پراکنده باشند، نقطه مرکزی در کار نخواهد بود تا همه بسوی آن کشیده شوند و بنابراین جهان در هم نخواهد ریخت."
این برداشت نیز با یک اشکال اساسی مواجه شد. بنظر سیلیجر طبق نظریه نیوتن تعداد خطوط نیرو که از بینهایت آمده و به یک جسم می رسد با جرم آن جسم متناسب است. حال اکر جهان نامتناهی باشد و همه ی اجسام با جسم مزبور در کنش متقابل باشند، شدت جاذبه وارد بر آن بینهایت خواهد شد.
مشکل بعدی قانون جاذبه نیوتن این است که طبق این قانون یک جسم به طور نامحدود می تواند سایر اجسام را جذب کرده و رشد کند، یعنی جرم یک جسم می تواند تا بینهایت افزایش یابد. این نیز با تجربه تطبیق نمی کند، زیرا وجود جسمی با جرم بینهایت مشاهده نشده است.
مشکل بعدی قوانین نیوتن در مورد دستکاه مرجع مطلق بود. همچنان که می دانیم حرکت یک جسم نسبی است، وقتی سخن از جسم در حال حرکت است، نخست باید دید نسبت به چه جسمی یا در واقع در کدام چارچوب در حرکت است. دستگاه های مقایسه ای در فیزیک دارای اهمیت بسیاری هستند. قوانین نیوتن نسبت به دستگاه مطلق مطرح شده بود. یعنی در جهان یک چارچوب مرجع مطلق وجود داشت که حرکت همه اجسام نسبت به آن قابل سنجش بود. در واقع همه ی اجسام در این چارچوب مطلق که آن را "اتر" می نامیدند در حرکت بودند. یعنی ناظر می توانست از حرکت نسبی دو جسم سخن صحبت کند یا می توانست حرکت مطلق آن را مورد توجه قرار دهد.
براین اساس مایکلسون تصمیم داشت سرعت زمین را نسبت به دستگاه مطلق "اتر" به دست آورد. مایکلسون یک دستگاه تداخل سنج اختراع کرد و در سال 1880 تلاش کرد طی یک آزمایش سرعت مطلق زمین را نسبت به دستگاه مطلق "اتر" به دست آورد. نتیجه آزمایش منفی بود. (برای بحث کامل در این مورد به کتابهای فیزیک بنیادی مراجعه کنید.) با آنکه آزمایش بارها و بارها تکرار شد، اما نتیجه منفی بود. هرچند مایکلسون از این آزمایش نتیجه ی مورد نظرش به دست نیاورد، اما به خاطر اختراع دستگاه تداخل سنج خود، بعدها برنده جایزه نوبل شد.
نسبیت خاص
برای توجیه علت شکست آزمایش مایکلسون نظریه های بسیاری ارائه شد تا سرانجام اینشتین در سال 1905 نسبیت خاص را مطرح کرد. نسبیت خاص شامل دو اصل زیر است:
1- قوانین فیزیک در تمام دستگاه های لخت یکسان است و هیچ دستگاه مرجع مطلقی در جهان وجود ندارد.
2- سرعت نور در فضای تهی و در تمام دستگاه های لخت ثابت است.
در نسبیت سرعت نور، حد سرعت ها است، یعنی هیچ جسمی نمی تواند با سرعت نور حرکت کند یا به آن برسد.
نتیجه این بود که قانون دوم نیوتن باید تصحیح می شد. طبق نسبیت جرم جسم تابع سرعت آن است، یعنی با افزایش سرعت، جرم نیز افزایش می یابد وهر جسمی که بخواهد با سرعت نور حرکت کند باید دارای جرم بینهایت باشد. لذا قانون دوم نیوتن بصورت زیر تصیح شد.
F=dp/dt=d(mv)/dt=vdm/dt+mdv/dt
m=m0/(1-v^2/c^2)^1/2
بنابر این جرم تابع سرعت است و با افزایش سرعت، جرم نیز افزایش می یابد. هنگامیکه سرعت جسم به سمت سرعت نور میل کند، جرم به سمت بینهایت میل خواهد کرد و عملاً هیچ نیرویی نمی تواند به آن شتاب دهد.
از طرف دیگر طبق نسبیت جرم و انرژی هم ارز هستند، یعنی جرم جسم را می توان بصورت محتوای انرژی آن مورد ارزیابی قرار داد. بنابراین انرژی دارای جرم است. اما در نسبیت نور از کوانتومهای انرژی تشکیل می شود که آن را فوتون می نامند و با سرعت نور حرکت می کند. این سئوال مطرح شد که اکر انرژی دارای جرم است و فوتون نیز حامل انرژی است که با سرعت نور حرکت می کند، پس چرا جرم آن بینهایت نیست؟
پاسخ نسبیت به این سئوال این بود که جرم حالت سکون فوتون صفر است. در حالیکه رابطه ی جرم نسبیتی در مورد جرم حالت سکون غیر صفر بر قرار است. لذا در نسبیت با دو نوع ذرات سروکار داریم، ذراتی که دارای جرم حالت سکون غیر صفر هستند نظیر الکترون وذراتی که دارای جرم حالت سکون صفر هستند مانند فوتون. در نسبیت تنها ذراتی می توانند با سرعت نور حرکت کنند که جرم حالت سکون آنها صفر باشد.
