دنیای اینشتین – #بخش_اول

✍احمد مصدر


بیگ بنگ #آلبرت_اینشتینAlbert _ #Einstein ) متولد ۱۴مارس ۱۸۷۹ که همراه با آخرین یاداشت های علمی اش در ۱۸آوریل ۱۹۵۵بر روی تخت بیمارستان از دنیا رفت. او بیشتر بخاطر نظریه نسبیت و به ویژه برای هم‌ ارزی جرم و انرژی شهرت دارد.

البته به نظرم نظریه نسبیت عام او و تلاشهایی که برای آزمون آن در کسوف انجام گرفت، وی را بسیار خبر ساز نمود. علاوه بر این، او در بسط تئوری کوانتوم و مکانیک آماری سهم قابل توجهی داشت. اینشتین جایزه نوبل فیزیک را در سال ۱۹۲۱ برای خدماتش به فیزیک نظری و به خصوص به خاطر تفسیر پدیده فتوالکتریک دریافت کرد. او به دلیل تأثیرات چشمگیرش، به عنوان یکی از بزرگ‌ترین فیزیکدانانی شناخته می‌شود که به این جهان پا گذاشته‌اند. اینشتین نه در دوران دانش آموزی و نه در زمان دانشجویی خود در دانشگاه پلی تکنیک سوئیس، مورد توجه هیچ معلم و استادی قرار نگرفت. وی پس از فارغ التحصیل شدن، هیچ شغلی متناسب با تحصیلاتش پیدا نکرد و حتی نامه نگاریهای پدرش به اساتید به منظور یافتن شغلی برای پسرش در دانشگاه افاقه نکرد. او دورانی را در افسردگی به سر برد تا سرانجام به عنوان یک کارمند ساده در اداره ثبت اختراعات سوئیس مشغول کار شد. در این زمان بود که او دوباره متمرکز یکی از رویاهای دوران نوجوانی خویش افتاد : سفر با سرعت نور!

نظریه نسبیت اینشتین برای اولین بار پس از دو قرن به صورت جهشی و اساسی بدیهیات و در واقع عادات ذهنی درگیر با فیزیک نیوتنی را به چالش می کشید. هنگامیکه اینشتین گمنام در اوج هیجانات خود مقاله نسبیت را برای ژورنالهای مختلف فرستاد، هیچ جوابی دریافت نکرد.در طول این چند ماه او دوباره افسرده شد! به جرات می گویم که اگر دنیا شبیه فضای علمی و فرهنگی کنونی جامعه ما بود، اینشتین و صدها نفر شبیه او که دور از فضای آکادمیک به مفاهیم عمیقی می رسیدند، در اوج افسردگی از دنیا می رفتند و هیچگاه چیزی از خود باقی نمی گذاشتند. اما در اروپا یک فیزیکدان مشهور پیدا شد که به جای توجه به اسم و رسم و ظاهر و …، به کیفیت و عمق مقاله توجه نمود : ماکس پلانک، این فیزیکدان بزرگ در آن زمان ویراستار یکی از ژورنال های مهم در برلین به نام”سالنامه فیزیک” بود. وی مقاله اینشتین را دید و چون سواد و تخصص کافی داشت، آن را فهمید و چون انسان فهمیده و با اعتماد به نفسی بود، به جای کلمه “رقیب” به یک ” همکار” فکر کرد. به جای موقعیت خود به آینده فیزیک و علم فکر کرد! بنابراین وی مقاله اینشتین را در سال ۱۹۰۵ چاپ کرد و راه را برای توجه بقیه و شهرت انیشتین باز نمود. مقاله ای که تاریخ ساز شد!

درک نسبیت به هوش خیلی بالا نیاز ندارد. سختی فهم آن به خاطر عادت به اصول فیزیک کلاسیک است. حتی ریاضی نسبیت خاص برخلاف مدل عام آن نسبتا ساده است.مفاهیم فیزیک نیوتنی با مشاهدات روزمره ما تطابق دارد و اصول آن تطابق خوبی با احساسات ما دارد. به همین خاطر جهش به نتایج نسبیت، ذهن ما را به چالش می کشد. کسانی که به هر دلیلی انعطاف ذهنی کافی ندارند، حتی اگر هوش مناسبی داشته باشند، برای پذیرش نظرات جدید مانند نسبیت با دردسر روبرو می شوند! بیایید همچون اینشتین شده و گام به گام به سوی نسبیت پیش برویم : حتما می دانید که حرکت، نسبی است و صحبت از سرعت اجسام بدون در نظر گرفتن یک مرجع یا دستگاه مختصات بی معناست. اگر شما درون یک فضای خالی باشید، از کجا متوجه خواهید شد که ساکن هستید یا متحرک؟ مرجعی برای مقایسه وجود ندارد. در فیزیک نیوتنی همیشه یک مرجع برای سنجش سرعت در نظر گرفته می شود.

