فهرست:

-        فيزيك كلاسيك و ظرفيت‌هاي آن

-        نواقص فيزيك كلاسيك

-        اتر نورسان واقعيتي خيالي

-        نظرﻳﮥ نسبيت خاص

-        اينشتين با انگيزه

-        تضاد در قوانين

-        انفجار نسبيت

-         نسبيت زمان

-        اصل هم ارزي جرم و انرژي

-        نظرﻳﮥ نسبيت عام

-        بعد چهارم

-         نسبيت‌ها در بوته آزمايش

-         هم ارزي جرم – انرژي

-        انبساط زمان

-         نور، سرعتي ثابت

-         انقباض طول    

-         آزموني براي نسبيت عام

-        تابش جسم سياه و ضرورت تدوين نظريه‌اي نو

-         يك گام به جلو

-         اثر كامپتون

-        خواص موجي ماده

-         مشكل بزرگ

-        اصل عدم قطعيت

-         طبيعت و عدم قطعيت

-        پيامدهاي فيزيك كوانتومي

-        ‎آزمايش افشار 

-        آيا مكانيك كوانتومي يك نظريه كامل است؟

-         نگاهي به آينده

-        منابع

 مقاله كامل

1-  فيزيك كلاسيك و ظرفيت‌هاي آن

تا سال 1900 فيزيك كلاسيك به اوج شكوفايي خود رسيده بود از توصيف حركات سيارات گرفته تا تشريح انتشار نور(پديده‌هاي تداخل – پراش –قطبش) و ماهيت آن به عنوان يك موج الكترومغناطيس،قوانين ترموديناميك و نظريه جنبشي قادر به توصيف دقيق رفتارتمامي پديده‌هاي شناخته شده تا آن زمان بود.الكتريسته و مغناطيس با كارهاي ماكسول وحدت يافته و معادلات الكترومغناطيس به عنوان عصاره كارهاي او در اين زمينه شكل گرفت اين معادلات به خوبي تمامي معلوماتي كه تا آن زمان از الكتريسيته و مغناطيس موجود بود را فرمول بندي مي‌كرد  چهارده سال بعد از كشف اين معادلات  هرتز به صورت عملي اين امواج را در آزمايشگاه توليد كرد. درحقيقت تا اواخر قرن نوزدهم به نظر مي‌رسيد كه تمامي اصول بنيادي حاكم بررفتار جهان فيزيكي شناخته شده است. همه چيز از مكانيك نيوتني و الكترومغناطيس ماكسول تبعيت مي‌كرد اين فرمول بندي نظم حاكم بر جهان، چنان دانشمندان را تحت تاثير قرار داد كه  لاپلاس رياضيدان فرانسوي وقتي كتاب  خود يعني مكانيك آسماني رانوشت درجواب  ناپلئون كه از او پرسيد چرا اودر كتابش نامي از خدا نبرده است گفت «من نيازي براي مطرح كردن اين فرضيه نمي‌بينم»

2- نواقص فيزيك كلاسيك

همانگونه كه گفتيم فيزيك كلاسيك تا اواخر  قرن نوزدهم با داشتن قوانين نيوتون و ترموديناميك و معادلات ماكسول هر ذهني را متقاعد مي‌ساخت كه روابط  اين علم مي‌تواند هر پديده موجود درعالم را از موج گرفته تا حركات كرات آسماني  توجيه نمايد ولي برخي از پديده‌ها كه ذكر خواهد شد همانند سونامي اقيانوس آرام فيزيك كلاسيك را به چنان تلاطمي واداشت كه امواج قدرتمند ناشي از آن انسان را از زمين بركره ماه و از چراغ پي سوز به نيروگاه هسته‌اي و از كبوترهاي      نامه ر‌سان به تلفن همراه و اينترنت و يا به عبارتي از خاك عقب ماندگي به افلاك تكنولوژي و پيشرفت سوق دارد.

 از دل اين پديده‌هاي غير قابل توضيح توسط مكانيك كلاسيك، دو ابر نظريه بوجود آمد يكي نسبيت و ديگري كوانتوم در اين ميان نسبيت سئوالهاي فلسفي چندين هزار ساله ما را از گذشته و آينده كائنات جواب داد و چشم ما را به دنياي نويني گشود كه درآن همه چيز درحال حركت است با آغاز و پاياني معلوم، دنياي بيكرانه و محدودي كه زماني شروع به انبساط نمود وزماني نيز از انبساط بازخواهد ايستاد.