مشکل نسبیت خاص در این است که جرم نسبیتی آن (جرم بینهایت) مانند سرعت بینهایت در مکانیک کلاسیک با تجربه تطبیق نمی کند. یعنی هیچ نمونه ی تجربی که با جرم بینهایت نسبیت تطبیق کند وجود ندارد
علاوه بر آن در نسبیت و حتی در مکانیک کوانتوم توضیحی وجود ندارد که نحوه ی تولید فوتون را با سرعت نور توضیح بدهد. و چرا فوتون در حالت سکون یافت نمی شود. آیا فوتون از ذرات دیگری تشکیل شده است؟ اگر جواب منفی است این سئوال مطرح می شود که فوتون های مختلف با یکدیگر چه اختلافی دارند؟ در حالیکه همه ی فوتون ها با انرژی متفاوت با سرعت نور حرکت می کنند. آزمایش نشان داده است که فوتون در برخورد با سایر ذرات قسمتی از انرژی خود را از دست می دهد. حال این سئوال مطرح می شود که فرض کنیم فوتون شامل ذرات دیگری نیست، این را باید توضیح داد وقتی قسمتی از آن جدا می شود و باز هم دارای همان خواص اولیه است ولی با انرژی کمتر؟ یعنی فوتون قابل تقسیم است، هر ذره ی قابل تقسیمی باید شامل زیر ذره باشد.
واقعیت این است که فوتون در شرایط نور تولید می شود و اجزای تشکیل دهنده آن نیز بایستی با همان سرعت نور حرکت کنند و حالت سکون فوتون یعنی تجزیه ی آن به اجزای تشکیل دهنده اش
از طرفی می دانیم جرم و انرژی هم ارز هستند، آیا این منطقی است که می توان سرعت جرم را تغییر داد اما سرعت انرژی ثابت است؟
نسبیت عام:
نسبیت خاص دارای یک محدودیت اساسی بود. این محدودیت ناشی از آن بود که رویدادهای فیزیکی را در دستگاه های لخت مورد بررسی قرار می داد، در حالیکه در جهان واقعی دستگاه ها شتاب دار هستند. هرچند می توان در بر رسی برخی رویداد ها به دستگاه های لخت بسنده کرد، اما این دستگاه ها برای بررسی تمام رویدادها ناتوان هستند.
اینشتین در سال 1915 نسبیت عام را ارائه کرد و نسبیت خاص به عنوان حالت خاصی از نسبیت عام در آمد.
نسبیت عام بر اساس اصل هم ارزی تدوین شد.
اصل هم ارزی:
قوانین فیزیک در یک میدان جاذبه یکنواخت و در یک دستگاه که با شتاب ثابت حرکت می کند، یکسان هستند.
به عنوان: فرض کنیم یک دستگاه مقایسه ای با شتاب ثابت در حرکت است. مشاهدات در این دستگاه نظیر مشاهدات در یک میدان گرانشی یکنواخت است در صورتی که شدت میدان گرانشی برابر شتاب دستگاه باشد، یعنی:
a=g
باشد، در این صورت مشاهدات یکسان خواهد بود.
مهمترین دستاورد نسبیت عام توجیه مدار عطارد بود. بررسی های نجومی نشان داده بود که نقطه حضیض عطارد جابه جا می شود. بیش ار یکصد سال بود که فیزیکدانان متوجه ان شده بودند، اما نمی توانستند با قوانین نیوتن توجیه کنند. اما نسبیت عام توانست أن را توجیه کند.
بنا بر نسبیت، گرانش اثر هندسی جرم بر فضای اطراف خود است. که فضا-زمان نامیده می شود. یعنی جرم فضای اطراف خود را خمیده می کند و مسیر نور در اطراف آن خط مستقیم نیست، بلکه منحنی است.
در سال 1919 انحنای فضا را اهنگام کسوب کامل خورشید با نوری که از طرف ستاره ی مورد نظری به سوی زمین در حرکت بود و از کنار خورشید می گذشت مورد تحقیق قرار دادند که با پیشگویی نسبیت تطبیق می کرد. این موفقیت بسیار بزرگی برای نسبیت بود. از آن زمان به بعد توجه به ساختار هندسی و خواص توپولوژیک فضا بررسی واقعیت های فیزیکی را به حاشیه راند. مضافاً اینکه گرانش را از فهرست نیروهای اساسی طبیعت در فیزیک نظری حذف کرد.
