تئوری جاذبه ای که نیوتن (Newton) ارائه کرد خیلی زود بدون تقریبآ هیچ سئوالی جدی مورد پذیرش دانشمندان قرار گرفت. تا اینکه در اویل قرن بیستم آلبرت اینشتین (Albert Einstein 1879-1955) با ارائه نظریه نسبیت خاص در سال 1905 و نظریه نسبیت عام در سال 1915 نه تنها قوانین فیزک و جاذبه عمومی نیوتن بلکه پایه های فیزیک عصر خود را لرزاند. هر چند قبل از او ماکس پلانک (Max Planck) با ارائه نظریه کوانتم (Quantum) تا حد زیادی فیزیک نیوتنی را زیر سئوال برده بود اما اینشتین با انتشار مقاله های خود راجع به تئوری نسبیت رسما" ثابت کرد که فیزیک نیوتن در حالت های بسیار خاص پاسخگوی پدیده های فیزیکی می باشد. وی بعد ها با فعالیت هایی که در سالهای 1920 تا 1925 انجام داد بعنوان یکی از پایه گذاران اصلی مکانیک کوانتم نیز شناخته شد. آلبرت اینشتین طی سالهای 1930 الی 1955 به بررسی رفتار عالم هستی پرداخت و مقالاتی در این باره منتشر کرد. او می خواست با ترکیب تئوری نسبیت و کوانتم به تئوری جامعی برای مدل کردن جهان هستی دست پیدا کند که زندگی این فرصت را برای تکمیل کار به او نداد. اما بعد ها در سال 1933 هابل (Hubble) و هومنسون (Humanson) با تحقیقاتی که در زمینه کهکشانهای مختلف انجام دادند بر نظریه های او را جع به جهان هستی صحه گذاردند.
مقدمه
از همان ابتدای خلقت ، دست یافتن به نظریه ای برای همه چیز دل مشغولی بشر بود ، یافتن جوابی که پاسخ تمامی سئوالات باشد . سئوالاتی که مطرح شده اند و یادر آینده ممکنست مطرح شوند چه سئوالات مربوط به متافیزیک ، چه سئوالات مربوط به جهان ماده . ناممکن بودن دست یافتن به نظریه ای برای همه چیز در محدوده ی مسائل مادی و غیرمادی بشر را مجبور ساخت تا مشکلات خود را در دو حوضه ی مجزا مورد مطالعه قرار دهد، در عرصه غیر مادی انسان به سرعت، شاید در همان دوران غارنشینی به نظریه ای برای همه چیز دست یافت اما در حیطه ی مسائل مادی هزاران سال است انسان برای رسیدن به این نظریه تلاش می کند ودر این راستا بشر و طبیعت به زور آزمایی با هم پرداخته اند ، این مبارزه من را به یاد کارتون های افسانه ای می اندازد که پیرمردی با ریش سفید و بلند، عصا به دست (طبیعت) معمایی مطرح می کند و پسربچه ای (انسان) بی تجربه با تحمل مشقات زیاد و کسب تجربه و علم به آن پاسخ می دهد. این رویارویی پایاپای تاکی ادامه دارد و برنده ی این بازی کیست ؟ انسان یا طبیعت ؟ بیش از صد سال پیش انسان موفق شد همه معما های به جا مانده از گذشته های دور را در قالب فیزیک کلاسیک قدرتمندانه پاسخ دهد و دانشمندان را در به پایان رسیدن دوران جستجو و کنکاش دلخوش نماید . در این میان فریادهای مستانه ی دانشمندانی از گوشه و کنار جهان به گوش می رسید که ما دیگر قادر خواهیم بود هرآنچه در آینده ممکنست رخ دهد با مطالعه ی وضع موجود پیش بینی کنیم چرا که راز نظم بنیادین طبیعت را کشف نموده ایم ودر قالب فیزیک کلاسیک فرمول بندی کرده ایم . ولی چه زود طبیعت به حال خوش آنان (باپیش کشاندن چندین