درحالي كه دنيائي كه كوانتوم، ما را با آن آشنا ساخت درنهايت كوچكي و خردي بود ما اكنون به يمن وجود  فيزيك كوانتوم از رويدادهاي شكافت هسته‌اي گرفته تا رفتار ذراتي كه شعاعشان از يك هزار ميليارديوم ميلي متر هم كوچكتر است آگاهيم.

2-1- اتر نورسان واقعيتي خيالي

 اگر تغيير مكان سيارات در آسمان شب و ايجاد شب و روز وتغيير فصل‌ها نبود شايد كوپرنيك درقرن شانزدهم انگيزه‌اي براي ارائه مدل كيهان شناختي خود كه خورشيد در مركز و زمين و ساير سيارات شناخته شده درآن دوران به دور آن درحال چرخشند در او ايجاد نمي‌شد.يا اگر در اواخر قرن هفدهم نيوتن به قصد استراحت درخت سيب را انتخاب نمي‌كرد و سيبي از درخت بر سراو (يا كنار او) نمي‌افتاد شايد حس كنكاش درمورد جاذبه عمومي در وي نيز ايجاد نمي‌شد وقانون جاذبه كشف نمي‌گرديد.هرچند كه اين نظريه‌ها در نوع خود مي‌توانند جزء بنيادترين مفاهيم علم فيزيك باشند ولي ظهور و نمودشان را ناشي از وقوع پديده‌هايي مي‌توان دانست كه نه در يك لحظه بلكه در طول تمام عمر كاشفان آنها با آن سروكار داشتند يا به آن دائما مي‌انديشيدند. ولي نظريه‌هاي نسبيت كه نه با تجارت روزانه ما سروكار دارند و نه ذهن جستجوگر براي پي بردن به وجود آنها مي‌تواند در دور و بر خود سرنخ‌هايي ازآنها بيابد.گرچه نتيجه آزمايش مايكلسون-مورلي كه وجود اتر را نقض مي‌كرد مي‌توانست شاهد راسخي براي اثبات اين ادعا كه سرعت نور ثابت است باشد و زمينه ساز  شكل‌گيري نسبيت خاص (Special relativity)شود ولي به گفته اينشتين او تا قبل از بيان نظريه نسبيت خاص به هيچ عنوان از انجام آزمايش مايكلسون آگاهي نداشت.ايمان به وجود اتر(ether)  در بين دانشمندان را به خوبي مي‌توان به عنوان نمونه ايي از نقص فكري بشر از نوع مخرب آن دانست كه تبعات اين نوع از نگرش ها در طول تاريخ ضربات جبران ناپذيري به پيشرفت دانش و تكنولوژي وارد آورده است اتر يك پديده ساخته ذهن دانشمندان است تنها به صرف اينكه شرط انتشار امواج در روي زمين مانند موج‌هاي طولي (صدا) وجود ماده است دانشمندان همين شرط را هم براي انشار نور به عنوان يك موج عرضي در نظر گرفتند.

ماكسول مي‌گويد:

 نور يك موج الكترومغناطيس است كه تنها با ايجاد آ‎شفتگي در اتر منتشر مي‌گردد.

چون در محيط‌هاي چگال سرعت امواج  افزايش مي‌يابد آنها برهمين اساس محيطي كه نور در   آن انتشار مي‌يابد را يك محيط فوق العاده كشسان درنظر گرفتند تا بتوانند به اين صورت سرعت حيرت انگيز نور را توجيه كنند وچون افزايش تراكم ماده سبب كاهش شفافيت آن ميشود بنابراين خصلت اتر را محيطي شفاف، نامرئي و بدون جرم كه هيچگونه مقاومتي در مقابل حركت اشياء نمي‌كند، بيان نمودند تا بدين صورت انتشار امواج الكترومغناطيس را در فضا  توجيه نمايند.

