درآمدی بر نظریه ی نسبیت خاص

Wizard

Moderator
ارسال ها
534
لایک ها
1,254
امتیاز
93
#1
به نام خداوند دانا و توانا


(( کسانی که وقت خواندن این مطلب را ندارند، می توانند به قسمت خلاصه در آخر مطلب مراجعه کنند.))

آغاز
___
----

زمانی که انیشتین به دنیا آمده بود، دو قرن از زمانی که فیزیکدانان قانون اینرسی گالیله را پذیرفته بودند، گذشته بود((قانون اول نیوتن در واقع

قانون اینرسی گالیله هست.- مترجم))، یکی از راه های بیان این قانون شرح آزمایشی است به این صورت که یک سامانه و یک شی

مادی درون این سامانه داریم، زمانی که سامانه با سرعت ثابتی روی خط مستقیم در حرکت است، شی مادی درون آن دچار تغییری نمی

شود، به عنوان مثال زمانی که سوار بر جت هستید اگر توپی را به هوا پرتاب کنید، اتفاق خاصی صورت نمی گیرد، تنها توپ در دست شما می

افتد. حرکت امری نسبی است. از منظر شما جت ایستاده است و این درحالی است که مزارع و شهرها از زیر شما عبور می کنند

انیشیتن نوجوان به موضوعی مشکوک بود، برای اینکه استادان او می گفتند که امواج نوری به طور کل از مجموعه قوانین کاملا متفاوتی نسبت به قوانین

اشیاء مادی پیروی می کنند. و به طور جزئی اینکه نور از قانون اینرسی پیروی نمی کند، آنها معتقد بودند که نور نوسان ذراتی مرموز به نام اتر(ether)

هستند، و سرعت نور باید سرعت نور نسبت به اتر تفسیر شود.(( البته نام دقیق تر این ذره aether هست- مترجم))از این رو اگرچه این تفکر که حرکت

اجسام نسبی است به مدت دو قرن اساس کار بخش اجسام در فیزیک محسوب می شد. دانش نور ظاهرا روی این مفهوم کار می کرد که یک

منظر((frame of refrences))مشخص نسبت به ماده ی اتر در حالت ایستایی مطلق بوده و از این رو به دیدگاه های منظر های متحرک ترجیح داده می

شد.

آزمایشاتی که در این راسته انجام شده بود موفق به شناسایی این ماده نشدند. اگرچه ظاهرا همه چیز را احاطه کرده و حتی در اجسام نیز نفوذ کرده

بود.اگر نور نوسانات درون اتر بود،پس ظاهرا در شیشه ی پنجره و چشم انسان اتر وجود داشته،منتها به طور شگفت انگیزی دست یابی به اتر

دشوار بود. چون نور می تواند در خلأ نیز عبور کند((مثلا زمانیکه نور خورشید از فضای خارجی زمین وارد می شود.)) بنابراین به نظر می آمد که

اتر در برابر پمپ های خلأ نیز مصون است.

انیشتین فکر کرد که هیچ یک از این ها صحیح نیست. اگر اتر غیر قابل شناسایی و دستکاری باشد، پس شاید یکی بگوید که این ماده اصلا وجود ندارد،

اگر که اتر وجود ندارد، پس این چه معنی دارد که در آزمایشات ما نور همواره سرعت مشخصی دارد(( و مقدار آن برابر
است.))

این سرعت نسبت به چیست؟ اگر آیا ما حداقل می توانیم در رویا و به صورت تئوری سوار بر موتور سیکلت خیالی انیشتین شده، و در کنار اشعه ی

نور حرکت کنیم؟ در این منظر، سرعت اشعه ی نور می بایستی صفر باشد، ولی در تمام آزمایش ها به نظر می آمد که سرعت نور همواره یک مقدار

خاص باشد. یعنی
.