مشکلات اساسی نسبیت را می توان به صورت زیر فهرست کرد:
1- مشکل نسبیت با مکانیک کوانتوم- مکانیک کوانتوم ساختار ریز و کوانتومی کمیت ها و واکنش متقابل آنها را مورد بررسی قرار می دهد. به عبارت دیگر نگرش مکانیک کوانتوم بر مبنای کوانتومی شکل گرفته است. در این زمینه تا جایی پیش رفته که حتی اندازه حرکت و برخی دیگر از کمیتها را کوانتومی معرفی می کند. این نتایج بر مبنای یکسری شواهد تجربی مطرح شده و قابل پذیرش است. علاوه بر آن تلاشهای زیادی انجام می شود پدیده های بزرگ جهان را با قوانین شناخته شده در مکانیک کوانتوم توجیه کنند. حال به نسبیت توجه کنید که فضا-زمان را پیوسته در نظر می گیرد. بنابراین نسبیت با مکانیک کوانتوم ناسازگار است. تلاشهای زیادی انجام شده تا به طریقی یک همانگی منطقی و قابل قبول بین نسبیت و مکانیک کوانتوم ایحاد شود. در این مورد کارهای دیراک شایان توجه است که مکانیک کوانتوم نسبیتی را پایه گذاری کرد و آن را توسعه داد. اما در مورد نسبیت عام موفقیت چندانی نصیب فیزیکدانان نشده است.
2- پیچیدگی و عدم وجود تفاهم در نسبیت- پیچیدگی نسبیت موجب شده که تفاهم منطقی بین فیزیکدانان در مورد نتایج و پیشگویی های نسبیت وجود نداشته باشد. به عبارت دیگر نسبیت شدیداً قابل تفسیر است. این تفاسیرگاهی چنان متناقض هستند که حتی فیزیکدان بزرگی نظیر استفان هاوکینگ نظر خود را تغییر داد. البته این براداشتهای متفاوت از نسبیت ناشی از گذشت زمان نیست، بلکه از آغاز حتی برای خود اینشتین که نسبیت را مطرح کرد وجود داشت. به عنوان مثال: اینشتین از سال 1917 شروع به تدوین یک نظریه قابل تعمیم به عالم کرد. وی با مشکلات حل نشدنی ریاضی برخورد کرد. به همین دلیل در معادلات گرانش عبارت مشهور " پارامتر عالم " را وارد کرد. ملاحظات وی در این موضوع بر دو فرضیه مبتنی بود.
1- ماده دارای چگالی متوسطی در فضاست که در همه جا ثابت و مخالف صفر است.
2- بزرگی " شعاع " فضا به زمان بستگی ندارد.
در سال 1922 فریدمان نشان داد که اگر از فرضیه دوم چشم پوشی شود، می توان فرضیه اول را حفظ کرد بی آنکه در معادلات به پارامتر عالم نیازی باشد. فریدمان بر این اساس یک معادله ی دیفرانسیل به صورت زیر ارائه کرد:
(dR/dt)^2 - C/R+K=0
در واقع سالها قبل از کشف هابل در مورد انبساط فضا، فریدمان دقیقاً کشفیات او را پیش بینی کرده بود. معادله ی فریدمان معادله ی اصلی کیهان شناخت نیوتنی است و بدون تغییر در نظریه نسبیت عام نیز صادق است. اینشتین بر همه نتایج به دست آمده توسط فریدمان اعتراض کرد و مقاله ای نیز در این باب انتشار داد. سپس حقایق را در فرضیه فریدمان دید و با شجاعت کم نظیری طی نامه ای که برای سردبیر مجله آلمانی فرستاد به اشتباه خود در محاسباتش اعتراف کرد.
بیشتر مشکلات نسبیت ناشی از خواصی است که که به علت وجود ماده برای فضا قایل می شوند. که در آن هندسه جای فیزیک را می گیرد. زمانی پوانکاره گفته بود که اگر مشاهدات ما نشان دهد که فضا نااقلیدسی است، فیزیکدانان می توانند فضای اقلیدسی را قبول کرده و نیروهای جدیدی وارد نظریه های خود کنند. اما نسبیت چنین نکرد و ماهیت پدیده های فیزیکی را به دست فراموشی سپرد. هرچند پدیده های فیزیکی را بدون ابزار محاسباتی، اعم از جبری و هندسی نمی توان توجیه کرد، اما فیزیک نه هندسه است و نه جبر، فیزیک، فیزیک است وبس!!!
