Borna66
03-17-2009, 04:09 PM
در دهه اول قرن بیستم انقلابی در فلسفه علوم طبیعی پیش آمد که بسیاری آن را از حیثعمق معنا و درهم ریزی احکام موجود پذیرفته شده ، نسبت به انقلاب کوپرنیکی - گالیله‌ای ، برتر به شمار می‌آورند. در این فاصله زمانی دو نظریه بسیار مهمی پا بهعرصه رقابت نهادند ، نظریه نسبیت و کوانتمی که نسبت به کارهای دانشمندان پیشین ازجملهماکسول،سارین،کلوینو کلاوزیوسبه نحو چشمگیری متفاوت بودند. ایننظریه‌های جدید بامکانیک نیوتونینیز در بعضی از اصول وفرضهای بنیادی اختلاف شدیدی داشتند.
این نظریه علاوه بر اینکه در برگیرندهپیچیدگیهای ریاضی است، تصور ذهنی و فهم آن ، بسیار دشوار است. البته شایان ذکر استکه انیشتین در مقاله 1905 خود که برای اولین بار بهنسبیتخاصخود پرداخت، از معادلات ریاضی ساده استفاده کرد. اما در مقاله 1919 که بهنسبیت عامپرداخت ، بر خلاف مقاله پیشین از فرمولهای پیجیده ریاضی استفادهکرد. نسبیت از ریشه نسبی گرفته شده است ، یعنی هر کدام از واحدهای فیزیکی شناختهشده برای توصیف پدیده‌های طبیعی ، نسبی هستند. به عبارت دیگر می‌توان گفت که براساس نسبیت ،جرم،سرعت،شتابو حتیزمانکه برای ما تعریف می‌شوند، نسبی هستند
نظریه نسبیت
نسبیت عام برای حرکتهایی ساخته شده که در خلال حرکت سرعتتغییر می کند یا به اصطلاح حرکت شتابدار دارند. شتاب گرانش زمین g که همان عدد 9.81m/s است نیز یک نوع شتاب است. پس نسبیت عام با شتابها کار دارد نه با حرکت. نظریه‌ای است راجع به اجرامی که شتاب ثقل دارند. کلا هر جا در عالم ، جرمی در فضایخالی باشد حتما یک شتاب جاذبه در اطراف خود دارد که مقدار عددی آن وابسته به جرم آنجسم می‌باشد. پس در اطراف هر جسمی شتابی وجود دارد.
نسبیت عام با این شتابهاسر و کار دارد و بیان می‌کند که هر جسمی که از سطح یکسیارهدور شودزمان برای او کندتر می‌شود. یعنی مثلا ، اگر دوربینی روی ساعت من بگذارند و ازعقربه‌های ساعتم فیلم زنده بگیرند و روی ساعت آدمی که دارد بالا میرود و از سیارهزمین جدا می‌شود هم دوربینی بگذارند و هر دو فیلم را کنار هم روی یک صفحه تلویزیونیپخش کنند، ملاحظه خواهیم کرد که ساعت من تندتر کار می‌کند. نسبیت عام نتایج بسیارعجیب و قابل اثبات در آزمایشگاهی دارد. مثلا نوری که به اطراف ستاره‌ای سنگینمی‌رسد کمی به سمت آن ستاره خم می‌شود. سیاهچاله‌هاهم بر اساس همین خاصیت است کهکار می‌کنند. جرم آنها به قدری زیاد و حجمشان به قدری کم است که نور وقتی از کنارآنها می‌گذرد به داخل آنها می‌افتد و هرگز بیرون نمی‌آید.
