از نسبیت خاص تا نسبیت عام.. ریاضیات نظریه‌ی اینشتین بسیار ساده است

از نسبیت خاص تا نسبیت عام

بنابر این امروزه می‌دانیم که زمان و مکان لزوما در همه‌ی شرایط، مطلق نیستند و کاملا به ناظر اندازه‌گیرنده و مشاهده‌کننده‌ بستگی دارند. ریاضیات نظریه‌ی اینشتین بسیار ساده است. هنر اینشتین ریاضیات و معادلات پیچیده نبوده است، بلکه او دید فیزیکی ما نسبت به فضا و زمان را تغییر داده و نشان داده است که چگونه امکان دارد که اندازه‌گیری دو شخص مختلف از یک رویداد، متفاوت باشد.

برای درک بهتر یافته‌ها‌ی اینشتین، اسکیت‌سواری را تصور کنید که با سرعت ۲۰ متر بر ثانیه به طرف شمال حرکت می‌کند. در یک لحظه به راهی برخورد می‌کند که جهت‌ آن به سمت شمال شرقی است و این راه را انتخاب می‌کند. زمانی که او در این راه حرکت می‌کند، مؤلفه‌ی شمال سرعت او دیگر همان ۲۰ متر بر ثانیه‌ی قبلی نخواهد بود و کم‌تر از قبل خواهد بود. چرا که به دلیل تغییر جهت از شمال به شمال شرقی، میزانی از سرعت قبلی به سرعت در جهت شرق تبدیل شده است. این مثال بسیار ساده، چگونگی کارکرد نظریه‌ی اینشتین را به‌صورت زیر نشان می‌دهد:

فضا- زمان خمیده (نسبیت عام)

نگاهی به ساختار فضا_ زمان اینشتین، یکی از معما‌ها‌ی بنیادین طبیعت را حل کرد و این معما، چگونگی کار‌کرد آشنا‌ترین نیروی طبیعت به‌نام گرانش است. نیوتون می‌دانست که نیروی گرانش، اجسام مختلف را در کنار یک‌دیگر نگه می‌دارد و با جرم اشیاء سرو کار دارد. روابطی که تحت عنوان قوانین نیوتون با آن‌ها درگیر هستیم، شدت این نیرو را با دقت بسیار خوبی تعیین می‌کند. اما نیوتون هیچ‌وقت متوجه چگونگی کار‌کرد نیروی گرانش نشد. چگونه ممکن است که ماه بی‌وقفه به دور زمین بگردد؟ ماه از فاصله‌ی بسیار دور چگونه متوجه وجود زمین در آن مکان می‌شود؟ کار‌کرد این نیرو به گونه‌ای است که انگار ماه با طنابی نامرئی به زمین متصل شده باشد؛ اما همه‌ی ما می‌دانیم که این تفکر درست نیست و در حقیقت این‌ها سؤالاتی هستند که قوانین نیوتون پاسخی برای آن‌ها ندارد.

بعد از ده سال جست‌و‌جو و تفکر در مورد این موضوع، اینشتین توانست با ارائه‌ی توصیف جدیدی از فضا به این سؤالات پاسخ دهد. گفتیم که از نظر نیوتون، فضا مانند یک صحنه‌ی خالی است که نمی‌تواند بر عمل شکل‌گرفته در این صحنه تأثیر بگذارد. اما از دید اینشتین اینگونه نیست. در این دیدگاه جدید، فضا می‌تواند کشیده یا حتی موج‌دار شود. اجسام مختلف می‌توانند باعث تغییر شکل این فضا بشوند. برای درک بهتر، یک میز بیلیارد را به‌عنوان فضا در نظر بگیرید که گوی‌ها‌ی بیلیارد، به‌عنوان زمین و دیگر سیارات باشند، اگر فضا‌ی نیوتونی را در نظر بگیریم، گوی‌ها‌ی بیلیارد در مسیر مستقیم حرکت می‌کنند؛ اما فضا از دید اینشتین، قابل انعطاف است. پس اگر یک جسم سنگین مانند زمین در این فضا قرار بگیرد، باعث ایجاد یک چاله در ساختار این فضا می‌شود که ماه، حول این چاله می‌گردد.

ادامه دارد ...