جدید ترین عناوین خبری امروز
مجله علمی کیهان‌شناس

توجه: کلمه عبور به آدرس ایمیل شما ارسال خواهد شد.

نظریه نسبیت عام

نظریه نسبیت عام اینشتین چیست؟

نظریه‌ی نسبیت آلبرت اینشتین در واقع دو نظریه‌ی مستقل است: نظریه نسبیت خاص که در سال ۱۹۰۵ منتشر شد و نظریه‌ی کامل‌تری که ۱۰ سال بعد از نسبیت خاص، با عنوان نظریه نسبیت عام در جامعه‌ی علمی مطرح شد.

آلبرت اینشتین در تمام مدت به دنبال یافتن توضیحی برای موقعیت‌هایی بود که فیزیک نیوتنی در آن با شکست مواجه می‌شد. او در این مسیر مجبور به ایجاد انقلابی عظیم در مفهوم پدیده‌هایی مانند زمان، فضا و گرانش بود.

نسبیت خاص بر دو فرض اصلی استوار بود:

  • سرعت نور برای همه‌ی ناظران ثابت است
  • قوانین فیزیک برای اجسام در حال حرکت با سرعت‌های مشابه، یکسان اثر می‌کند

بر این اساس اینشتین نتیجه گرفت که زمان برای متحرکی که نسبت به چارچوب مرجع ساکن نیست، تغییر می‌کند. درحالی‌که پیش از ظهور نسبیت خاص، مفهوم زمان در تمام چارچوب‌ها یک مفهوم ثابت درنظر گرفته می‌شد، اینشتین با طرح ایده‌ی نسبی بودن زمان، ضربه‌ی بزرگی به باورهای علمی آن عصر وارد کرد. دانشمندان نیز درستی این ایده را در آزمایش‌های متفاوتی سنجیدند و نتایج مثبت زیادی دریافت کردند.

اینشتین ۱۰ سال بعد از اثبات این نظریه، در تلاش برای اضافه کردن مفهوم شتاب به نظریه نسبیت خاص بود. تا در نهایت، سال ۱۹۱۵ نظریه نسبیت عام را جهانی کرد. ماهیت این نظریه بیان می‌داشت که هر جرم چگال، فضا-زمان را دچار خمیدگی می‌کند و این خمیدگی در فضا-زمان همان مفهومی است که آن را به نام گرانش می‌شناسیم.

نظریه نسبیت عام
بر اساس نظریه نسبیت عام اینشتین، هر جسم چگال فضا-زمان را خمیده می‌کند

گرانش یا جاذبه؟ مسئله این است!

دو جسم به یکدیگر نیروی کششی وارد می‌کنند که آن را گرانش می‌نامیم. اسحاق نیوتن، دانشمند و از بزرگترین نوابغ تاریخ، با تعیین ۳ قانون حرکت خود، قوانین حرکت نیوتن، مفهوم گرانش را برای ما به صورت نیروی جاذبه‌ی بین دو جسم، که به جرم آن دو و فاصله‌ی آن‌ها از یکدیگر بستگی دارد، توضیح داد. حتی نیروی جاذبه‌ای که شما از مرکز سیاره زمین احساس می‌کنید و باعث می‌شود بتوانید روی زمین بمانید، نتیجه‌ی نیروی گرانشی است که میان بدن شما و هسته‌ی چگال زمین برقرار است.

اگر یک وارپ زمان وجود داشته باشد، آیا فیزیکدانان می‌توانند آن را بیابند؟

زمین شما را به سمت خودش جذب می‌کند و شما نیز متقابلا کره‌ی خاکی را به سمت خود می‌کشید! اما تا زمانی که جرم شما خیلی خیلی کمتر از زمین باشد نمی‌توانید تغییر چشم‌گیری در حرکت سیاره‌ی میزبانتان به وجود بیاورید. با این حال نیوتن فرض می‌کرد که گرانش یک نیروی ذاتی مربوط به هر جسم است که می‌تواند در فاصله‌های دور نیز تاثیر بگذارد.