3- مشکل گرانش نیوتنی در نسبیت همچنان باقی است- در نسبیت فضا-زمان دارای انحناست. هرچه ماده بیشتر و چگالتر باشد، انحنای فضا بیشتر است. سئوال این است که این انحنای فضا تا کجا می انجامد؟ در نسبیت انحنای فضا می تواند چنان تابیده شود که حجم به صفر برسد. برای آنکه ماده بتواند چنان بر فضا اثر بگذارد که حجم به صفر برسد، باید جرم به سمت بی نهایت میل کند. یعنی نسبیت نتوانست مشکل قانون گرانش را در مورد تراکم ماده در فضا حل کند، علاوه بر آن بر مشکل افزود. زیرا قانون نیوتن می پذیرد که ماده تا بی نهایت می تواند متمرکز شود، اما حجم صفر با آن سازگار نیست. اما نسبیت علاوه بر آن که می پذیرد ماده می تواند تا بی نهایت متراکم شود، پیشگویی می کند که حجم آن نیز به صفر می رسد.
چه باید کرد؟
لازم است قبل از ادامه ی بحث اشاره ی کوتاهی به هیگز داشته باشیم
بوزون هیگز
نویسنده :حسین جوادی
نقل از سی پی اچ
ارسال شده توسط بهزاد طهماسب زاد ه
در دهه های اخیر فیزیکدانان یک مدل تحت عنوان مدل استاندارد را ارائه کردند تا یک چوب بست نظری برای فهم ذرات بنیادی و نیروهای طبیعت فراهم آورند. مهمترین ذره در این مدل، یک ذره ی فرضی موجود در همه ی میدانهای کوانتومی است که نشان می دهد سایر ذرات چگونه جرم به دست می آورند. در واقع این میدان پاسخ می دهد که همه ی ذرات در حالت کلی چگونه جرم به دست می آورند. این میدان، میدان هگز
Higgs field
خوانده می شود. نتیجه ی منطقی دوگانگی موج - ذره این است که همه ی میدانهای کوانتومی دارای یک ذره ی بنیادی باشند که با میدان در آمیخته است. این ذره که با همه ی میدانها در آمیخته و موجب کسب جرم توسط سایر ذرات می شود، هیگز بوزون
Higgs boson
نامیده می شود
راه حل
برای رسیدن به یک راه حل اساسی که بتواند مشکلات عمده ی فیزیک معاصر را بر طرف سازد، راه های مختلفی وجود که به نتایج متفاوت و گاهی ناسازگار می انجامد. نظریه های مختلفی که در این زمینه مطرح شده اند، بخوبی نشان می دهند که نگرش بانیان آنها بر اساس دو گانگی بین بوزونها و فرمیونها شکل گرفته است. سئوال اساسی این است که آیا حقیقتاً بوزون و فرمیون دو موجود کاملاً متفاوت از یکدیگرند؟ در نظریه ریسمانها، ریسمان به عنوان یک بسته فوق العاده کوچک انرژی تلقی می شود که با پیوستن آنها به یکدیگر و با ارتعاشات مختلف آنها سایر ذرات نمود پیدا می کنند. در نظریه هیگر بوزون به دنبال ذره ای هستند که موجب ایجاد یا افزایش جرم می شود. اگر این مسئله ی هیگز بوزون را با دقت بیشتری بررسی کنیم شاید بتوانیم به نتایج جالب توجه تری برسیم
اجازه بدهید تصورات خود را از بوزون و فرمیون یا به عبارت دیگر از جرم - انرژی و نیرو تغییر دهیم. در فیزیک مدرن جرم و انرژی دو تلقی مختلف از یک کمیت واحد هستند. جرم هر ذره را می توان با محتویات انرژی آن اندازه گرفت و همچنین انرژی یک ذره را می توان با جرم آن هم ارز دانست. لذا در فیزیک معاصر ما با دو کمیت بیشتر سروکار نداریم، انرژی و نیرو
اگر رابطه ی نیرو و انرژی را با دید متفاوتی مورد بحث قرار دهیم، می توانیم به نتایج جالب توجهی برسیم. نیرو به عنوان انرژی در واحد طول مطرح می شود که برای آن رابطهی زیر داده شده است
F=-dU/dx => du= - Fdx
حال ذره ای را در نظر بگیرید که انرژی آن در حال تغییر است. این تغییرات را از دو جهت می توان مورد توجه قرار داد. یکی از جهت افزایش و دیگری از جهت کاهش. از نظر افزایش نسبیت برای آن محدودیتی قائل نشده است و طبق رابطه ی جرم نسبیتی، جرم آن تا بینهایت قابل افزایش است. اما از جهت کاهش طبیعت خود برای آن محدودیت قائل شده و آن این است که ذره تمام انرژی خود یا به عبارت دیگر، جرم - انرژی خود را از دست بدهد
