شما به
http://repositorio.unicamp.br/bitstream ... 100012.pdfو
https://arxiv.org/pdf/physics/0506049.pdf مراجعه کنید.
من ابتدا عنوان کنم رشته من فیزیک نیست ومن هوافضا میخونم و با فیزیک نیوتنی وClassical physicsسر کار دارم.لذا درک فهم کاملی از نسبیت و کوانتوم ندارم فقط در حد مطالعه همین را میدونم. اصل هم ارزی: اگر آسانسوری در حال سقوط آزاد در یک میدان گرانشی همگن (هَمگِن یک ویژگی است که اندازهگیری آن در هر نقطهای از فضا به نتیجهای یکسان منجر شود یایک خاصیت (یا قانون) همگن با جابهجا شدن ما (یا با عوض کردن مبداء مختصات) تغییر نمیکند) باشد؛ چهارچوب مربوط به آسانسور خود را یک مرجع لخت(دستگاهی است که در آن قانون اول و دوم نیوتون معتبر هستند، یعنی دستگاه مختصاتی که دارای شتاب نیست وتمام فریمهای اینرسی نسبت به یکدیگر در حالت حرکت ثابت و مستقیم قرار دارند . شتاب سنج در حال حرکت با هر کدام از آنها شتاب صفر را تشخیص دهد) خواهد دید.معادله ژئودزیک می گوید(مربوط به فضا در ریاضی و انواع ان مانندفضای متریک (Metric Space)فضای منیفولد (Manifolds Space)فضای باناخ (Banach Space)فضای هیلبرت (Hilbert Space)( ذرهای که هیچ نیروی غیرگرانشی خارجی به آن وارد نشود، نوع خاصی از ژئودزیک است. به عبارت دیگر ذره در حرکت یا سقوط آزاد همواره در راستای یک ژئودزیک حرکت میکند.)که دانش ریاضی و فهم کامل از فضا ها و درک از نسبیت را میخواهد .
در نسبیت عام گرانش عنوان مثال مسیر سیارهای که به دور یک ستاره می چرخد تصویری از یک ژئودزیک فضازمان چهاربعدی به دور ستاره در یک فضای سه بعدی است.که انرژی جرم مسیر طبیعی ژئودزیک خود را از طریق فضا-زمان دنبال می کند ، اما جرم فقط در صورت مقاومت در برابر آن مسیر ژئودزیک طبیعی ، از طریق جستجوی نیرو قابل اندازه گیری است. وقتی یک جسم را به شکلی شتاب می دهید که خاصیت اینرسی ماده را بپذیرد (جسمی که در برابر مسیر ژئودزیکی طبیعی خود در برابر فضا-زمان مقاومت می کند) مانند ... نیروی هل دادن به عقب ما هنگام شتاب گرفتن در اتومبیل ، باید در نتیجه مقاومت اشیا به منابع گرانشی در سراسر جهان (و زمین نیز مقاومت می کند).اصل هموردایی عام: قوانین فیزیک باید برای تمام ناظرها یکسان باشد.یک ذره باردار در نظر بگیرید که در یک میدان گرانشی یکنواخت در حال سقوط آزاد باشد.حالا دو چهارچوب به نام های roham1 and roham 2رو هم در نظر بگیرید.چهارچوب roham1 چهارچوبیه که در اون ذره باردار ساکن هست ، به عبارتی همراه با ذره درحال سقوطه.چهارچوب roham2 که نسبت به میدان گرانشی ساکنه و مشاهده میکنه ذره در حال سقوط آزاده.اroham1 ادعا میکنه که مرجع لخته. (ب هم باتوجه به اصل همارزی این ادعای roham1 رو تایید میکنه.چون در این چهارچوب ذره ساکنه پس نباید شاهد تابش از ذره باشیم.اما چهارچوب roham2 ادعا میکنه که چون ذره در حال شتابه پس باید تابش کنه.اگر شما روی زمین قرار گرفته باشید و توپی را از ارتفاع مشخصی رها سازید، توپ با شتابی مشخص به سمت زمین حرکت میکند. حال فرض کنید در فضاپیمایی در فضای تهی قرار گرفتهاید. در این حالت اگر توپ را رها کنید، در محل خودش باقی میماند. اما اگر فضاپیما شتاب داشته باشد، با رها کردن توپ میبینید که به صورت شتابدار در خلاف جهت شتاب فضاپیما به حرکت در میآید.
