Re: اصول و مفاهيم نسبـيت
ارسال شده: شنبه ۱۳۹۲/۸/۲۵ - ۲۰:۵۹
+آخرين پست صفحه قبل
------------
مرور 2 نکتهی اساسی:
1.
چهارچوب مرجع باید درست انتخاب بشه. چون ما زمین رو ثابت فرض می کنیم، هر جسمی که نسبت به زمین شتاب داره دیگه گزینهی مناسبی برای چهارچوب دوم نیست. توی این مورد، آمیلیا چهارچوب قابل اعتمادی نیست، چون داره نسبت به زمین شتاب پیدا می کنه.
2.
به محض این که آمیلیا جهت عوض می کنه و حرکتش شتابدار می شه، زمان براش شیفت پیدا می کنه، و باید محساباتش رو با جهشی که توی زمان رخ داده تطبیق بده.
جواب دکتر سیمونتی از دانشگاه ویرجینیا تک:
در واقع، مساله اینه که ما نمی تونیم به این راحتی مرجع ها رو عوض کنیم، بعد بگیم هر اتفاقی که واسه آمیلیا می افته، واسه کاسپر هم می افته، و در واقع نمی تونیم بگیم قضیه متقارنه. دلیلش هم اینه که آمیلیا واقعا حرکت می کنه. همونطور که بالا هم نوشته، آمیلیا واقعا احساس می کنه که شروع به سرعت گرفتن کرد، و وقتی به سیاره
می رسه احساس می کنه که سرعتش داره کم می شه، و وقتی داره بر می گرده احساس می کنه که داره سرعت می گیره دوباره. در حالی که کاسپر هیچ تغییری احساس نمی کنه. واسه همین هم می گیم مرجع آمیلیا نالَخته، چون خودش واقعا در حرکته.
واسه این که راحت تر بشه قضیه، اصلا بیاین کلا نسبیت رو فراموش کنیم یه لحظه، برگردیم سر مثال ماشین و اینا. وقتی ماشین یهو ترمز می کنه، چرا می گیم ماشین یه چهارچوب نالَخته و قوانین اینرسی دیگه در موردش صادق نیست؟ چرا نمی گیم ماشین ثابته و زمین مرجع نالَخته؟
دلیلش بازم همینه. ماشین ترمز می کنه، واقعا از حرکت کردن می ایسته! یعنی موتورش به معنای واقعی کلام مجبورش می کنه که بایسته! به صورت فیزیکی، نه لغوی. در مورد نسبیت هم همین قضیه است.
آمیلیا واقعا شروع به حرکت می کنه، و واسه این حرکت هم باید مثلا موتور موشکش رو روشن کنه، و یه کاری انجام بده که از حالت ثابت بودن در بیاد. حالا موتور نباشه، یکی هلش بده! مهم نیست، به هر حال خودش احساس می کنه که داره حرکت می کنه، داره شتاب میگیره! در حالی که زمین هیچ کار خاصی نمی کنه. آمیلیا داره شتاب میگیره!!!
این واقعا شروع به حرکت کردنه باعث می شه دیگه نتونیم آمیلیا رو مرجع ثابت در نظر بگیریم، و مجبور باشیم هر وقت شتاب پیدا کرد بگیم نالَخته. اون چیزی که واقعا ثابته و هیچ تغییری توش رخ نداده و هیچ احساسی از حرکت کردن نداره، زمینه. پس ما زمین رو ثابت فرض می کنیم. هر چند زمین خودش هم داره دور خورشید می گرده و اینا، اما مساله اینه که چه کسی واقعا شروع می کنه با سرعت نور به حرکت کردن و شتاب گرفتن، که توی این مورد آمیلیاست. زمین ثابت ثابت نیست، ولی یه مرجع لَخته، چون خودش هم هیچ احساسی از تغییر سرعتش نداره، و در حقیقت شتاب نداره. ولی آمیلیا توی واقعیت شروع می کنه به حرکت کردن، شتاب می گیره...
