با سلام
در این جستار می خواهیم ایرادها و پارادوکس های نسبیت خاص را بررسی کنیم. بنده عمیقاً معتقدم که نسبیت در جوابگویی به نقائص و پارادوکس های زیر ناتوان است. بنابراین در ابتدا هر نقص یا پارادوکس را عنوان و نظرم را راجع به آن مختصراً بیان می کنم و از کابران محترم تقاضا دارم که در صورت مخالفت، با ذکر عنوان نقص مربوطه، دلایل خود را باز گو نمایند. برخی از این پارادوکس ها و نقایص معروف، برخی کمتر شناخته شده و برخی ناشناخته اند.
معروف: مواردی که چند ده سال است که مطرح شده اند و تا به امروز درباره ی آنها بحث های بسیاری صورت گرفته.
کمتر شناخته شده: مواردی اند که فقط در برخی انجمن ها و سایت های خصوصی می توان راجع به آن ها مطالبی خواند و عمدتاً در کتب مرجع نسبیت به ندرت می توان اثری از آن ها پیدا کرد.
ناشناخته: منظور مواردی اند که بنده تا به امروز نتوانستم منبع مناسبی راجع به آن ها پیدا و مطالعه کنم و صرفاً ناشی از تفکرات شخصی اینجانب می باشند و حتی عنوان آن ها را نیز به اختیار خود انتخاب کرده ام؛ ممکن است برخی از کاربران محترم با تعدادی از این باصطلاح ناشناخته ها قبلاً برخورد کرده باشند که در این صورت تقاضا دارم منبع مربوطه را ذکر و بنده را مطلع نمایند. هر چند که این نقائصِ ناشناخته در نظریه ی ساعت نوری خارجی به تفصیل توضیح داده شده اند ولی مناسب دیدم جهت آشنایی خوانندگان محترم، این ایرادات را قبل از ارائه ی مقالات مربوطه مطرح کنم.
1- پارادوکس زمان (دوقلوها):
طبق نسبیت اگر دو ناظر نسبت به هم لخت (دارای سرعت ثابتی) باشند، به این علت که هر یک از ناظران مجازند خود را ثابت و دیگری را متحرک اعلام نمایند، پدیده ی اتساع زمان را هر یک می تواند به دیگری نسبت دهد و بنابراین ناظران در نسبت دادن "جوان تر ماندن" به یکدیگر دچار ابهام و سردر گمی می شوند. این پارادوکس در ابتدا ظاهراً به توسط Paul Langevin و در سال 1911 معرفی شد. بد بختیِ اول اینجاست که خود آلبرت اینشتین هر چند که گفته می شود با پارادوکس بودن این موضوع مخالفت کرده ولی آن را پدیده ای "عجیب و غریب" دانسته!!: (یکی نیست بگه آخه مرد حسابی اگه پارادوکس نیست پس چرا عجیب و غریبه؟! خودشم فهمیده که یه جای کار میلنگه! )
بد بختی دوم هنگامیست که متوجه می شویم برای حل این پارادوکس یک جواب و راه حل مشخص وجود ندارد. ادعا می شود که به روش های زیر این پارادوکس قابل حل است:
1- در نظر گرفتن نسبیت عام در مراحلی که ناظرها به صورت جزئی دچار شتاب می شوند (ماکس بورن)
2- استفاده از پدیده ی اثر نسبیتی داپلر در فرستادن پیغام تولد از جانب هر یک از ناظران در یک سفر طولانی (ریندلر، رزنیک، کرین، الیس، ویلیامز)
3- ادعای عدم تقارن بین دو ناظر به علت شتاب های وارده فقط بر یکی از آن ها (سروی، موسس، مویر، رزنیک)
و بد بختی سوم از اینجا ناشی می شود که هر یک از روش های فوق غیر منطقیست:
درباره ی مورد اول: این کار درست است ولی اولاً باید متوسل به تقریب زنی شد و ثانیاً می شود نشان داد که فقط در یک حالت خاص صادق است.
درباره ی مورد دوم: خود حاوی نوعی پارادوکس از نوع ناشناخته است که در ادامه توضیح داده می شود.
درباره ی مورد سوم: برو بابا! تو ام دلت خوشه . موضوع این است که نسبیت بین پدیده های متقارن و نامتقارن تحت تبدیلات لورنس فرقی قائل نمی شود و اساساً توضیح دادن این پدیده ها با این معادلات امکانپذیر نیست.
