مشاوره رایگان تحصیلی
منو

انقلاب نسبیت

: انقلاب نسبيت :

انقلاب نسبيت

احمد شكيب

در دهه اول قرن بيستم انقلابي در فلسفه طبيعي پيش آمد كه بسياري آن را از حيث عمق معنا و درهم ريزي احكام جزمي پذيرفته شده ، نسبت به انقلاب كوپرنيكي _گاليله اي ،برتر به شمار مي آورند . در اين فاصله زماني دو نظريه بسيار مهمي پا به عرصه رقابت نهادند ، نظريه نسبيت و كوانتمي كه نسبت به كار هاي دانشمندان پيشين از جمله ماكسول ،سارين كلوين وكلازيوس به نحو چشمگيري متفاوت بودند .اين نظريه هاي جديد نيز ،با ميكانيك نيوتوني در بعضي از اصول و فرض هاي بنيادي اختلاف شديدي داشتند . اين نظريه علاوه بر اينكه در بر گيرنده پيچيدگي هاي رياضيست ،تصور ذهني و فهم آن ،بسيار دشوار است .

البته شايان ذكر است كه انيشتين در مقاله 1905 خود كه براي اولين بار به نسبيت خاص خود پرداخت از معادلات رياضي ساده استفاده كرد اما در مقاله 1919 كه به نسبيت عام پرداخت ،بر خلاف مقاله بيشين از فرمول هاي پيجيده ي رياضي استفاده كرد .

نسبيت از ريشه نسبي گرفته شده است ، يعني هر كدام از واحد هاي فيزيكي شناخته شده براي توصيف پديده هاي طبيعي ، نسبي هستند . يعني وزن ،سرعت ،شتاب و حتي زمان كه براي ما تعريف مي شوند ، نسبي هستند . براي درك اين بهتر است چند مثالي بزنم . در ميكانيك نيوتني ،نيروي وزن شيء در كره زمين را مقدار نيرويي كه از زمين بر شيء وارد مي شود و آن را با شتاب g به سمت خود مي كشاند ، تعريف كرده اند . اگر از شخصي بپرسيد كه وزنتان چقدر است ؟ او احتمالاً مي گويد : در كجا ؟ . وزن شخص در آسانسوري كه با شتاب به سمت پايين مي رود در مقايسه با هنگامي كه آن آسانسور با همان شتاب به سمت بالا مي رود ، فرق مي كند . حال به مثال ديگري مي پردازيم :

مجيد و فرهاد دو دوست هستند كه سوار بر اتومبيل پرايد ، با سرعت ثابت V در حال حركت هستند ومقصد آن ها ، منزل احمد ، است . در اين هنگام احمد از پشت بام منزلشان ، اتومبيل مجيد را مشاهده مي كند . وي در آنجا ، با انجام محاسباتي توسط دستگاهش ، سرعت مجيد و فرهاد را V بدست مي آورد (معادل سرعت اتومبيل) . در اين لحظه ، اتومبيل پدر احمد ، با سرعت ثابت P از كنار اتومبيل مجيد مي گذرد ، در آن لحظه ي عبور ، دستگاه تعبئه شده در اتومبيل پدر احمد ، سرعت مجيدو فرهاد را U=V+P نشان مي دهد . در آن لحظه عبور ، احمد با مجيد تماس مي گيرد و از او مي پرسد كه سرعت فرهاد را اندازه گيري كند . مجيد با شنيدن سخنان احمد ، تعجب مي كند و مي گويد :" اين ديگر چه سوال بي خودي است . مي بيني كه فرهاد در كنار من ساكن نشسته است ، پس بايد سرعت او صفر باشد ". احمد گوشي را مي بندد و به پدرش زنگ مي زند و از او مي پرسد كه دستگاه محاسبه گر تو ، سرعت مجيد و فرهاد را چند بدست آورده است ؟ پدر مي گويد : "سرعت مجيد و فرهاد U=V+P است " . احمد در اين هنگام با خود فكر مي كند كه چگونه فردي در درون اتومبيل با سرعت ثابت ، بنشيند و در حالي كه خود داراي سه سرعت كاملاً متفاوتي باشد . احمد با مبناي سينماتيك آشنايي زيادي ندارد. پس سرعت هم نسبي است .

