نسبیت (Relativity)
نسبیت یکی از شاخه‌های مهم فیزیک است که جنبه‌های نظری و عملی آن از قرن گذشته توجه فیزیکدانان را به خود جلب کرده است. نظریه‌هایی مانند مکانیک و الکترومغناطیس که قبل از نظریه نسبیت ظهور یافتند و یا نظریه‌هایی مانند مکانیک کوانتومی و نظریه ریسمان که بعد از نسبیت پدید آمدند در فرمول بندی‌های مناسب با نسبیت سازگاری پیدا کرده‌اند. ضرورت این سازگاری به دلیل شمول فراگیر نظریه نسبیت پیش آمده است و خوشبختانه تا این زمان بین نظریه‌های دیگر تضاد یا سازگاری مشاهده نشده است.نظریه نسبیت از نقش چارچوبهای مرجع که در توصیف قوانین طبیعت بکار می‌روند، نهایت استفاده را می‌کند. استفاده از هندسه مختصاتی ، برای بیان موثر قوانین معلوم ، و نیز استنتاج قوانین فیزیکی جدید تعمیم داده می‌شود. هدف نسبیت این است که برای بیان قوانین فیزیک روشهایی بدست آورد به طوری که قوانین مزبور توسط مختصات چارچوب مرجعی که در آن نوشته می‌شوند تغییر نیافته یا متمایز نشوند. اصلی که فرض می‌کند چنین روشهای بیان لازم بوده و می‌توانند بدست آیند، اصل ناورلایی است.



تاریخچه در اواخر قرن نوزدهم ، بعد از اینکه نظریه الکترومغناطیس کلاسیک به صورت کنونی‌اش توسعه یافت، نیاز به یک نظریه نسبیت رضایتبخش در فیزیک احساس شد. در آن زمان آشکار شد که مشاهدات تجربی انتشار نور در ارتباط با اثرهای حرکت ناظر نسبت به محیطی که فرض می‌شد نور در آن حرکت ‌کند، تناقص‌هایی با عقاید رایج آن زمان دارد. برای داشتن توصیفی از حرکت نور که با تجربه سازگار باشد، لازم شد قانون تبدیل پیشنهادی لورنتس که مختصات چارچوبهای دارای حرکت نسبی یکنواخت را به هم مربوط می‌سازد، پذیرفته شود. شکست مکانیک کلاسیک مکانیک کلاسیک نیوتن تا زمانی که توصیف درست و ذاتا سازگاری از حرکت ذرات مادی در طبیعت را می‌داد که دامنه کاربردش محدود به ذرات مادی و چارچوبهای مرجعی بود که سرعت‌های نسبی آنها کسر کوچکی از سرعت نور بود. اما در سرعتهای نزدیک به سرعت نور با شکست مواجه شد. موفقیت بزرگ مکانیک کلاسیک نیوتنی در پیشگویی دقیق رویدادهای زمینی و حرکتهای کیهانی ، موضعی برای تردید در اعتبار مکانیک کلاسیک باقی نگذاشت، به گونه‌ای که درست بعد از زمانی که تبدیلات لورنتس برای توصیف صحیح انتشار نور از نظر ناظر در حال حرکت پذیرفته شد، دقت و نوع تقریبی که در قوانین نیوتن وجود داشت صرفا به عنوان نتیجه‌ای از کشف تبدیلات لورنتس بدست آمد.