ما تو انتخاب چهارچوب آزاد هستیم، می تونیم هر چیزی رو خواستیم به عنوان چهارچوب انتخاب کنیم، ولی تو انتخاب این که کدومش لَخته و کدومش نالَخت آزاد نیستم. این که "قوانین اینرسی و بقیه ی قوانین فیزیک لزوما توی چهارچوبی که انتخاب کردیم برقرار هست یا نه" بستگی داره به این که "واقعیت" چجوریه، چون به هر حال یه فرقی هست بین این که زمین واقعا شروع به حرکت کنه، یا این که موشک آمیلیا شروع به حرکت کنه. این تفاوته که باعث می شه چهارچوبی که توی واقعیت شتاب می گیره یه مرجع نالَخت به حساب بیاد، حتی اگه خودش رو به عنوان چهارچوب انتخاب کنیم.
توی این مثال، می تونیم آمیلیا رو به عنوان چهارچوب انتخاب کنیم (یعنی امیدوارم که بتونیم!)، اون وقت می تونیم بگیم که کاسپر و زمین هم دارن با سرعت 0/6 سرعت نور از این فاصله می گیرن، ولی فقط وقتی که شتابی در کار نباشه. من فکر کنم شتاب به این خاطر مهمه که فاکتور اصلی و تعیین کننده توی لَخت یا نالَخت بودن چهارچوب ما ست، و یه جورایی مستقل از انتخاب ما ست (اگه به مطلب بالا اعتماد کنیم، این که یه جسم شتاب می گیره ذات خود جسمه، نه انتخاب ما).
یک نظر مخالف
اخیرا برخی از محققین به نتایجی مغایر با نظریه فوق دست یافتند و معتقدند سفر به فضا، تاثیری کاملا برعکس دارد و حتی ممکن است انسان را به پیری زودرس دچار کند.
فرانک کوچینوتا (Frank Cucinotta) - از دانشمندان برجسته ناسا (NASA) در زمینه تشعشعات - در مرکز فضایی جانسون، در این باره می گوید:
مشکل نظریه انیشتین این است که ما نمی توانیم تشعشات فضایی و روند طبیعی گذر عمر را در علم بیولوژی بگنجانیم.
او می افزاید:
حرکت در فضا امکان نفوذ اشعه به داخل کروموزم های شخص را ایجاد می کند، این عمل ممکن است به تلومرها (Telomer) كه سرپوش مولکولی کوچکی در انتهای DNA هستند، آسیب برساند. با بازگشت به زمین، فقدان تلومرها ارتباط مستقیم با سالخوردگی پیدا می کند. تاکنون تاثیرات ایستگاههای فضایی و شاتل ها بر فضانوردان، البته در صورت وجود، بسیار اندک بوده؛
این فضانوردان دائما درون میدان مغناطیسی محافظ زمین، كه باعث انحراف اشعهها ميگردد، در گردشند.
---------------
تجارب واقعی
ناسا در نظر دارد در سال 2018، فضانوردان را به منظور رجعت به ماه و نهایتا سفر به مارس، به خارج از این حلقه محافظ بفرستد.
در چنین ماموریت هایی فضانوردان برای هفته ها یا ماه های متوالی در معرض اشعه خواهند بود. ناسا بسیار مشتاق است که بداند آیا خطر پیری در اثر اشعه واقعا وجود دارد یا خیر؟ و در صورت مثبت بودن نتیجه، به فکر چگونگی حل این مشکل باشد؟
طبق اظهارات جری شی (Jerry Shay) - یک دانشمند سلول شناس در مرکز پزشکی دانشگاه تگزاس، دانشمندان به تازگی درگیر این سئوال شده اند، درحقیقت در حال حاضر اطلاعات علمی دانشمندان در زمینه ارتباط بین تابش اشعه ها و از بین رفتن تلومرها بسیار محدود است، اما اخیرا با حمایت های ناسا مشغول مطالعه مورد مذکور هستند. نتایج چنین تحقیقاتی برای همگان چه بر روی زمین و چه در فضا، مفید خواهد بود.
عملکرد فیوز مانند تلومرها در سلول
تلومرها مانند فیوز یک بمب ساعتی به صورت شاخه های بلندی از DNA ها هستند که هر بار با تقسیم سلولی کوتاه می شوند. زمانی که تلومرها بیش از حد کوتاه شوند، عمر آن سلول به اتمام رسیده و دیگر قادر به تقسیم شدن نیست، این مرحله به عنوان پیری در اثر تکرار شناخته شده است. اگر چنین فیوزی در داخل هر سلول بدن انسان موجود نباشد، سلول ها قادر به ادامه رشد و تقسیم نامحدود نیستند. در واقع، دانشمندان بر این باورند که به علت وجود تلومرهاست که تعداد دفعاتی که اکثر سلول های بدن انسان می توانند تنها 50 تا 100 بار تقسیم سلولی انجام دهند.