 ما مي‌توانيم با خالي كردن هواي درون يك ظرف از انتقال موج صوتي در آن جلوگيري كنيم، چون ديگر ماده‌اي براي انتقال صوت وجود ندارد ، ولي هيچ كس با هيچ پمپ تخليه‌اي قادر به خارج كردن اتر از دورن يك محيط سربسته نمي‌باشد حال اين چه ماده مرموزي است كه هم فوق العاده متراكم است هم فوق العاده شفاف، همه جا وجود دارد ولي هيچ كس آن را حس نمي‌كند و اصلا قابل آشكار سازي هم نيست.گرچه هيچ فيزيكداني قادر به اثبات وجود اتر نبود ولي دانشمندان تا پاي جان از وجود اين ماده مرموز و غير قابل تفصير دفاع مي‌كردنند تا جائي كه ماكسول مي‌گويد:

با تمام سختي‌هائي كه براي تجسم اتر وجود دارد  ولي بي‌ترديد تمام عالم را جسمي بسيار بزرگ و يكدست(اتر) پركرده است.

يك جوان آمريكايي به نام آلبرت آبراهام مايكلسون(Albert Abraham Michelson) در سال 1881 ميلادي با ابداع يك آزمايش جالب و مشهوري قصد به اندازه گيري سرعت حركت زمين در درون اتر نمود تا قبل از انجام آزمايش مايكلسون                                                                         

                                                         آلبرت آبراهام مايكلسون  (December 19, 1852 - May 9, 1931 )

 دانشمندان وضعيت اتر را از دوحالت خارج ندانستند

1-اتر مانند جو زمين همراه با زمين درحال  حركت است و زمين آنرا به دنبال خود مي‌كشاند.

2- زمين در ضمن گردشش بدور خورشيد در ميان اتر حركت مي‌كند.

 درصورت اول بايد سرعت نوري كه از ستارگان دور دست به زمين مي‌آيد با سرعت نوري كه در تمام جهات در روي زمين محاسبه مي‌شود متفاوت باشد ولي اين فرض بكلي مردود است زيرا جيمز برادلي درسال 1725 ثابت كرد كه تغيير موضع ستارگان نسبت به راستاي حركت مداري زمين به موقعيت زمين بستگي ندارد(ابيراهي ستارگان)

 درصورت دوم با اندازه‌گيري سرعت نور درجهت هاي مختلف حركت زمين بدورخورشيدمي توانستيم وجود اتر را ثابت كنيم چرا كه سرعت نور در  اتر ثابت است و زمين نسبت به اتر حركت ميكند  بنابراين بايد سرعت اندازه‌گيري شده نور نسبت به زمين تحت تاثير حركت اين سياره قرار گيرد و تغيير نمايد از اينرو ما مي‌توانستيم باارائه دليل محكم وجود اتر را تاييد يارد كنيم.مايكلسون با انجام آزمايشي در دفعات متوالي در زواياي مختلف در مراحل گوناگون(به تناوب هر سه ماه يكبار) كه زمين  در وضعيت‌هاي مختلف نسبت به اتر قرار مي‌گرفت نشان داد كه درهمه حالات سرعت نور هيچ تغييري نسبت به ساير اندازه‌گيري‌ها نمي‌كند بنابراين مايكلسون نتوانست وجود اتر را با اين آزمايش ثابت كند.

ولي مايكلسون به جاي ترديد  دروجود اتر نتيجه آزمايش خود را اين گونه  ارزيابي كرد  « فكر مي‌كنم بايد اين را بپذيريم كه هر چند اين آزمايش جواب منفي داده است ولي اختراع  تداخل سنج اين نتيجه منفي را جبران ميكند»

سايردانشمندان به جاي تامل در نتيجه آزمايش مايكلسون تنها به صرف جوان بودن وي (مايكلسون در هنگامي كه اقدام به انجام آزمايش نمود تنها 26 سال داشت ) وتعصب در باورهاي غلط خود، بدون تفكر از وجود اتر دفاع مي كردند يكي از اين دانشمندان  لورنتس بود او نظرخود را در مورد آزمايش مايكلسون اين گونه ابراز داشت كه :

درمحاسبات انجام شده در آزمايش (مايكلسون ) حتما اشكالي وجود دارد كه مايكلسون از آن بي خبر است.