ذره ای را در نظر بگیرید که در یک میدان دارای شتاب منفی است. اگر فاصله به اندازه ی کافی بزرگ و میدان بسیار قوی باشد، آیا انرژی آن به صفر خواهد رسید؟ چنین آزمایشی برای اجسام مثلاً یک فطعه فلز چندان قابل تصور نیست، اما برای یک کوانتوم انرژی( فوتون) به خوبی قابل درک است. زیرا در نسبیت فوتون نمی تواند از یک سیاه چاله بگریزد. این پدیده را چگونه می توان توجیه کرد؟ یکبار دیگر به رابطه نیرو - انرژی بر گردیم
F=-dU/dx => du= - Fdx
در رابطه ی بالا انرزِ و فاصله تغییر می کنند، اما نیرو ثابت است. اگر نیرو یعنی
F
یک کمیت ثابت و تغییر ناپذیر است، چگونه می توان هگز بوزون را توجیه کرد؟ یعنی واقعاً این کاهش یا افزایش جرم چگونه امکان پذیر است. متاسفانه این دیدگاه از مکانیک کلاسیک به نسبیت تسری یافت و هیچگونه بخثی در این زمینه مطرح نشد. اگر بخواهیم با همان نگرش کلاسیکی مشکلات فیزیک و ناسازگاری نسبیت و مکانیک کوانتوم را بر طرف سازیم، راه به جایی نخواهیم برد، همچنانکه تا به حال این چنین بوده است
اشکال بعدی که مانع رسیدن به یک نتیجه ی قابل توجه می شود این است فیزیکدانان به مشکلات به گونه ای پراکنده برخورد می کنند. هیگز بوزون مسیر خود را می پیماید، مکانیک کوانتوم می خواهد مشکلات فیزیک را در چاچوب قوانین کوانتومی حل کند، و مهمتر از همه اینکه مکانیک کلاسیک تقریباً به فراموشی سپرده شده است. همه اینها هر کدام نگرشی خاص به جهان دارند و عمومیت ندارند. ترکیب مکانیک کوانتوم و نسبیت زمانی امکان پذیر است که نگرش هیگز بوزون همراه با مکانیک کلاسیک نیز در این ترکیب منظور گردد
هر کدام از این تئوری ها قسمتی از قوانین حاکم بر طبیعت را نشان می دهند. اگر در یک نگرش همه جانبه این قسمتهای مختلف را که با تجربه تایید شده اند توام در نظر بگیریم می توانیم به یک فیزیک یا یک نظریه برای همه چیز برسیم
از کجا شروع کنیم؟
1
با روند تکامل نظریه ها پیش می رویم. نخست مکانیک کلاسیک را در نظر می گیریم و به مورد خاص آن قانون دوم نیوتن توجه می کنیم، این قانون را با جرم نسبیتی یعنی
m=m0/(1-v2/ c2)1/2 , E=mc2
و نظریه هیگز بوزون می توان ترکیب کرد. اگر ذره/جسمی تحت تاثیر نیرو جرمش تغییر می کند، این تغییر جرم ناشی از این است که بوزون (نیرو) تبدیل به انرژی می شود. البته این روند جهت معکوس نیز دارد، یعنی در روند عکس با کاهش سرعت، انرژی به نیرو یا بوزون تبدیل می شود
2
در مورد قضیه کار انرژی
W=DE
برخوردی دوگانه وجود دارد. قسمت کار آن را با مکانیک کلاسیک مد نظر قرار می دهند و کار را کمیتی پیوسته در نظر می گیرند، در حالیکه با انرژی آن برخوردی کوانتومی دارند. در واقع بایستی هر دو طرف رابطه را با دید کوانتومی در نظر گرفت. در این مورد مثالهای زیادی می توان ارائه داد که با این برخورد دوگانه در تناقض قرار خواهد گرفت. اگر این مورد را بکار بندیم مشکل ارتباط فرمیونها و بوزونها بر طرف خواهد شد
3
اگر بپذیریم که کار کوانتومی است، الزاماً به این نتیجه خواهیم رسید که نیرو بطور کلی و از جمله گرانش نیز کوانتومی است. مفهوم صریح و در عین حال ساده آن این است که فضا - زمان کوانتومی است. با نگرش کوانتومی به گرانش یا به تعبیر نسبیت فضا - زمان، مکانیک کوانتوم و نسبیت با یکدیگر ترکیب خواهند شد. تنها موردی که در این جا باید متذکر شد این است که کوانتومی بودن فضا - زمان می تواند انحنای آن را نیز نتیجه دهد
برای مطالعه ی بیشتر در مورد نظریه سی. پی. اچ. به آدرس زیر مراجعه فرمایید
از اوائل قرن بیستم دو نظریه ی بزرگ نسبیت و مکانیک کوانتوم، برای پاسخگویی به مشکلاتی که فیزیک کلاسیک با آنها دست بگریبان بود، پا به عرصه وجود نهادند. جالب این است که هر دو نظریه تقریباً همزمان مطرح شدند و سیر تکاملی خود را طی کردند. نخست نسبیت خاص در سال 1905 تنها در محدوده ی دستگاه های لخت بکار گرفته شد و در سال 1915 تحت عنوان نسبیت عام به دستگاه های شتابدار تسری یافت. مکانیک کوانتوم قدیم در سال 1900 با طرح کوانتومی بودن انرژی اظهار شد و در دهه ی 1920 سیر تکاملی خود را پیمود
