چگونه نظریه ی نسبیت ساخته شد ؟!

[ashkanOo]

چگونه نظریه ی نسبیت ساخته شد ؟!

(متن سخنرانی اینشتین در 14 دسامبر 1922 در دانشگاه كیوتو )

صحبت از اینكه چگونه به اندیشه ی نظریه ی نسبیت دست یافتم ، آسان نیست؛ پیچیدگی های پنهان بسیار فكر مرا بر می انگیخت ؛ و تاثیر هر فكر در مراحل مختلف رشد این اندیشه متفاوت بود. در اینجا نه به ذكر آنها خواهم پرداخت و نه مقالاتی را بر خواهم شمرد كه در این موضوع نوشته ام . بلكه به اختصار تحول فكر خود را كه مستقیما به این مساله مربوط می شود شرح خواهم داد .




یش از 18 سال پیش ، فكر بسط نظریه ی نسبیت برای نخستین بار در من پیدا شد . گر چه دقیقا نمی توانم بگویم كه این فكر از كجا به ذهنم راه یافت ؛ اما یقین دارم كه به مساله نورشناختی اجسام متحرك مربوط میشد . نور در دریای اثیر منتشر می شود كه كه زمین نیز در آن حركت می كند . به بیان دیگر ، اثیر نسبت به زمین حركت میكند .

به عبث كوشیدم كه قرینه ی آزمایشی روشنی برای سیلان اثیر در نوشته های فیزیك بیابم . آنگاه خواستم كه خود سیلان اثیر نسبت به زمین یا به عبارت دیگر حركت زمین را ثابت كنم . وقتی كه سخت در اندیشه ی این مساله بودم ، هیچ شكی نسبت به وجود اثیر یا حركت زمین از میان آن نداشتم.

به آزمایش زیر كه در آن دو ترموكوپل به كار می رود فكر كردم: آینه هایی را چنان قرار دهید كه نور یك چشمه ی تنها ، در 2 امتداد متفاوت از آنها منعكس شود ، یكی موازی حركت زمین و دیگری مواز ی و مختلف الجهت با آن .اگر فرض شود كه دو تابه ی منعكس شده اختلاف انرژی وجود دارد ، این اختلاف انرژی را می توان با استفاده از دو ترموكوپل به كمك گرمای ایجاد شده اندازه گرفت . اگر چه فكر اصلی این آزمایش خیلی شبیه آزمایش مایكلسن است ، من لین آزمایش را به بوته ی آزمایش ننهادم .

در همان سال های دانشجویی كه به این مساله می اندیشیدم ، از نتیجه ی حیرت آور زمایش مایكلسن مطلع شدم .

دیری نگذشت كه به این نتیجه رسیدم : اگر نتیجه ی پوچ آزمایش مایكلسن را واقعیتی بشماریم تصوری كه از حركت زمین نسبت به اثیر داریم ، نادرست خواهد بود . این نخستین راهی بود كه مرا به نظریه ی نسبیت خاص رهنمون شد . از ان پس معتقد شده ام كه گرچه زمین به دور خورشید می گردد ، ولی حركت آن را با هیچ آزمایش نورشناختی نمی توان ردیابی كرد .

فرصتی یافتم كه رساله ی 1895 لورنتس را بخوانم . او در مساله ی الكترودینامیك بحث كرده بود و ان را به طور كامل تا تقریب {مرتبه ی } اول ، یعنی با چشم پوشیدن از v/c ( v تقسیم بر c ) حل كرده بود . در اینجا v سرعت حركت متحرك و c سرعت نور است .

آنگاه كوشییدم كه ازمایش فیزو را بر اساس این فرض كه معادلات لورنتس برای الكترون ، باید هم در چارچوب مرجع جسم متحرك و هم در چارچوب مرجع خلا ( كه بدوا توسط لورنتس بررسی شده بود برقرار باشد ، بررسی كنم . در آن زمان عقیده ی راسخ داشتم كه معادلات الكترودینامیك ماكسول و لورنتس درستند . به علاوه این فرض كه معادلات الكترودینامیك باید در چارچوب مرجع جسم متحرك صدق كندبه مفهوم ناوردا بودن سرعت نور می انجامد كه ناقض قاعده ی جمع سرعت ها درمكانیك است .

چرا این دو مفهوم ناقض یكدیگرند ؟ بر من آشكار شد كه حل این دو مشكل براستی دشوار است . تقریبا یكسال را به عبث صرف جرح و تعدیل اندیشه ی لورنتس كردم به این امید كه این مساله را بگشایم . بر حسب تصادف ، یكی از دوستانم در برن ( میشل بسو) مرا یاری كرد . روزی كه با این مساله در ذهن نزد او رفتم ، روز زیبایی بود . صحبت را چنین آغاز كردم : این اواخر به مساله ی دشواریمشغول بوده ام . امروز آمده ام تا با هم به جنگ آن برویم. در جنبه های مختلف مساله بحث كردیم . ناگهان در یافتم كه مفتاح مساله دركجاست .