مسئله نسبي بودن سرعت ، از نظر انيشتين ، آن قدر كه به اعتبار اصل نسبيت مربوط مي شد به اتر و حركت سوقي ربطي نداشت .

طبق اصل نسبيت : قوانين طبيعت در تمام چارچوب هاي مرجع لخت يكسان اند .

انيشتين پس از مطرح كردن اصل نسبيت ، به دو موضوع بنيادي پرداخت :

1 - اصل نسبيت در تمام رويداد هاي طبيعي صحيح و صادق است.

2 - سرعت نور در خلاء ،در هر چارچوب لختي كه اندازه گيري مي شود با صرفه نظر از حركت منبع نور ، معادل cاست .

اصل موضوعي دوم انيشتين ، در واقع انديشه ميكانيكي نيوتني و سينماتيكي گاليله اي را زير پا مي گذارد . طبق اصول سينماتيك ، اگر دو جسم متحرك با سرعت ثابت ، در حال حركت به سمت يكديگر باشند ، سرعت هر يك از آن ها در نقطه بر خورد ، برابر با مجموع سرعتشان است .

اما درنسبيت انيشتين ايگنونه نيست . اگر در نقطه اي نوري را گسيل كنيم ، ناظر ساكن و ناظر متحرك كه با سرعت vدر حال حركت به سمت منبع است ، سرعت نور را cمحاسبه مي كنند .

اين دو اصل سه نتيجه ي حيرت آوري به همراه دارد :

الف) همزماني اتساع زمان . ب) پارادوكس دو قلوها پ) انقباض جرالد-لورنتس .

الف) همزماني اتساع زمان :

مطابق ميكانيك نيوتني ، زمان مطلق است ، يعني زمان در تمام نقاط جهان و بدون وابستگي به شرايط حاكم بر محيط ، به طور يكنواخت جريان دارد .

اما انيشتين خلاف آن را معتقد است ، و در واقع اينجاست كه نيوتن و انيشتين از هم جدا مي شوند .

انيشتين براي اثبات گفته هاي خود در مورد عدم مطلق بودن زمان ، به اصل موضوعي دوم خود پناه مي برد . براي اثبات فرضيه ي انيشتين ، دو لامپ فلاش در نقاط A و B داريم . فردي در ميانه ي BA قرار مي گيرد . ومشاهده مي كند كه دو فلاش A و B همزمان به او مي رسد ، اما اگر فرد به نقطه A نزديكتر باشد ، مشاهده مي كند كه نور گسيل شده از A زودتر از B به او مي رسد ، اما اگر فرد به نقطه B نزديكتر باشد ، مشاهده مي كند كه نور گسيل شده از B زودتر از A به او مي رسد . پس اين رويداد ها همزمان نيستند .

اكنون يكي از معروفترين پيامدهاي اين نظريه ، يعني اتساع زمان ، را بررسي مي كنيم .

منظور از اتساع زمان اينست كه ، ساعت در چارچوب هاي لختي متحرك نسبت به چارچوب هاي لختي ساكن ، كند كار مي كند .

براي روشن كردن بحث اتساع زمان , يك جفت ساعت كاملاً متشابه به هم را تهيه نموده ايم . در اين ساعت ، در آينه به طور موازي و به فاصله ي dاز يكديگر قرار دارند . در يكي از آينه ها نقطه اي وجود دارد كه از آن نوري گسيل مي شود و آن نور پس از انعكاس از آينه دومي ، به همان نقطه تابش خود برمي گردد . اين ساعت به گونه اي كار مي كند كه واحد زمان را معادل ، زمان رفت و برگشت نور بين دو آينه ، نشان مي دهد . يعني واحد زماني كه اين ساعت نشان مي دهد برابر t =2d/c است .

يكي از ساعت ها در چاچوب مرجع ساكن لختي قرار مي دهيم ، و مشاهده مي كنيم كه واحد زمان محاسبه شده معادل t مي باشد .