معما نظیر سرعت نور ، تابش جسم سیاه ، اثر کامپتون ، اثر فوتو الکتریک،...) پایان داد مشکلات پیچیده ای که برای حل آنها دیگر از دست فیزیک کلاسیک کاری بر نمی آمد . اما دیری نپائید که مسائل لاینحل و آزاردهنده ی پیش روی فیزیک کلاسیک با ابداع نظریه های نسبیت توسط انیشتین بر طرف شد و توپ را انسان برا ی بار دیگر به زمین طبیعت انداخت . فیزیک کلاسیک به همراه نسبیت ها هرچه در زمین و ورای آن رخ می داد را قانونمند ساخت و به سئوالاتی مانند موقعیت یک ذره در آینده ( با مطالعه نیرو های وارد بر آن ) تاریخ کسوف های بعدی ، ماهیت عالم و چگونگی شکل گیری آن و صدها رخداد مشابه از این دست را به دقت پاسخ میداد . طولی نکشید که ایده ای دیگر سر از تخم تکامل اندیشه ی بشر بیرون آورد . کوانتوم . ایده ای جسورانه، نظریه ای که ریزترین اجزاء طبیعت را مورد مطالعه قرار می دهد ، به یمن دست آورد های فیزیک کوانتومی بود که به ناگاه ذراتی از پس پرده ی نمایان شدند که تا آن زمان طبیعت آنها را از چشم بشر مخفی نگاه داشته بود ،دهها نوع ذره با نامها و رفتارها ی متفاوت ، این کوانتوم بود که معما هایی چون ساختمان اتم و مولکول ها را به انسان شناسانید و او را در شکافتن دل ذرات یاری نمود تا آفتاب نهان در آنها را به نظاره بنشیند و برای بار دیگر ذهنش را از سئوالات گوناگون رهایی بخشد. انسان قرن بیستم موفق شد به طور باور نکردنی سئوالات به ارث مانده از پیشینیانش را که طی صدها سال بی پاسخ مانده بود را پاسخ دهد . وتمام جوانب عالم را به کمک نظریه های گوناگون توضیح دهد اگر این نظریه ها را ما به شکل لباسی در نظر بگیریم که انسان تن طبیعت کرده است ،این لباس در عین پوشاندن بدن عریان طبیعت اما از یک ناهمگونی آزاردهنده ای برخودار است ، پیراهن کوانتومی وصله خورده ،کت چروک و گشاد نسبیتی،بهمراه شلوار مرتب اما تنگ و کوتاه کلاسیکی . این لباسی که ما به تن طبیعت کردیم به زحمت توانستیم قسمتی از پیراهن کوانتومی را به زیر شلوار کلاسیکی جای دهیم (کنایه از بسط برخی از روابط کوانتومی جهت استفاده در محاسبه وقایع ماکروسکوپی ) و وصله های آن را به زیر کت نسبیتی بپوشانیم (کنایه از اتحاد نسبیت خاص با مکانیک کوانتومی و تدوین نظریه کوانتومی میدان با این اوضاع آیا می توانیم به انجام وظیفه مان خرسند باشیم و بگوییم هرچه طبیعت از ما طلب می کرد ما آن را به انجام رساندیم. چگونه می توانیم طبیعت را از این پوشش نا مرتب برهانیم ؟ طبیعتی که ما هنوز کفشی به پاهای برهنه اش نکرده ایم(منظورناتوانی در حل معماهای امروزی مانند ماده تاریک، انرژی تاریک ،سرانجام عالم ،ماهیت نوترینو ،...)
آلبرت انیشتین دو نظریه دارد. نسبیت خاص را در سن 25 سالگی بوجود آورد و ده سال بعد توانست نسبیت عام را مطرح کند.
نظریه نسبیت خاص
نسبیت خاص یکی از نظریاتی است که انیشتین مطرح کرده و شامل سه پدیده در سرعت های بالا است .
* انقباض لورنتزی که کاهش طول جسم در مسیر حرکت است * اتساع زمان که کند شدن زمان است * افزایش جرم .