همه ما برای یکبارهم که شده گذرمان به ساعت فروشی افتاده است و ساعتهای بزرگ و کوچک را دیده ایم کهروی ساعت ده و ده دقیقه قرار دارند. ولی هیچگاه از خودمان نپرسیده‌ایم چرا؟ آلبرتانیشتین در نظریهنسبیتخاصبا حرکت شتابدار و یا با گرانش کاری نداشت. اینیشتین در سال 1919 ، باترمیم و تعمیم نسبیت خود ، نسبیت عام را مطرح کرد. نسبیت عام برخلاف نسبیت خاص ، دربر گیرنده معادلات و پیچیدگیهای ریاضی بود. یکی از پیش بینیهای این نظریه آن بود کهساعتها در میدان گرانشی بسیار قوی ، کندتر کار می‌کنند و همچنین نور در میدانگرانشی بسیا قوی ، در مسیر مستقیم خود منحرف می‌شوند.
این نظریه توانست بهبسیاری از معماهایکیهانشناسیدر مورد سیاهچاله ، عمر کرات وسیارات، انرژیستاره‌ها وکهکشانها،چگالی جهان و ... پاسخ دهد. به اعتقاد وی تأثیرات جاذبه و شتاب جدایی ناپذیر بوده وبنابراین باهم برابرند. او همچنین نحوه ارتباط نیروهای جاذبه بهانحنای فضا _ زمانرا تشریح نمود.
انحنای فضا _ زمان
انیشتن با استفاده از قوانین ریاضی نشان داد که چگونههر جسمی ، به فضا _ زمان اطراف خود انحنا می‌بخشد. در مورد بعضی اجسام ، مثلستارگان که جرم نسبتا زیادی دارند، این انحنا می‌تواند باعث تغییراتی در مسیر هرچیز که از کنار آن می‌گذرد شود، و نور نیز از این قاعده مستثنی نمی‌باشد. این نظریهبا چارچوبهای نالخت سر و کار دارد و در کیهان شناسی و گرانش کاربرد دارد. فرض اساسینسبیت عام این است که تمام دستگاههای مختصات که در حالتهای حرکت اختیاری هستند،برای بیان ریاضی قوانین فیزیک باید به یک اندازه مناسب باشند. بنابراین ، باید براینوشتن قوانین فیزیک روشهایی یافت، بطوری که تحت هر تبدیل مختصات دلخواه ، تغییری درشکل آنها حاصل نشود.
نقش تساوی جرم گرانشی و جرم لختی
نقش تساوی جرم گرانشی و جرم لختی درپیشرفت نسبیت مساوی بودن جرم گرانشی و جرم لختی نقش اساسی در پیشرفت تاریخی نسبیتعام داشت. منشأ تساوی مزبور در این نکته است کهقانوندوم نیوتنf = maبرای شتابهایگرانشی در میدان گرانشی با شدت g ، بصورتmGg = mAaدر می‌آید. چون مشاهده می‌شد که در یک میدن گرانشی هر اشیاء به یکمیزان شتاب می‌گیرند، یعنی g = a انیشتین به تحقیق دریافت کهگرانشاساسا یکپدیده سینماتیکی است که شامل تغییر در مختصات فضا و زمان در همسایگی منبع میدانگرانشی است.
نظریه نسبیت عام در کیهان شناسی و نجوم
ظهور نظریه نسبیت عام دید گرانشیرا بکلی تغییر داد و در این نظریه جدید نیروی گرانش را مانند خاصیتی از فضا در نظرگرفت نه مانند نیرویی بین اجرام ، یعنی برخلاف آنچه کهاسحاقنیوتنگفته بود. در نظریه اوفضادر مجاورت ماده کمی انحناپیدا می‌کرد. در نتیجه حضور ماده اجرام ، مسیر یا به اصطلاح کمترین مقاومت را درمیان منحنیها اختیار می‌کردند. با اینکه فکر آلبرت انیشتین عجیب به نظر می‌رسیدمی‌توانست چیزی را جواب دهد کهقانون ثقل نیوتناز جواب دادن آن عاجزمی‌ماند. سیاره اورانوسدر سال 1781 میلادی کشف شدهبود و مدارش به دورخورشیداندکی ناجور به نظر می‌رسید و یا به عبارتی کج بود!