ساعت ديگر را در چارچوب متحرك لختي كه با سرعت فوق العاده u حركت مي كند، قرار مي دهيم . در اين چارچوب مسير رفت و برگشت نور ، بيشتر از 2d است . زيرا اين ساعت با سرعت u در حال حركت است . پس مكان اين آينه پيوسته در حال تغيير است به همين دليل نور در اين مسير رفت و برگشت خود ، يك مسير شكسته ( به صورت 8 است ) طي مي كند . پس واحد زمان در چارچوب متحرك لختي بزرگتر از واحد زمان در يك چارچوب ساكن لختي است . به همين دليل ساعت ها در چارچوب متحرك لختي نسبت به چارچوب ساكن لختي كند كار مي كنند .

ب) پارادوكس دوقلو ها :

اتساع زمان در نظريه نسبيت ما را به پارادوكس دو قلو ها مي كشاند ، اين پارادوكس بيش از 50 سال بعد از انتشار نظريه نسبيت انيشتين ، مورد بحث ميان دانشمندان بوده است . كه خلاصه اين داستان بدين شرح است كه : يكي از دو قلوه ها تصميم مي گيرد كه با يك فضاپيما كه با سرعت نزديك به سرعت نور حركت مي كند , به يك سياره دور برود . اين مسافرت 70 سال زميني طول مي كشد . هنگامي كه او بر مي گردد مي بيند كه برادرش به سن 90 سالگي رسيده ودر حالي كه او 29 سال بيشتر سن ندارد .

پ) انقباض لورنتس-جرالد :

اتساع زمان كه يكي از مهمترين نتايج نظريه نسبيت است ، موجب شد كه انقباض لورنتس-جرالد ، قدم به صحنه رقابت بگذارد .

ناظر o در چارچوب ساكن لختي قرار دارد و مي خواهد طول لوله اي را محاسبه كند . روش اندازه گيري او ، اينگونه است كه يك شيء را با سرعت ثابت v ، از يك سر لوله پرتاب مي كند و با ثبت مدت زماني كه آن شيء به آن سر لوله مي رسد ، و با استفاده از فومول هاي سينماتيك ، طول لوله را مي يابد . او طول لوله را L محاسبه مي كند . L = t .v

ناظر Z واقع در چارچوب متحرك لختي نيز مي خواهد طول همان لوله را محاسبه كند . او براي محاسبه طول لوله از شيوه ي ناظر O استفاده مي كند و طول لوله را L` مي يابد .(L`=t` .v` )

طبق نتايج قبلي نسبيت ( اتساع زمان ) ، به اين نتيجه رسيديم كه زمان در چارچوب متحرك نسبت به چارچوب ساكن ، كندتر مي گذرد . پس t > t` بنابراين L > L` ، كه نشان دهنده انقباض طول لوله در چارچوب متحرك است .

درك چنين واقعيتي بسيار دشوار و سخت است . اما لورنتس علت آن را تغيير در نيروي الكترومغناطيسي اتم ها در سرعت هاي بالا مي داند.

اما متاسفانه تا كنون دانشمندان موفق نشده اند كه انقباض لورنتس-جرالد را در حد آزمايش عملي كند .

يك از نتايج نسبيت خاص ، كه با سينماتيك در تضاد است جمع سرعت هاست كه در خور مسائل رياضيست .

E=MC^2

يكي از معادلات زيبا و پراهميتي كه انيشتين آن را در مقاله ي علمي با استدلال زيبا و دور از هرگونه پيچيدگي هاي رياضي استنتاج كرد ، معادله هم ارزي جرم-انرژي است . وي در مقاله ي خود مي نويسد :" اگر جسمي انرژي E را بصورت تابش از دست بدهد ، جرمش به اندازه ي E/C^2 ، كم مي شود ".

اگر جسمي ، مقداري از جرم خود را از دست بدهد ، انرژي به اندازه ي E كه معادل E=MC^2 ، مي باشذ به صورت تابشي آزاد مي كند و M مقدار جرم از دست رفته است .

در واكنش هاي هسته اي ، مشاهده شده است كه در طي شكافت هسته ، مقداري از جرم هسته كاهش و به انرژي تابشي تبديل مي شود . البته عكس اين معادله نيز صادق است ، يعني مي توان با فراهم آوردن مقدار انرژي به اندازه كافي ، جسمي پر جرم را به وجود آورد .