مثلا سرعت سنج خودرو، سرعت آن را نسبت به جاده ساکن نشان می دهد، در حالیکه سرعت همین خودرو نسبت به راننده آن صفر است. حتی حواس ما به طور ناخود آگاه با انتخاب مرجع، حرکت را حس می کند.هنگامی که دوستتان را ملاقات می کنید، بلافاصله با مقایسه مکان او نسبت به یک مرجع نزدیک مانند درخت، ساختمان، تیر چراغ و یا خودتان متوجه می شوید که وی به سمت شما در حال حرکت است. حتی زاویه دید یا نوک بینی و … نیز می تواند نقش یک مرجع را بازی کند. بنابراین شکی نیست که حرکت و سرعت نسبی است. حرکت نسبی حتی بدین مفهوم است که زمان حرکت با یک خودرو، تفاوتی بین اینکه من به سمت جلو می روم یا کل اشیاء پیرامون به سمت عقب می روند، وجود ندارد. البته تجربیات روزمره ما چنین تفاوتی را برای ما مهم و قابل درک می نماید. بنابراین لازم است بدانیم که ما و خودرو در حال حرکتیم و اشیاء دور و بر شامل درختان، ساختمانها و … ساکن هستند. اگر شخصی از ابتدای تولدش در یک خودروی در حال حرکت زندگی کرده باشد، چنین تفاوتی را درک نمی کند! ما نیز اگر در یک فضای خالی با یک سیارک روبرو شویم که در حال نزدیک شدن به ماست، نمی توانیم تشخیص دهیم که کدامیک در حال حرکتیم!

چندین سال قبل بر روی صندلی یک اتوبوس در حالتی بین خواب و بیداری لمیده بودم. راننده و بقیه سرنشینها پیاده شده بودند. اتوبوس در امام زاده هاشم لابلای اتوبوس های دیگر پارک کرده بود. همانطور که به خودروی بغلی نگاه می کردم، ناگهان حس کردم، همراه با اتوبوس به سمت عقب در حال حرکتیم! میدانستم که چند متر عقب تر یک دره عمیق انتظار ما را می کشد؛ با وحشت از جایم بلند شدم اما به سرعت متوجه شدم که در واقع اتوبوس کناری به سمت جلو حرکت می کند! زمین مرجع مطمئن تری بود. با توجه به نسبی بودن سرعت، نتیجه این است که سرعت اجسام برای ناظرین مختلف می تواند مقادیر متفاوتی داشته باشد. این موضوع در معادلات حرکت نیوتنی کاملا صادق است. مثلا اگر شما با سرعت ۸۰ کیلومتر درساعت در حال رانندگی به سمت خودرویی با سرعت ۱۰۰ باشید، سرعت خودروی مقابل برای شما ۱۸۰ خواهد بود. این سرعت را می توان مثلا با رادار به دست آورد و حتی قابل حس است. این سرعت نسبی برای امواج نیز صادق است. اگر شما درانتهای اتوبوس متحرکی بشکن بزنید، صدای آن با سرعت ۳۳۰ متر در ثانیه به سمت راننده حرکت می کند. برای شخص ساکن در زمین سرعت این موج صوتی با سرعت اتوبوس جمع بسته می شود.

اکنون به اصل مطلب می رسیم. فرض کنید فوتون های نور همانند یک خودرو حرکت می کنند. برای یک ناظر ساکن، سرعت این فوتونها حدود ۳۰۰ هزار کیلومتر در ثانیه است. طبق فیزیک نیوتنی اگر بر فرض شما با سفینه ای به سرعت ۱۰ کیلومتر در ثانیه به سمت نور پرواز کنید، سرعت نور برای شما ۳۰۰ هزار و ۱۰ کیلومتر در ثانیه خواهد بود. ظاهرا این موضوع بدیهی است؛ اما آزمایش چه می گوید؟

سرعت نور برای شما همان ۳۰۰ هزار است. کلی تر بگوییم : سرعت نور (در خلاء) برای تمام ناظرها و در هر شرایطی مقدار ثابت و یکسانی دارد. یعنی شما در هر وضعیت و حالتی، با اندازه گیری سرعت نور به مقدار ثابت C دست خواهید یافت. همین موضوع ، ذهن انیشتین را متمرکز اصول نظریه نسبیت خاص نمود. در آن دوران کمتر کسی به موجی بودن نور شک داشت. معادلات قدرتمند ماکسول، نور را یک موج الکترومغناطیس معرفی می کرد و حتی سرعت آن را پیش بینی می کرد. تایید تجربی این معادلات و کشف امواج الکترومغناطیس، توسط هاینریش هرتز در آزمایشگاهی صورت گرفت که طول کوچک آن مدتها باعث اختلال در آزمایش و سر درگمی هرتز شده بود! بحث اصلی در مورد حامل این امواج با نام پذیرفته شده ” اتر” بود. آب دریا حامل امواجی است که ما در ساحل می بینیم. هوا حامل امواج صداست که با سرعت ۳۳۰ کیلومتر در ساعت منتقل می شود . در واقع موج همچون اغتشاشی است که در حامل خود منتشر می شود. ظاهرا حامل امواج نور نیز اتر می باشد. چه راهی برای اثبات آن وجود دارد؟