یکی از تئوری های اخیر مطرح شده در زمینه پیری زودرس می گوید : به مجرد اینکه سلول های بدن افراد با محدودیت تحمیل شده از طرف تلومرها مواجه می شوند، کمبود سلول های جدید و تازه باعث بروز علائم پیری مانند چروکیدگی پوست، افتادگی اندامها و نهایتا ضعیف شدن سیستم ایمنی بدن، می شوند.
تحقیقات جدیدی که توسط فرانک کوچینوتا و همکارانش انجام شده، نشان داده که تشعشعات حاصله از هسته های فلزی که جزء اصلی هر اشعه است، به طور قطع به تلومرهای سلول های بدن انسان آسیب می رسانند.
به منظور اثبات این قضیه، آنها در نوع بخصوصی از سلولهای خون انسان به نام لیمفوسایت (lymphocyte) را در لابراتوار در معرض هر دو اشعه گاما و اشعه فلزی قرار دادند. کوچینوتا در این باره اظهار داشته:
"ما به نتایج شگفت آوری در این باره دست یافتیم، اشعه فلزی بیش از اشعه گاما در تخریب تلومرها موثر است، این تفاوت ممکن است به دلیل فضای وسیع تری باشد که اشعه فلزی تحت الشعاع قرار می دهد."
به هر حال اگر دانشمندان تشخیص دهند که کدام نوع اشعه بر تلومرها تاثیر منفی دارد، قادر به یافتن روشی برای اجتناب از آن نیز خواهند بود. آنچه مسلم است هدف اصلی ناسا از انجام این تحقیقات، جوان نگه داشتن فضانوردان یا حداقل جلوگیری از پیری زودرس آنها است.
در آيندهاي نسبتاً نزديك، مباحث اتساع زمان و پارادوكس دوقلوها را به تفصيل بررسي خواهيم كرد.
----------
كتاب: فضا-زمان تخت و خميده، نوشته جرج آليس و روث ويليامز، ترجمه يوسف اميرارجمند
كتاب: آشنايي با نسبيت خاص، نوشته رابرت رزنيك، ترجمه جعفر گودرزي
------------
مرور 2 نکتهی اساسی:
1.
چهارچوب مرجع باید درست انتخاب بشه. چون ما زمین رو ثابت فرض می کنیم، هر جسمی که نسبت به زمین شتاب داره دیگه گزینهی مناسبی برای چهارچوب دوم نیست. توی این مورد، آمیلیا چهارچوب قابل اعتمادی نیست، چون داره نسبت به زمین شتاب پیدا می کنه.
2.
به محض این که آمیلیا جهت عوض می کنه و حرکتش شتابدار می شه، زمان براش شیفت پیدا می کنه، و باید محساباتش رو با جهشی که توی زمان رخ داده تطبیق بده.
جواب دکتر سیمونتی از دانشگاه ویرجینیا تک:
در واقع، مساله اینه که ما نمی تونیم به این راحتی مرجع ها رو عوض کنیم، بعد بگیم هر اتفاقی که واسه آمیلیا می افته، واسه کاسپر هم می افته، و در واقع نمی تونیم بگیم قضیه متقارنه. دلیلش هم اینه که آمیلیا واقعا حرکت می کنه. همونطور که بالا هم نوشته، آمیلیا واقعا احساس می کنه که شروع به سرعت گرفتن کرد، و وقتی به سیاره
می رسه احساس می کنه که سرعتش داره کم می شه، و وقتی داره بر می گرده احساس می کنه که داره سرعت می گیره دوباره. در حالی که کاسپر هیچ تغییری احساس نمی کنه. واسه همین هم می گیم مرجع آمیلیا نالَخته، چون خودش واقعا در حرکته.
واسه این که راحت تر بشه قضیه، اصلا بیاین کلا نسبیت رو فراموش کنیم یه لحظه، برگردیم سر مثال ماشین و اینا. وقتی ماشین یهو ترمز می کنه، چرا می گیم ماشین یه چهارچوب نالَخته و قوانین اینرسی دیگه در موردش صادق نیست؟ چرا نمی گیم ماشین ثابته و زمین مرجع نالَخته؟
دلیلش بازم همینه. ماشین ترمز می کنه، واقعا از حرکت کردن می ایسته! یعنی موتورش به معنای واقعی کلام مجبورش می کنه که بایسته! به صورت فیزیکی، نه لغوی. در مورد نسبیت هم همین قضیه است.