نسبیت خاص بطور خلاصه تنها نظریه ایست که در سرعتهای بالا ( در شرایطی که سرعت در خلال حرکت تغییر نکند--سرعت ثابت ( میتوان به اعداد و محاسباتش اعتماد کرد. جهان ما جوریست که در سرعتهای بالا از قوانین عجیبی پیروی می کند که در زندگی ما قابل دیدن نیستند. مثلا وقتی جسمی با سرعت نزدیک سرعت نور حرکت کند زمان برای او بسیار کند می گذرد. و همچنین ابعاد این جسم کوچک تر میشود. جرم جسمی که با سرعت بسیار زیاد حرکت می کند دیگر ثابت نیست بلکه ازدیاد پیدا می کند. اگر جسمی با سرعت نور حرکت کند، زمان برایش متوقف می شود، طولش به صفر میرسد و جرمش بینهایت میشود.
حتی زمان هم نسبی می باشد!
از نتایج جالب تئوری نسبیت خاص می توان به بیان ارتباط میان زمان و و فضا (فاصله) و اینکه تمام موجودیت ها در دنیا با یکدیگر مرتبط بوده و بر یکدیگر اثر می گذارند، اشاره کرد. نیوتن معتقد بود که زمان ثابت است و در تمام نقاط به یک صورت عمل می کند. اما اینشتین نشان داد که اینگونه نیست. مثال جالبی که معمولا" در این باره بیان می شود آن است که دو برادر دوقلو را در نظر بگیرید. یکی روی زمین می ماند و دیگری با یک فضا پیما با سرعت نزدیک به نور به سمت فضا حرکت می کند. پس از آنکه برادر روی زمین 100 سال از عمرش بگذرد، برادری که در فضا پیما می باشد فقط یکسال از عمرش گذشته است!
نظریه نسبیت عام
انیشتین در نوامبر سال ???? یک سری سخنرانی‌هایی در آکادمی علوم پروس ایراد کرد که در آن نظریه جدید گرانش، موسوم به نسبیت عام را مطرح کرد. او در آخرین سخنرانی ای که ایراد کرد معادله‌ای را مطرح کرد که جانشین قانون جاذبه نیوتون شد، معادله میدان انیشتین. این نظریه قائل به این است که نه تنها کسانی که یا یک سرعت ثابت در حرکتند، بلکه تمامی ناظران یکسان و هم ارز هستند. در نسبیت عام، گرانش دیگر نیرو محسوب نمی‌شود (مانند قانون جاذبه نیوتون)، بلکه آن نتیجه خمیدگی مکان- زمان است . به خاطر جنگ، مقالاتی که انیشتین در مورد نسبیت عام چاپ کرده بود، در خارج از آلمان در دسترس نبود. خبر نظریه جدید انیشتین توسط فیزیک دانهای هلندی هنریک آنتون لورنتز و پل اهرنفست و همکار آنها ویلیام دو سیتر که مدیر رصد خانه لیدن بود، به منجمان انگلیسی زبان در انگلیس و آمریکا رسانده شد. در انگلیس، آرتور استنلی ادینگتون که دبیر انجمن نجوم سلطنتی از دو سیتر خواست تا یک سری مفالاتی به زبان انگلیسی به نفع منجمان بنویسد. نظریه جدید او را مجذوب خود ساخته بود و از این رو یکی از مدافعان و مبلغان اصلی نسبیت شد. . اغلب منجمان هندسی سازی گرانش توسط انیشتین را نمی‌پسندیدند و معتقد بودند پیش بینی‌های او در مورد خمیدگی نور و به قرمزی گرایی گرانشی درست از آب در نخواهد آمد. در سال ????، منجمان رصد خانه ویلسون در کالیفرنیای جنوبی نتایج تحلیل طیف نور را که در ظاهر نشان میداد که در پرتو خورشید به قرمزی گرایی گرانشی وجود ندارد، منتشر کردند. . در سال ????، منجمان رصد خانه لیک در شمال کالیفرنیا تصاویری از خورشیدگرفتگی که در ایالات متحده قابل رویت بود گرفتند.