در سال ۱۸۸۷ بود که مایکلسون و مورلی برای کشف حامل امواج نور، دست به یک آزمایش خلاقانه زدند. یک فرض بر این بود که اتر در فضا ساکن است و کره زمین نسبت به آن متحرک می باشد. فرض دیگر حرکت اتر با کره زمین بود. این دو دانشمند تجربی، سرعت نور را بر روی زمین متحرک در فضا و در جهت های مختلف و عمود بر یکدیگر اندازه گرفتند. به نظر شما چه نتایجی می بایست به دست می آمد؟ طبق فیزیک کلاسیک، به خاطر حرکت زمین می بایست سرعت های مختلفی برای نور در جهات گوناگون به دست می آمد اما نتیجه عجیبی حاصل شد. سرعت نور در تمام حالتها یکسان و ثابت بود. از این لحظه بود که تعدادی از فیزیکدانان به جای توجه به پتانسیل انقلابی این آزمایش سعی در توجیه این انحراف نمودند. یکی از بهترین آنها به انقباض طول لورنتز – جرالد معروف است. نکته جالب اینکه معادلات این انقباض توسط اینشتین استفاده شد، اما در یک مفهوم انقلابی و نه برای توجیه!

ادامه دارد »»»

نویسنده : احمد مصدر
منابع :
• نظریه نسبیت اینشتین، ماکس بورن – ترجمه هوشنگ گرمان
• نسبیت و مفهوم نسبیت، آلبرت اینشتین – ترجمه محمد رضا خواجه پور
• آشنایی با نسبیت خاص، رابرت رزنیک، ترجمه جعفر گودرزی
• نسبیت برای همگان ، مارتین گاردنر، ترجمه محمود مصاحب
#فیزیک_اندیشه
🆔https://t.me/endishea

فرق نمیکند در کجای تاریخ باشیم
دل به دریا زدن فقط یک مثل نیست بلکه واقعیت هست
همان طور که زمانی دل به اقیانوس ها زدیم
باید به اقیانوس بیکران کیهان نیز سفر کنیم
با قسمت سوم این مستند همراه باشید
#نیل_دگراس_تایسون
#Neil_deGrasse_Tyson
#فیزیک_اندیشه
🆔 @endishea

‍ دنیای #انیشتین
#بخش_دوم #آلبرت_انیشتین
اگر به موضوع ثابت بودن سرعت نور خوب دقت کرده باشید، حتما با یک پرسش آزار دهنده مواجه می شوید. اگر برای من متحرک و شخص ساکن، سرعت نور یکی است، پس تکلیف قانون بقای انرژی چه می شود؟ نکته جالب اینکه خدشه ای به این قانون وارد نمی شود. چرا؟

چون اگر شما به سمت نور در حرکت باشید، با اینکه فوتونها با سرعت یکسانی به شما بر خورد می کنند، اما این فوتونها انرژی بیشتری دارند. پدیده دوپلر در اینجا نیز صادق است. اگر شما به سمت نور درحرکت باشید، طول موج نور کاهش و برعکس آن افزایش پیدا می کند. حتما می دانید که طول موج کوتاهتر نور به معنای انرژی بیشتر است. برای نور مرئی هرچه سریعتر به سمت آن بروید، نور مشاهده شده به سمت آبی تمایل پیدا می کند و اگر در حال دور شدن از منبع آن باشید به سمت قرمز. این موضوع در مورد حرکت منبع نور نیز صادق است. اینشتین به جای وصله پینه کردن فیزیک نیوتنی، آن را یک جا کنار گذاشت. البته نظریه نسبیت خدشه ای به تئوری ماکسول وارد نساخت. اینشتین فرض وجود اتر را به کلی کنار گذاشت و با دو اصل مهم بنای نسبیت خاص را پایه ریزی نمود :

۱- سرعت نور در فضای خلا، مستقل از حرکت فرستنده یا گیرنده آن ، همواره ثابت است.
۲- در دو دستگاه مختصات که نسبت به یکدیگر حرکت یکنواخت دارند، تمام قوانین جهان به صورت یکسان عمل می کنند.

اگر اصل ثابت بودن نور را که تجربه آن را تایید می کند، بپذیرید، آنگاه به ناچار باید اصول بدیهی و به ظاهر قدرتمند فیزیک نیوتنی را کنار بگذارید. مانند زمان مطلق! زمانی که در فیزیک کلاسیک در تمام نقاط کیهان به صورت یکنواخت در حال گذر است. ظاهرا حیف شد که این فرض خوشایند از بین رفت، در عوض جایش را یک سرعت مطلق گرفت. در فیزیک نیوتنی سرعت مرجعی وجود ندارد. سرعت هر جسمی در کیهان به ناظر آن بستگی دارد. در نسبیت خاص سرعت نور ثابت و مستقل از ناظر خود می باشد.

ظاهرا رویای سفر با سرعت نور اینشتین را به سمت بازی با زمان نیوتنی هل داد. وی یک بار سوار بر اتوبوسی به عقب باز گشته و به برج ساعت معروف برن می نگرد و … یک جرقه در مغز که ویژه افراد کنجکاو و پرسشگر است : اگر این اتوبوس با سرعت نور از این برج دور شود … بله! ساعت بالای برج متوقف می شود. اینشتین می گوید در این لحظه یک توفان ذهنی در مغز او به پا شد: نسبیت خاص! برای ما نیز تصور اینکه ساعت از حرکت می ایستد، راحت است. نوری که از عقربه های متحرک ساعت حرکت می کند، دیگر به ما نمی رسد. یعنی عقربه ها تکان نمی خورند. حتی اگر با سرعت بیشتر از نور بروید، از فوتون های زمان گذشته ساعت سبقت گرفته و در کمال تعجب مشاهده می کنید که ساعت و زمان به سمت عقب در حرکت است. تا اینجا یک رویا پردازی جالب بود، اما ذهن ما خیالمان را راحت می کند : این تنها یک تصویر متوقف شده از ساعت است. نگران نباش! عقربه های ساعت در حال حرکت یکنواخت خود است (تصور ذهنی راحت)