اوعدم تفاوت در اندازه گيري سرعت نور در جهات مختلف را ناشي از ايده ي انقباض اشياء و كند شدن ساعت ها حين حركت در درون اتر دانست .بار ديگر مايكلسون مجبور شد آزمايش خود را با دقت بيشتر انجام دهد  او  اين بار از همكاري مورلي براي انجام آزمايش خوداستفاده نمود (1887 ميلادي) ولي دوباره به همان نتيجه ي شش سال پيش رسيد، مايكلسون از سر استيصال چنين گفت:

  به نظر مي آيد كه چنانچه هرگونه حركت نسبي بين زمين و اتر نوررسان وجود داشته باشد اين حركت بايد بسيار ناچيز باشد.

باز با اين آزمايش دقيق مايكلسون نمي توانست با باورهاي چند دهه به مبارزه برخيزد و وجود اترنوررسان را به كلي رد كند. آغاز قرن بيستم كه حقيقتا قرن انقلاب در انديشه هاي بشري بود را مي توان براي علم فيزيك يك عصر شكوفايي و بالندگي به حساب آورد در اين قرن بود كه دو ابر نظريه ي نسبيت و كوانتوم متولد شده و به تكامل رسيدند.

 فيزيك، هسته ي اتم را شكافت و انرژي آن را مهار نمود ، ترانزيستورها پا به دنياي تكنولوژي نهادند و فضا به تسخير بشردر آمد در اين قرن بود كه انسان به ماه سفر كرد و روياي ديرين او به تحقق پيوست، شايد حال وهواي اين قرن بود كه روح عصيان را در هانري پوانكاره دميد آن هنگام كه او وجود اتر نوررسان را به كلي توهم قلمداد نمود و گفت:

آيا اين اتر نور رسان واقعا وجود دارد ؟ اعتقاد من اين است كه ما چيزي فراتر از يك جا به جايي نسبي نمي توانيم اثبات كنيم   

 آيا دانشمندان بهمين سادگي دست از سر اتر بر مي دارند؟  نه آزمايش مايكلسون –مورلي درسال 1887 و نه دلايل هانري پرانكاره در نفي اتر هيچكدام به اندازه نسبيت خاص اينشتين نتوانست ذهن فيزيكدانان را از بند اتر نوررسان رهائي بخشد.

3- نظرﻳﮥ نسبيت خاص (special theory of relativity)

تنها يك ايده انقلابي مي‌توانست نام يك كارمند ساده اداره ثبت اختراعات برن سوئيس را جهاني سازداينشتين بعد از اخذ درجه ي  دكترا از مدرسه پلي تكنيك زوريخ و عدم دستيابي به شغل مورد علاقه‌اش كه همانا تدريس در دانشگاه بود بطور مداوم درذهن خلاق خود بدنبال راهي ميانبر براي نشان دادن توانائي هاي خود به جامعه علمي بود او در سال 1905با ارائه 4 مقاله به مقصود خود رسيد.شايد او هرگز به اهميت بي نظير مقاله "درباره الكتروديناميك اجسام متحرك"

(On the Electrodynamics of Moving Bodies) نسبت به ساير مقالات پي نبرده بود  بهرحال جايزه گران بها و با ارزش نوبل سال 1921 نيز نه به خاطر اين مقاله بلكه بخاطر مقاله ديگر وي كه در مورد اثرفوتو الكتريك با نام نقطه نظر ذهني درمورد توليد و تغير شكل نور("On a Heuristic Viewpoint Concerning the Production and Transformation of Light")

 نگاشته شده بود به وي اعطا شد.

4- اينشتين با انگيزه

اينشتين مانند ساير فيزيكدانان در قوانين طبيعت تامل مي‌نمود تا از اينرو شايد بتواند به رموز  پنهان آ‎ن همانند نيوتن و ماكسول دست يابد ولي طبيعت بسيار مرموزتر از اين پندارهاست كه اسرار خود را به راحتي هويدا سازد با اين حال زير و رو كردن يافته هاي دانشمندان پيشين به نوبه خود مي‌توانست او را در رسيدن به هدفش ياري نمايد در اين ميان موضوع اتر نوررسان اين موجود پررمز و راز مي‌توانست بهترين گزينه باشد.گرچه اينشتين موضوع اتر نوررسان و نتايج حاصل از آزمايش مايكلسون را به عنوان انگيزه‌اي جهت نوشتن مقاله خود (درباره الكتروديناميك اجسام متحرك) بي تاثير قلمدادكرد ولي ديگر نمي‌توان تاثيرمعادلات ماكسول را در نوشتن اين مقاله ناديده گرفت چنانچه اينيشتن در اين باره گفت:

                   نظريه نسبيت شروع خود را مديون معادلات ماكسول در زمينه ميدان الكترومغناطيس مي‌داند.