مشکل نیوتن کجاست؟!

رابطه‌ای که نیوتن برای گرانش مطرح می‌کند زیباست، اما یک مشکل دارد! فرض کنید که در یک دستتان سیاره زمین و در دست دیگر خورشید را گرفته‌اید. حالا با سرعت آن دو را در جهت خلاف هم پرتاب کنید. این تغییر در فاصله، نیروی بین دو جرم را تضعیف می‌کند و طبق قانون گرانش اسحاق نیوتن، این اتفاق از همان لحظه‌ای که زمین و خورشید را به اطراف هم پرت می‌کنید، رخ می‌دهد.

اما نکته همین جاست. ۱۰ سال پیش از نسبیت عام اینشتین، با نظریه نسبیت خاص خود اثبات کرده بود که سرعت نور ثابت است و هیچ‌چیز نمی‌تواند سریع‌تر از سرعت نور حرکت کند، حتی سیگنالی که بخواهد خبر دور شدن دو جسم از یکدیگر را بدهد!

به این ترتیب آلبرت اینشتین تعریف جدیدی از گرانش ارائه داد. او با استناد به فرضیات نسبیت خاص، فضا-زمان را یک مفهوم واحد و درهم‌تنیده تعریف کرد. سپس گرانش را میدانی در نظر گرفت که از برهمکنش فضا-زمان با اجرام چگال ایجاد می‌شود. درواقع با روی کار آمدن نسبیت عام، فضا دیگر یک مفهوم ایستا و مستقل، به عنوان مکانی که رویدادهای فیزیکی در آن اتفاق می‌افتد، نبود بلکه فضا در ترکیب جدانشدنی از زمان، فضا-زمان را ساختند که مفهومی پویا است و در حضور ماده دچار خمیدگی و تغییر در هندسه می‌شود.

فضا-زمان چیست؟

به نوعی می‌توان گفت که اجسام مختلف در طبیعت، در فضای تهی بدون گرانش و چه در حضور ماده و انرژی و در نتیجه، گرانش، همواره در طول مستقیم‌ترین و کوتاه‌ترین مسیر ممکن حرکت می‌کنند و حضور جرم و انرژی تنها شکل این مسیرهای مستقیم را در فضا-زمان تغییر می‌دهد. احتمالا تصوری که ما از یک مسیر مستقیم در فضای تهی در ذهن داریم، با مسیرهایی خمیده‌ای، که در عین خمیدگی کوتاه‌ترین مسیر را در حضور جرم و انرژی و پیچ‌وتاب فضا-زمان می‌سازند، بسیار متفاوت باشد. این موضوع از مهم‌ترین نکات تسبیت عام است چرا که در نسبیت گرانش به‌عنوان یک عامل هندسی و نه یک نیرو بررسی می‌گردد.

جسم سنگینی مانند خورشید را در فضا تصور کنید. اینشتین دریافت که فضا-زمان منفعل نیست بلکه با خمیدگی‌هایی که در آن به وجود می‌آید، نسبت به اجرام سنگین واکنش نشان می‌دهد. درواقع هر جسم با توجه به مقدار جرمی که دارد فضا-زمان را شکل می‌دهد و اگر جسم دیگری مانند زمین در حال حرکت به خمیدگی ایجاد شده برخورد کند تحت تاثیر آن قرار می‌گیرد. ممکن است حرکت در مسیر مستقیم این جرم تبدیل به یک حرکت چرخشی در منحنی فضا-زمان شود یا حتی در حرکت با سرعت پایین درون گودال افتاده و با جسم سنگین‌تر برخورد کند.