اینشتین به همین راحتی فکر نکرد. در واقع راهی برای اثبات آن تصور ذهنی راحت وجود ندارد (چرا؟). بنابراین او ثابت کرد که در سرعتهای نزدیک به نور ، زمان واقعا کند می شود! هر چه در فضا تندتر حرکت کنید، زمان کندتر می شود. زمان و فضا یکی هستند! بدین ترتیب زمان، نسبی شده و فضا – زمان مطلق می شود. در ادامه خواهیم دید که جرم نیز نسبی می شود. اگر در فیزیک نیوتنی مثلا جرم یک گلوله در تمام حالات ثابت است. در نسبیت خاص با افزایش سرعت بر جرم افزوده می شود. اگر در حد یک دانش آموز با ریاضی آشنا هستید و کمی صبر و حوصله برای فهم ریاضی نسبیت دارید، به ادامه مطلب توجه کنید :

فرض کنید شخصی درون یک واگن شیشه ای با سرعت v نسبت به شما در حرکت است. شما بر روی یک پل ساکن، این واگن را از بالا مشاهده می کنید. شخص درون واگن یک توپ تنیس را با سرعت v’به سوی پنجره مقابل خود (یعنی مسیر عرضی قطار) پرتاب می کند و فرضا توپ پس از برخورد به پنجره با همان سرعت و در همان امتداد مستقیم به نزد شخص درون قطار باز می گردد. مسیر توپ برای شخص درون واگن یک خط مستقیم رفت و برگشتی است، اما از دید شما ساقهای یک مثلث متساوی الساقین را طی می کند(چرا؟). اگر عرض واگن را D در نظر بگیریم، مسیر رفت و برگشت توپ برای شخص درون قطار برابر با ۲D است. این مسیر از دید شما طولانی تر و مثلا برابر با ۲L است. L یکی از ساق های آن مثلث است. گفتیم سرعت توپ برای شخص داخل قطار v’ است. سرعت توپ از دید شما چقدر است؟ برای شما توپ در دو جهت سرعت دارد. یکی v در جهت حرکت قطار و دیگری v’ در جهت عمود بر آن و به سمت پنجره واگن.



#فیزیک_اندیشه

‍ سرعت نهایی از جمع برداری این دو به دست می آید، یعنی : v2 + v’2)1/2) .

بنابراین با استفاده از معادله سرعت v = ∆D/∆t خواهیم داشت :
زمان رفت و برگشت توپ از دیدگاه شخص داخل واگن : ∆t’=2D/v’
زمان رفت و برگشت توپ از دیدگاه شما : ∆t = 2L/(v2 + v’2)1/2

مثلث متساوی الساقینی که مسیر توپ از دید شماست را به خاطر بیاورید. آن را توسط ارتفاع به دو مثلث قائم الزاویه مساوی تقسیم کنید. حتما حدس زده اید که وتر آن برابر با L ، ارتفاع آن D و ضلع عمود بر ارتفاع برابر با.∆t/2v است (چرا؟).با توجه به قضیه فیثاغورث :
L2 = D2 + v2.∆t2/4
سه معادله اخیر را جایگذاری کنید. نتیجه نهایی این است : ∆t’∆t =

یعنی زمان رفت و برگشت توپ برای شما و شخص درون واگن یکسان است. اگر چه مسیر توپ از دید شما بیشتر است، اما سرعت توپ نیز بالاتر است. به نظر می رسد برای یک موضوع بدیهی اینقدر وقت گذاشتیم. اکنون فرض کنید که همان شخص درون قطار به جای توپ یک پرتو نوری یا ساده تر بگوییم یک فوتون به طرف آینه (به جای پنجره) می فرستد. آیا باز هم زمان رفت و برگشت فوتون نور برای شما و آن شخص یکسان است؟ همان معادلات قبلی را استفاده کنید. تنها تفاوت جایگزینیسرعت فوتون c به جای سرعت توپ است. شما چه سرعتی را برای فوتون مشاهده می کنید؟ مطابق قبل :
v2 + v’2)1/2) اکنون با ادامه به همان …صبر کنید! این مقدار بزرگتر از c یا سرعت نور است. اما … تجربه می گوید که سرعت نور برای همه یکسان و برابر c است! اشکال کار در کجاست؟ اینشتین این مشکل را در زمان مطلق یافت. مشاهده و طبیعت می گوید سرعت نور ثابت است، پس باید معادلات ما تغییر کند! چگونه؟ کافی است همان مسیر قبلی را طی کنید و فقط سرعت نور را برای خودتان نیز برابر با c در نظر بگیرید. در این صورت :
∆t’=2D/c , ∆t = 2L/c  »»  ∆t = ∆t’/(1 – v2/c2)1/2