آمیلیا واقعا شروع به حرکت می کنه، و واسه این حرکت هم باید مثلا موتور موشکش رو روشن کنه، و یه کاری انجام بده که از حالت ثابت بودن در بیاد. حالا موتور نباشه، یکی هلش بده! مهم نیست، به هر حال خودش احساس می کنه که داره حرکت می کنه، داره شتاب میگیره! در حالی که زمین هیچ کار خاصی نمی کنه. آمیلیا داره شتاب میگیره!!!
این واقعا شروع به حرکت کردنه باعث می شه دیگه نتونیم آمیلیا رو مرجع ثابت در نظر بگیریم، و مجبور باشیم هر وقت شتاب پیدا کرد بگیم نالَخته. اون چیزی که واقعا ثابته و هیچ تغییری توش رخ نداده و هیچ احساسی از حرکت کردن نداره، زمینه. پس ما زمین رو ثابت فرض می کنیم. هر چند زمین خودش هم داره دور خورشید می گرده و اینا، اما مساله اینه که چه کسی واقعا شروع می کنه با سرعت نور به حرکت کردن و شتاب گرفتن، که توی این مورد آمیلیاست. زمین ثابت ثابت نیست، ولی یه مرجع لَخته، چون خودش هم هیچ احساسی از تغییر سرعتش نداره، و در حقیقت شتاب نداره. ولی آمیلیا توی واقعیت شروع می کنه به حرکت کردن، شتاب می گیره...
ما تو انتخاب چهارچوب آزاد هستیم، می تونیم هر چیزی رو خواستیم به عنوان چهارچوب انتخاب کنیم، ولی تو انتخاب این که کدومش لَخته و کدومش نالَخت آزاد نیستم. این که "قوانین اینرسی و بقیه ی قوانین فیزیک لزوما توی چهارچوبی که انتخاب کردیم برقرار هست یا نه" بستگی داره به این که "واقعیت" چجوریه، چون به هر حال یه فرقی هست بین این که زمین واقعا شروع به حرکت کنه، یا این که موشک آمیلیا شروع به حرکت کنه. این تفاوته که باعث می شه چهارچوبی که توی واقعیت شتاب می گیره یه مرجع نالَخت به حساب بیاد، حتی اگه خودش رو به عنوان چهارچوب انتخاب کنیم.
توی این مثال، می تونیم آمیلیا رو به عنوان چهارچوب انتخاب کنیم (یعنی امیدوارم که بتونیم!)، اون وقت می تونیم بگیم که کاسپر و زمین هم دارن با سرعت 0/6 سرعت نور از این فاصله می گیرن، ولی فقط وقتی که شتابی در کار نباشه. من فکر کنم شتاب به این خاطر مهمه که فاکتور اصلی و تعیین کننده توی لَخت یا نالَخت بودن چهارچوب ما ست، و یه جورایی مستقل از انتخاب ما ست (اگه به مطلب بالا اعتماد کنیم، این که یه جسم شتاب می گیره ذات خود جسمه، نه انتخاب ما).
یک نظر مخالف
اخیرا برخی از محققین به نتایجی مغایر با نظریه فوق دست یافتند و معتقدند سفر به فضا، تاثیری کاملا برعکس دارد و حتی ممکن است انسان را به پیری زودرس دچار کند.
فرانک کوچینوتا (Frank Cucinotta) - از دانشمندان برجسته ناسا (NASA) در زمینه تشعشعات - در مرکز فضایی جانسون، در این باره می گوید:
مشکل نظریه انیشتین این است که ما نمی توانیم تشعشات فضایی و روند طبیعی گذر عمر را در علم بیولوژی بگنجانیم.
او می افزاید:
حرکت در فضا امکان نفوذ اشعه به داخل کروموزم های شخص را ایجاد می کند، این عمل ممکن است به تلومرها (Telomer) كه سرپوش مولکولی کوچکی در انتهای DNA هستند، آسیب برساند. با بازگشت به زمین، فقدان تلومرها ارتباط مستقیم با سالخوردگی پیدا می کند. تاکنون تاثیرات ایستگاههای فضایی و شاتل ها بر فضانوردان، البته در صورت وجود، بسیار اندک بوده؛
این فضانوردان دائما درون میدان مغناطیسی محافظ زمین، كه باعث انحراف اشعهها ميگردد، در گردشند.