انیشتین فکر کرد که سرعت نور توسط قوانین فیزیک به تحریر درآمده، بنابراین باید در تمامی مناظر یکی باشد، این مسئله نور و ماده را بر یک پایه قرار

می دهد، و آن اینکه هر دوی آنها از این قانون فیزیک که در تمام نقاط نظر یکی هستند پیروی می کنند.

[HR][/HR]

اساس نسبیت خاص:

نتایج آزمایشات با حرکت سامانه بر خط راست و با سرعت ثابت تغییری نمی کند، این برای نور و ماده شامل می شود. این تقریبا قانون اینرسی گالیله

است، با این تفاوت که صراحتا برای نور نیز بیان شده است.

به سختی می توان این موضوع را هضم کرد، اگر سگی از من دور شود و سرعتش نسبت به جدول کنار خیابان
باشد و من با سرعت
نسبت به جدول به دنبال او بدوم، آنگاه سرعت سگ از منظر من
خواهد بود. بر اساس تمام چیزهایی که ما از حرکت آموختیم، سگ در دو منظر دارای سرعت های متفاوتی است.

سرعت
نسبت به جدول و سرعت
نسبت به من، بنابراین چگونه اشعه ی نور می تواند سرعت ثابتی نسبت به کسی که نزدیک به سرعت نور

می دود، داشته باشد.

در حقیقت ثابت بودن سرعت نور در آزمایش مایکلسون - مورلی در سال 1887 کشف نشان داده شد، مایکلسونو مورلی سامانه ی هوشمندانه ای برای

اندازه گیری هرگونه تغییر در سرعت نور در مسیر عبورش در امتداد شرق-غرب و شمال جنوب طراحی کرده بودند. سرعت زمین به دور خورشید
(( تقریبا 0.01 سرعت نور)) به سمت غرب در روز است، مایکلسون و مورلی فرضیه ی اتر را باور داشتند. بنابراین آنها انتظار داشتند که

سرعت نور مقدار ثابتی نسبت به اتر است. از آنجایی که زمین از میان اترها عبور می کند، آنها فکر می کردند که تأثیراتی بر سرعت نور در مسیر شرق-

غرب می بینند. به عنوان مثال، اگر آنها اشعه ی نوری را به سمت غرب در طول روز تابش می کردند، انتظار داشتند که با سرعتی کمتر از سرعت نور از

آنها دور شود، زیرا زمین در پی آن در اتر حرکت می کند. آنها متعجب شدند وقتی فهمیدند 0.01% تغییری که انتظار می رفت در سرعت نور به وجود آید،

انجام نشده بود.


اگرچه آزمایش مایکلسون- مورلی تقریبا 2 دهه قبل از زمانی که انیشتین نخستین مطالبش را درباره ی نسبیت منتشر کرده بود انجام شد، او شاید

حتی از آزمایش آنها نیز خبر نداشت تا بعد از زمانی که مطالبش را ثبت کرد. در آن زمان او در دفتر ثبت حق اختراع سوئیس کار می کرد و از جریانات

اصلی فیزیک به دور بود.

چگونه انیشتین این حرکت عجیب روی گردانی امواج نور را توسط قوانین معمولی اضافه و کم شدن سرعت های که ناشی از حرکت نسبی بوده،

توضیح داد؟ او دارای ابتکار و شجاعت کافی برای ارائه ی یک راه حل مبتکرانه بود، او فکر کرد که فضا و زمان می بایست کشیده و فشرده شوند وقتی

همچنانکه ناظران در مناظر مختلف متوجه آن می شوند. چون سرعت نور برابر است با جابجایی تقسیم بر زمان، بنابراین تغییرات متناسب زمان و فضا می

تواند باعث این شود که سرعت نور در مناظر متحرک نیز یکی باشد.


این نتیجه گیری می توانست توسط فیزیکدانان دو نسل پیش صورت بگیرد، ولی نگرش ها نسبت به فضا و زمان مطلق که توسط نیوتن بیان شده بود.