یا شما فرض کنید دو اتاق یکسان و بدون پنجره وجود دارد ، یکی روی زمین و دیگری روی یک سفینه فضایی با سرعت 9.8 متر بر ثانیه (شتاب ناشی از جاذبه زمین) شما در یکی از آنها هستید و می توانید هر آزمایش مکانیکی را که دوست دارید انجام دهید به شرطی که به هیچ وجه به شکل و فرم بیرون زدن در اتاق نباشد.متأسفانه هر آنچه را که امتحان کنید نمی توانید تعیین کنید که در کدام اتاق قرار دارید زیرا آزمایشات در هر دو اتاق نتایج یکسانی به همراه خواهد داشت.با این حال یک اتاق شتاب گرانشی و دیگری شتاب اینرسی را تجربه می کند. اصل معادل سازی به ما می گوید که این دو چیز برابر هستند ، یا همانطور که انیشتین گفت: "نتیجه هر آزمایش محلی غیر گرانشی در یک آزمایشگاه که به طور آزاد سقوط می کند ، مستقل از سرعت آزمایشگاه و مکان آن در زمان-زمان است."
بیان مینکوفسکی بستری از فضا زمان را توصیف میکند که تحت گرانش قرار نگرفته است. این در حالی است که یک جرم، فضا و زمان اطرافش را خم میکند. ارتباط بین فضای تخت مینکوفسکی و فضای خمیده ناشی از وجود جرم، با استفاده از نسبیت عام قابل توصیف است. فرمولبندی ریاضیاتی نسبیت عام، تحت عنوان تانسور متریک یا تانسور متریک انیشتین شناخته میشود. البته هندسه ریمانی نیز میتواند این فضا زمان را توصیف کند. که نحوه تغییر هر نوع میدان، طول، هندسه و فاصله بین نقاط را در فضای خمیده فرمولبندی کرده است.
سوال اصلی اینه که آیا ذره تابش میکنه یا نه؟ در چنین قاب ، میدان جاذبه محلی لزوماً صفر است به ذره نیرویی وارد نمیشه. آیا بار آزادانه در حال سقوط در یک میدان گرانشی تابش می کند.پارادوکس به شرح زیر برطرف می شود: وقتی بین قاب های غیر اینرسی جابجا می شوید ، تعداد فوتون ها تغییر می کند. این در واقع یک واقعیت قابل توجه است و همچنین در مورد ذرات کوانتوم ، که می تواند به صورت جفت ذرات و ضد ذرات ایجاد شود و تعداد آنها به قاب مرجع بستگی دارد ، صدق می کند. یک بار نقطه ای را تصور کنید که با توجه به فضای خالی مسطح شتاب می گیرد. اگر به قاب استراحت شارژ بروید ، یک میدان الکتریکی ثابت مشاهده می کنید. هنگامی که به قاب اینرسی برگشتید ، می بینید که میدان با زمان در هر نقطه تغییر می کند و تابش میکند.در حضور جاذبه قضیه کاملاً مشابه است. برای نتیجه گیری ، کلیدهای بین قابهای غیر اینرسی یک میدان الکتریکی ساکن را متغیر می کند و مربوط به تابش است. فرض کنید در میدان گرانشی یک بار ثابت وجود دارد آیا تابش می کند؟ اگر از اصل هم ارزی استفاده کنیم ، به نظر می رسد که تابش خواهد یافت ، زیرا میدان گرانشی معادل یک قاب شتاب دهنده است. از این رو بار ثابت در یک میدان گرانشی معادل یک بار شتاب دهنده در یک میدان گرانشی صفر است. بنابراین باید اشعه ساطع کند. برخی از فیزیکدانان می گویند ، این اتفاق نخواهد افتاد. این یک پارادوکس واقعی است که اصل هم ارزی را به چالش می کشد. در مرحله دوم یک موشک بدون بار را در نظر بگیرید که با سوزاندن سوخت شتاب گرفته . فرض کنید برای به دست آوردن شتاب 1 متربر مجذور ثانیه ما از یک کیلوگرم سوخت استفاده کرده ایم. چه مقدار سوخت برای شتاب موشک شارژ شده باید استفاده کنیم؟ کمتر از 1 کیلوگرم سوخت یا بیشتر از 1 کیلوگرم سوخت؟ اگر ذره باردار تشعشع کند ، موشک دوم به سوخت بیشتری نیاز دارد. اما برخی محاسبات فیزیکدان نشان می دهد که ما به همان مقدار سوخت نیاز داریم؟ یک پارادوکس وجود دارد! ، در مورد انرژی چطور؟ تفاوت موشک شارژ شده و بدون بار چیست؟