 4- 1- تضاد در قوانين

قوانين حركت در تمام چهارچوب‌هاي  بدون شتاب يكسان هستد و تغيير نمي‌كنند

 از مطلب فوق مي‌توان اين نتيجه راگرفت كه اگر ناظر ساكني  به كمك قوانين مكانيك، سرعت يك جسم را بدست بياورد يك ناظر متحرك به شرط آنكه با سرعت ثابت حركت كند(شتاب نداشته باشد) نيز مي‌تواند با استفاده از همان روابط سرعت آن جسم را محاسبه كند البته هر چند كه نتايج حاصل باهم متفاوت خواهند بود ولي براي هر ناظر مقدار بدست آمده در چارچوب متعلق به خود كاملا درست و بي‌نقص مي‌باشد.

ولي براي معادلات ميدان الكترومغناطيس اين ناوردايي و بلا تغييري براي چارچوب‌هاي لخت ديگر وجود ندارد، دوبار الكتريكي ساكن را در يك چارچوب مرجع در نظر بگيريد نيرويي كه اين دو بار الكتريكي بر هم وارد مي كنند را مي توان در چارچوب مذكور به كمك قانون كولن اندازه گرفت حال اگر ناظر ديگري واقع در يك چارچوبي كه  سرعت ثابت دارد بخواهد به كمك قانون كولن نيروئي كه اين دوبار برهم وارد مي‌كنند را اندازه بگيرد همانند قوانين حركت به جواب مورد نظر خود نمي‌رسد چرا كه اين دوبار ديگر ساكن نبوده و ازديد ناظر متحرك درجهت خلاف حركت او با همان سرعت كه ناظر مورد نظر حركت مي‌كند جابجا مي‌شوند به همين خاطر نيروي بين آنها به خاطر برهم كنش مغناطيسي حاصل از بارهاي متحرك ديگر  از قانون كولن بدست نمي‌آيد. اين نقص بزرگ در قوانين طبيعت از چشم تيز بين انديشمندي كه ساعت‌ها درمكاني تقريبا آرام(اداره ثبت اختراعات برن) به تامل و تفكر در پديده‌هاي عالم مي‌پرداخت.و برقانونمند بودن اركان كائنات ايمان راسخي داشت نبايد مخفي مانده باشد، تا اينكه  اين نقص علم فيزيك(بي نظمي حاكم برقوانين كشف شده تا آنزمان) در سال 1905 با ارائه نسخه جادويي نسبيت خاص علاج گرديد.

 اينشتين با بيان دو اصل براي هميشه هم دانشمندان را از بند اتر نوررسان و هم زمان را از اسارت مطلق بودن رهانيد همانگونه كه نيوتن قرن‌ها پيش خط بطلان برمطلق بودن مكان كشيد

الف) قوانين فيزيك درهمه چهارچوب‌هاي مرجع كه از سرعت ثابت برخوردارند يكسان هستند

ب)براي همه چارچوب‌هايي كه با سرعت ثابت حركت مي‌كنند(صرفنظر از سرعتشان )سرعت نور مقداري ثابت است

 6- انفجار نسبيت

قوانين مكانيك تنها درصورتي به جواب‌هاي صحيح منتج مي‌شوند كه سرعت اشياء از يك حد خاصي فراتر نرود(سرعت‌هاي محدود)حال اگر بخواهيم سرعت‌ذره‌اي كه در يك شتابدهنده با سرعتي فوق‌ العاده زياد (نزديك به سرعت نور) را به دست بياوريم مطلقا از قوانين مكانيك به جواب نخواهيم رسيد چرا كه اين نظريه براي سرعت‌هاي بالا ناكار آمد است ولي نسبيت خاص(خاص بودن  نسبيت به اين دليل است كه اين نظريه تنها مخصوص حركت با سرعت ثابت است) اين امكان را به ماميدهد كه به دقت بتوانيم تمام خصوصيات مربوط به حركت را براي اين دسته از ذرات كه با سرعت‌هاي فوق‌العاده زياد حركت مي كنند را بدست آوريم در ضمن نسبيت خاص  اين قابليت را نيز دارد كه سرعت اجسام را در صورتي كه قابل مقايسه با سرعت  نور نباشد (سرعتهاي كم)  محاسبه نمايد و به جوابهائي برسد كه با جواب‌هاي كه از قوانين حركت كلاسيك بدست مي‌آيد منطبق باشد.