نیم قرن مطالعه اینموضوع را خدشه ناپذیر کرده بود. بنابرقوانین اسحاق نیوتنمی‌بایست جاذبه‌ای برآنوارد شود. یعنی باید سیاره‌ای بزرگ در آن طرف اورانوس وجود داشته باشد تا از طرف آننیرویی بر اورانوس وارد شود. در سال 1846 میلادی اختر شناس آلمانیدوربین نجومیخودش را متوجه نقطه‌ای کرد که «لووریه» گفته بود و بی هیچ تردید سیاره جدیدی را در آنجا دید که از آن پسنپتوننام گرفت. نزدیکترین نقطه مدارسیارهعطاردبه خورشید در هر دور حرکت سالیانه سیاره تغییر می‌کرد و هیچگاه دو بارپشت سر هم این تغییر در یک نقطه خاص اتفاق نمی‌افتاد.
اختر شناسان بیشتر اینبی نظمی‌ها را به حساب اختلال ناشی از کشش سیاره‌های مجاور عطارد می‌دانستند! مقداراین انحراف برابر 43 ثانیه قوس بود. این حرکت در سال 1845 بوسیله لووریه کشف شد،بالاخره با ارائه نظریه نسبیت عام جواب فراهم شد. این فرضیه با اتکایی که برهندسه نا اقلیدسیداشت نشان داد که حضیض هرجسم دوران کننده حرکتی دارد علاوه برآنچه اسحاق نیوتن گفته بود.
وقتی کهفرمولهای آلبرت انیشتین را در مورد سیاره عطارد بکار بردند، دیدند که با تغییر مکانحضیض این سیاره سازگاری کامل دارد.
سیاره‌هایی که فاصله شان از خورشید بیشتراز فاصله تیر تا آن است تغییر مکان حضیضی دارند که بطور تصاعدی کوچک می‌شوند. اثربخش‌تر از اینها دو پدیده تازه بود که فقط نظریه آلبرت انیشتین آنرا پیشگویی کردهبود. نخست آنکه آلبرت انیشتین معتقد بود که میدان گرانشی شدید موجب کند شدن ارتعاشاتمها می‌شود و گواه بر این کند شدن تغییر جای خطوط طیف است به طرف رنگ سرخ!
انتقال به سرخ
یعنی اینکه اگرستاره‌ایبسیار داغ باشد و بطوری که محاسبهمی‌کنیم بگوییم که نور آن باید آبی درخشان باشد، در عمل سرخ رنگ به نظر می‌رسد. کجابرویم تا این مقدار قوای گرانشی و حرارت بالا را داشته باشیم، پاسخ مربوط بهکوتوله‌های سفیداست. دانشمندان به بررسیطیف کوتوله‌های سفید پرداختند و در حقیقت تغییر مکان پیش بینی شده را با چشم دیدند! اسم اینرا تغییر مکان آلبرت انیشتینی گذاشتند.
خمش نور در میدان گرانشی
آلبرت انیشتین می‌گفت کهمیدان گرانشیشعاعهای نور را منحرف می‌کند، چگونه ممکن بود این مطلب را امتحان کرد. اگر ستاره‌ایدر آسمان آن سوی خورشید درست در امتداد سطح آن واقع باشد و در زمانکسوف، خورشید قابلرؤیت باشد، اگر وضع آنها را با زمانی که فرض کنیم خورشیدی در کار نباشد مقایسه کنیمخم شدن نور آنها مسلم است. درست مثل موقعی که انگشت دستتان را جلوی چشمتان در فاصله 8 سانتیمتری قرار دهید و یکبار فقط با چشم چپ و بار دیگر فقط با چشم راست به آننگاه کنید، به نظر می‌رسد که انگشت دستتان در مقابل زمینه پشت آن تغییر جا می‌دهد،ولی واقعا انگشت شما که جابجا نشده است!
