اصل نسبیت

واضح آرشیو وب فارسی:سایت رسیک: تئوری نسبیت، و یا به طور ساده تر، نسبیت، عموما" به دو تئوری آلبرت اینشتین، یعنی نسبیت عام و نسبیت خاص اطلاق می‌شود. اگرچه کلمه «نسبیت» گاهی برای اشاره به فرضیه تغییر ناپذیری گالیله نیز به کار می‌رود.
اصطلاح «تئوری نسبیت» اولین بار توسط ماکس پلانک در سال ۱۹۰۶ به کار برده شد.

توضیح
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.

نسبیت خاص و مسئله هم زمانی رویدادها
صد سال قبل از این زمانی که هنوز فیزیک به درستی با نیوتن و قوانینش شناخته می‌شد و هیچ کس به فکر کاستی‌های مکانیک نیوتنی نیفتاده بود ، آلبرت انیشتین در مقاله‌ای تحت عنوان « درباره الکترو دینامیک اجسام متحرک» چنین نوشت: « هیچ یک از ویژگیهای واقعیتهای مشاهده شده با مفهوم سکون مطلق ارتباط ندارند، ...برای تمام دستگاههائی که معادلات مکانیک در آنها بر قراراند ، معادلات الکترودینامیکی و اپتیکی نیز در آنها برقرار خواهد بود...بر این اساس اینشتین دو فرض اساسی بسیار مهم اما ساده کرد که به جرات می‌توان گفت: این دو فرض ضمن اینکه برای بیان یک نظریه ساده و سازگار الکترو دینامیک اجسام متحرک ، بر پایه نظریه ماکسول برای اجسام ساکن ، کاملاً کافی اند ،دنیای فیزیک را نیز دگرگون کردند .

فرض‌های انیشتین که بعدها اصل نسبیت انیشتین نامیده شد ، نسبت به فرض‌های نیوتن(اصل نسبیت نیوتنی) این رجحان را دارند که فراتر از قوانین مکانیک ، تمام قوانین فیزیک را نیز در بر می‌گیرند.

انیشتین فرض‌های خود را این گونه بیان کرد:

1 - قوانین فیزیک در تمام دستگاه‌های لخت یکسان هستند و هیچ دستگاه لخت مرجحی وجود ندارد ( اصل نسبیت ).

2 - در فضای تهی مقدار سرعت نور در تمام دستگاه‌های لخت یکسان و برابر با C است ( اصل ثابت بودن سرعت نور).

در حقیقت اصل نسبیت انیشتین اعتقاد به این موضوع دارد که ما فقط از حرکت نسبی دو دستگاه می‌توانیم صحبت کنیم و به هیچ عنوان نمی‌توانیم به وسیله اندازه گیریهای فیزیکی بگوئیم یک دستگاه لخت به خودی خود ساکن است یا متحرّک.

تئوری نسبیت خاص انیشتین پیشگوئیهای مختلفی می‌کند که حقیقتاً برخی از آنها در جهت مقابل مشاهده‌های ما و به عبارت دیگر تصورات اولیهٔ ما از آنچه به وقوع می پیوندد می‌باشد توجه به این نکته بسیار مهم است که این پیشگوئیها با چارچوبهای مرجع مختلف ثابت و متحرک با سرعت نسبی V در ارتباطند و نیز در نسبیت تنها زمانی نتایج را قابل قبول می دانیم که سرعت V یک کسر متعارف از C سرعت نور باشد. ( به عبارت دیگر V/C برای ما تعریف شده باشد ).

دو پیشگوئی اساسی و مهم که انیشتین با نسبیت خاص می‌کند یکی انقباض طول و دیگری تاخیر زمان است.

همان طور که از گذشته می دانیم انقباض طول به نتیجهٔ اندازه گیری یک جسم در دو چارچوب مختلف اشاره دارد ، اگر در چارچوب مرجع ثابت طول اندازه گیری شده باشد ، در چارچوب دیگری که نسبت به چارچوب مرجع اولیه حرکت دارد طول منقبض شده به نظر می‌رسد ، و یا به عبارتی دیگر حرکت جسم در طول حرکت نسبی اش منقبض شده به نظر می‌رسد .

تاخیر زمانی نیز به این واقعیت مهم اشاره دارد که زمان بین رویدادهائی که در موقعیت‌های یکسان از چارچوب اندازه گیری ثابت هستند کوتاهتر از زمانی است که به وسیله یک ناظر در چارچوب متحرک با سرعت Vاندازه گیری می‌شود ، به عبارتی دیگر این طور گفته می‌شود که به نظر می‌رسد ساعتها کندتر کار می‌کنند .

در اصل یکی از مهمترین این نتیجه‌ها نسبی بودن همزمانی است که می‌توان گفت این مطلب تعبیر دیگری از تاخیر زمانی است و به این صورت توضیح داده می‌شود که اگرچه ممکن است از دید یک ناظر در یک چارچوب مرجع دو رویداد در دو مکان متفاوت کاملاً همزمان باشند اما از دید ناظر دیگر که در چارچوب مرجع دیگری قرار گرفته است این اندازه گیری به صورت همزمان نیست و این طور بیان می کنیم که همزمانی نیز یک مفهوم نسبی است .