 6-1-  نسبيت زمان

 نيوتن در اواخر قرن هفدهم با ارائه قوانين حركت وجود مكان مطلق يعني نقطه‌اي درعالم كه فاقد حركت و جابه‌جايي باشد را بكلي رد نمود ولي به وجود زمان مطلق باور قلبي داشت از ديد نيوتن چه شخصي كه برمركبي سريع السير درحركت باشد ، چه شخصي كه نسبت به سايرين ساكن و بي‌حركت باشد، چه در كره زمين چه در كرات ديگر و ياهرجاي عالم، زمان براي همه يكسان سپري مي‌شود(مفهوم زمان مطلق) ولي اينشتين با ثابت فرض كردن سرعت نور براي تمام ناظران، مفهوم اين ايده كهن را بكلي منقلب نمود.اينشتين با نسبيت خاص ثابت كرد كه اگر به زمان مطلق باور داشته باشيم ناظران مختلف بايد سرعت‌هاي متفاوتي را براي نور اندازه بگيرند( با توجه به نتايج نسبيت خاص اگر مفهوم نسبي بودن زمان را بپذيريم ثابت بودن سرعت نور كه از معادلات ماكسول نتيجه مي‌شود به راحتي اثبات مي‌شود)نسبي بودن زمان چون در سرعت‌هاي بالا(نزديك به سرعت نور) يا درميدان‌هاي گرانشي فوق‌العاده قوي رخ ميدهدو درتجارب روزانه با آن سروكار نداريم بنابراين درك آن  براي ما مشكل و باور نكردني است چگونه مي‌توان تصور كرد كه اگر با وسيله‌اي كه نزديك به سرعت نور حركت مي‌كند بخواهيم سرعت نور را اندازه بگيريم و درحالي كه ساكن و بدون حركت هستيم نيز بخواهيم همين كار را انجام دهيم در هر دو صورت سرعت نور را برابر با سيصد هزار كيلومتر برثانيه اندازه بگيريم؟ چرا كه در امور عادي و سرعت‌هاي كم هنگامي كه ماشيني درحال دور شدن از ماشين ماست عقل سليم سرعت فاصله گرفتن ماشين جلوئي را نسبت به ماشين ما برابر با اختلاف سرعت ماشين ما با ماشين جلويي اندازه مي‌گيرد و اين نتيجه نيز از نظر فيزيكي كاملا صحيح است.حال اگر يك ايدﺓ جديد به ما بگويد كه تو با هر سرعتي كه حركت كني سرعت فاصله گرفتن يا نزديك شدن نور نسبت به تو تغييرنمي‌كند. و درهمه حال  ثابت است اين موضوع باوركردنش براي ما بسيار مشكل و بغرنج خواهد بود.

