از نسبیت خاص تا نسبیت عام.. نور

از نسبیت خاص تا نسبیت عام

نور

از زمان نیوتون تا ۲۰۰ سال بعد، قوانین نیوتون تنها قوانین طبیعت بودند؛ تا این‌که شخصی به‌نام آلبرت اینشتین همه چیز را تغییر داد. آلبرت اینشتین در ۱۴ مارس ۱۸۷۹ در آلمان به دنیا آمد. در این زمان نیروی الکتریکی شهر‌ها را روشن کرده و باعث به‌ وجود آمدن تکنولوژی‌ها‌یی شده بود که نیوتون حتی آن‌ها را تصور نمی‌کرد. اواسط دهه‌ی ۱۸۰۰، جیمز کلارک ماکسول، با نوشتن معادلات مشهور خود و ادغام الکتریسیته و مغناطیس، راه را برای اینشتین و ابداع تئوری نسبیت خاص باز کرد. در این زمان مفهوم نور، ذهن اینشتین را به خود مشغول کرده بود و چیزی که اهممیت بیش‌تری داشت، سرعت نور بود. نور، بازیگر اصلی تئوری اینشتین بود که اوایل قرن بیستم بیان شد. ویزگی منحصر به فرد نور، ثابت بودن سرعت آن در خلأ است. اگر دو نفر با سرعت به ست یکدیگر حرکت کنند، سرعت‌ها‌ی آن‌ها با هم جمع می‌شود؛ یعنی سرعت نسبی آن‌ها از سرعت تک‌تک آن‌ها بیش‌تر است. اما این قضیه در مورد نور صادق نیست و سرعت نور در خلأ همیشه ۶۷۱ میلیون مایل بر ساعت یا ۳۰۰ میلیون متر بر ثانیه است.

ارتباط میان فضا و زمان

می‌دانیم که سرعت یک جسم از مسافت پیموده شده‌ی جسم در یک بازه‌ی زمانی مشخص به‌دست می‌آید. پس سرعت در واقع یک ارتباط میان فضا و زمان است. ثابت بودن سرعت نور نشان می‌دهد که با تغییر بازه‌ی زمانی، فضا نیز تغییر می‌کند و برعکس و اینشتین از همین سرعت ثابت نور نتیجه گرفت که فضا و زمان از یکدیگر تأثیر می‌پذیرند. دلیل مشاهده نکردن این تأثیرات و تغییرات در زندگی این است ما هیچ‌گاه با سرعت بالا در حد نور حرکت نمی‌کنیم.

زمانی که اینشتین جوان بود، سؤالی ذهن او را به خود مشغول کرده بود: آیا اگر بتوانیم با سرعت نور حرکت کنیم، نور نسبت به ما ساکن خواهد بود یا به عبارت دیگر ما نور را ساکن خواهیم دید؟ این در حالی است که معادلات ماکسول نشان می‌دهند که نور نمی‌تواند ساکن باشد و مسلما کسی تا به حال، تجمعی از پرتو‌ها‌ی نور ساکن را ندیده است. پس سؤال این بود که این پارادوکس ظاهری چگونه قابل حل است؟

ده سال بعد، اینشتین با بیان نظریه‌ی نسبیت خاص، جواب این سؤال را به جهان عرضه کرد. قبل از این تاریخ، آزمایش‌ها‌یی برای اثبات وجود اتر در پهنه‌ی کیهان انجام شده بود که تمامی آن‌ها نشان می‌دادند که چیزی به نام اتر وجود ندارد و نور بر‌خلاف دیگر امواج، برای انتشار به محیط مادی نیازی ندارد. به‌زبان دیگر، چارچوبی برای سنجش سرعت نور نسبت به آن وجود ندارد. پاسخ ساده‌ی اینشتین برای این مورد، ثابت بودن سرعت نور یعنی ۱۰۷۰ میلیون کیلومتربر‌ساعت، نسبت به همه چیز و هیچ چیز است. نظریه‌ی اینشتین به‌سادگی بیان می‌کند که با هر سرعتی، چه به نور نزدیک شوید یا از آن دور شوید، سرعت آن را به‌طور ثابت اندازه‌گیری خواهید کرد و معادلات ماکسول نشان می‌دهند که نور نمی‌تواند ساکن باشد. طبیعتا این سؤال پیش می‌آید که منشأ این رفتار عجیب نور چیست؟

همان‌گونه که گفته شد، سرعت، معیاری از اندازه‌گیری فضا بر زمان است و طبق نظر نیوتون، این اندازه‌گیری به ناظر وابسته نیست و برای همه‌ی ناظر‌ها‌یی که آن را اندازه می‌گیرند ثابت است. چرا که نیوتون فضا و زمان را مطلق در نظر می‌گیرد و این دیدگاه در زندگی روزانه و معمول درست است. اما در نظریه‌ی نسبیت خاص اینشتین فضا و زمان دیگر همان فضا و زمان معمول قبلی نیستند.

فرض کنید در یک تاکسی نشسته‌اید و این تاکسی می‌تواند با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت کند. در این حرکت، شما فضا‌ی بیرون و خیابان پیش رویتان را طولانی‌تر می‌بینید اما زمان روی ساعت مچی‌تان به‌صورت نرمال جلو می‌رود. ولی فردی که در خیابان ایستاده و حرکت شما را تماشا می‌کند، می‌بیند که زمان برای شما به‌کندی جلو می‌رود. همه‌ی این وقایع عجیب برای ثابت نگه‌داشتن سرعت نور است. پس در نظریه‌ی نسبیت خاص، فضا و زمان دیگر جدا از هم نیستند و با‌هم کار می‌کنند.

ادامه دارد...