---------------
تجارب واقعی
ناسا در نظر دارد در سال 2018، فضانوردان را به منظور رجعت به ماه و نهایتا سفر به مارس، به خارج از این حلقه محافظ بفرستد.
در چنین ماموریت هایی فضانوردان برای هفته ها یا ماه های متوالی در معرض اشعه خواهند بود. ناسا بسیار مشتاق است که بداند آیا خطر پیری در اثر اشعه واقعا وجود دارد یا خیر؟ و در صورت مثبت بودن نتیجه، به فکر چگونگی حل این مشکل باشد؟
طبق اظهارات جری شی (Jerry Shay) - یک دانشمند سلول شناس در مرکز پزشکی دانشگاه تگزاس، دانشمندان به تازگی درگیر این سئوال شده اند، درحقیقت در حال حاضر اطلاعات علمی دانشمندان در زمینه ارتباط بین تابش اشعه ها و از بین رفتن تلومرها بسیار محدود است، اما اخیرا با حمایت های ناسا مشغول مطالعه مورد مذکور هستند. نتایج چنین تحقیقاتی برای همگان چه بر روی زمین و چه در فضا، مفید خواهد بود.
عملکرد فیوز مانند تلومرها در سلول
تلومرها مانند فیوز یک بمب ساعتی به صورت شاخه های بلندی از DNA ها هستند که هر بار با تقسیم سلولی کوتاه می شوند. زمانی که تلومرها بیش از حد کوتاه شوند، عمر آن سلول به اتمام رسیده و دیگر قادر به تقسیم شدن نیست، این مرحله به عنوان پیری در اثر تکرار شناخته شده است. اگر چنین فیوزی در داخل هر سلول بدن انسان موجود نباشد، سلول ها قادر به ادامه رشد و تقسیم نامحدود نیستند. در واقع، دانشمندان بر این باورند که به علت وجود تلومرهاست که تعداد دفعاتی که اکثر سلول های بدن انسان می توانند تنها 50 تا 100 بار تقسیم سلولی انجام دهند.
یکی از تئوری های اخیر مطرح شده در زمینه پیری زودرس می گوید : به مجرد اینکه سلول های بدن افراد با محدودیت تحمیل شده از طرف تلومرها مواجه می شوند، کمبود سلول های جدید و تازه باعث بروز علائم پیری مانند چروکیدگی پوست، افتادگی اندامها و نهایتا ضعیف شدن سیستم ایمنی بدن، می شوند.
تحقیقات جدیدی که توسط فرانک کوچینوتا و همکارانش انجام شده، نشان داده که تشعشعات حاصله از هسته های فلزی که جزء اصلی هر اشعه است، به طور قطع به تلومرهای سلول های بدن انسان آسیب می رسانند.
به منظور اثبات این قضیه، آنها در نوع بخصوصی از سلولهای خون انسان به نام لیمفوسایت (lymphocyte) را در لابراتوار در معرض هر دو اشعه گاما و اشعه فلزی قرار دادند. کوچینوتا در این باره اظهار داشته:
"ما به نتایج شگفت آوری در این باره دست یافتیم، اشعه فلزی بیش از اشعه گاما در تخریب تلومرها موثر است، این تفاوت ممکن است به دلیل فضای وسیع تری باشد که اشعه فلزی تحت الشعاع قرار می دهد."
به هر حال اگر دانشمندان تشخیص دهند که کدام نوع اشعه بر تلومرها تاثیر منفی دارد، قادر به یافتن روشی برای اجتناب از آن نیز خواهند بود. آنچه مسلم است هدف اصلی ناسا از انجام این تحقیقات، جوان نگه داشتن فضانوردان یا حداقل جلوگیری از پیری زودرس آنها است.
در آيندهاي نسبتاً نزديك، مباحث اتساع زمان و پارادوكس دوقلوها را به تفصيل بررسي خواهيم كرد.
----------
كتاب: فضا-زمان تخت و خميده، نوشته جرج آليس و روث ويليامز، ترجمه يوسف اميرارجمند
كتاب: آشنايي با نسبيت خاص، نوشته رابرت رزنيك، ترجمه جعفر گودرزي