همواره این سئوال مطرح بود که آیا این دو نظریه بزرگ را می توان با یکدیگر ترکیب کرد؟
دیراک توانست نسبیت خاص و مکانیک کوانتوم را بصورت مکانیک کوانتوم نسبیتی با هم ادغام کند. به دنبال آن سئوال این بود که چگونه می توان مکانیک کوانتوم و نسبیت عام را با هم ترکیب کرد؟
مرد=زن
جداسازی‌های جنسیتی توهین به انسانیت است
ارسالها: 1460
#30
Posted: 23 Feb 2013 19:27
تاریخچه نسبیت
چهار قرن و نیم پیش در سال 1543 نیکلاس "کوپرنیکوس" مرد و در همان سال کتاب معروف او De revolutionibus منتشر شد. در این کتاب نظامى جدید براى هیئت پیشنهاد شده بود، نظامى که در آن خورشید در مرکز بود و زمین و دیگر سیاره ها به دور آن مى گشتند. گالیله این ایده را پذیرفت و براى آن تبلیغ بسیار کرد. این که زمین به دور خودش و به دور خورشید مى گردد، با فلسفه رسمى آن دوران نمى خواند. استدلالى که مخالفان نظام کپرنیکى مى کردند این بود که چرا ما متوجه حرکت زمین نمى شویم. گالیله در این باره فکر کرد و کشفى کرد که بسیار مهم است. گالیله کشف کرد که با هیچ آزمایشى نمى توان حرکت یکنواخت را آشکار کرد. امروزه همه این تجربه را داریم که اگر قطارى با سرعت ثابت حرکت کند، در داخل قطار همه چیز همان طورى است که در ایستگاه است، با هیچ آزمایشى نمى توان فهمید قطار حرکت مى کند یا نه (تنها با نگاه کردن به بیرون است که مى توان این را فهمید). فیزیک پیشه ها این را اصل نسبیت گالیله مى نامند.
پس از گالیله، نیوتن سه قرن پیش دو چیز بسیار مهم کشف کرد:
1- قوانین مکانیک را کشف کرد؛ قوانینى که براساس آنها مى توان فهمید که یک سیستم مکانیکى (مثلاً منظومه شمسى) در زمان هاى آینده چه وضعیتى دارد، مشروط بر آن که وضعیت آن در یک زمان مثلاً الان معلوم باشد.
2- قانون گرانش عمومى را کشف کرد؛ قانونى که مى گوید در طبیعت هر دو جسمى یکدیگر را با نیروى جذب مى کنند و این نیرو متناسب است با عکس مجذور فاصله و متناسب با جرم هر کدام از جسم ها. فیزیک پیشه ها این پدیده را گرانش و این نیرو را نیروى گرانشى مى نامند. به دلیل این نیروى گرانشى است که ماه به دور زمین و زمین به دور خورشید مى گردد. ضمناً مکانیکى که نیوتن ساخت با اصل نسبیت گالیله سازگار است.
دقیقاً صد سال پیش آلبرت اینشتین با انتشار چند مقاله تاریخ ساز، انقلاب یا در واقع انقلاب هایى در علم فیزیک راه انداخت. یکى از این مقاله ها با عنوان «درباره الکترودینامیک جسم هاى متحرک» ارائه نظریه اى است که به نسبیت خاص معروف شد.
نسبیت خاص پیش بینى هایى مى کند که براى ما بسیار عجیبند. مثلاً اینکه ساعت هاى متحرک کندتر کار مى کنند، خط کش هاى متحرک کوتاه ترند. یا اینکه ممکن است مقدارى جرم به انرژى تبدیل شود E=mc2 . تمام پیش بینى هاى نسبیت خاص با دقت بسیار آزموده شده اند و امروزه تقریباً هیچ فیزیک پیشه مطرحى هیچ شکى درباره درست بودن نسبیت خاص ندارد.
انگیزه اینشتین از پرداختن به نسبیت خاص، آشتى دادن نظریه الکتریسیته و مغناطیس مکسول با اصل نسبیت گالیله بود. در واقع نسبیت خاص کامل شده نسبیت گالیله اى است. از سال 1905 به این طرف همه فیزیک پیشه ها متقاعد شده اند که هر نظریه فیزیکى اى باید با نسبیت خاص سازگار باشد.
تقریباً بلافاصله پس از تکمیل نسبیت خاص این سئوال مطرح شد که آیا گرانش عمومى نیوتن با نسبیت خاص سازگار هست و پاسخ منفى بود. پس لابد نظریه گرانش نیوتن کامل نیست. بعضى از فیزیک پیشه ها به دنبال نظریه کامل ترى براى گرانش گشتند، نظریه اى که با نسبیت خاص سازگار باشد. هیچ کس نتوانست نظریه شسته رفته و موفقى براى گرانش بیابد که هم نسبیت خاصى باشد، هم با تجربه بخواند.
