از نسبیت خاص تا نسبیت عام

از نسبیت خاص تا نسبیت عام

طبق نظریه‌ی اینشتین، گرانش، همان کشیدگی‌ها و خمیدگی‌ها‌ی فضا است که توسط اجسام ایجاد شده است. هر جسمی می‌تواند بسته به جرمی که دارد بر این فضا تأثیر بگذارد اما این تأثیر به حدی کوچک است که تنها در مورد اجسام بسیار سنگین مثل زمین و سیارات و دیگر اجرام کیهانی محسوس است. گردش ماه حول زمین به دلیل وجود یک نیروی مرموز یا یک طناب نامرئی نیست، بلکه به دلیل وجود چاله‌ای است که زمین به دلیل جرم زیاد خود در فضا ایجاد کرده است. پس از اینشتین، فضا دیگر یک صحنه‌ی ثابت نیست، بلکه بازیگری است که نقش مهمی در درام کیهانی بازی می‌کند.

یکی از موارد مهم برای تست ایده‌ی اینشتین در مورد فضا، نزدیک افق رویداد یک سیاهچاله است. یک سیاهچاله در ابتدا ستاره‌ی پر‌جرمی بوده است که پس از اتمام سوخت هسته‌ای مرکزی، در خود فرو‌رفته است. حجم یک سیاهچاله، بسیار کم است و میلیون‌ها تن جرم دارد. گرانش یک سیاهچاله به حدی زیاد است که با توجه به ریاضیات نظریه‌ی اینشتین، می‌تواند فضا را به دنبال خود بکشد و آن را مانند یک تکه پارچه دچار پیچ و خم‌ها‌ی شدید کند. همین تغییرات شدید فضا در افق رویداد یک سیاهچاله می‌تواند مورد برای آزمودن نظریه‌ی اینشتین باشد. اما نزدیک‌ترین سیاهچاله میلیارد‌ها مایل از ما دور است و به دلیل گرانش زیاد سیاهچاله نمی‌توان به آن نزدیک شد. پس چگونه می‌توان فهمید که نظریه‌ی اینشتین حقیقت دارد؟

در اواخر دهه‌ی ۱۹۵۰، فیزیکدانی به‌نام لئونارد شیف به‌دنبال مکان نزدیک‌تری برای آزمودن نظریه‌ی اینشتین می‌گشت. همانگونه که یک سیاهچاله می‌تواند فضا را دچار کشیدگی کند، زمین نیز با چرخیدن و حرکت در فضا می‌تواند پیچش و کشیدگی ایجاد کند، اما اثر این پیچش از تأثیر یک سیاهچاله کم‌تر است. وسیله‌ای که ذهن شیف را درگیر کرده بود، یک اسباب‌بازی ساده به‌نام ژیروسکوپ بود. ایده‌ی شیف بسیار عجیب بود. او ایده‌ی خود را با دو نفر از همکاران خود به‌نام‌ها‌ی ویلیام فلربنک و رابرت کنن در اسختر استنفورد در میان گذاشت. این سه نفر تصمیم گرفتند که یک ژیروسکوپ پیشرفته را به مدار زمین بفرستند تا بتوانند درستی نظریه‌ی اینشتین را بررسی کنند. ایده‌ی شیف در قالب مقاله‌ای به‌عنوان راه جدید و قابل اجرای تست ازمایشگاهی نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین در ۱ مارس ۱۹۶۰ در Physical Review Letters منتشر شد.

در حالت عادی، جهت‌گیری ش ژیروسکوپ در فضا ثابت است مگر اینکه یک عامل خارجی باعث تغییر در جهت آن شود.این ایده سیار ساده است. اما مشکلی وجود داشت و آن هم پیش‌بینی نظریه‌ی انیشتین در مورد میزان تغییر جهت ژیروسکوپ بود. طبق پیش‌بینی اینشتین، اندازه‌گیری این تغییر جهت مثل این است که بخواهید قطر یک سکه را از فاصله‌ی ۶۲ مایلی اندازه بگیرید.

ادامه دارد ...