يكي از نتايج مهم هم ارزي جرم-انرژي ، تغيير جرم جسم در سرعت هاي نزديك به سرعت نور است .

جرم جسم متحرك با سرعت نزديك به سرعت نور ، نسبت به همان جسم ولي در حال سكون ، بيشتر است .

امروزه در آزمايشگاه ها ، با دادن انرژي به الكترون ها ، توانسته اند سرعت آن ها را نزديك به سرعت نور ، برسانند .

در اين آزمايش ها مشاهده شده كه جرم الكترون ها مطابق با فرمول نسبيت ، افزايش پيدا كرده است . و همچنين با استفاده از ساعت هاي اتمي (سزيم ) ،كندي گذر زمان در چارچوب متحرك نسبت به چارچوب ساكن را مشاهده كرده اند .

انيشتين در سال 1919 ، با ترميم و تعميم نسبيت خود , نسبيت عام را مطرح كرد . نسبيت عام برخلاف نسبيت خاص ، در برگيرنده معادلات و پيچيدگي هاي رياضي بود .

يكي از پيش بيني هاي اين نظريه آن بود كه ساعت ها در ميدان گرانشي بسيار قوي ، كندتر كار مي كنند و همچنين نور در ميدان گرانشي بسيا قوي ، در مسير مستقيم خود منحرف مي شوند . اين نظريه توانست به بسياري از معما هاي كيهان شناسي در مورد سياهچاله ها ، عمر كرات وسيارات ، انرژي ستاره ها وكهكشان ها ، چگالي جهان و ... پاسخ دهد .

منابع:

فيزيك پايه جلد چهارم نوشته ج بلت

http://www.nasa.gov


منبع :www.parssky.com




www.HUPAA.com
محک
مشاوره رایگان تحصیلی
● مقالات فیزیک
● اخبار فیزیک
● مطالب پربیننده
● مجله علمی
● کوانتوم و فیزیک جدید
● الکترومغناطیس
● نظریات ایرانی
● نجوم و اخترفیزیک
● فلسفه و متافیزیک
● نانوتکنولوژی
● برق و الکترونیک
● هواشناسی و فیزیک جو
● فیزیک نور و اپتیک
● مکانیک و ترمودینامیک
● مطالب متفرقه
● معرفی کتاب
● دانشمندان
● فیزیک در ایران
● سایتهای فیزیک انگلیسی
● سایتهای فیزیک فارسی
● دانلود نرم افزار
● تصاویر دیدنی
● پزشکی و سلامت
امکانات
● خانه
● انجمن فیزیکدانان جوان ایران
● درباره ما
● سفارش آگهی
● تماس با ما
● عضویت در انجمن
● ورود
● RSS
آگهی های متنی
آموزش زبان انگلیسی
سگال - موسسه خیریه حمایت از کودکان فلج مغزی
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
مشاوره رایگان تحصیلی
آخرین گفتگوها در انجمن
نسبیت برای نور (6 پاسخ)
فرمول کولن (1 پاسخ)
نیروی وارد بر قاعده از طرف آب (9 پاسخ)
سوال درباره پیچ جاده (2 پاسخ)
اگر چرخش زمین و ماه در یک جهت نبود چی می شد ؟ (0 پاسخ)
سوال از تبدیل ماده به انرژی (28 پاسخ)
معادله حرکت بر روی سطح شیبدار با شتاب ثابت (11 پاسخ)
چه شد که بیگ بنگ رخ داد؟ (16 پاسخ)
با باقیمانده بافت مغز پس از جراحی چه می‌توان کرد؟ (0 پاسخ)
انرژی به ماده (1 پاسخ)
زبان اعداد و طیف ارتعاشی آنان در زندگی (3 پاسخ)
اصل طرد پاولی (2 پاسخ)
نمودار سه بعدی تبدیل جرم به انرژی (0 پاسخ)
چرا الکترون روی هسته سقوط نمیکند؟ (17 پاسخ)
سوالی در باب مسئله درهم تنیدگی کوانتومی (13 پاسخ)
معرفی مجله (0 پاسخ)
درهم تنیدگی برای ذراتِ تابش هاوکینگ (0 پاسخ)
بیا تو سوال بپرس (229 پاسخ)
تحولات کره در فضای ثابت و منبسط شونده (3 پاسخ)
پارادوکسی جدید در همزمانی (28 پاسخ)
سیاهچاله (4 پاسخ)
میدان هیگز (0 پاسخ)
زمین تخت گرایان (185 پاسخ)
بهترین نرم افزار محاسبات فیزیک (1 پاسخ)
تناقض در دو جنبه اصل نسبیت؟ (30 پاسخ)
چگونه بدانیم قلبمان سالم است؟ (0 پاسخ)
معادلات حرکت با سرعت فراتر از نور (3 پاسخ)
بازی با احتمالات (5 پاسخ)
نسبیت به زبان ساده (150 پاسخ)
تاریخچه گشتامد دنباله دار هالی (0 پاسخ)
بعد از نظر فیزیک (3 پاسخ)
چرا پروتون، الکترون را جذب می‌کند؟ (3 پاسخ)
تعادل در هسته مرکزی زمین (2 پاسخ)
عبور از افق رویدادِ یک سیاهچاله (2 پاسخ)
آیا میدان هیگز نوسانی است؟ (0 پاسخ)
موتور بدون سوخت+Free Energy (11 پاسخ)
میدان مغناطیس زمین و تولید نیروی برق( طرحی جالب) (21 پاسخ)
آیا انرژی جرم دارد ؟ (31 پاسخ)
شعاع شوارتزشیلد و نقطه ی تکینگی (17 پاسخ)
سوال وزنه و فنر (0 پاسخ)
علت عبور نور مریی از شیشه سربی بر خلاف گاما (26 پاسخ)
سوال در مورد اصطکاک (29 پاسخ)
حدس گلادباخ (80 پاسخ)
تکنیک حل معادله (4 پاسخ)
برای سفر انسان به مریخ، چه امکاناتی لازم است و این سفر چه مد (1 پاسخ)
مختصات رئوس مربع ها چگونه بدست می آید؟ (4 پاسخ)
جلوگیری از انتشار میدان مغناطیسی (9 پاسخ)
چرا پروتون سبکتر از کوارک است؟ (4 پاسخ)
آزمایش لوله پرتو کاتدی (20 پاسخ)
سفر در زمان با خواب مصنوعی (0 پاسخ)
پارادوکس EPR (8 پاسخ)
چرا آهنربا چوب رو جذب نمیکنه ولی آهن رو جذب میکنه؟ (13 پاسخ)
آهنربای النیکو (1 پاسخ)
چطور میتونم خلاء درست کنم؟! (8 پاسخ)
تیر رعد و برق (6 پاسخ)
کرم‌چاله چیست؟ (0 پاسخ)
آیا بشقاب پرنده ها وجود دارند؟ (0 پاسخ)
چرا سیارات چشمک نمی زنند؟ (0 پاسخ)