دانشمندان در موقع کسوف در جزیرهپرنسیپ پرتغال واقع در آفریقای غربی دیدند که نور ستاره‌ها بجای آنکه به خط راستحرکت کنند در مجاورت خورشید و در اثر نیرو ی گرانشی آن خم می‌شوند و بصورت منحنی درمی‌آیند. یعنی ما وضع ستاره‌ها را کمی بالاتر از محل واقعیش می‌بینیم. ماهیت تمامپیروزیهای نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین نجومی بود، ولی دانشمندان حسرت می‌کشیدندکه ای کاش راهی برای امتحان آن در آزمایشگاه داشتند. البته اخیرا چندین آزمایش عملیبرای آزمون این نظریه به توسطدانشمندانفیزیکو کیهان شناسی ساخته شده است
منبع: کلوب فیزیک
این نظریه علاوه بر اینکه در برگیرندهپیچیدگیهای ریاضی است، تصور ذهنی و فهم آن ، بسیار دشوار است. البته شایان ذکر استکه انیشتین در مقاله 1905 خود که برای اولین بار بهنسبیتخاصخود پرداخت، از معادلات ریاضی ساده استفاده کرد. اما در مقاله 1919 که بهنسبیت عامپرداخت ، بر خلاف مقاله پیشین از فرمولهای پیجیده ریاضی استفادهکرد. نسبیت از ریشه نسبی گرفته شده است ، یعنی هر کدام از واحدهای فیزیکی شناختهشده برای توصیف پدیده‌های طبیعی ، نسبی هستند. به عبارت دیگر می‌توان گفت که براساس نسبیت ،جرم،سرعت،شتابو حتیزمانکه برای ما تعریف می‌شوند، نسبی هستند
نظریه نسبیت
نسبیت عام برای حرکتهایی ساخته شده که در خلال حرکت سرعتتغییر می کند یا به اصطلاح حرکت شتابدار دارند. شتاب گرانش زمین g که همان عدد 9.81m/s است نیز یک نوع شتاب است. پس نسبیت عام با شتابها کار دارد نه با حرکت. نظریه‌ای است راجع به اجرامی که شتاب ثقل دارند. کلا هر جا در عالم ، جرمی در فضایخالی باشد حتما یک شتاب جاذبه در اطراف خود دارد که مقدار عددی آن وابسته به جرم آنجسم می‌باشد. پس در اطراف هر جسمی شتابی وجود دارد.
نسبیت عام با این شتابهاسر و کار دارد و بیان می‌کند که هر جسمی که از سطح یکسیارهدور شودزمان برای او کندتر می‌شود. یعنی مثلا ، اگر دوربینی روی ساعت من بگذارند و ازعقربه‌های ساعتم فیلم زنده بگیرند و روی ساعت آدمی که دارد بالا میرود و از سیارهزمین جدا می‌شود هم دوربینی بگذارند و هر دو فیلم را کنار هم روی یک صفحه تلویزیونیپخش کنند، ملاحظه خواهیم کرد که ساعت من تندتر کار می‌کند. نسبیت عام نتایج بسیارعجیب و قابل اثبات در آزمایشگاهی دارد. مثلا نوری که به اطراف ستاره‌ای سنگینمی‌رسد کمی به سمت آن ستاره خم می‌شود. سیاهچاله‌هاهم بر اساس همین خاصیت است کهکار می‌کنند. جرم آنها به قدری زیاد و حجمشان به قدری کم است که نور وقتی از کنارآنها می‌گذرد به داخل آنها می‌افتد و هرگز بیرون نمی‌آید.
همه ما برای یکبارهم که شده گذرمان به ساعت فروشی افتاده است و ساعتهای بزرگ و کوچک را دیده ایم کهروی ساعت ده و ده دقیقه قرار دارند. ولی هیچگاه از خودمان نپرسیده‌ایم چرا؟ آلبرتانیشتین در نظریهنسبیتخاصبا حرکت شتابدار و یا با گرانش کاری نداشت. اینیشتین در سال 1919 ، باترمیم و تعمیم نسبیت خود ، نسبیت عام را مطرح کرد. نسبیت عام برخلاف نسبیت خاص ، دربر گیرنده معادلات و پیچیدگیهای ریاضی بود. یکی از پیش بینیهای این نظریه آن بود کهساعتها در میدان گرانشی بسیار قوی ، کندتر کار می‌کنند و همچنین نور در میدانگرانشی بسیا قوی ، در مسیر مستقیم خود منحرف می‌شوند.
این نظریه توانست بهبسیاری از معماهایکیهانشناسیدر مورد سیاهچاله ، عمر کرات وسیارات، انرژیستاره‌ها وکهکشانها،چگالی جهان و ... پاسخ دهد. به اعتقاد وی تأثیرات جاذبه و شتاب جدایی ناپذیر بوده وبنابراین باهم برابرند. او همچنین نحوه ارتباط نیروهای جاذبه بهانحنای فضا _ زمانرا تشریح نمود.
انحنای فضا _ زمان
انیشتن با استفاده از قوانین ریاضی نشان داد که چگونههر جسمی ، به فضا _ زمان اطراف خود انحنا می‌بخشد. در مورد بعضی اجسام ، مثلستارگان که جرم نسبتا زیادی دارند، این انحنا می‌تواند باعث تغییراتی در مسیر هرچیز که از کنار آن می‌گذرد شود، و نور نیز از این قاعده مستثنی نمی‌باشد. این نظریهبا چارچوبهای نالخت سر و کار دارد و در کیهان شناسی و گرانش کاربرد دارد. فرض اساسینسبیت عام این است که تمام دستگاههای مختصات که در حالتهای حرکت اختیاری هستند،برای بیان ریاضی قوانین فیزیک باید به یک اندازه مناسب باشند. بنابراین ، باید براینوشتن قوانین فیزیک روشهایی یافت، بطوری که تحت هر تبدیل مختصات دلخواه ، تغییری درشکل آنها حاصل نشود.
نقش تساوی جرم گرانشی و جرم لختی
نقش تساوی جرم گرانشی و جرم لختی درپیشرفت نسبیت مساوی بودن جرم گرانشی و جرم لختی نقش اساسی در پیشرفت تاریخی نسبیتعام داشت. منشأ تساوی مزبور در این نکته است کهقانوندوم نیوتنf = maبرای شتابهایگرانشی در میدان گرانشی با شدت g ، بصورتmGg = mAaدر می‌آید. چون مشاهده می‌شد که در یک میدن گرانشی هر اشیاء به یکمیزان شتاب می‌گیرند، یعنی g = a انیشتین به تحقیق دریافت کهگرانشاساسا یکپدیده سینماتیکی است که شامل تغییر در مختصات فضا و زمان در همسایگی منبع میدانگرانشی است.
نظریه نسبیت عام در کیهان شناسی و نجوم
ظهور نظریه نسبیت عام دید گرانشیرا بکلی تغییر داد و در این نظریه جدید نیروی گرانش را مانند خاصیتی از فضا در نظرگرفت نه مانند نیرویی بین اجرام ، یعنی برخلاف آنچه کهاسحاقنیوتنگفته بود. در نظریه اوفضادر مجاورت ماده کمی انحناپیدا می‌کرد. در نتیجه حضور ماده اجرام ، مسیر یا به اصطلاح کمترین مقاومت را درمیان منحنیها اختیار می‌کردند. با اینکه فکر آلبرت انیشتین عجیب به نظر می‌رسیدمی‌توانست چیزی را جواب دهد کهقانون ثقل نیوتناز جواب دادن آن عاجزمی‌ماند. سیاره اورانوسدر سال 1781 میلادی کشف شدهبود و مدارش به دورخورشیداندکی ناجور به نظر می‌رسید و یا به عبارتی کج بود!
نیم قرن مطالعه اینموضوع را خدشه ناپذیر کرده بود. بنابرقوانین اسحاق نیوتنمی‌بایست جاذبه‌ای برآنوارد شود. یعنی باید سیاره‌ای بزرگ در آن طرف اورانوس وجود داشته باشد تا از طرف آننیرویی بر اورانوس وارد شود. در سال 1846 میلادی اختر شناس آلمانیدوربین نجومیخودش را متوجه نقطه‌ای کرد که «لووریه» گفته بود و بی هیچ تردید سیاره جدیدی را در آنجا دید که از آن پسنپتوننام گرفت. نزدیکترین نقطه مدارسیارهعطاردبه خورشید در هر دور حرکت سالیانه سیاره تغییر می‌کرد و هیچگاه دو بارپشت سر هم این تغییر در یک نقطه خاص اتفاق نمی‌افتاد.