بگذارید یک آزمایش ساده در مورد بارها ، شتاب ، تابش و گرانش انجام دهیم. یک ناظر اینرسی را در نظر بگیرید ، در فضای آزاد شناور است. حالا یک ذره باردار به تصویر اضافه کنید ، با شتاب دور از ناظر شتاب می گیرد . با توجه به دانش فیزیک فعلی ما ، این شتاب باید تابشی الکترومغناطیسی را از بار شتاب گرفته شده تولید کند ، که توسط ناظر قابل مشاهده است . (به فرمول لارمور ، میدان الکترومغناطیسی یک بار شتاب مراجعه کنید ). حال بیایید به یک مشاهده گر دیگر فکر کنیم که با ذره باردار شتاب می گیرد. با استفاده از اصل معادل سازی اینشتین در این سیستم ′و ، می توانیم شتاب را به "ایستادن در یک میدان گرانشی یکنواخت" تبدیل کنیم. پس از این تحول ، یک مشکل جدی بوجود می آید. اگر بار هنوز تابش می کند ، این یک نقض مستقیم قانون بقا در انرژیبوجو میاد : ما فقط می توانیم صفحه های خورشیدی را در اطراف این بار تابشی قرار دهیم واز انرژی نامحدود رایگان تولید کنیم. ، این بدان معناست که ما فرض اشتباهی را در جایی از زنجیره قبول کرده ایم: به نظر نمی رسد که از آنجا که هم فرمول لارمور و هم اصل معادل سازی انیشتین توضیحات معتبری از پدیده های طبیعی تأیید شده اند. با این حال، یکی دیگر از فرض پنهان ما را ساخته اند وجود دارد: این است که "اگر برخی از تابش قابل مشاهده توسط ناظر یک است ، پس از آن نیز قابل مشاهده توسط ناظر دوم هست.. زیر سوال بردن این فرض امری پوچ به نظر می رسد زیرا به هر حال تابش یک جسم باید مستقل از حالت ناظران باشد. "به نظر می رسد بررسی ما در مورد ذرات باردار در یک زمینه گرانشی نشان می دهد که ما همیشه می توانیم یک سیستم مختصات (حداقل به صورت محلی) پیدا کنیم که با توجه به آنها یک ذره باردار (در یک لحظه خاص) تابش نمی کند - حتی اگر این ذره باشد در آن لحظه با توجه به برخی دیگر از مختصات سیستم تابش می کند. "
تناقض مربوط به تابش بار در یک میدان گرانشی را می توان با استفاده از الکترومغناطیس کلاسیک یا در الکترودینامیک کوانتوم حل کرد. در الکترودینامیک کوانتوم جالب است زیرا به طور مستقیم نشان می دهد فوتون های به اصطلاح "مجازی" قابل مشاهده هستند. تناقض این است: این یک اصل شناخته شده از الکترومغناطیس کلاسیک است که یک بار شتاب گرفته از آن تابش می کند ، اما ما مشاهده می کنیم که یک ذره باردار در حالت آرام در سطح زمین تابش نمی کند ، علیرغم این واقعیت که دارای یک نسبت شتاب بالا به سمت مناسب است به یک چارچوب مرجع اینرسی یک ذره باردار ، در حال سقوط آزاد در یک میدان گرانشی ، توسط یک ناظر ثابت روی زمین تابیده می شود. تصور می شود که باید انرژی خود را از دست بدهد و در مقایسه با ذره خنثی که آزادانه سقوط می کند ، کند شود. اما اگر چنین شود ،سپس یک ناظر در حال سقوط آزاد با ذره باردار قادر خواهد بود که سقوط آزاد در یک میدان گرانشی را از حرکت اینرسی در فضای زمان مسطح تشخیص دهد ، هم از تغییر حرکت و هم از حضور تابش. اگر چنین بود ، اصل معادل سازی را نقض می کرد..پس مشکل کجاست.