نسبیت خاص نسبیت خاص نظریه‌ای دربارهٔ برخی از مهم‌ترین مفاهیم فیزیک، یعنی زمان و مکان است. این نظریه در سال ۱۹۰۵ میلادی توسط آلبرت اینشتین مطرح شد درک فیزیکی ما از فضا و زمان را، که پیش از این با مکانیک کلاسیک فهمیده می‌شد، گسترش داد و اصلاح کرد.اثرهای نسبیت خاص برای اجسامی که با سرعت‌های بسیار زیاد (نزدیک به سرعت نور) حرکت می‌کنند مهم می‌شود. برای اجسامی که سرعت‌شان بسیار کمتر از سرعت نور است (یعنی تقریباً همهٔ پدیده‌های روزمره) نسبیت خاص به همان نتایجی منجر می‌شود که پیش از این در فیزیک کلاسیک نیز به تقریب پیش‌بینی می‌شد. بنابراین در مطالعهٔ بسیاری از پدیده‌های روزمره همچنان از مکانیک کلاسیک استفاده می‌شود.اصول موضوعهٔ نسبیت خاص آزمایش مایکلسون و مورلی نسبیت خاص از چند فرض بنیادی به دست می‌آید. با این فرض‌ها (اصل موضوع‌ها) می‌توان به طور منطقی تمام این نظریه را به دست آورد. البته در همهٔ نظریه‌های فیزیکی فرض‌های بسیار زیاد دیگری نیز وجود دارند که معمولاً به صراحت بیان نمی‌شوند.اصل موضوع اول: سرعت جهانی نور:سرعت نور در خلاء © برای تمام ناظران لَخت ثابت است و به حرکت چشمهٔ نور یا حرکت ناظر بستگی ندارد.اگر شما سوار اتومبیلی باشید که با سرعت ۵۰ کیلومتر بر ساعت حرکت می‌کند، و اتومبیل دیگری با سرعت ۲۰ کیلومتر بر ساعت به شما نزدیک شود، سرعت نسبی اتومبیل شما و اتومبیل مقابل ۷۰ کیلومتر بر ساعت خواهد بود. اما، طبق اصل موضوع اول نسبیت خاص، اگر چشمهٔ نوری با سرعت دلخواهی به شما نزدیک شود، و شما هم با سرعت متفاوتی به سمت آن چشمه حرکت کنید، باز هم سرعت نور نسبت به شما همان c خواهد بود. این ادعا کاملاً مخالف شهود روزمرهٔ ما از حرکت و سرعت اجسام است.اصل موضوع دوم: قوانین فیزیک در تمام چارچوب‌های لَخت شکل یکسانی دارند. اصل نسبیت (با کمی ساده‌سازی و چشم‌پوشی از برخی جزئیات) می‌گوید که اگر شما در آزمایشگاه سربسته‌ای قرار داشته باشید و آن آزمایشگاه با سرعت ثابتی نسبت به زمین حرکت کند، شما با هیچ روشی نمی‌توانید تعیین کنید که سرعت‌تان نسبت به زمین چقدر است. (در این بیان از اصل نسبیت فرض شده است که زمین یک چارچوب لخت است (این موضوع دربارهٔ زمین فقط به تقریب صادق است) و نیز فرض شده است که شما نسبت به زمین به نرمی حرکت می‌کنید و آزمایشگاه هیچ لرزش و تکانی ندارد.) به زبان دیگر، هیچ تمایزی میان یک چارچوب لخت و چارچوب لخت دیگری که با سرعت ثابتی نسبت به آن حرکت می‌کند، وجود ندارد، یعنی هیچ چارچوب لخت متمایزی وجود ندارد. تبدیلات لورنتس در نسبیت خاص معادله‌هایی هستند که مختصه‌های فضایی و زمانی یک رویداد را از دید دو ناظر مختلف به هم تبدیل می‌کنند. یعنی اگر یک ناظر برای رویداد خاصی در فضا-زمان مختصه‌های مکانی x و y و z و زمان t را اندازه بگیرد، و ناظر دیگری (که در مکان دیگری واقع است و با سرعت خاصی نسبت به ناظر اول حرکت می‌کند) مختصه‌های 'x و 'y و 'z و 't را برای همان رویداد اندازه بگیرد، تبدیلات لورنتس رابطهٔ بین این دو مختصات را بیان می‌کند.پیامدهای نسبیت خاصدو اصل موضوع نسبیت خاص به همراه فرض‌های دیگری، مانند همگن و همسانگرد بودن فضا، منجر به نتایجی می‌شوند که همانند خودِ این اصل موضوع‌ها خلاف شهود و تجربه‌های روزمرهٔ ما هستند. با وجود این، این پیامدها بارها در آزمایش‌های گوناگون آزموده شده و مورد تأیید قرار گرفته‌اند. امروزه نسبیت خاص کاملاً پذیرفته شده است و جزئی از دانش عملی هر فیزیکدانی به شمار می‌آید. این پدیده‌ها به طور ریاضی از تبدیلات لورنتس نتیجه می‌شوند.نسبی بودن هم‌زمانی اگر یک ناظر لَخت دو پدیدهٔ آ و ب را هم‌زمان ببیند، ناظر لخت دیگری که با سرعت نسبت به ناظر اول حرکت می‌کند، بسته به شرایط ممکن است پدیدهٔ آ را زودتر، هم‌زمان، یا دیرتر از پدیدهٔ ب ببیند. هم‌زمانی در نسبیت خاص معنای مطلق و نیوتنی خود را از دست می‌دهد و پدیده‌ای نسبی می‌شود.انقباض طولیک میله که در راستای طول خود در حرکت است، به چشم یک ناظر ساکن، کوتاه‌تر به نظر می‌رسد. به زبان ریاضی:

'l طول میله از دید ناظر 'S است که با سرعت v نسبت به چارچوب S که میله در آن ساکن است، حرکت می‌کند. l طول میله در چارچوب سکون S است.اتّساع زمانیک ساعت متحرک، به چشم یک ناظر ساکن، کندتر از ساعت مشابهی که ساکن است کار می‌کند. به زبان دیگر، زمان در چارچوب متحرک، به چشم ناظر ساکن، کندتر می‌گذرد. این پدیده ربطی به ساختار فیزیکی ساعتها ندارد. اگر ناظر S یک بازهٔ زمانی را τ اندازه بگیرد، ناظر 'S همان بازهٔ زمانی را 'τ اندازه

می‌گیرد:
یعنی ناظر متحرک آن بازه را طولانی‌تر می‌بیند.افزایش جرموقتی به جسمی نیرو وارد می‌شود، آن جسم شتاب می‌گیرد. به نسبت نیرو به شتاب، جرم لختی می‌گویند. در مكانیك كلاسیك، همهٔ اجسام با هر سرعتی كه در حال حركت باشند، در اثر یك نیروی مشخص یك شتاب ثابت می‌گیرند. اما در نسبیت خاص چون هیچ سرعتی بالاتر از سرعت نور وجود ندارد، هرچه سرعت جسم بیشتر بشود، در مقابل یك نیروی خاص كمتر شتاب می‌گیرد. انگار كه جرم لختی آن بیشتر شده‌است. به زبان



ریاضی:
در این رابطه m جرم سکون ذره است، یعنی جرم ذره در چارچوبی که نسبت به ذره ساکن است.هم‌ارزی جرم و انرژی E=mc²انرژی کل یک ذره در نسبیت خاص برابر است با E = mc2 که در آن m جرم ذره و c سرعت نور است. انرژی در حال سکون ذره برابر است با E = mc2 که در آنm0 جرم سکون ذره است.

برخی از کاربردهای نسبیت خاصانرژی اتمی، چه نوع انفجاری‌اش (در بمب اتمی) و چه نوع کنترل‌شده‌اش (در نیروگاه هسته‌ای) از رابطهٔ معروف E = mc2 پیروی می‌کند.جهش گونه‌های زیستی: یکی از منشاءهای احتمالی برای جهش‌های ژنتیکی، پرتوهای کیهانی است. جزء اصلی پرتوهای کیهانی که به سطح دریا می‌رسند، ذره‌ای به نام میوئون است. این ذره در لایه‌های بالایی جو از برخورد اتمها با پروتونهای پرتوهای کیهانی ساخته می‌شود و بسیار ناپایدار است. میوئون‌ها سرعت بسیار زیادی دارند و اگر به خاطر اتساع زمان نسبیتی، طول عمرشان زیاد نمی‌شد، این ذره‌ها خیلی پیش از آن که به سطح دریا برسند، نابود می‌شدند.سیستم مکان‌یابی بین‌المللی (جی‌پی‌اس) متشکل از ماهواره‌هایی است که در مدار زمین قرار دارند. گیرنده‌های ویژه‌ای موسوم به گیرنده‌های جی‌پی‌اس به کمک این ماهواره‌ها می‌توانند طول و عرض جغرافیایی و زمان را با دقت زیادی اندازه بگیرند. در طراحی این ماهواره‌ها و گیرنده‌ها، اثرات نسبیت خاص (و نیز اثرات نسبیت عام) به دقت در نظر گرفته شده‌اند و بدون آن‌ها این سیستم کاملاً بی‌فایده می‌شد.