طبق معادله به دست آمده∆t’∆t >است! یعنی شما زمان طولانی تری را برای رویداد مربوطه نسبت به شخص داخل قطار ثبت کرده اید. به عبارت دیگر زمان (ساعت) در داخل قطار نسبت به شما کندتر می گذرد. اگر به معادله اخیر خوب دقت کنید، متوجه می شوید که برای سرعتهای روزمره عبارت v2/c2 به صفر خیلی نزدیک شده و نهایتا داریم : ∆t’∆t =

این بدان معنی است که نظریه نسبیت خاص ناقض فیزیک نیوتنی در سرعتهای کم نیست. به عبارت دیگر فیزیک نیوتنی دامنه خاص خود را دارد و در سرعتهای خیلی کمتر از نور قابل استفاده بوده و نتایج دقیقی نیز در پی دارد. یکی از دیدگاههای اشتباهی که مرسوم است و حتی در سطوح آکادمیک رد و بدل می شود این است که در سرعتهای کم، فیزیک نیوتنی درست است، اما در سرعتهای زیاد نظریه نسبیت صحیح عمل می کند. در واقع تئوری نسبیت برای همه سرعتها صحیح است. اما همانطور که گفته شد برای سرعتهای کم، می توان از شکل ساده تر معادلات که نیوتنی است، استفاده کرد. به عنوان مثالی مشابه سطح کره زمین را در نظر بگیرید که از هندسه ریمانی تبعیت می کند، اما در یک زمین کشاورزی، انحنای سطح زمین به حدی ناچیز است که شما می توانید از همان هندسه اقلیدسی استفاده کنید. زوایای یک مثلث بر روی زمین کشاورزی ۱۸۰ درجه است، اما زوایای یک مثلث بزرگ بر روی کره زمین از ۱۸۰ درجه فراتر می رود و در بیشترین حد خود می تواند به ۲۷۰ درجه نیز برسد (اضلاع این مثلث کجای کره زمین قرار می گیرند؟).

در مورد کوانتوم نیز موضوع به همین شکل است. معادله شرودینگر یا معادله موج – ذره دوبروی و مسیرهای ریچارد فاینمن برای ذرات میکرو، در ابعاد ماکرو نیز صادق است. به نظرم اگر هنوز در برخی تجربه های کوانتومی میان دنیای میکرو و ماکرو ارتباط برقرار نشده، به خاطر نقص فعلی در نظریات و تکنولوژی مشاهدات است، نه اینکه کوانتوم فقط برای میکرو ذرات صادق است!

ادامه دارد »»»

نویسنده : احمد مصدر
منابع :
• نظریه نسبیت اینشتین، ماکس بورن – ترجمه هوشنگ گرمان
• نسبیت و مفهوم نسبیت، آلبرت اینشتین – ترجمه محمد رضا خواجه پور
• آشنایی با نسبیت خاص، رابرت رزنیک، ترجمه جعفر گودرزی
• نسبیت برای همگان ، مارتین گاردنر، ترجمه محمود مصاحب
#فیزیک_اندیشه
🆔https://t.me/endishea

🎥 مستند #عمر_خيام؛ نابغه پرسشگر

🔺 این مستند بی‌بی‌سی فارسی درباره خیام، نخستین فیلمی است که به گزارش نگاه جهانی به خیام در تاریخ معاصر به‌ویژه در جامعه بریتانیا و ایالات متحده آمریکا می‌پردازد.

🔹 کیفیت خوب
#فیزیک_اندیشه
🆔 @endishea

دختر جبر: زندگی #مریم_میرزاخانی ریاضی‌دان ایرانی-مستند
#فیزیک_اندیشه
🆔@endishea

دنیای #اینشتین – #بخش_سوم

اما اگر معادلات نسبیت کامل هستند و در سرعتهای کم نیز کارایی دارد، پس باید برای حرکت توپ درون واگن نیز صدق کنند و باید اختلاف زمانی کوچکی را در معادلات ببینیم، در حالیکه زمانها کاملا مساوی بدست آمدند! چگونه چنین چیزی ممکن است؟ لطفا قبل از ادامه مطلب فکر کنید.

پاسخ در نکته ظریفی است که در معادلات نیوتنی مسیر توپ مستتر می باشد. ما از ابتدا زمان را مطلق فرض کرده ایم و برخی معادلات استفاده شده بر همین مبنا پایه گذاری شده اند! (آیا می توانید این معادلات را بیابید؟) در واقع ما از معادلاتی استفاده کردیم که خود نتیجه در نظر گرفتن زمان به صورت مطلق می باشد. سپس با همین معادلات ثابت کردیم که زمان مطلق است، به این می گویند چشم بندی. اینگونه استدلالهای دور باطل در زندگی روزمره نیز زیاد استفاده می شوند.

در هندسه اقلیدسی دوران دانش آموزی برای ما ثابت می کردند که از یک نقطه خارج از خط فقط و فقط یک خط به موازات آن رسم می شود. سالها گذشت تا از طریق مطالعه در فلسفه علم فهمیدم این یک استدلال دور باطل است. این موضوع فقط یک فرض یا اصل بدیهی در هندسه اقلیدسی است! با این فرض به نتایجی می رسیدیم و آنگاه با استناد به آن نتایج، فرض مربوطه را همچون یک قضیه ثابت می کردیم. حتما می دانید که در هندسه ریمانی از یک نقطه خارج از خط، هیچ خطی به موازات آن رسم نمی شود و در هندسه لوباچفسکی بی نهایت خط رسم می شود.