2- پارادوکس طول (نردبان):
طبق نسبیت اگر یک نردبان و یک گاراژ مثلاً دارای طول های اولیه ی ثابتی باشند و سپس نردبان با سرعت زیاد به سمت گاراژ حرکت کند، اینکه از دید ناظر ایستاده روی گاراژ نردبان کوتاه شده و داخل گاراژ جای می گیرد و می توان درب گاراژ را بست با دیدگاه ناظر نردبان به دست که گاراژ را کوتاه شده می بیند و مدعیست که نردبان در داخل گاراژ اصلاً جای نمی گیرد، مغایر است. این پارادوکس در ابتدا ظاهراً به توسط Wolfgang Rindler و در سال 1961 (پنجاه سال بعد از پارادوکس دوقلوها!) ارائه شد. عمدتاً برای رفع این پارادوکس از مفهوم همزمانی استفاده می شود که البته خود جای سوال دارد مثلاً ویکی پدیا از گاراژی استفاده می کند که دو در دارد و مفهوم همزمانی را برای باز و بسته شدن این دو در بررسی کرده و استفاده از انبار یک در را با دلیل ناموجهِ نالخت شدن حرکت نردبان در هنگام برخورد با ته گاراژ مردود می شمارد و برای توجیه این اقدام دلایلی می آورد که شدیداً سوال برانگیز است. خود ریندلر در کتاب خود، پس از توضیح این مثال با گاراژ یک در! و بدون اشاره به مفهوم همزمانی چنین می گوید:
این داستان یک نتیجه ی مهم دارد و آن اینکه هر نتیجه ای که با استدلال صحیح در یک چارچوب دلخواه به دست می آوریم باید درست باشد! به خصوص هنگامی که از یک چارچوب دیگر به آن می نگریم باید درست باشد!! تا وقتی که قوانین فیزیکی که بکار می بریم لورنتس ناوردا هستند، باید هر نتیجه ای در هر دستگاه دیگری به نحوی قابل توجیه باشد، هر چند شاید آن توجیه با توجیهی که نتیجه در دستگاه اول دارد به کلی متفاوت باشد!!
خواننده باید تا کنون متوجه ضد و نقیض گویی های ارباب قلم شده باشد!: (ویکی پدیا استفاده از گاراژ یک در را مردود می داند، ریندلر از آن استفاده می کند!؛ ویکی پدیا مفهوم همزمانی را دخیل می کند، ریندلر از آن استفاده نمی کند!)
3- پارادوکس بل:
دو سفینه را فرض کنید که با یک نخ ظریف به هم بسته شده اند. اگر این دو سفینه همزمان باهم و با سرعتی نزدیک نور حرکت کنند چه بلایی بر سر این نخ می آید؟! دو پاسخ برای این سوال وجود دارد که امکان صحت هر یک منجر به پارادوکس می شود:
الف- اگر نخ را جزء ساختمان دو هواپیما فرض کنیم در آن صورت به نظر می رسد که نخ پاره نخواهد شد و همه ی مجموعه ی نخ و دو هواپیما نسبت به مرکز جرم که احتمالاً جایی نزدیک وسط نخ می باشد طبق دستور لورنتس منقبض می شوند.
ب- اگر نخ را جزو ساختمان دو هواپیما ندانیم، بنابراین فاصله ی بین دو هواپیما از انقباض لورنتس پیروی نمی کند ولی خود هواپیماها دچار انقباض خواهد شد که این منجر به پاره شدن طناب می شود! حال کدام رویداد واقعاً درست است. این ایده به توسط John Stewart Bell در سال 1987 ارائه شد که فرم تغییر یافته ی پارادوکسی بود که ابتدا به توسط Edmond M. Dewan و Michael J. Beran در سال 1959 مطرح گردید. در این مورد نیز دو دستگی وجود دارد و افرادی طرفدار شِق اول و عده ای شق دوم را می پذیرند. برای اطلاعات بیشتر به لینک زیر مراجعه کنید:
4- پارادوکس ساپلی (زیر دریایی):