آیا فضا منحنی است؟ (0 پاسخ)
درخواست پیشنهادات شما در مورد بدست آوردن مقدار زیادی الکترون (3 پاسخ)
مقالات فیزیک
تفاوت سیاره‌های غول‌پیکر با ستاره‌های کوتوله در چیست؟
چگونه می‌توان فلز را به عایق تبدیل کرد؟
ساخت دستگاهی هوشمند برای تنظیم قند خون
چطور در خانه آب مقطر تهیه کنیم؟
گونه‌های نادر حیوانات و گیاهان نیز زاغه‌نشین می‌شوند!
چرا برخی افراد در مقابل آنفلوآنزا ضعیف‌تر هستند؟
داستان واضح‌ترین تصویر از کورونای خورشیدی
نحوه تمیز کردن کتری برقی
کروناویروس تا کجا پیش می‌رود؟
خودروی استثنایی کیا
ناسا در ماه، پرورش قارچ‌ راه می‌اندازد
چطور اگزما را در نوزادان شناسایی و درمان کنیم؟
آیا موجودات فرازمینی نامرئی وجود دارند؟
مغز چگونه تفاوت بین لذت و درد را تشخیص می‌دهد؟
تاثیر تکنولوژی‌های قدیمی، بر روی گرمایش زمین
چطور یک آکواریوم بسازیم؟
آیا هوش مصنوعی می‌تواند تحقیقات عملی انجام دهد؟
پارکر اطلاعات جدیدی از ذرات خورشیدی به زمین مخابره کرد
اثرانگشت، مصرف‌کنندگان مواد مخدر را رسوا می‌کند
چطور یک مبتکر باشیم؟
کهکشانی مارپیچی که دو هسته‌ی فعال دارد!‌
رکورد دما در جنوبگان شکسته شد
ساخت باندهای پانسمانی هوشمند
چطور لک خون را از روی فرش پاک کنیم؟
پژوهشگران در جستجوی دمای ماده‌ی تاریک هستند
آیا می‌توان عوارض پرتودرمانی را از بین برد؟
مشاهده‌ی اجرامی عجیب، در اطراف مرکز کهکشان راه‌شیری
چطور در اینستاگرام فالور جذب کنیم؟
کرونا تا چه حد کُشنده است و آیا می‌توان آن را مهار کرد؟
قدیمی‌ترین محل برخورد شهاب‌سنگ با زمین کجاست؟
ادامه ...
اخبار فیزیک
یافته های تازه دانشمندان ممکن است سفر در زمان را غیرممکن کند!
نگاهی به دوردست‌های کیهان به کمک یک خوشه کهکشانی غول‌پیکر
سنجش ذرات در کیهان اولیه
پیش‌بینی جرم ذره «هیگز» توسط سیمپسون‌های کارتونی 14 سال قبل از سرن!
فریب فوق‌العاده نور توسط محقق ایرانی
طراحی پای مصنوعی دارای سیستم بینایی توسط دانشمندان ایرانی
حل یک مساله سی‌ساله فیزیک شبیه‌سازی مواد ابررسانا با اتم‌های فوق سرد با همکاری فیزیکدان ایرانی
مخترع لیزر چارلز تاونز در 99 سالگی درگذشت
حل معماهای فیزیک در آزمایشگاه‌های ارزان بجای شتاب‌دهنده‌! مشاهده حالت بوزون هیگزی در ابررسانا برای نخستین بار
سه ایرانی در میان 100 نفر کاندیدای نهایی سفر بی بازگشت به مریخ
آمادگی برخورددهنده بزرگ هادرونی برای کشف یک ذره جدید
مشاهده پیوند شیمیایی اتم‌ها و تشکیل مولکول برای نخستین‌بار
کشف عجایب حبابی با سی‌تی اسکن درون یک ابرنواختر
لوح انجمن جهانی نفرولوژی به «پدر علم نفرولوژی ایران» اعطا می‌شود
چرا برخی کهکشان‌ها جوانمرگ می‌شوند؟
ادامه ...
مطالب پربیننده
کشف راهی جدید برای افزایش طول عمر (0+)
کشف ساختاری جدید و عجیب در کهکشان راه‌شیری (0+)
جایگزین ورزش پیدا شد؟ (0+)
چطور در مصرف بنزین صرفه‌جویی کنیم؟ (0+)
اتمسفر مریخ نَشتی دارد (0+)
چگونه درختان می‌توانند هزاران سال عمر کنند؟ (0+)
اختراع دستگاهی برای زنده نگه داشتن کبد در خارج بدن (0+)
آمار مرگ در اثر عوارض الکل چقدر است؟ (0+)
آتشفشان‌های جوان بر روی سیاره‌ی ناهید (0+)
تاردیگراد در مقابل گرمایش جهانی ضعیف است (0+)
حرکات کششی که باید قبل و بعد از دویدن انجام داد (0+)
میلیاردر ژاپنی به دنبال شریکی برای سفر به ماه می‌گردد! (0+)
راز سالم ماندن مغز باستانی انسان (0+)
زمان غذا خوردن چه اهمیتی دارد؟ (0+)
چطور علائم ناشی از کشیدگی‌ پوست را درمان کنیم؟ (0+)
ادامه ...