آیا در تکنولوژی که با سرعتهای کم سر و کار دارد، به نسبیت نیازی هست؟ از فکر شتابدهنده ها بیرون بیایید. امروزه با یک پرواز معمولی و ساعتهای اتمی می توان اختلاف زمانی پیش بینی شده در نسبیت را نشان داد. GPS بدون نسبیت، چند تا چندین متر دچار خطا می شود. آزمایشها و تجربیات فراوان این بحث را خاتمه داده است و بدون شک می توان گفت : زمان برای سیستمهای متحرک کندتر می گذرد. زمان نسبی است. خوب می دانم که تصورات ذهنی ما به خوبی نمی تواند با این موضوع کنار بیاید. گاهی باید ساده تصور کرد! همانطور که در فیزیک نیوتنی، سرعت نسبی است، در نظریه نسبیت نیز زمان نسبی است و برای ناظرهای مختلف مقادیر متفاوتی به دست می آید. کلام آخر اینکه : ساعتهای متحرک کندترند. اینشتین برای تخریب عادات و تصورات غلط از زمان، با یک جمله کوتاه گفت : زمان همان چیزی است که از روی ساعت خوانده می شود. زمان نوعی اندازه گیری است.

به نظرم دو موضوع باعث می شود افراد با زمان نسبی مشکل داشته باشند. یکی قدرت ذهن در تصور انتقال آنی اطلاعات به تمام نقاط جهان است. من دو ساعت را تنظیم می کنم و یکی را به سرعت به میلیونها سال نوری دورتر می فرستم. ذهن من هنوز هر دو ساعت را در یک زمان تصور می کند. در واقع هیچ اطلاعاتی نمی تواند سریعتر از نور جابجا شود. پس برای تصور نسبی بودن زمان، سرعت ذهن خود را تا حد نور پایین بیاورید. اما مشکل اصلی ما با زمان روانی است! تجربیات روزمره ما باعث عادت به این برداشت شده که زمان به طور یکنواخت در جریان است. گذشت سن و پیری ما در ارتباط تنگاتنگ با زمان است.

مگر می شود برادر دو قلوی من به یک مسافرت پر سرعت فضایی برود و برگردد و از من جوان تر باشد؟ این موضوع تحت عنوان پارادوکس دوقلوها مطرح می شود و آزمایشی است که برای نمایش زمان نسبی انجام نشده است. آیا زمان نسبی شامل زمان بیولوژیکی نیز می شود؟ خیلی بعید است که به این زودیها بتوان چنین آزمایش مستقیمی را انجام داد، اما راه علم آزمایش مستقیم تمام نتایج یک نظریه نیست. کسی برای تعیین دمای خورشید با دما سنج راهی سفر نمی شود! بدن ما از اتمها تشکیل شده است و اختلاف زمانی ساعتهای اتمی متحرک و ساکن کاملا ثابت شده است. منطقا دلیلی برای عدم پذیرش موضوع دو قلوها نداریم.

بیایید یک داستان علمی – تخیلی از زمان نسبی بسازیم: سفینه ای را با یک فضانورد راستگو در نظر بگیرید. فرض کنید که تکنولوژی به مرحله ای رسیده که این سفینه قادر است با سرعت خیلی زیاد در فضا جولان دهد. در ضمن فضانورد در ارتباط صوتی و تصویری با ماست. هم ما می توانیم درون سفینه را ببینیم و هم فضانورد قادر است اتفاقات روی زمین را مشاهده کند. سفینه به پرواز در آمده و پس از مدتی با سرعت خیلی زیاد در فضای بی کران از زمین دور می شود. ما دستگاههای ارتباطی را روشن نموده و بر روی مونیتور خود، داخل سفینه را می بینیم.

با فضانورد احوال پرسی می کنیم، اما در کمال تعجب لبهای او را می بینیم که به آرامی تکان می خورد. مثل این است که فیلمی را با دور کند پخش نمایند! در هر حال پس از مدتی طولانی او این جملات را ادا می کند: حال من خوب است. شما چرا اینقدر تند صحبت می کنید! دوباره تعجب می کنیم. اکنون فضانورد دستش را به همان کندی به سمت مونیتورش می برد تا آن را روشن کرده و تصویر ما را نیز داشته باشد.
#آلبرت_انیشتین
#فیزیک_اندیشه

‍ ما نیز خودمان را بر روی مونیتور فضانورد می بینیم ( به نظر تان ما در این مونیتور رفتارمان را چگونه می بینیم؟!). در این لحظه متوجه رشته ای از دندانهای سپید فضانورد می شویم. ظاهرا او می خندد و به همان کندی می گوید : چرا رفتار شما شبیه فیلمهای چارلی چاپلین شده است؟ به او می گوییم: چرا اینقدر کند حرف می زنی؟ به نظرت ما بیکاریم؟! و او تعجب کرده و می گوید : من خیلی عادی و مثل همیشه صحبت می کنم. اما شما چرا اینقدر تند حرف می زنید؟!