                                                                                 E=mc ²                6-2- اصل هم ارزي جرم و انرژي

     علاوه بر نسبي شدن زمان و نفي اتر و يگانه كردن فضا – زمان ارمغان ديگر نظريه نسبيت هم ارز كردن انرژي و جرم است البته اينشتين اين موضوع را نه در مقاله‌اي كه نسبيت خاص را مطرح نمودبلكه درچهارمين مقاله‌ي خود  تحت عنوان" آيا لختي جسم  به محتواي انرژي آن بستگي دارد؟"Does the Inertia of a Body Depend Upon Its Energy Content?) )     به آن اشاره كرد. اصل هم ارزي جرم و انرژي مانند سدي در مقابل جسم براي رسيدن به سرعت‌هاي نزديك به سرعت نور خودنمايي ميكند براساس اين اصل هرچه سرعت يك جسم افزايش يابد به علت افزايش انرژي حركتي آن، جرم آن جسم  نيز زياد مي‌شود.همچنين اين اصل به خوبي واكنش‌هاي صورت گرفته در مقياس هسته‌اي را توجيه ميكند كه درآن براثر واپاشي هسته‌اي وگسيل پرتوهاي پرقدرت گاما از جرم هسته باقيمانده به ميزانc² E/ كاهش مي‌يابد شايد منشاء انرژي خورشيدي همواره براي بشر يك  سئوال بدون جواب بوده است. ما اكنون به راحتي به كمك اصل اهم ارزي جرم و انرژي مي‌توانيم چگونگي توليد اين مقدار عظيم انرژي را تشريح كنيم.نسبيت خاص كاهش طول جسم هنگامي كه با سرعتي نزديك به سرعت نور حركت ميكند را نيز پيش‌بيني ميكند، اينشتين به خوبي به كمك نسبيت خاص توانست توصيفي انقلابي از ماهيت         فضا-زمان ارائه دهد سرعت اجسام متحرك را تامرز سرعت نور محدود كند وجرم و انرژي را با هم ارز ويگانه نمايد بنابراين با اين ديدگاه مي‌توانستيم تمام خصوصيات فيزيكي جسم متحرك را در سرعت‌هاي فوق العاده زياد (نزديك به سرعت نور) توصيف كنيم و تمام قوانين فيزيكي را دراين قالب اصلاح نمائيم كه هم براي سرعت‌هاي زياد و هم براي سرعت‌هاي پائين بدون تغيير مورد استفاده قرار گيرند.ولي اين نظريه از يك نقص بزرگ رنج مي‌برد و آن نامعلوم بودن وضعيت قانون عمومي گرانش نيوتن بود، طبق اين قانون زمين به اين خاطر حول خورشيد در حركت است كه نيروي گرانش خورشيد زمين را وادار مي‌كند كه در يك مسيري دايره‌اي حول خورشيد دوران كند حال سئوالي كه مطرح مي‌شود اينست كه اگر خورشيد  به يك  باره از صحنه محو شود سيارات چه سرنوشتي را تجريه خواهند كرد؟ قانون گرانش عمومي نيوتون مي‌گويد به محض محو شدن خورشيد زمين و ساير سيارات متوجه اين پديده شد و با خروج از مدارهاي خود، مسيري تقسيم در اعماق فضا رابه جلو مي‌پيمايند. بنابراين بايد خبرناپديد شدن خورشيد با سرعتي فراتر از سرعت نور به زمين و ساير سيارات رسيده باشد  اين موضوع به شدت هم نسبيت خاص و هم خالق اين نظريه را آزار مي‌داد.

6-3- نظرﻳﮥ نسبيت عامgeneral relativity theory (GRT)

اينشتين تاقبل از سال 1915 ميلادي تلاش‌هاي زيادي براي ارائه يك نظريه‌اي كه بتواند گرانش را با نسبيت خاص همنوا سازد انجام داد ولي در اين راه ناكام ماند، تا اينكه مقاله او درسال 1915 درخصوص نسبيت عام منتشر گرديد اين نظريه نسبت به نسبيت خاص از رياضيات پيشرفته‌تري برخوردار بود بهمين خاطر تنها افراد معدودي قادر به درك آن بودنند درتاريخچه زمان هاوكينگ  آمده است آتور ادينگتون(فيزيكدان مشهور)در جواب خبرنگاري كه از او پرسيد شنيده‌ام درجهان تنها 3 نفر نسبيت عام را درك مي‌كنندآيا اين گفته درست است؟ ادينگتون بعد از لحظه‌اي درنگ گفت دارم فكر مي‌كنم ببينيم سومين نفر كيست.نظريه نسيت عام چنانچه از معادلات آن استنتاج ميشود نظريه‌ايست درباره هندسه، اينشتين درنسبيت خاص به خوبي توانست فضا و زمان رايگانه كند و در نسبيت عام نيز تفاوت بين حركت شتابدار و گرانش را از بين ببرد.

چنانچه طبق اصل هم ارزي هيچ آ‎زمايش محلي( محدود از نظر فضا مثلا يك اتاقك) وجود ندارد كه با انجام آن بتوان يك ميدان گرانشي يكنواخت(درچارچوب مرجع بدون شتاب) را از آثار يك چارچوب مرجع شتابدار  تشخيص داد، بنابراين، اصل هم ارزي به خوبي بين گرانش و مختصات  فضا و زمان رابطه ايجاد مي‌نمايد گرانش كلاسيك به ما مي‌گويد كه صرف وجود ماده، ميدان گرانشي ايجاد ميكند و اين ميدان گرانشي است كه براي ساير اجسامي  كه درمحدودﺓ آن قراردارند تعيين تكليف مي‌كند كه باچه سرعتي و چگونه حركت نمايند ولي نسبيت عام مي‌گويد تراكم ماده ويا انرژي در يك نقطه باعث انحناي فضا و زمان مي شودو اين انحناي فضا – زمان است كه براي ساير اجسامي كه دراين انحنا قرار دارند نحوﺓ حركت كردن شان را تعيين ميكند.