روز بعد نزد او بازگشتمو بی آنكه حتی سلام كنم ، گفتم:« متشكرم ، من مساله را به طور كامل حل كرده ام .» راه حل من تحلیل مفهوم زمان بود . زمان را نمی توان به صورت مطلق تعریف كرد ، و میان زمان و سرعت علامت رابطه ای ناگسستنی وجود دارد . به یاری این مفهوم توانستم برای نخستین بار همه ی مشكلات را به طور كامل حل كنم .

پنج هفته ی بعد نظریه ی نسبیت خاص كامل شده بود .در این شكی نداشتم كه نظریه ی جدید از دیدگاه فلسفی معقول است. پی بردم كه نظریه ی جدید با نظر ماخ توافق دارد . بر خلاف نظریه ی نسبیت عام كه كه نظر ماخ را شامل می شود ، تحلیل ملخ فقط پیامدهایی نامستقیم در نظریه ی نسبیت خاص داشت .

بدین طریق بود كه نظریه ینسبیت خاص آفریده شد.

فكر نظریه ی نسبیت عام نخستین بار دو سال بعد در سال 1907 در ذهنم پیدا شد . این فكر ناگهان به ذهنم خطور كرد . از نظریه ی نسبیت خاص راضی نبودم ، زیرا این نظریه به چارچوبهای مرجعی مربوط می شد كه با سرعت ثابت نسبت به یكدیگر حركت می كردن، آنها را نمی شد در مورد حركت عام یك دستگاه مرجع به كاربست . كوشیدم تا این محدودیت را بر طرف سازم و می خواستم تا مساله را برای حالت كلی تدوین كنم .

در 1907 یوهانس اشتراك از من خواست تا مقاله ای درباره ی نظریه ی نسیبت خاص برای سالنامه ی یاربوخ در رادیو آكتیوتت بنویسم . در ضمن نوشتن مقاله متوجه شدم كه همه ی قوانین طبیعی را ، جز قانون گرانش می توان در چارچوب نظریه ی نسبیت خاص مورد بحث قرار داد . می خواستم به دلیل این امر پی ببرم ولی نتوانستم به راحتی به این هدف دست یابم.

نكته ی زیر از همه نامقبولتر بود : گرچه از نظریه ی نسبیت خاص رابطه ی میان ماند و انرژی صریحا بدست می آمد ولی در این نظریه رابطه ی میان ماند و وزن یا انرژی میدان گرانشی بروشنی توضیح داده نمی شد . احساس می كردم كه حل این مساله در چارچوب نظریه نسبیت خاص میسر نیست.

گشایش كار را روزی به ناگهان دریافتم . پشت میز خود در اداره یثبت علائم و اختراعات در برن نشسته بودم . ناگهان فكری به ذهنم گذشت : اگر كسی آزادانه سقوط كند ، وزن خود را حس نمی كند . یكه خورده بودم . این آزمایش ذهنی ساده اثری عمیق بر من نهاد و مرا به نظریه ی گرانش رهنمون شد . دنباله ی این فكر را گرفتم . كسی كه سقوط می كند دارای شتاب است.

پس آنچه حس می كند و درباره اش فكر می كند در چارچوب مرجع شتابدار واقع می شود . بر آن شدم تا نظریه ی نسبیت را در چارچوب مرجع شتابدار بسط دهم . حس كردم كه با این كار می توانم در عین حال مساله ی گرانش رانیز حل كنم . . كسی كه در حال سقوط است وزن خود را حس نمی كند ، زیرا در چارچوب مرجع او میدان گرانشی جدیدی وجود دارد كه میدان گرانشی زمین را خنثی می كند . در چارچوب مرجع شتابدار به میدان گرانشی جدیدی نیاز است.

در آن زمان نتوانستم مساله را به طور كامل حل كنم . هشت سال طول كشید تا سرانجام توانستم به جواب مساله دست پیدا كنم. در این سالها جوابهای ناقصی برای این مساله بدست آوردم.

ارنست ماخ بر این اندیشه اصرار می ورزید كع دستگاه هایی كه نسبت به یكدیگر شتاب دارند باهم معادلند. این اندیشه با هندسه ی اقلیدسی در تضاد است . زیرا در چارچوب مرجع شتابدار ، هندسه ی اقلیدسی را نمی توان به كار برد. توصیف قوانین فیزیكی بدون ارجاع به هندسه مانند بیان افكار بدون استفاده از كلمات است . برای بیان منظور خود به لغات احتیاج داریم !