نسبیت عام
اینشتین گرانش را میدانی در نظر گرفت که از برهمکنش فضا-زمان با اجرام چگال ایجاد می‌شود

آیا نظریه نسبیت عام اینشتین درست است؟

در طول ۱۰۳ سالی که از انتشار نظریه نسبیت عام می‌گذرد، این نظریه تمام آزمایش‌ها را با موفقیت پشت سر گذاشته است. شاید طبیعت این نظریه‌ی فیزیکی کمی رازآلود به نظر بیاید، اما فراموش نکنیم بسیاری از وسایلی که هرروزه استفاده می‌کنیم، مانند GPS گوشی‌های هوشمندمان، بر پایه‌ی همین نظریات استوار هستند.

پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا یک سال دیگر به تاخیر افتاد

آزمایش‌های انجام شده در گوشه‌وکنار دنیا نشان می‌دهند که تعریف جدید و متفاوت آلبرت اینشتین از گرانش در نظریه‌ی نسبیت عام، می‌تواند پدیده‌هایی را که پیش از این توسط نظریه نیوتنی قابل‌پیش‌بینی نبودند، توجیه کند. برای مثال، ناهنجاری‌های کوچک مشاهده‌شده در مدار حرکت برخی سیارات مانند سیاره عطارد، از این موارد است. علاوه‌براین، نظریه نسبیت عام مفاهیم جدیدی، مانند همگرایی گرانشی و امواج گرانشی ، را نیز معرفی می‌کند.

بسیاری از این پدیده‌ها تاکنون از طریق آزمایش تأیید شده‌اند و در مورد برخی نیز جستجو همچنان ادامه دارد. برای مثال، مشاهده‌ی امواج گرانشی برای نخستین‌بار در سال ۲۰۱۶ میلادی و صد سال پس از پیش‌بینی آلبرت اینشتین در مورد وجود این امواج، به کمک موسسه‌ی تحقیقاتی لایگو (LIGO) صورت پذیرفت؛ البته وجود این امواج پیش از مشاهده نیز از لحاظ نظری تأیید شده بود.

هرچند همواره علامت سوال‌هایی در این نظریه وجود داشته و تعدادی از دانشمندان با ویرایش این نظریه موافق بوده‌اند، اما نسبیت عام همچنان یکی از شگفت‌انگیزترین دستاوردهای تاریخ علم تا به اینجا خواهد بود.

منبع: کیهان‌شناس

 دسته‌ها:
avatar
  Subscribe  
Notify of

رصد و اکتشافات فضایی

ماه‌گرفتگی چیست
ماه‌گرفتگی چیست و ماه‌گرفتگی بعدی چه زمانی اتفاق می‌افتد؟
35
کشف ماده ژله‌ای در ماه
کشف ماده ژله‌ای توسط کاوشگر چینی در قسمت پنهان ماه
104
گذر کاوشگر خورشیدی پارکر
سومین گذر کاوشگر خورشیدی پارکر از نزدیکی خورشید
65
بارش شهابی برساووشی
چرا بارش شهابی برساووشی سالی یک‌بار اتفاق می‌افتد؟
47
سیاره پرجرم
دومین سیاره پرجرم در مدار ستاره‌ی همسایه‌مان پیدا شد
66

ذرات بنیادی

کار برخورددهنده هادرونی بزرگ
تاریخچه سرن (قسمت ۱۷): آغاز به کار برخورددهنده هادرونی بزرگ
23
بزرگترین آهنربا ابررسانا در سرن
تاریخچه سرن (قسمت ۱۶): بزرگترین آهنربا ابررسانا در سرن
17
50 سالگی سرن
تاریخچه سرن (قسمت ۱۵): افتتاح ساختمان کروی و جشن ۵۰ سالگی سرن
16
تحقیقات سرن
تاریخچه سرن (قسمت ۱۴): تحقیقات سرن گسترش می‌یابد
17
پادهیدروژن
تاریخچه سرن (قسمت ۱۳): پادهیدروژن در سرن ساخته می‌شود
40