ناگهان چشممان به ساعت داخل سفینه می افتد. از مشاهده کندی حرکت ثانیه شمار متعجب می شویم. ساعت سفینه عقب مانده است! سفینه بر سرعت خود می افزاید و همانطور که به سرعت نور نزدیک می شود، بر حیرت ما نیز فزونی می بخشد. تشخیص حرکت ثانیه شمار داخل سفینه بسیار مشکل شده است. فضانورد همچون تندیسی بی حرکت با چهره ای حیرت زده به ما می نگرد. اما چرا فضانورد به حیرت افتاده است؟ او نیز در حال مشاهده عجیب ترین پدیده زندگی خویش است. به قدری حرکات ما برای او تند شده که او دیگر قادر به آنالیز آنها نیست! هنگامی که به نمایش ماهواره ای زمین متصل می شود، مشاهده می کند که خورشید به سرعت طلوع کرده و طولی نمی کشد که غروب می کند! به هر دوربینی بر روی زمین متصل می شود، مانند این است که فیلم آن را با سرعت سرسام آوری زیاد کرده اند. او حتی قادر است رشد گیاهان و درختان را ببیند! و …

ادامه دارد »»»

نویسنده : احمد مصدر
منابع :
• نظریه نسبیت اینشتین، ماکس بورن – ترجمه هوشنگ گرمان
• نسبیت و مفهوم نسبیت، آلبرت اینشتین – ترجمه محمد رضا خواجه پور
• آشنایی با نسبیت خاص، رابرت رزنیک، ترجمه جعفر گودرزی
• نسبیت برای همگان ، مارتین گاردنر، ترجمه محمود مصاحب
#فیزیک_اندیشه

🆔https://t.me/endishea

هشتاد میلیارد کیلومتر دورتر از خورشید
سفینه خیال اینبار ما رو به کجا میبرد؟!
لذت ببرید
#نیل_دگراس_تایسون
#Neil_deGrasse_Tyson
#فیزیک_اندیشه
🆔@endishea

ریاضیات الفبایی است که خدا با آن جهان را نوشته.

#گالیلئو_گالیله
#Galilé
#فیزیک_اندیشه
🆔@endishea

طبل زدن ریچارد فاینمن
#ریچارد_فاینمن
#Richard_Phillips_Feynman
#فیزیک_اندیشه
🆔@endishea

لذت فهمیدن، عدم قطعیت دانش و برتری نادانی بر خرافات
#ریچارد_فاینمن
#Richard_Phillips_Feynman
#فیزیک_اندیشه
🆔@endishea

دنیای #اینشتین – #بخش_چهارم
#آلبرت_انیشتین

احمد مصدر
هم ارزی جرم و انرژی در نظریه نسبیت: یکی از مشکلاتی که افراد پس از درگیری با نظریه نیوتن (و البته تجربیات روزمره) پیدا می کنند، مربوط به جرم است. از این دیدگاه، جرم یک جسم، مجموعه ای از اتمهاست و در هر وضعیت فیزیکی مقدار آن ثابت و مطلق است. ما دوست داریم که جرم را یک پارامتر ذاتی دانسته و این جوهر در هر جایی و با هر وضعیتی تغییر ناپذیر خواهد بود!

برای وارد شدن به دنیای اینشتین، دیدگاه بالا را پاک کنید. ممنون! جرم نیز همانند دیگر پارامترهای فیزیکی، یک کمیت قابل اندازه گیری است که تغییر می کند. همین! در نسبیت خاص طبق معادله زیر با افزایش سرعت یک جسم، بر جرم آن افزوده می شود. m0 جرم در حالت سکون است.
m= m0/(1 – v2/c2)1/2

البته این به معنای افزایش تعداد اتمهای آن نیست، بلکه بر جرم تک تک اتمها یا تک تک ذرات بنیادی آن جسم اضافه می شود. بنابراین جرم یک جسم ساکن و متحرک برای یک ناظر مقادیر مختلفی دارد. البته این افزایش جرم معادل انرژی جنبشی آن جسم است. اینجا ما معادلات ریاضی مربوطه را دنبال نمی کنیم، اما اگر شما ریاضی وار آن را دنبال کنید، سرانجام به معادله مشهور E=mc2 خواهید رسید که نمایشگر هم ارزی جرم و انرژی است. بنابراین برخلاف فرضیه نیوتن از جرم یک ذره بنیادی نمی توان همچون یک خاصیت ذاتی در شناسنامه اش استفاده کرد. این مهم در نظریه نسبیت به جرم سکون محول می شود. جرم سکون یک ذره، جرم آن در حالت ساکن یا سرعت صفر است. در معادله نسبیت جرم، هرچه بر سرعت یک ذره افزوده شود، بر جرم آن اضافه می گردد و در سرعت نور به سمت بی نهایت میل می کند.