بنابراين چون حضور ماده يا انرژي  انحناي فضا- زمان را باعث مي‌شود مسير هرشي يا تابشي كه در اين محدوده  قرار گرفته باشد تغيير يافته و براساس اين انحنا شكل ديگري به خود مي‌گيرد بنابراين پرتو نور ستاره اي كه بايد از كنار يك جسم فوق‌العاده چگال بگذرد تا به چشم ما برسد بعلت وجود جرم، ساختار فضا- زمان اطراف آن جسم بسيار چگال تغيير يافته ونور ستاره ديگر يك بستر تخت را براي گذر در اختيار ندارد و مجبور است در انحنايي كه جرم جسم چگال درمختصات فضا – زمان ايجاد كرده دچار انحراف  شده و نسبت به زماني كه آن جسم  وجود ندارد در موقعيتي ديگر ديده شود.

همانطوريكه قوانين نيوتن درمورد حركت در سرعت‌هاي پائين  به نتايج كاملا رضايت بخشي مي‌رسد در مورد گرانش او نيز هنگاميكه ميدان‌هاي گرانشي ضعيف باشند مثلا قرار گرفتن يك ماهواره درمدار زمين يا حركت سيارات منظومه خورشيدي  حول خورشيد بخوبي گرانش كلاسيك عمل مي‌كند ولي درصورتيكه ميدان‌هاي گرانشي فوق العاده قوي باشد مثلا در نزديكي سياهچاله‌ها يا ستارگان سنگين همانند خورشيد يا بزرگ تر از آن ديگر نظريه گرانش كلاسيك به نتايج قابل قبولي نمي‌رسد و اينجاست كه اهميت موتور پرقدرت نسبيت عام روشن ميشود، تنها اين نظريه است كه قادر به پيش بيني و محاسبه تاثيرات حاصل از اين ميدان‌هاي گرانشي فوق العاده خواهد بود.بنابراين  نسبيت عام تراكم جرم و يا انرژي  را در يك نقطه از فضا  عامل ايجاد خميدگي درآن ميداند، براساس  نسبيت عام ديگر نمي‌توان حركت زمين به دورخورشيد راناشي ازتاثير نيروي گرانش خورشيد بر زمين دانست كه به محض ناپديد شدن خورشيد نيروي  گرانش آن بر زمين با همان سرعت محو شود و زمين نيز بلافاصله متوجه اين رخداد شده و مسيرش را درهمان زمان تغيير ‌دهد بلكه حركت زمين بدور خورشيد ناشي از قرار گرفتن زمين در يك فضاي پيچ و تابداري است كه جرم فوق العاده زياد خورشيد عامل ايجاد آن مي باشد و اين پيچ و تاب است كه به زمين مي‌گويد چگونه حركت كن نه نيروي گرانش خورشيد.در نسبت عام اجسام همواره در يك فضاي چهار بعدي حركت مي كنند(سه بعد فضا و يك بعد زمان).براساس اين نظريه اگر خورشيد به يكباره ناپديد شود زماني كه زمين از اين واقعه خبردار مي‌شود نمي‌تواند كمتر از هشت دقيقه و بيست ثانيه( زماني كه طول  مي‌كشد  نور خورشيد فاصله يكصد  و پنجاه ميليون كيلومتري از خورشيدتا زمين را طي كند)  طول بكشد  چرا كه تغييراتي  كه بعلت نبود  خورشيد درفضا – زمان  ايجاد مي‌شود با سرعتي مساوي  يا كمتر از سرعت نور حركت مي‌كند. و تا خبر  اين تغييرات به زمين برسد حداقل به زمان هشت دقيقه و بيست ثانيه نياز است بدين صورت اينشتين توانست گرانش كلاسيك را با اصول نسبيت خاص مطابقت دهد و تضاد بين آنها را با بهره‌گيري از نسبيت عام از ميان بردارد.

منابع