به قدری ریشه دوانده بود که این روش مبتکرانه ی انیشتین هرگز قبل از او توسط شخص دیگری به کار گرفته نشده بود. در حقیقت، جرج فیتزگرلند

پیشنهاد کرده بود که نتیجه ی منفی آزمایش مایکلسون- مورلی می تواند توجیح شود اگر زمین ، و هر شی فیزیکی واقع برسطح آن، توسط کشش

زمین در داخل اتر کمی منقبض شود و هندریک لورنتز بر روی ریاضیات مرتبط با آن کار کرد، ولی آنها این بینش بسیار مهم را نداشتند که این فضا و زمان

است که خودشان تغییر کردند ،بجای اینکه اجسام تغییر کنند.

منبع:
http://physwiki.ucdavis.edu/Relativity
ترجمه شده با کمی دخل و تصرف

خلاصه:

1- همانطور که امواج مکانیکی برای حرکت نیاز به محیط مادی دارند، دانشمندان فیزیک کلاسیک فکر می کردند که نور برای حرکت

نیاز به ذراتی به اسم aether یا ether دارند. و سرعت نور بدست آمده، سرعت نسبی نور نسبت به این ذرات است. با این حال دانشمندان

نمی توانستند این ذره را کشف کنند. چون معتقد بودند در خلأ نیز این ذرات استثنایی وجود دارند و نمی توانستند با هیچ پمپی این ذرات را

بدست بیاورند(( ضمنا اینکه قانون اینرسی گالیله ، یا قانون اول نیوتن از نظر دانشمندان فیزیک کلاسیک برای نور صدق نمی کرد.))

2- دانشمندان پس از مدتی متوجه شدند که سرعت نور چه در وقتی که ایستاده اند ، و در حالی که در حرکتند، ثابت می ماند. در صورتی

که محاسبات ریاضی در رابطه با سرعت نسبی ، نمی توانست این موضوع را توجیح کند.(( آزمایش مایکلسون- مورلی))

فرمول سرعت نسبی برای شی 1 و 2



4- انیشتین با توجه به غیر قابل کشف بودن ذرات اتر، به این نظریه شک کرد و سعی کرد با فرض وجود نداشتن این ذرات ، ثابت سرعت نور

را توجیح کند.

5- انیشتین در آخر به این نتیجه رسید که سرعت نور ثابت بوده و در حال ایستاده و تحرک، سرعت نور ثابت است، لذا برای برقرار رابطه ریاضی

حرکت نسبی، باید زمان و فضا تغییر کنند. چون سرعت برابر جابجایی تقسیم بر زمان است. بنابر این تغییرات متناسب فضا و زمان باعث می

شود که سرعت نور در همه لحظه ها به نظر ثابت بیاید.

6- با توضیحات انیشتین، قانون اول نیوتن یا همون قانون اینرسی گالیله برای نور نیز صدق می کرد.
 
آخرین ویرایش توسط مدیر
ارسال ها
12
لایک ها
1
امتیاز
0
#2
پاسخ : درآمدی بر نظریه ی نسبیت خاص

عالی بود...

---- دو نوشته به هم متصل شده است ----

عالی بود...
 

NVDIA

New Member
ارسال ها
4
لایک ها
3
امتیاز
0
#3
پاسخ : درآمدی بر نظریه ی نسبیت خاص

در مورد نسبیت خاص و عظمت آن باید نکته ای را بگویم. به موارد زیر توجه کنید.
1. نسبیت خاص + اصل هم ارزی = نسبیت عام ( که سبک کیهان شناسی نوین و تا کنون زیباترین حل گرانش بوده است )
2. نسبیت خاص + مکانیک کوانتومی = نظریه میدان های کوانتومی ( که سه نیروی بزرگ و بنیادین طبیعت - الکترومغناطیس و ضعیف هسته ای و قوی هسته ای - را توجیه کرده و از بزرگترین دستاوردهای آن ، لیزر ، ابررسنایی و ... می باشند )
 
بالا