این را می توان با تفکر دقیق تر در مورد نحوه توصیف معادلات ماکسول از تابش ، درک کرد. موج الکترومغناطیسی راه حل معادلات ماکسول است. آنچه به عنوان تابش می بینیم در واقع نوسان در میدان الکترومغناطیسی است. اگر مشاهده کننده و شارژ در حال جابجایی باشد ، خواه از نظر پشتیبانی یا در سقوط آزاد ، یا حتی در حرکت نوسانی باشد ، هیچ تغییری در میدان الکترومغناطیسی مشاهده نمی شود (برای تقریب نزدیک. تجزیه و تحلیل دقیق نشان می دهد تحولات بین این دیدگاه ها توسط Rohrlich F.، 1965، Classical Charged ذرات، آدیسون-وسلی). بنابراین ، هیچ اشعه ای دیده نخواهد شد. اگر ناظر توسط سطح زمین پشتیبانی شود و بار در حال سقوط آزاد باشد ، تغییراتی را در میدان الکترومغناطیسی مشاهده می کند. اگر شارژ پشتیبانی شود و مشاهده گر در حال سقوط آزاد باشد ، مشاهده کننده تغییرات مشابهی را در میدان الکترومغناطیسی مشاهده می کند.
در هر دو مورد تغییرات به نظر تابش می رسند ، اما اگرچه شکل ظاهری یکسان است ، اما برای بار اینرسی انرژی "تابش" آشکار از نیروی شتاب دهنده ناظر است نه از بار. علت تناقض این است که توصیف تشخیص فوتون ها به عنوان "تابش" گمراه کننده است. تغییر در میدان الکترومغناطیسی ناشی از شتاب یک بار می تواند دور شود. این تفاوت اساسی با تابش لامپ دارد ، جایی که بارهای زیادی به طور متفاوتی حرکت می کنند. حرکت آن بارها را نمی توان از طریق انتخاب مناسب قاب مرجع تغییر داد.
این پارادوکس که از منظر الکترودینامیک کوانتوم مشاهده می شود ، واقعی یا مجازی بودن فوتونهای میدان الکترومغناطیسی را روشن می کند. یک بار توسط فوتون های حاوی انرژی میدان الکترومغناطیسی تولید شده توسط بار احاطه شده است. اگر ناظر نسبت به بار شتاب نگیرد ، این فوتون ها قابل مشاهده نیستند. برخی نویسندگان آنها را مجازی توصیف کرده اند. شتاب ناظر نسبت به بار وضعیت برخی از فوتون ها را در این زمینه تغییر می دهد. قابل مشاهده می شوند. مشاهده این فوتون ها به هیچ وجه رفتار بار را تغییر نمی دهد ، اما نشان می دهد که کلمه "مجازی" هنگام استفاده بر روی فوتونهایی که میدان الکترومغناطیسی را به کار می برند ، گمراه کننده است...
شما اگر نظر خاصی دارید بگویید ممنون میشم .