ظاهراً در سال 1989 به توسط James M. Supplee مطرح شد. در این مثال، گلوله ای با سرعت زیاد در یک مایع واقع در میدان گرانشی (مثل دریا) شلیک می شود (فرض کنید چگالی گلوله و مایع تقریباً یکسان است). از دیدگاه ناظری که نسبت به مایع ساکن است، طبق نسبیت، چگالی گلوله با ضریب [tex]{\gamma^{2}}[/tex] افزایش می یابد و گلوله مسیر منحنی ای به ته دریا را طی می کند حال آنکه از دید گلوله، چگالی مایع با ضریب [tex]{\gamma^{2}}[/tex] افزایش یافته و گلوله مسیری منحنی به سطح آب را طی می کند!... کدام درست است؟! برخی از نسبیت عام برای حذف پارادوکس استفاده کرده اند بدین طریق که از دید مایع، گلوله تغییر شکل داده و یا مثلاً از دید گلوله کف مایع (دریا) به سمت بالا دارای انحنا می شود. که خودم هم از محتوای علمی چنین مقالاتی اطلاع کامل ندارم ولی بعید می دانم که راه حل قطعی ای راجع به این پارادوکس ارائه کرده باشند. می توانید یکی از مهمتری این مقالات که در سال 2008 (حدود بیست سال بعد از طرح پارادوکس!) منتشر شده را در آدرس زیر دانلود کنید:
5- پارادوکس اهرنفست:
یکی از قدیمی ترین پارادوکس هاست که به توسط Paul Ehrenfest و در سال 1909 (تنها چهار سال بعد از ظهور نسبیت خاص) ارائه شد. این پارادوکس مربوط به صفحه ی صلب (بورن-صلب) دواریست که طبق نسبیت خاص هیچ شعاعی از این صفحه دستخوش انقباض لورنتسی نمی شود ولی محیط این جسم صلب و نیز تمام دایره های هم مرکز فرضی رسم شده بر روی این صفحه، چون در راستای حرکت اند باید با ضریب لورنتس (هر دایره با توجه به سرعت خطی خودش) منقبض شود. مورد پارادوکس اینجاست که از دید ناظر بیرون از صفحه نسبت محیط به قطر این صفحه عددی غیر از [tex]{\pi}[/tex] می باشد که با هندسه ی اقلیدسی سازگار نیست. همین پارادوکس یکی از محرک های اینشتین برای تفسیر هندسه ی نااقلیدسی برای چاچوب های نالخت شد ولی با این وجود به نظر می رسد که این تفسیر نیز کمکی به ناظر بیرون از صفحه نمی کند چون این ناظر برای توجیه کمتر بودن نسبت محیط به شعاع از عدد [tex]{\pi}[/tex] ، باید قائل به تکه تکه شدن صفحه ی دوار شود: فرض کنید دایره ای (قرص مستدیری) را به هزاران قسمت مساوی همانند یک کیکِ تولد تقسیم کرده اید، حال هر قسمت را به صورت یکی در میان به رنگ های سفید و سیاه در آورید؛ قسمت های سیاه قاعدتاً نشانگر خلاء اند و قسمت های سفید نشانگر جسم! به این ترتیب می توان کوچک بودن نسبت محیط به شعاع را از عدد [tex]{\pi}[/tex] توجیه کرد ولی این قضیه دو ضعف دارد: 1- بورن-صلبیت را همانگونه که اهرنفست ادعا کرده به زیر سوال می برد 2- معلوم نیست که این تکه تکه شدن جسم صلب با چه اندازه هایی صورت می گیرد! برای اطلاعات بیشتر به لینک زیر مراجعه کنید:
1- پارادوکس میوئون:
این پارادوکس یکی از مهمترین پارادوکس هاییست که بنده تا کنون با آن مواجه شدم. به نظر من قدرت این پارادوکس به حدیست که نشانگر نوعی بی نظمی و عدم رعایت منطق در نسبیت است. خود من بعد از تدوین ساعت نوری خارجی، متوجه آن شدم آن هم به صورت ناخواسته و از طریق یک سایت خصوصی! کاملاً شگفت زده شده بودم. وقتی که موضع نظریه ی خودم را در قبال این پارادوکس بررسی کردم و متوجه شدم که ساعت نوری خارجی حاوی این پارادوکس نیست، بیشتر شگفت زده شدم! به نظر من علتِ کمتر مطرح شدن این پارادوکس، قدرت و منطق آن در به زیر سوال بردن اساس نسبیت خاص می باشد:
گفته می شود که از دید میوئون (یا هر شیء دیگر که با سرعت زیاد حرکت می کند)، هنگامی که سفر خود را از بالای جو به سمت زمین آغاز می کند، فاصله ی بین زمین و میوئون با ضریب لورنتس منقبض می شود اما نکته اینجاست که این سرعت نسبیِ برآوردیِ میوئون از کجا به دست آمده؟ در اصل میوئون شاهد است که سیاره ی زمین مثلاً با سرعت [tex]0.999C[/tex] به سمت او می آید، میوئون اجازه دارد که از این سرعت برای محاسبه ی میزان انقباض لورنتس بهرمند شود: [tex]{\gamma}=\sqrt {1-0.999^{2}}=0.045[/tex]. حال فرض کنید ذره ی دوم دیگری دقیقاً در پشت سیاره ی زمین قرار دارد که با سرعت سرسام آوری در حال حرکت به سوی زمین است به طوری که برایند سرعت نسبی میوئون با این ذره مثلاً می شود [tex]0.999999999C[/tex] و هر سه جسمِ میوئون، زمین و ذره ی سریع السیر دوم در یک راستا قرار دارند. حال سوال اینجاست که اگر میوئون به جای زمین، سرعت نسبی خود با این ذره دومی که در پشت زمین قرار دارد و به سمت او حرکت می کند را در نظر بگیرد، آنگاه فاصله ی میوئون و ذره ی دوم با اعمال ضریب لورنتس، دارای مقداری متفاوت با مقدار قبل، از دید میوئون بر آورد می شود: [tex]{\gamma}=\sqrt {1-0.999999999^{2}}=0.000045[/tex] و چون فاصله ی زمین تا میوئون دقیقاً منطبق بر همین راستا می باشد باید این فاصله هم با این ضریب اخیر منقبض شود! حال سوال اینجاست که میوئون باید برای محاسبه ی میزان انقباض فاصله تا زمین از کدام سرعت نسبی استفاده کند؟ حال تصور کنید که ممکن است در همان راستای مذکور میلیون ها ذره ی دیگر با سرعت های متفاوت وجود داشته باشند که میوئون را در اتخاذ سرعت نسبی مناسب برای تعیین ضریب گامای انقباض طول، کاملاً سردرگم کند. این قضیه نحوه ی محاسبه و نسبت دادن انقباض طول از دید ناظران را طبق نسبیت به زیر سؤال می برد. دقت کنید که اصلاً معقول نیست برای یک طول (فاصله) مشخص، میلیون ها ضریب انقباض لورنتس کاندید باشند! کاملاً غیر طبیعی و خارج از تصور است. برای اطلاعات بیشتر به قسمت Muon Decay In The Atmosphere در لینک زیر مراجعه کنید:
2- (نقص) عدم قطعیت در ساعت نوری اینشتین:
در توضیح اثرات انقباض طول و اتساع زمان، آزمایش ذهنی آلبرت اینشتین یکی از ساده ترین و کارامدترین هاست. ابتدا فرض می شود که ارتفاع ساعت نوری ساخته شده از یک آینه و دریافت کننده، در حین حرکت ساعت نوری از دید ناظر بیرونی ثابت می ماند. مسیر نور که در حین حرکت ساعت، مورب و در راستای وتر یک مثلث قائم الزاویه است، عامل توضیح دهنده ی اتساع زمان می باشد. برای توضیح انقباض طول، همین ساعت، نود درجه چرخیده طوری که مسیر حرکت نور در راستای حرکت شیء قرار گیرد. سپس با حفظ نتیجه ی به دست آمده از نتیجه ی اتساع زمان در حالت قبل، توضیح داده می شود که طول در راستای حرکت باید منقبض شود تا اتساع زمان مقدار خود را حفظ نماید. سوال اینجاست که ما می توانیم در ابتدا آینه را طوری قرار دهیم که مسیر نور در امتداد حرکت بوده و سپس ادعا کنیم که طول در راستای حرکت تغییر نمی کند. از این طریق ابتدا میزان اتساع زمان را پیدا می کنیم؛ سپس آینه را به حالت اول باز گردانده (یعنی حالتی که نور از دید ناظر بیرون مسیر مورب را طی می کند) و با حفظ مقدار تغییر زمان درباره ی تغییر ارتفاع قضاوت می کنیم. یعنی در این حالت زمان رو در راستای حرکت و تغییر طول رو در راستای عمود بر حرکت در نظر می گیریم که برعکس ساعت نوری اینشتین می باشد. جالب اینجاست با محاسبات ساده ای که خودم انجام دادم در این حالت زمان متسع میشود ولی با ضریب [tex]{\gamma^{2}}[/tex] و نه با [tex]{\gamma}[/tex] و ثانیاً ارتفاع ساعت نوری با ضریب [tex]1/{\gamma}[/tex] منبسط میشود! سوال اینجاست که کدام یک از این حالات صحیح است؟! اسم این ضعف رو بنده به دلخواه عدم قطعیت در ساعت نوری اینشتین گذاشتم. معلوم نیست که با این روش جدید آیا همچنان می شود معادلات ناوردای جدیدی همانند معادلات لورنتس را تنظیم کرد یا نه ولی حداقل این نکته را نشان می دهد که نسبیت برای تعیین تغییرات زمان و طول، شرایط فیزیکی را نمی تواند به قدر کافی محدود کند به طوری که تنها یک روش یکتا برای محاسبه ی تغییرات طول و زمان باقی بماند.
با تشکر
جوانشیری