اختر شناسان بیشتر اینبی نظمی‌ها را به حساب اختلال ناشی از کشش سیاره‌های مجاور عطارد می‌دانستند! مقداراین انحراف برابر 43 ثانیه قوس بود. این حرکت در سال 1845 بوسیله لووریه کشف شد،بالاخره با ارائه نظریه نسبیت عام جواب فراهم شد. این فرضیه با اتکایی که برهندسه نا اقلیدسیداشت نشان داد که حضیض هرجسم دوران کننده حرکتی دارد علاوه برآنچه اسحاق نیوتن گفته بود.
وقتی کهفرمولهای آلبرت انیشتین را در مورد سیاره عطارد بکار بردند، دیدند که با تغییر مکانحضیض این سیاره سازگاری کامل دارد.
سیاره‌هایی که فاصله شان از خورشید بیشتراز فاصله تیر تا آن است تغییر مکان حضیضی دارند که بطور تصاعدی کوچک می‌شوند. اثربخش‌تر از اینها دو پدیده تازه بود که فقط نظریه آلبرت انیشتین آنرا پیشگویی کردهبود. نخست آنکه آلبرت انیشتین معتقد بود که میدان گرانشی شدید موجب کند شدن ارتعاشاتمها می‌شود و گواه بر این کند شدن تغییر جای خطوط طیف است به طرف رنگ سرخ!
انتقال به سرخ
یعنی اینکه اگرستاره‌ایبسیار داغ باشد و بطوری که محاسبهمی‌کنیم بگوییم که نور آن باید آبی درخشان باشد، در عمل سرخ رنگ به نظر می‌رسد. کجابرویم تا این مقدار قوای گرانشی و حرارت بالا را داشته باشیم، پاسخ مربوط بهکوتوله‌های سفیداست. دانشمندان به بررسیطیف کوتوله‌های سفید پرداختند و در حقیقت تغییر مکان پیش بینی شده را با چشم دیدند! اسم اینرا تغییر مکان آلبرت انیشتینی گذاشتند.
خمش نور در میدان گرانشی
آلبرت انیشتین می‌گفت کهمیدان گرانشیشعاعهای نور را منحرف می‌کند، چگونه ممکن بود این مطلب را امتحان کرد. اگر ستاره‌ایدر آسمان آن سوی خورشید درست در امتداد سطح آن واقع باشد و در زمانکسوف، خورشید قابلرؤیت باشد، اگر وضع آنها را با زمانی که فرض کنیم خورشیدی در کار نباشد مقایسه کنیمخم شدن نور آنها مسلم است. درست مثل موقعی که انگشت دستتان را جلوی چشمتان در فاصله 8 سانتیمتری قرار دهید و یکبار فقط با چشم چپ و بار دیگر فقط با چشم راست به آننگاه کنید، به نظر می‌رسد که انگشت دستتان در مقابل زمینه پشت آن تغییر جا می‌دهد،ولی واقعا انگشت شما که جابجا نشده است!
دانشمندان در موقع کسوف در جزیرهپرنسیپ پرتغال واقع در آفریقای غربی دیدند که نور ستاره‌ها بجای آنکه به خط راستحرکت کنند در مجاورت خورشید و در اثر نیرو ی گرانشی آن خم می‌شوند و بصورت منحنی درمی‌آیند. یعنی ما وضع ستاره‌ها را کمی بالاتر از محل واقعیش می‌بینیم. ماهیت تمامپیروزیهای نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین نجومی بود، ولی دانشمندان حسرت می‌کشیدندکه ای کاش راهی برای امتحان آن در آزمایشگاه داشتند. البته اخیرا چندین آزمایش عملیبرای آزمون این نظریه به توسطدانشمندانفیزیکو کیهان شناسی ساخته شده است
منبع: کلوب فیزیک