آزمایش هاى بسیارى موید این هستند که اگر نیرویى جز گرانش در کار نباشد همه اجسام با یک شتاب مى افتند! در 1911 اینشتین از این واقعیت تجربى نتیجه گرفت که:
اگر در اتاقکى باشیم که از بالاى برجى رها شده باشد (ول شده باشد)، با هیچ آزمایشى نمى توانیم گرانش زمین را حس کنیم. امروزه فیزیک پیشه ها این را اصل هم ارزى مى نامند. اینشتین فهمید که کلید نظریه نسبیتى گرانش همین اصل هم ارزى است. با استدلال هایى که نبوغ از آنها مى بارد، اینشتین از این اصل چند نتیجه گرفت:
1- اینکه اگر نورى از زمین به بالا فرستاده شود وقتى به ارتفاع هاى بالاتر مى رسد طول موجش بیشتر مى شود.
2- اینکه ساعت ها در نزدیکى سطح زمین کندتر کار مى کنند تا ساعت هایى که در ارتفاع هاى بالاتر هستند.
3- اینکه اگر پرتوى نورى از کنار یک جسم سنگین مثلاً از کنار خورشید بگذرد، کمى خم مى شود. در مورد خورشید این خم شدگى حدود 1 ثانیه قوس است.
پس از آن با پنج سال کار طاقت فرسا اینشتین نظریه اى براى گرانش ساخت و آن را نسبیت عام نامید. بنابر نسبیت عام گرانش عبارت است از خمیده بودن فضا-زمان. علت سخت فهم بودن نسبیت عام این است که مبتنى است بر دو ساختار ریاضى که هنوز جزء برنامه هاى درسى مدارس و دبیرستان هاى ما نشده: خمیدگى و فضازمان.
در قرن نوزدهم هندسه پیشرفت زیادى کرد. از جمله کارل فردریش گاوس هندسه سطح هاى خمیده را بررسى کرد. منظور از سطح هاى خمیده چیز هایى است مثل سطح یک توپ یا سطح یک تیوب، چرخ ماشین (که ریاضى پیشه ها به آن چنبره مى گویند) یا سطح یک زین اسب. ریاضیاتى را که گاوس پیش کشیده بود "گئورگ فردریش برنهارد ریمان" ریاضى پیشه دیگر آلمانى بسیار پیش برد.
ریمان کشف کرد که آنچه در هندسه مهم است چه در هندسه اقلیدسى، چه در هندسه رویه هاى خمیده قضیه فیثاغورث براى مثلث هاى کوچک است. در هندسه اقلیدسى صفحه قضیه فیثاغورث مى گوید که اگر مثلث قائم الزاویه اى داشته باشیم که یک ضلع آن dx و ضلع دیگرش dy باشد، طول وترش ds است و داریم ds2=dx2+dy2 که در اینجا x و y مختصه هاى دکارتى متداول صفحه اند و dx2 یعنى 2^(dx). ریمان کشف کرد که تمام هندسه اقلیدسى صفحه نتیجه این تساوى ds2=dx2+dy2 است. این فرمول ریاضى را ریاضى پیشه ها متریک ریمانى مى نامند. در مورد سطح خمیده کره زمین این اصطلاح متریک به شکل ds2=R2cos2dldj درمى آید. که در اینجا R شعاع زمین، l عرض جغرافیایى و j طول جغرافیایى است.
Ds فاصله دو نقطه نزدیک روى سطح زمین است که عرض جغرافیایى آنها به اندازه dl و طول جغرافیایى آنها به اندازه dj فرق دارد. ضمناً این نکته بسیار مهم است که در این فرمول dj و dl باید بسیار کوچک باشند؛ اگر نه براى محاسبه فاصله باید از فرمولى پیچیده تر استفاده کرد. تعمیم به ابعاد بیش از دو براى ریاضى پیشه اى مثل ریمان سرراست بود.
در 1908 "هرمان مینکفسکى" که زمانى در "پلى تکنیک" "زوریخ" استاد ریاضى اینشتین بود، کشف کرد که آنچه نسبیت خاص مى گوید در واقع این است که فضا و زمان موجودیت مستقلى ندارند. آنچه موجودیت مستقل دارد چیزى است که مینکفسکى آن را فضازمان نامید. مینکفسکى در واقع براى نسبیت خاص یک تعبیر هندسى کشف کرد:
فضازمان یک پیوستار چاربعدى است و ساختار این پیوست ها تعمیمى است از چیزى که هندسه اقلیدسى مى نامیم. در واقع آنچه مینکفسکى کشف کرد این بود که اولاً عنصر بنیادى که در هندسه اقلیدسى نقطه است، در نسبیت خاص رویداد است، یعنى اتفاقى که در یک لحظه خاص در یک جاى خاص روى مى دهد (براى مشخص کردن یک نقطه در صفحه اقلیدسى باید x و y آن را داد حال آنکه براى مشخص کردن یک رویداد در نسبیت خاص باید x، y، z و t آن را داد) ثانیاً مینکفسکى کشف کرد که تمام نسبیت خاص در واقع بیان این است که در این فضازمان قضیه اى شبیه قضیه فیثاغورث درست است که باعث مى شود بتوان فضازمان را مثل یک هندسه ریمانى در نظر گرفت، منتها با متریک شبه ریمانى ds2=dx2+dy2+dz2-c2dt2 که در آن c سرعت نور است (سرعتى که بنابر نسبیت خاص یکى از ثابت هاى طبیعت است، همان c اى که در E=mc2 ظاهر مى شود.) به دلیل علامت منفى در کنار dt2 است که به این متریک شبه ریمانى مى گویند.