به همین خاطر از دیدگاه نسبیت، یک ذره دارای جرم سکون قادر نیست به سرعت نور برسد. پس می توان حدس زد که جرم سکون فوتونها و تمام ذراتی که قادرند با سرعت نور حرکت کنند، برابرصفر است. البته همین فوتونها ، در حال حرکت دارای جرم و بنابراین دارای مومنتوم می باشند. چرا معادله E=mc2 در تجربیات ما پنهان است؟ دلیل آن بزرگ بودن مقدار c2 است که باعث می شود مقدار زیادی از انرژی فقط با مقدار خیلی کمی از جرم معادل باشد. مثلا جسمی که گرم می شود، بر سرعت حرکت اتمهای آن افزوده می شود و در نتیجه جرم اتمها و خود جسم افزایش می یابد، اما به خاطر کوچک بودن مقدار آن عملا قابل تشخیص با ترازو و روشهای موجود نیست! اگر شما در یک سیستم بسته (بدون تبادل ماده) مقداری اسید و باز را بر روی همدیگر ریخته و صبر کنید که دمای آن به حالت معمول باز گردد، جرم این مخلوط از جرم اسید و باز اولیه کمتر است (چرا؟). یک فنر جمع یا کشیده شده، جرم بیشتری از حالت معمول خود دارد(چرا؟).

هنگامی که جسمی را از سطح زمین بلند می کنیم، بر جرم آن اضافه می شود که میزان افزایش معادل انرژیی است که صرف بالا بردن آن می شود. اگر دست قدرتمندی زمین و ماه را از یکدیگر دور کند، حدود چند تن بر جرم آنها اضافه می شود که این نیز معادل انرژیی است که صرف جدا کردن این سیارات می شود. عکس آن نیز صادق است. فرو پاشی گرانشی منجر به کاهش جرم و تبدیل آن به انرژی می شود. انرژی انفجار یک ابرنواختر اینگونه تامین می شود! رادیو اکتیویته به صورت شفاف تری هم ارزی جرم و انرژی را نشان می دهد. اگر خاکستر یک انفجار هسته ای را جمع کنیم، حتی با یک ترازو نیز کاهش جرم آن را نسبت به مواد اولیه انفجار تشخیص می دهیم. یک انفجار اتمی از لحاظ کلی تفاوتی با سوختن یک برگ کاغذ ندارد. در هر دو حالت مقداری از جرم به انرژی تبدیل می شود. تنها تفاوت این است که در سوختن کاغذ، تنها واکنشهای شیمیایی صورت می گیرد و اتمها تغییری نمی کنند، اما در انفجار اتمی، تبدیلات اتمی انجام می گیرد.

مثلا در یک نوع بمب اتمی، اتم اورانیوم به اتمهای سرب و هلیوم شکافته می شوند. جرم خاکستر حاصل از جرم اولیه اورانیوم کمتر بوده و معادل انرژی آزاد شده در انفجار است.جوش هسته ای نیز انرژی آزاد می کند. بمبهای هیدروژنی یا واکنشهای هسته ای درون خورشید و دیگر ستاره ها از این موضوع تبعیت می کند. با اینکه فرآیند جوش هسته ای منبع انرژی تقریبا نامحدودی را بر روی زمین در اختیار ما گذاشته است، اما متاسفانه ما تا کنون نتوانسته ایم از آن استفاده کنیم ، چرا که آزاد سازی این نوع انرژی به صورت کنترل شده خیلی مشکل است. البته مدتهاست که از انرژی شکست هسته ای در نیروگاه ها استفاده می شود، اما به این نوع انرژی نمی توان دلخوش بود، چرا که اولا همیشه خطر از هم پاشیدن چنین نیروگاه هایی، همچون چرنوبیل و فوکوشیما و آلوده شدن یک منطقه وسیع به مواد خطرناک رادیو اکتیو وجود دارد. دوما منابع اورانیوم محدود بوده و همچون نفت در آینده نه چندان دور به پایان می رسد.

انقباض طول: از دیگر فرضهای نیوتن ثابت بودن یک میله صلب برای تمام ناظرین بود. در نسبیت این فرض نیز باطل می شود. در واقع اگر شخص ساکنی طول یک میله صلب را برابر با∆x’بدست آورد، برای ناظری با سرعت v نسبت به میله، طول آن معادل ∆x بدست می آید که کوچکتر است.
∆x = ∆x’/(1 – v2/c2)1/2

شما درون یک سفینه می توانید هر چقدر که می خواهید به سرعت خود اضافه کنید، اما ناظری که شما را تماشا می کند، به خاطر استفاده از معادلات انقباض طول و اتساع زمان ، سرعتی که از شما اندازه گیری می کند، هیچگاه برابر با سرعت نور نخواهد شد!

ادامه دارد »»»

نویسنده : احمد مصدر
منابع :
• نظریه نسبیت اینشتین، ماکس بورن – ترجمه هوشنگ گرمان
• نسبیت و مفهوم نسبیت، آلبرت اینشتین – ترجمه محمد رضا خواجه پور
• آشنایی با نسبیت خاص، رابرت رزنیک، ترجمه جعفر گودرزی
• نسبیت برای همگان ، مارتین گاردنر، ترجمه محمود مصاحب
#فیزیک_اندیشه
🆔https://t.me/endishea

مستند ساختار کیهان با دوبله فارسی - قسمت اول
#برایان_گرین
#Brian_Greene
#فیزیک_اندیشه
🆔@endishea

مستند ساختار کیهان با دوبله فارسی - قسمت دوم

#برایان_گرین
#Brian_Greene
#فیزیک_اندیشه
🆔@endishea

جهان طراحی شده یا تصادفی به وجود آمده است؟ - #نیل_دگراس_تایسون
#Neil_deGrasse_Tyson
#فیزیک_اندیشه
🆔@endishea