نسبیت عام نظریه‌ایست که در سال ۱۹۱۵ توسط اینشتین مطرح شد. این نظریه تعمیمی بر نظریه نسبیت خاص است که در مورد سیستمهای شتابدار بحث می‌کند.در این نظریه فضا-زمانِ توسط هندسه ریمانی بررسی می‌شود.این نظریه بیشتر برای توضیح گرانش به عنوان یک عامل هندسی و نه یک نیرو به نظریه هندسی مشهور است.پایه نظری گرانش امروزی این نظریه و تعمیم‌های آن است.معادله اصلی نسبیت عام البته با در نظر گرفتن c (سرعت نور) برابر یک که معمولآ این طور در نظر گرفته می‌شود.در این معادله:Rμν تانسور ریچیR اسکالر ریچی یا انحناgμν تانسور متریکTμν تانسور تنش-انرژیG ثابت جهانی گرانش با تعریف Gμν تانسور اینشتین که میتوان این معادله را به شکل فشرده‌تری نوشت:اصول نسبیت عام اصل هم ارزی حرکت یک ذره آزمون گرانشی در یک میدان گرانشی مستقل از جرم و ترکیب آن است.یعنی صرفاً به وسیله شتاب می‌توان گرانش را به طور موضعی حذف کرد. این اصل مهمترین اصل نسبیت عام است.اصل ماختوزیع ماده چگونگی هندسه را تعیین می‌کند. ماده تعیین می‌کند که فضا چگونه خمیده شود و فضا تعیین می‌کند که ماده چگونه حرکت کند.با وجود این که اصل ماخ به عنوان یکی از اصول نسبیت عام از سوی اینشتین مطرح شد(یکی از اهداف اینشتین بود) ولی عملآ این اصل در نظریه استاندارد گرانش وجود ندارد.اصل هموردایی عامتمام ناظرین اعم از لَخت و غیر لخت هم ارزند. در اصل هموردایی همچنین می‌خوانیم: عموماً هر تبدیل از چارچوب لخت به چارچارچوب دیگر که با سرعت V در حال حرکت است، خصوصیات فیزیکی را ثابت نگاه می‌دارد. در اصل هموردایی شرایط فیزیکی به گونه‌ای هستند که تا اندازه‌ای تعبیر و تبیین ریاضی آن‌ها در تمام چارچوب‌ها یکسان است. نیز اینکه ناوردایی، مهمترین نکته در این رابطه محسوب می‌شود که در نسبیت عام عنصر جهان خط ds2 به عنوان ناوردای اساسی مطابق با اصل هموردایی بوده و همواره تحت تمامی تبدیلات مختصات ثابت می‌ماند. این بیان تازمانی ارزشمند است که متریک gμν مختص چارچوب مورد نظر تغییری نکند. یعنی تنها هنگامی اصل هموردایی معتبر است که خصوصیات فضا و زمان دو چارچوب یکسان بوده و تنها این بیان مستقیماً به لختی و یا نالختی چارچوب ثانویه دلالت داشته باشد.اصل کمینه جفتیدگی گرانشیاین اصل چگونگی گذار از نسبیت خاص به عام را بیان می‌کند.هنگام گذار از نسبیت خاص به نسبیت عام نیازی به افزودن جملات غیر ضروری به معادلات نسبیت خاص نمی‌باشد.اصل همخوانینظریه نسبیت عام در حالت‌های حدی به گرانش نیوتنی و نسبیت خاص تبدیل می‌شود.
حتی زمان هم نسبی می باشد!
از نتایج جالب تئوری نسبیت خاص می توان به بیان ارتباط میان زمان و و فضا (فاصله) و اینکه تمام موجودیت ها در دنیا با یکدیگر مرتبط بوده و بر یکدیگر اثر می گذارند، اشاره کرد. نیوتن معتقد بود که زمان ثابت است و در تمام نقاط به یک صورت عمل می کند. اما اینشتین نشان داد که اینگونه نیست.