اینشتین متوجه شد که گرانش یعنى اینکه متریک شبه ریمانى فضازمان به شکل ساده اى که در نسبیت خاص مى آید نیست. این گام که اینشتین برداشت گام بسیار سختى بود. اینشتین با نبوغ خود از اصل هم ارزى نتیجه گرفت که فضازمان خمیده است. اما این تازه شیوع نسبیت عام بود. اینشتین فهمید وجود ماده در فضا باعث مى شود متریک فضازمان عوض شود، اما چقدر و چگونه؟ براى یافتن پاسخ اینشتین مى بایست هندسه ریمانى فرا بگیرد. در این کار دوست ریاضى پیشه اش مارسل گرسمان (که اینشتین در 1905 پایان نامه دکترایش را به او تقدیم کرده بود) به کمکش آمد. اینشتین از گرسمان هندسه یاد گرفت، و توانست معادله هایى به دست آورد که با حل کردن آنها مى توان متریک را به دست آورد. این معادله ها که معادله هاى اینشتین نام دارند، مى گویند که وجود جرم و انرژى در فضا چگونه فضازمان را مى خماند. معادله هاى اینشتین بسیار پیچیده اند.
نتیجه هاى فیزیکى
یکى از نخستین حل هاى معادله اینشتین را فیزیک پیشه منجمى به نام "کارل شوارتس شیلد" به دست آورد. شوارتس شیلد متریک اطراف یک کره مثلاً اطراف یک ستاره را به دست آورد. این متریک که امروزه متریک شوارتس شیلد نام دارد، خاصیت بسیار عجیبى دارد: اگر شعاع ستاره از حدى کوچک تر شود، دیگر حتى نور هم از آن نمى تواند بیرون بیاید. در این حالت ستاره تبدیل به شىء عجیبى مى شود که سیاهچاله نام گرفته است. درک فیزیک سیاهچاله ها یکى از چالش هایى است که فیزیک پیشه ها بیش از نیم قرن است با آن دست و پنجه نرم مى کنند. امروزه تقریباً اکثر اخترفیزیک پیشه هاى فعال اعتقاد دارند که در دنیا از جمله در مرکز کهکشان راه شیرى سیاهچاله هست. بعد از تکمیل نسبیت عام اینشتین به این مسئله پرداخت که معادله هایى که نوشته، چه چیزى براى کل جهان یا کیهان پیش بینى مى کنند. فرض هایى بسیار معقول و کلى براى کل کیهان کرد. مثلاً اینکه کیهان در مقیاس هاى بزرگ نه مرکز مرجحى دارد نه امتداد. مرجحى معادله ها را حل کرد و در کمال تعجب دید که حل ایستا ندارند: یا جهان در حال بزرگ شدن است یا در حال کوچک شدن، در گذشته اى متناهى از یک نقطه آغاز شده و ممکن است در آینده اى متناهى به یک نقطه بینجامد! از این حل خوشش نیامد. دستى در معادله هایش برد. جمله اى به آنها افزود. در این جمله ثابتى ظاهر مى شود که آن را ثابت کیهان شناختى نامگذارى کرد. اگر این ثابت که آن را با "l" نشان مى دهند، صفر باشد، معادله ها مى شوند همان معادله هاى قبلى اگر l مثبت باشد، جلوى انبساط عالم گرفته مى شود و اگر l منفى باشد، جهان به نحو فزاینده اى منبسط مى شود. چند سال بعد ادوین هابل منجم آمریکایى انبساط جهان را کشف کرد! پس از آن اینشتین گفت: این افزودن جمله کیهان شناختى به معادله هایش بزرگ ترین اشتباه زندگى اش بوده. امروز یک نظریه بسیار موفق براى کیهان شناخت داریم موسوم به مدل استاندارد کیهان شناخت. یکى از سنگ هاى اصلى این بناى بسیار عظیم و زیبا نسبیت عام است.
منبع: کلوبز
مرد=زن
جداسازی‌های جنسیتی توهین به انسانیت است
صفحه 3 از 4