از آنجا که انقباض طول و تاخیر زمانی از مهمترین مسائل در فیزیک نسبیت هستند به تفسیر و حل یکی از مهمترین مسائل در این مورد می پردازیم :

مساله از این قرار است : قهرمان پرش با نیزه‌ای را تصور می کنیم ،( به خاطر داشته باشیم که یکی از مهمترین مسائل در پرش با نیزه ، طول خود نیزه می‌باشد ) قهرمان را A می نامیم ، او طول نیزه خود را lo اندازه می‌گیرد که ما این طول را طول اولیه یا طول صحیح نیزه می نامیم و توجه می کنیم که A با سرعت نسبی V در حال حرکت است . حال اگر ما یک فرد تماشاچی را در جایگاه در نظر بگیریم و او را B بنامیم و از او بخواهیم در دستگاهی که وی قرار دارد طول میله را اندازه بگیرد ، Bبا توجه به اینکه می بیند قهرمان با سرعت بسیار زیاد می دود به گونه‌ای که برای وی سرعت نسبی در نظر می‌گیرد ، این طول را l اندازه خواهد گرفت که پس از مقایسه مشاهده خواهیم کرد که l از دید B کوچکتر از loاز دید Aاست.

l < lo

در حقیقت اگر فرض کنیم که میله دوم قهرمان( که همانند میله اول است) در کنار تماشاچی افتاده است تماشاچی طول این میله را بزرگتر از طول میله‌ای که در دست A است اندازه گیری می‌کند ، بنابراین B تصمیم می‌گیرد این مطلب را به کمیته فنی مسابقات اعلام کند و آنها هم این مطلب را به A ارجاع می‌دهند و مباحثه سختی بین A وB در می‌گیرد ، A از B می خواهد که این مساله را به وی اثبات کند .

برای اثبات این مدعی تماشاچی در صدد ساختن اتاقکی به طول l که کوتاهتر از lo بوده و وی اندازه گرفته بود بر می‌آید . او برای این اتاقک از پشت و جلو درب می سازد و از A میخواهد که با میله کوتاه شده‌ای که در دست دارد با سرعت به داخل این ساختمان داخل شود B هر دو درب را می‌بندد در حالیکه میله A کاملاً در داخل اتاقک قرار گرفته است ( البتّه تاکید کنیم که این مساله به خاطر سرعت قهرمان A که از یک طرف داخل و از طرف دیگر خارج می‌شود فقط برای یک لحظه است) اما در هر حال تماشاچی ادعای خود مبنی بر اینکه طول میله کوتاه شده است را ثابت کرده است.

به نظر شما آیا B درست می‌گوید؟

A این نظریه را باز هم قبول نمی‌کند و به B می‌گوید موقعی که میله من از درب جلو وارد انبار شده شما درب پشتی را بسته اید ، پس همواره میله من بلندتر خواهد بود.

از آنجائی که یکی از معروفترین آزمایشها در این گونه مسائل استفاده از لامپ‌های فلش زن است،

B در فکر ترتیب آزمایشی دیگر به این ترتیب بر می‌آید:

B می‌گوید که برای بر طرف شدن این فکر این بار از چراغ‌های فلش زن استفاده کنیم . طرز کار این چراغ‌ها به این صورت است که با بسته شدن درب‌ها این چراغ‌ها که بر روی درب‌های جلو و عقب نصب شده است ، روشن می‌شود . با این توضیحات B از A می خواهد که بار دیگر با سرعت وارد اتاقک شود تا هر دو نتیجه مشاهدات خود را گزارش کنند .

B این طور گزارش می‌کند :

هر دو چراغ فلش زن رو به درب‌های جلوئی و پشتی همزمان با هم روشن می‌شوند و نتیجه این که طول میله کوتاه شده است .

و اما آنچه A گزارش می‌کند به ترتیب زیر است :

هنگامی که میله من از درب جلو وارد انبار شده چراغی که روی درب پشتی نصب شده بود زودتر روشن شد .

به نظر شما این اختلاف نظرها از کجا ناشی می‌شود ؟ به عبارت دیگر آیا یکی از این دو نفر اشتباه می‌کنند ؟ و کدام یک ؟

بیائید این موضوع را بیشتر تفسیر کنیم :

گفته تماشا چی (B) صحت دارد زیرا او این دو رویداد را کاملاً همزمان مشاهده می‌کند ، در عین حال گفته قهرمان A هم صحیح است ، به این علت که در چارچوب اندازه گیری وی که در حال حرکت با سرعت نسبی V است همزمانی مفهومی نسبی پیدا می‌کند .

شاید بزرگترین اشتباهی که ما در مسائل نسبیت می کنیم عدم توجه به مسائلی از قبیل نسبی بودن سرعت ، نسبی بودن همزمانی و ... است . در حقیقت اگر بخواهیم از تعریف انقباض طول هم استفاده کنیم ، می بینیم ناظری که در حال حرکت با سرعت نسبی V نسبت به ناظر در دستگاه دیگراست ، امّا در دستگاه خود حرکتش نسبت به میله با سرعت نسبی همراه نیست با توجه به مساله تاخیر زمانی طول میله را بزرگتر از ناظر در دستگاه دیگر می بیند . یکی از بهترین نمایش‌های کلی برای مسائل نسبیت ، رسم نمودار مکان- زمان می‌باشد . که در زیر این نمودار را برای هر دو ناظر رسم می کنیم :

در این نمودار خطوط نقطه چین نمایش گر دید ناظرهاست هنگامی که از لامپهای فلش زن استفاده شد ، خطوط کم رنگ نمایش گر دید ناظرهاست هنگامی که قهرمان با سرعت داخل اطاقک ساخته شده شد و خطوط پررنگ نمایش گر دید ناظرها در لحظه اول می‌باشد

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: سایت رسیک]

[مشاهده در: www.ri3k.eu]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 615]