نظریه نسبیت چیست؟

در اوایل قرن نوزدهم فیزیکدانان معتقد بودند که نور در محیطی به نام اتر حرکت می‌کند که همه جای فضا، حتی بین اتم‌های ماده را پُر کرده است. به علاوه، این گونه تصور می‌شد که سرعت نور را می‌توان نسبت به یک ناظر متحرک مانند سرعت‌های نسبی دو جسم متحرک محاسبه کرد. برای مثال دو اتومبیل را که در جهتی یکسان در حال حرکت هستند در نظر بگیرید. یکی از آنها با سرعت 110 کیلومتر بر ساعت و دیگری با سرعت 80 کیلومتر بر ساعت در حال حرکت هستند. از نظر سرنشینان اتومبیلی که سرعت کمتری دارد، سرعت اتومبیل دیگر 30 کیلومتر بر ساعت است.

اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق دو دانشمند آمریکایی به نام های مایکلسون و مورلی در سال 1887 میلادی نشان داد که سرعت نور در جهت حرکت اتر یا خلاف جهت حرکت آن تفاوتی ندارد و هیچ چیز وجود اتر را تایید نمی‌کند. در پایان قرن نوزدهم میلادی اکثر دانشمندان نگران باطل شدن نظریه وجود اتر بودند. تقریباً در همین زمان بود که آلبرت اینشتین دلایلی مبنی بر رد نظریه وجود اتر ارائه داد. اینشتین اعلام کرد که در جهان چیزی مانند اتر وجود ندارد و مفهوم حرکت مطلق، بی‌معنی است. او همچنین معتقد بود سرعت نور ثابت است و مهم نیست که ناظر با چه سرعتی در حال حرکت است. به علاوه، هیچ ماده‌ای نمی‌تواند سریع‌تر از نور حرکت کند.

از اینجا نظریه نسبیت مطرح می‌شود که شما می‌توانید در این مقاله با آن آشنا شوید.

نظریه نسبیت خاص

در سال 1905 میلادی اینشتین بر اساس نتایجی که بدست آورده بود، نظریه نسبیت خاص را منتشر کرد. او نشان داد که کمیت‌های فیزیکی مانند جرم، اندازه و زمان نیز مطلق نیستند و با حرکت جسم تغییر می‌یابند. اگر جسمی با سرعت زیاد حرکت کند، جرم آن افزایش می‌یابد و کوچکتر می‌شود.

این تغییرات زمانی که اجسام با سرعت‌های معمولی حرکت می‌کنند درخور توجه نیستند. آنها زمانی محسوس می‌شوند که سرعت حرکت جسم نزدیک به سرعت حرکت نور شود. اتومبیل‌هایی که در بزرگراه‌ها با سرعت زیاد حرکت می‌کنند، سنگین‌تر و کوتاه‌تر نمی‌شوند، ولی تغییر بسیار جزئی در آنها پدید می‌آید. از طرف دیگر، جرم یک الکترون که سرعت حرکتش 99 درصد سرعت نور است، هفت برابر زمانی می‌شود که در حال سکون است.

طبق نظریه اینشتین، در حقیقت سرعت هیچ جسمی نمی‌تواند به سرعت نور برسد. اگر چنین شود، این جسم بی‌نهایت سنگین می‌شود و اندازه‌اش به صفر می‌رسد. اینشتین متوجه شد که نسبیت خاص رابطه‌ای میان ماده و انرژی ایجاد و آنها را با هم یکی می‌کند. به این ترتیب او مهم‌ترین فرمول علوم نظری یعنی E = MC² را ارائه داد. در این فرمول C سرعت نور و E انرژی ذخیره شده در ماده‌ای به جرم M است.

نظریه نسبیت عام

اینشتین در سال 1915 میلادی نظریه نسبیت عام را در آکادمی پروس ارائه داد. به این ترتیب او نظریه‌اش را عام کرد و شتاب و جاذبه را در آن دخیل دانست. او اظهار کرد که نیروی جاذبه، خاصیت فضا و زمان است.

اینشتین نشان داد که فضا در حضور جرم خمیده می‌شود. همین انحنای فضا است که حرکت سیارات و ستارگان را کنترل می‌کند. شعاع‌های نور نیز در اثر انحنای فضای اطراف جسمی که دارای جرم است، خم می‌شوند. میدان جاذبه قوی اجرامی مثل خورشید می‌تواند موجب انحنای مسیر شعاع نور شود. در واقع نور در میدان جاذبه خم می‌شود. به عبارت دیگر جاذبه باعث انحنای مسیر نور می‌شود. با استفاده از نظریه نسبیت عام می‌توان مقدار انحنای مسیر شعاع نور را در نزدیکی جسمی سنگی محاسبه کرد.

دانشمندان اثر انحنای نور را به هنگام خورشید گرفتگی مشاهده کرده‌اند. در واقع اثر انحنای نور، موقعیت ستاره‌ها را هنگام خورشید گرفتگی اندکی تغییر می‌دهد.

نظریه نسبیت اینشتین یکی از مهم‌ترین دستاوردهای علمی بشر است. این نظریه موجب آغاز تولید نیروی هسته‌ای شد. ساخت بمب‌های اتمی و هیدروژنی با بکارگیری نتایج حاصل از این نظریه میسر شده است.

منابع

1. کتاب چرا، چطور، چگونه؟ نوشته دکتر سونیتا گوپتا و دکتر نینا آگراوال. ترجمه پریسا همایون روز و پریچهر همایون روز. موسسه نشر و تحقیقات ذکر. تیر 1393.