پس از پایان جنگ، آنها نتایج بررسی‌های خود را اعلام کردند و مدعی شدند که پیش بینی نسبیت عام انیشتین در خصوص خمیدگی نور اشتباه بوده‌است. با این حال آنها به خاطر خطاهای احتمالی فراوان، هیچگاه اقدام به چاپ نتایجی که به دست آورده بودند نکردند . آرتور استنلی ادینگتون، طی سفرهایی که درماه می سال، ???? در زمانی که خورشید گرفتگی در بریتانیا رخ داد، به سوبرال سیارا برزیل و جزیره پرینسیپ در ساحل غربی آفریقا داشت، اندازه گیری خمیدگی گرانشی عدسی نور ستاره را به هنگام عبور از نزدیکی خورشید تحت نظارت داشت و در نهایت به این نتیجه رسید که محل قرار گرفتن ستاره از خورشید دورتر است. این حالت عدسی گرایی گرانشی نامیده میشود و وضعیت ستاره‌های مشاهده شده دو برابر حالتی بود که فزیک نیوتنی پیش بینی اش را می‌کرد. معهذا، این حالت با پیش بینی هم ارزی میدانی انیشتین (هم ارزی میدانی) نسبیت عام همخوان بود. ادینگتون اعلام کرد که نتایج به دست آمده پیش بینی انیشتین را تایید میکند و مجله تایمز در هفتم نوامبر آن سال با اتنخاب تیتر زیر تایید شدن پیش بینی انیشتین را گزارش کرد: ""انقلابی در علم، نظریه‌ای جدید در مورد جهان، ایده‌های نیوتن اعتبار خود را از دست می‌دهد."" ماکس بورن، برنده جایزه نوبل از نسبیت عام به عنوان ‹‹ بزرگ‌ترین دستاورد و شاهکار تفکر بشری در مورد طبیعت›› بر شمرد و پل دیراک نیز که یکی از برندگان جایزه نوبل است، از آن به عنوان ‹‹ بزرگ ترین اکتشاف علمی آن زمان›› یاد کرد. این اظهار نظرها و تبلیغات متعاقب از آن، باعث شهرت و معروفیت انیشتین شد.او در سطح جهانی معروف شد که موفقیت استثنایی و خاصی برای یک دانشمند محسوب میشود. با این حال هنوز هم بسیاری از دانشمندان به دلایل مختلفی که شامل دلایل علمی (مخالفت با تفسیر انیشتین از آزمایش های انجام شده، اعتقاد به اتر و یا ضرورت وجود ملاک مطلق) و دلایل روانی- اجتماعی (محافظه کاری، یهود ستیزی) می‌شد، نظریات انیشتین را نمی‌پذیرفتند. به نظر انیشتین، اغلب مخالفتهایی که با نظریه او می‌شد، از جانب آزمایش باورانی بود که درک ناچیزی از نظریه مطرح شده داشتند . شهرتی که انیشتین بعد از چاپ مقاله ???? دست آورده بود، باعث شد بسیاری از دانشمندان نسبت به ابراز نفرت و انزجار کنند و نفرت و انزجار برخی از آنها حتی تا دهه ?? نیز ادامه یافت. مباحث زیادی در مورد ابراز انزجار نسبت به شهرت و معروفیت انیشتین وجود دارد، بویژه در میان آن دسته: از فیزیک دانان آلمانی که بعد‌ها جنبش ضد انیشتینی ‹‹دویچه فیزیک›› را در مقدمه Klaus Hentschel ؛ یعنی ‹‹ فیزیک و سوسیالسم اجتماعی›› به راه انداختند. انیشتین در ?? مارس سال ????، یعنی همان سالی که برنده جایزه نوبل شد، برای ایراد سخنرانی در مورد نظریه جدید نسیبت به نیویورک رفت. اگرچه امروزه انیشتین به خاطر فعالیتهایش د رمورد نسبیت شهرت یافته، اما جایزه نوبل به خاطر کارهای او در مورد اثر فوتوالکتریک به او اعطا شد؛ چرا که در مورد نسبیت عام در آن زمان هنوز اختلاف نظر وجود داشت. هیات نوبل با خود به این نتیجه رسیند که اشاره به آن نظریه انیشتین در نوبل که اختلاف نظر و مخالفت در مورد آن کمتر است، بیشتر مورد قبول جامعه علمی واقع خواهد شد.
نظریه نسبیت عام به زبان ساده
نسبیت عام برای حرکتهایی ساخته شده که در خلال حرکت سرعت تغییر می کند یا باصطلاح حرکت شتابدار دارند. شتاب گرانش زمین g که همان عدد 9.81m/sاست نیز یک نوع شتاب است. پس نسبیت عام با شتابها کار دارد نه با حرکت. نظریه ایست راجع به اجرام ی که شتاب ثقل دارند. کلا هرجا در عالم، جرمی در فضا ی خالی باشد حتما یک شتاب جاذبه در اطراف خود دارد که مقدار عددی آن وابسته به جرم آن جسم می باشد. پس در اطراف هر جسمی شتابی وجود دارد. نسبیت عام با این شتابها سر و کار دارد و بیان می کند که هر جسمی که از سطح یک سیاره دور شود زمان برای او کند تر میشود. یعنی مثلا، اگر دوربینی روی ساعت من بگذارند و از عقربه های ساعتم فیلم زنده بگیرند و روی ساعت آدمی که دارد بالا میرود و از سیاره ی زمین جدا میشود هم دوربینی بگذارند و هردو فیلم را کنار هم روی یک صفحه ی تلویزیونی پخش کنند، ملاحظه خواهیم کرد که ساعت من تند تر کار می کند. نسبیت عام نتایج بسیار عجیب و قابل اثبات در آزمایشگاهی دارد. مثلا نوری که به اطراف ستاره ای سنگین میرسد کمی بسمت آن ستاره خم میشود. سیاهچاله ها(سیاهچاله ها: اگر یه ستاره چند برابر خورشید باشد و همه سوختش را بسوزاند، از انجا که یک نیروی جاذبه قوی دارد لذا جرم خودش در خودش فشرده میشود و یک حفره سیاه رنگ مثل یه قیف درست میکند که نیروی جاذبه فوق العاده زیادی دارد طوری که حتی نور هم نمیتواند از آن فرار کند) هم بر اساس همین خاصیت است که کار می کنند. جرم انها بقدری زیاد و حجمشان بقدری کم است که نور وقتی از کنار آنها می گذرد به داخل آنها می افتد و هرگز بیرون نمی آید. همه ما برای یک‌بار هم که شده گذرمان به ساعت‌فروشی افتاده است و ساعتهای بزرگ و کوچک را دیده ایم که روی ساعت ده و ده دقیقه قرار دارند. ولی هیچگاه از خودمان نپرسیده ایم چرا؟ آلبرت انیشتین در نظریه نسبیت خاص با حرکت شتابدار و یا با گرانش کاری نداشت. اولین موضوعات را در نظریه نسبیت عام خود که در 1915 انتشار یافت مورد بحث قرار داد.نظریه نسبیت عام دید گرانشی را بکلی تغییر داد و در این نظریه جدید نیرو ی گرانش را مانند خاصیتی از فضا در نظر گرفت نه مانند نیرو یی بین اجرام ، یعنی برخلاف آنچه که اسحاق نیوتن گفته بود !در نظریه او فضا در مجاورت ماده کمی انحنا پیدا می‌کرد. در نتیجه حضور ماده اجرام ، مسیر یا به اصطلاح کمترین مقاومت را در میان منحنیها اختیار می‌کردند. با این که فکر آلبرت انیشتین عجیب به نظر می‌رسید می‌توانست چیزی را جواب دهد که قانون ثقل نیوتن از جواب دادن آن عاجز می ماند.سیاره اورانوس در سال 1781 میلادی کشف شده بود و مدارش به دور خورشید اندکی ناجور به نظر می‌رسید و یا به عبارتی کج بود !
ارسال شده در
88/2/20:: 12:7 عصر
توسط جواد ابراهیم پور