تا سال 1912 حل نشده ماند؛ آنگاه این فكر به ذهنم خطور كرد كه ممكن است نظریه ی سطوح كارل فردریش گاوس مفتاح معما باشد . دریافتم كه مختصات سطحی گاوس برای فهم این مساله بسیار با معنی است . تا آن زمان نمی دانستم كه برنهارد ریمان 0 كه شاگرد گاوس بود )

شالوده ی هندسه را عمیقا بررسی كرده است. دست بر قضا ، درس هندسه ی كارل فردریش گایزر را در سالهای دانشجویی{در زوریخ } به یاد داشتم كه در آن نظریه ی گاوس بحث شده بود . پی بردم كه در این مساله شالوده های هندسه معنی فیزیكی عمیقی دارند .

وقتی كه از پراگ به زوریخ برگشتم دوست ریاضی دانم مارسل گروسمان منتظرم بود . او قبلا ، زمانی كه در اداره ی ثبت اختراعات برن كار می كردم و تهیه ی مقاله های ریاضی برایم دشوار بود ، در فراهم كردن نوشته های ریاضی به من كمك كرده بود . نخست كارهای كورباستر و گرگوریو ریچی و سپس كار ریمان را به من یاد داد . این مطلب را با او در میان نهادم كه آیا می توان این مساله را با استفاده از نظریه ی ریمان ، یا به عبارت دیگر با استفاده از مفهوم ناوردایی جزء خط حل كرد .

در سال 1912 با هم در این موضوع مقاله ای نوشتیم ولی نتوانستیم معادلات صحیحگرانش را به دست آوریم . معادلات ریمان را بیشتر مطالعه كردم تا ببینم چرا نتایج مطلوب از این راه بدست نمی آید .

پس از دو سال تلاش پی بردم كه در محاسباتم دچار اشتباهاتی شده ام . به معادله ی اصلی كه در آن از نظریه ی ناوردایی استفاده شده بود بازگشتم و كوشیدم كه معادلات درست را بنویسم پس از دو هفته این معادلات درست در برابر دیدگان من بودند .

در موذد كارهایم پس از 1915 می خواهم فقط به مساله ی كیهانشناسی اشاره كنم . این مساله به هندسه ی جهان و به زمان مربوط می شود . شالوده ی این مساله از نظریه ی كرانه ای نظریه ی نسبیت عام و بحث مساله یماند توسط ماخ نشات می گیرد . اگر چه اندیشه ی ماخ درباره ی ماند را به درستی نمی فهمیدم ، تاثیر او بر افكار من عظیم بود .

مساله ی كیهانشناسی رابا اعمال ناوردایی بر شرایط كرانه ای معادلات گرانش حل كردم سرانجام ، جهان را دستگاهی بسته شمردم و كرانه را حذف كردم . حاصل آنكه ماند به صورت خاصیتی از ماده ی در حال كنش متقابل آشكار می شود . و اگر ماده ی دیگری وجود نداشته باشد كه با آن به كنش متقابل بپردازد ، ماند صفر میشود . به گمان من با این نتیجه ، نظریه ی نسبیت عام را می توان از نظر معرفتشناختی به وجهی رضایتبخش فهمید .

این گزارش تاریخی كوتاهی از افكاری است كه من در ابداع نظریه ی نسبیت داشته ام.

( با استفاده از كتاب فیزیك و واقعیت ترجمه ی استاد محمد رضا خواجه پور)

[نوآور]

بی نهایت سپاس از شما، بد نیست در صورت داشتن فرصت، چند ایراد ریز تایپی متن را مرتفع نمائید. ممنون

[ashkanOo]

بی نهایت سپاس از شما، بد نیست در صورت داشتن فرصت، چند ایراد ریز تایپی متن را مرتفع نمائید. ممنون

متاسفانه سرم خیلی شلوغه.ایراد های تایپی رو به بزرگی خودتون ببخشید

[koorosh1]

نسبیت چه موقع منسوخ خواهد شد؟

[نوآور]

نسبیت چه موقع منسوخ خواهد شد؟

قوانین عمومی نسبیت عام و خاص اینشتین قوانینی جهان شمول هستند و همچنین یک پایه ریاضی محکم دارند و تا کنون نیز مثال نقضی برای آنها یافت نشده است. بنابراین نمی شه اینقدر قاطع گفت چه تاریخی منسوخ خواهند شد. الته در برخی مناطق کیهان، مانند «زیر افق رویداد یک سیاهچاله» ، فیزیک ناشناخته ای حکم فرماست که نمی توانیم بگوئیم آیا نسبیت در آنجا صادق است یا خیر؟

[MA102]

نسبیت چه موقع منسوخ خواهد شد؟

مگه فیزیک نیوتونی منسوخ شده که نسبیت بخواد منسوخ بشه.
دلتو صابون نزن، نظریه ای که برتر از نسبیت باشه خیلی پیچیده تره