مثال جالبی که معمولا" در این باره بیان می شود آن است که دو برادر دوقلو را در نظر بگیرید. یکی روی زمین می ماند و دیگری با یک فضا پیما با سرعت نزدیک به نور به سمت فضا حرکت می کند. پس از آنکه برادر روی زمین 100 سال از عمرش بگذرد، برادری که در فضا پیما می باشد فقط یکسال از عمرش گذشته است! [color=#0000CD][size=large

نظرات شما عزیزان:

مصطفی

ساعت23:50---20 مهر 1391

- [ایمیل]

اینشتین بزرگ
آلبرت اینشتین(فوت 1955 م) در رساله ی پایانی عمر خود با عنوان: "دی ارکلرونگ"Die Erkla"rung - von: Albert Einstein – 1954 یعنی:"بیانیه" که در سال
1954 آن را در امریکا و به آلمانی نوشته است - اسلام را بر تمامی ادیان جهان ترجیح میدهد و آن را کاملترین ومعقولترین دین می داند .

این رساله در حقیقت همان نامه نگاری محرمانه ی اینشتین با آیت الله العظمی بروجردی (فوت1340ش =1961م) است اینشتین در این رساله "نظریه نسبیت" خود را با آیاتی از قرآن کریم و احادیثی از (نهج البلاغه)وبیش از همه (بحارالانوار) علامه مجلسی (که از عربی به انگلیسی (فوت1371ش) ترجمه وتحت نظر آیت الله بروجردی شرح می شده) تطبیق داده و نوشته که هیچ جا در هیچ مذهبی چنین احادیث پر مغزی یافت نمیشود وتنها این مذهب شیعه است که احادیث پیشوایان آن نظریه ی پیچیده "نسبیت" را ارائه داده ولی اکثر دانشمندان نفهمیده اند.

یکی از این حدیث‌ها حدیثی است که علامه مجلسی در مورد معراج جسمانی رسول اکرم(ص) نقل می‌کند که: «هنگام برخاستن از زمین، لباس یا پای مبارک پیامبر به ظرف آبی می‌خورد و آن ظرف واژگون می‌شود. اما پس از اینکه پیامبر اکرم(ص) از معراج جسمانی باز می‌گردند مشاهده می‌کنند که پس از گذشت این همه زمان، هنوز آب آن ظرف در حال ریختن روی زمین است».

اینشتین این حدیث را از گرانبهاترین بیانات علمی پیشوایان شیعه در زمینه «نسبیت زمان»دانسته و شرح فیزیکی مفصلی بر آن می‌نویسد. اینشتین همچنین در این رساله «معادجسمانی» را از راه فیزیکی اثبات می‌کند. او فرمول ریاضی معاد جسمانی را عکس فرمول معروف «نسبیت ماده و انرژی» می‌داند: E = M.C2>> M = E :C2

یعنی اگر حتی بدن ما تبدیل به انرژی شده باشد دوباره می‌تواند عینا تبدیل به ماده و زنده شود.
اینشتین در این کتاب همواره از آیت الله بروجردی با احترام و به لفظ «بروجردی بزرگ» یاد کرده و از شادروان پروفسور حسابی نیز بارها با لفظ «حسابی عزیز» یادکرده است.
اصل نسخه این رساله اکنون به لحاظ مسایل امنیتی به صندوق امانات سری لندن(بخش امانات پروفسور ابراهیم مهدوی) سپرده شده و نگهداری می‌شود.

این رساله را پروفسورابراهیم مهدوی (مقیم لندن) ، با کمک یکی از اعضاء شرکت اتومبیل‌سازی بنز و به بهای 3 میلیون دلار از یک عتیقه‌فروش یهودی خریداری کرد.
دستخط اینشتین در تمامی صفحات این کتابچه توسط خط‌ شناسی رایانه‌ای چک شده و تأییدگردیده است.

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: