وبلاگ علمی و تفریحی
جدیدترین نرم افزار ها , مطالب و مقاله های مهندسی
تبلیغات
درباره ما


حامد هاشمی ٍ با سلام این وبلاگ جهت ارتقاء دانش فنی مهندسی ایجاد شده است مطالب و مسائل متفرقه صرفآ جهت کاهش یکنواختی وبلاگ است هر مطلبی که فکر کردید در شآن این وبلاگ نیست گزارش دهید هر مطلبی که فکر میکنید به قوم یا قبیله ای بی احترامی شده گزارش دهید هر مطلبی که برخلاف قوانین جمهوری اسلامی ایران است گزارش دهید با تشکر
ایمیل : hamedhashemiii@yahoo.com
نویسندگان
ساعت
اطلاعات



نشتين دو نظريه دارد. نسبيت خاص را در سن 25 سالگي بوجود آورد و ده سال بعد توانست نسبيت عام را مطرح كند.

نظریه نسبیت از نقش چارچوبهای مرجع که در توصیف قوانین طبیعت بکار می‌روند، نهایت استفاده را می‌کند. هدف نسبیت این است که برای بیان قوانین فیزیک روشهایی بدست آورد به طوری که قوانین مزبور توسط مختصات چارچوب مرجعی که در آن نوشته می‌شوند تغییر نیافته یا متمایز نشوند.

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 ).

نسبیت خاص بطور خلاصه تنها نظریه ایست که در سرعتهای بالا ( در شرایطی که سرعت در خلال حرکت تغییر نکند--سرعت ثابت) میتوان به اعداد و محاسباتش اعتماد کرد. جهان ما جوریست که در سرعتهای بالا از قوانین عجیبی پیروی می کند که در زندگی ما قابل دیدن نیستند.

-1 وقتی جسمی با سرعت نزدیک سرعت نور حرکت کند زمان برای او بسیار کند می گذرد.

2- ابعاد این جسم کوچک تر میشود.

3- جرم جسمی که با سرعت بسیار زیاد حرکت می کند دیگر ثابت نیست بلکه ازدیاد پیدا می کند.

4- اگر جسمی با سرعت نور حرکت کند، زمان برایش متوقف می شود.

5- طولش به صفر میرسد و جرمش بینهایت میشود.

6- انیشتین در نظریه نسبیت خاص با حرکت شتابدار و یا با گرانش کاری نداشت.

7- سرعت نور در کلیه چارچوبهای مرجع یکسان است.

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

معادل‌بودن جرم با انرژی، یا E=mc2، یکی از مشهورترین معادله‌ها در فیزیک و از مهم‌ترین نتیجه‌ها در نظریه نسبیت خاص می‌باشد. در اینجا m جرم در حال سکون، E انِرژی و c سرعت جهانی نور (سرعت نور در خلا) می‌باشند. این معادله به ما این نتیجه را می‌دهد که جرم لَختی یک جسم معادل با انرژی درونی آن است. یا به عبارتی انرژی و جرم، قابل تبدیل به یکدیگر هستند.

نظریه انیشتین به ماده به صورت بسته متراکمی از انرژی نگاه می کرد به همین خاطر می گفت که این دو به هم تبدیل پذیرند یعنی ماده به انرژی و انرژی به ماده تبدیل می شود. E = mc² دانشمندان به ناگاه پاسخ بسیاری از پرسش‌ها را یافتند. پدیده پرتوزایی به راحتی توسط این معادله توجیه شد. کم کم دانشمندان دریافتند که هر ذره مادی یک پادماده مساوی خود دارد و در اینجا بود که ماده و انرژی جدایی‌ناپذیر شدند.

نسبیت عام برای حرکتهایی ساخته شده که در خلال حرکت سرعت تغییر می کند یا باصطلاح حرکت شتابدار دارند. شتاب گرانش زمین g که همان عدد 9.81m/sاست نیز یک نوع شتاب است. پس نسبیت عام با شتابها کار دارد نه با حرکت. نظریه ایست راجع به اجرامی که شتاب گرانش دارند.

1- هرجا در جهان، جرمی در فضای خالی باشد حتما یک شتاب گرانش در اطراف خود دارد که مقدار عددی آن وابسته به جرم آن جسم می باشد. پس در اطراف هر جسمی شتابی وجود دارد.

2- نسبیت عام با این شتابها سر و کار دارد و بیان می کند که هر جسمی که از سطح یک سیاره دور شود زمان برای او کندتر میشود.( به تحقیق دریافت که گرانش اساسا یک پدیده سینماتیکی است که شامل تغییر در مختصات فضا و زمان در همسایگی منبع میدان گرانشی است. در این نظریه جدید نیروی گرانش را مانند خاصیتی از فضا در نظر گرفت نه مانند نیرویی میان پیکرها، یعنی برخلاف آنچه که نیوتن گفته بود.)

یعنی مثلا، اگر دوربینی روی ساعت من بگذارند و از عقربه های ساعتم فیلم زنده بگیرند و روی ساعت آدمی که دارد بالا میرود و از سیاره ی زمین جدا میشود هم دوربینی بگذارند و هردو فیلم را کنار هم روی یک صفحه ی تلویزیونی پخش کنند، ملاحظه خواهیم کرد که ساعت من تند تر کار می کند.

3- نسبیت عام نتایج بسیار شگرف و قابل اثبات در آزمایشگاهی دارد.

مثلا نوری که به پیرامون ستاره ای سنگین میرسد کمی بسمت آن ستاره خم میشود.

4- نظریه نسبیت عام دید گرانشی را بکلی تغییر داد و در نظریه او فضا در مجاورت ماده کمی انحنا پیدا می‌کرد. در نتیجه حضور ماده اجرام، مسیر یا به اصطلاح کمترین مقاومت را در میان خمه‌ها (منحنیها) اختیار می‌کردند.

انیشتین معتقد بود که میدان گرانشی شدید موجب کند شدن ارتعاش اتمها می شود و گواه بر این کند شدن تغییر جای خطوط طیف است به طرف رنگ سرخ! یعنی اینکه اگر ستاره ای بسیار داغ باشد و به طوری که محاسبه می کنیم بگوییم که نور آن باید آبی درخشان باشد در عمل سرخ رنگ به نظر می‌رسد.

انیشتین می گفت که میدان گرانشی پرتوهای نور را منحرف می‌کند چگونه ممکن بود این مطلب را آزمود؟. اگر ستاره ای در آسمان آن سوی خورشید درست در راستای سطح آن واقع باشد و در زمان خورشیدگرفتگی خورشید قابل رؤیت باشد اگر وضع آنها را با زمانی که فرض کنیم خورشیدی در کار نباشد مقایسه کنیم خم شدن نور آنها مسلم است. درست مانند موقعی که انگشت دستتان را جلوی چشمتان در فاصله 8 سانتیمتری قرار دهید و یکبار فقط با چشم چپ و بار دیگر فقط با چشم راست به آن نگاه کنید به نظر می رسد که انگشت دستتان در مقابل زمینه پشت آن تغییر جا می‌دهد ولی واقعاً انگشت شما که جابجانشده است!

دانشمندان در موقع خورشیدگرفتگی در جزیره پرنسیپ پرتغال واقع در آفریقای غربی دیدند که نور ستاره ها به جای آنکه به خط راست حرکت کنند در مجاورت خورشید و در اثر نیروی گرانشی آن خم می شوند و به صورت منحنی در می آیند. یعنی ما وضع ستاره ها را کمی بالاتر از محل واقعیش می‌بینیم. ماهیت تمام پیروزیهای نظریه نسبیت عام انیشتین اخترشناختی بود ولی دانشمندان حسرت می کشیدند که ای کاش راهی برای آزمون آن در آزمایشگاه داشتند.

جرم لَختی یا جرمِ مانْد در فیزیک ویژگی بنیادی هر جسم است که تمایل آن را به مقاومت دربرابر شتاب می‌نمایاند. نخستین بار در فیزیک این کمیت در قانون دوم نیوتن ظاهر شد. این جرم در برخی دیگر از نظریه‌های فیزیک نیز ظاهر می‌شود، مثلاً جرم در معادلهٔ شرودینگر نیز همان جرم لختی است.

جرم لختی را نباید با جرم گرانشی یکی پنداشت. جرم گرانشی میزان نیروی وارد بر جسم را در یک میدان گرانشی نشان می‌دهد. جرمی که در قانون جهانی گرانش نیوتن ظاهر می‌شود جرم گرانشی است. جرم گرانشی را گاهی بار گرانشی نیز می‌نامند (شبیه بار الکتریکی) تا بتوان آن را از جرم لختی بازشناخت. در کتاب‌های درسی معمولاً هر دوی این کمیت‌ها را با m نشان می‌دهند.

آزمایش‌های گوناگون نشان می‌دهند که جرم لختی و جرم گرانشی با دقت بسیار زیادی با هم متناسب هستند و با برگزیدن یکاهای مناسب مقدار عددی آن‌ها نیز با هم برابر می‌شود. این برابری به اصل هم‌ارزی معروف است. در مکانیک کلاسیک هیچ توضیحی برای این برابری وجود ندارد، ولی در نسبیت عام اصل هم‌ارزی یکی از اصول موضوعهٔ این نظریه است.

توجه شود که در نظریه نسبیت عام، جرم لختی و جرم گرانشی با هم برابر هستند، بنابراین این فرمولبندی برای جرم گرانشی نیز صادق است. همانطور که گفته شد، در اینجا m جرم جسم در حال سکون است. اما اگر این جسم با سرعت v در حال حرکت باشد آنگاه داریم:

حال اگر سرعت این جسم بسیار کمتر از سرعت نور باشد (v < < c)، آنگاه از معادله بالا به راحتی به دست می‌آوریم:

که نشان می‌دهد، انرژی یک جسم متحرک با سرعت بسیار پایین (که در زندگی روزمره با آنها سر و کار داریم) به اندازه بیشتر می‌شود. که این مقدار برای ما آشنا است و همان انرژی جنبشی می‌باشد که در مکانیک نیوتونی با آن سر و کار داریم.

از این معادله، این پدیده آشکار می‌شود که جرم بسیاری از اتم‌ها یا هسته آنها، از مجموع جرم ذرات تشکیل‌دهنده آنها بیشتر می‌باشد.

تا اینکه انیشتین طی نامه ای به رئیس جمهور آمریکا نوشت که می توان ماده را به انرژی تبدیل کنیم و یک بمب اتمی درست کنیم و آمریکا دستور برپایی سازمان عظیمی را داد تا به بمب هسته‌‌ای دست پیدا کند. برای شکافت هسته اتم اورانیوم 235 انتخاب شد. اورانیوم عنصری است که در پوسته زمین بسیار زیاد است. تقریباً 2 گرم در هر تن سنگ! یعنی از زر (طلا) چهارصد مرتبه فراوانتر است اما خیلی پراکنده. در سال 1945 مقدار کافی برای ساخت بمب جمع شده بود و این کار یعنی ساختن بمب در آزمایشگاهی در « لوس آلاموس » به سرپرستی فیزیکدان آمریکایی «رابرت اوپنهایمر» صورت گرفت. آزمودن چنین وسیله ای در مقیاس کوچک ناممکن بود. بمب یا باید بالای اندازه بحرانی باشد یا اصلاً نباشد و در نتیجه اولین بمب برای آزمایش منفجر شد. در ساعت 5/5 صبح روز 16 ژوئیه 1945 برابر با 25 تیرماه 1324 و نیروی انفجاری برابر 20 هزار تن تی.ان.تی آزاد کرده دو بمب دیگر هم تهیه شد. یکی بمب اورانیوم بنام پسرک با سه متر و 60 سانتیمتر طول و به وزن 5/4 تن و دیگری مرد چاق که پلوتونیم هم داشت. اولی روی هیروشیما و دومی روی ناکازاکی در ژاپن انداخته شد« اوپنهایمر» مسئول پروژه بمب و دیگران از شدت عذاب وجدان لب به اعتراض گشودند و به زندان افتادند. انیشتین اعلام کرد که اگر روزی بخواهم دوباره به دنیا بیایم دوست دارم یک لوله‌کش بشوم نه یک دانشمند
 

نسبیت و مکانیک کونتوم دو نظریه اساسی قرن بیستم هستند . همچنانکه می دانید در آغاز قرن بیستم تحول عطیمی در فیزیک ایجاد شد. از یکطرف ثابت بودن سرعت نور در تمام دستگاه های مختصات ما را به پذیرش نظریه نسبیت می کند. یعنی پذیرفتن اتساع زمان و انقباض مکان.

همزمان با این مسئله در سال 1907 با مقاله فوتوالکتریک انیشتین مکانیک کوانتوم متولد می شود. بعضی ها هم اعتقاد دارند تاریخ پیدایش مکانیک کوانتوم در سال 1900 با نظریه ماکس پلانک در مورد تابش جسم سیاه می باشد در فیزیک، جسم سیاه جسمی است که همهٔ نوری را که به آن می‌تابد جذب می‌کند. هیچ تابش الکترومغناطیسی از جسم سیاه بازنمی‌تابد یا نمی‌گذرد. به همین دلیل این جسم وقتی که سرد است سیاه دیده می‌شود.

در یک قرن پیش پلانک روی مسائلی در ارتباط با ویژگی های اساسی حرارت کار می کرد. هنگامی که او در تلاش بود تا ماهیت گرما و نور برخاسته از یک جسم ساده گرم و درخشان (جسم سیاه) را دریابد، متوجه شد که ناگزیر است عقیده ای به ظاهر مسخره را بپذیرد. اینکه انرژی تابشی برخاسته از اجسام نه به صورت پیوسته بلکه در بسته هایی مجزا به اطراف پراکنده می شود.

درسال 1900، ماكس پلانك فيزيك دان آلماني اعلام کرد كه با فرض يك تشعشع الکترومغناطیسی خفیف (در طول موج يا در فركانس)، منحني فرضی بدست آمده كاملاً با منحني ناشی از آزمايش منطبق خواهد بود. اين رويداد شروع عصر مكانيك كوانتومي را رقم زد. به دليل اینکه پلانك موفق به تعريف انعكاس جسم سياه شد جايزه نوبل فيزيك را درسال 1918 به خود اختصاص داد.

پلانک هر یک از این بسته ها را یک "کوانتوم" نامید. که واژه ای برگرفته از لاتین و به معنای "چه مقدار" است و در جمع "کوانتا" خوانده می شود. و رابطه ای را روی کاغذ آورد که انرژی آنها را به فرکانس ربط می داد. با این کار او پدر نظریه مکانیک کوانتومی شد. این نظریه شامل قوانینی بود که بر این بسته های انرژی حاکم بودند. و البته به زودی مشخص شد که دامنه نفوذ آنها بسیار فراتر از همین بسته هاست.

انیشتین در سال 1905 با استفاده از نظریه کوانتومی انرژی پدیده فوتوالکتریک را توضیح داد. بنابر نظریه ی کوانتومی امواج الکترومغناطیسی که به ظاهر پیوسته اند، کوانتومی می باشند.

این کوانتومهای انرژی را که فوتون می نامند، از رابطه ی پلانک تبعیت می کنند. بنابر نظریه کوانتومی، یک باریکه ی نور با فرکانس f شامل تعدادی فوتونهای ذره گونه است که هر یک دارای انرژیE=hf

یک فوتون تنها می تواند با یک الکترون در سطح فلز برهم کنش کند، این فوتون نمی تواند انرژی خود را بین چندین الکترون تقسیم کند. چون فوتونها با سرعت نور حرکت می کنند، بر اساس نظریه نسبیت، باید دارای جرم حالت سکون صفر باشند و تمام انرژی آنها جنبشی است.

هنگامیکه ذره ای با جرم حالت سکون صفر از حرکت باز می ماند، موجودیت آن از بین می رود و تنها زمانی وجود دارد که با سرعت نور حرکت کند. از این رو وقتی فوتونی با یک الکترون مقید در سطح فلز برخورد می کند و پس از آن دیگر با سرعت منحصر بفرد نور c حرکت نمی کند، تمام انرژی hf خود را به الکترونی که با آن برخورد کرده است می دهد.

اگر انرژیی که الکترون مقید از فوتون به دست می آورد از انرژی بستگی به سطح فلز بیشتر باشد، مابقی انرژی بصورت انرژی جنبشی الکترون ظاهر می شود.

همانطور که میدانیم در توجیه پدیده فوتوالکتریک انیشتن با در نظر گرفتن نور بصورت بسته های انرژی یا ذراتی بنام فوتون توانست جایزه نوبل را دریافت کند.

نور واقعا موج الکترومغناطیس است یا ذره؟

مکانیک کوانتوم جواب این سوال را به خوبی میدهد. در واقع بین این دو خاصیت یک ارتباطی برقرار میکند و بیان میکند که نور به هیچ وجه نه موج کلاسیک است ونه ذره کلاسیک .

وجود ترازهای انرژی گسسته در لایه های الکترونی اتم و قواعد حاکم بر انتقال بین ترازها و پر شدن این حالتهای انرژی را نیز نمی توان با بکارگیری مفاهیم قراردادی مکانیک و قوانین الکترومغناطیس توجیه کرد.

مکانیک کلاسیک در مورد چرایی و چگونگی حرکت اجسامی به جرم وحجمی که برای بشر قابل درک و رؤیت است ، میپردازد.

موج در واقع انرژی را منتقل میکند و در فضا پخش میشود ، مثل امواج صوتی که انرژی آنها با مجذور دامنه رابطه دارد روی محیط یک کره که در حال بزرگتر شدن است تقسیم میشود تا جایی که در اثر زیاد شدن محیط کره و ثابت ماندن انرژی صوتی صدا ضعیفتر شده تا دیگر قابل درک نیست .

 

اگر یک توپ تنیس بر روی ملافه قرار دهیم یک انحنا در سطح ملافه به سمت توپ ایجاد می‌شود. اگر یک تیله به روی این ملافه قرار دهیم به سمت چاله‌ای که آن توپ ایجاد کرده است می‌رود. این نظر انیشتین است که کرات آسمانی در فضا و زمان انحنا ایجاد می‌کنند؛ درست مثل همان توپ روی ملافه.

یکی از جالبترین افکار بشر ، ایده جابجایی در بعد زمان است. آلبرت انیشتین با ارائه نظریه نسبیت خاص نشان داد که این کار از نظر تئوری شدنی است. بنابراین اگر بشود با سرعت بیش از سرعت نور حرکت کرد، زمان به عقب برمی‌گردد. مانع اصلی این است که اگر جسمی به سرعت نور نزدیک شود جرم نسبی آن به بینهایت میل می‌کند؛ لذا نمی‌شود شتابی بیش از سرعت نور پیدا کرد. اما شاید یک روز این مشکل هم حل شود. برخلاف نویسنده‌ها و خیال پردازها که فکر می‌کنند سفر در زمان باید با یک ماشین انجام شود، دانشمندان بر این عقیده هستند که اینکار به کمک یک پدیده طبیعی صورت می‌گیرد. در این خصوص سه پدیده مد نظر است: سیاهچاله‌های دوار ، کرمچاله‌ها و ریسمانهای کیهانی.

(این قسمت جزو نظره های انیشتی نیست)

1- سیاهچاله ماشینی برای سفر به زمان .

سیاهچاله‌ها اگر یک ستاره چند برابر خورشید باشد و همه سوختش را بسوزاند، از آنجا که یک نیروی جاذبه قوی دارد لذا جرم خودش در خودش فشرده می‌شود و یک حفره سیاه رنگ مثل یک قیف درست می‌کند که نیروی جاذبه فوق العاده زیادی دارد طوری که حتی نور هم نمی‌تواند از آن فرار کند. اما این حفره‌ها بر دو نوع هستد. یک نوعشان نمی‌چرخند لذا انتهای قیف یک نقطه است. در آنجا هر جسمی که به حفره مکش شده باشد نابود می‌شود. اما یک نوع دیگر سیاهچاله نوعی است که در حال دوران است و برای همین ته قیف یک قاعده دارد که به شکل حلقه است. مثل یک قیف واقعی است که ته آن باز است. همین نوع سیاهچاله است که می تواند سکوی پرتاب به آینده یا گذشته باشد. انتهای قیف به یک قیف دیگر به اسم سفیدچاله می‌رسد که درست عکس آن عمل می‌کند. یعنی هر جسمی را به شدت به بیرون پرتاب می‌کند. از همین جاست که می‌توانیم پا به زمانها و جهانهای دیگر بگذاریم.

2- کرم چاله ماشینی برای سفر به زمان :

یک سکوی دیگر گذر از زمان است که می‌تواند در عرض چند ساعت ما را چندین سال نوری جابجا کند.

به این تونل می‌گویند کرم چاله. این امید است که یک کهکشانی که ظاهرا میلیونها سال نوری دور از ماست، از راه یک همچین تونلی بیش از چند هزار کیلومتر دور از ما نباشد. در اصل می‌شود گفت کرمچاله تونل ارتباطی بین یک سیاهچاله و یک سفیدچاله است و می‌تواند بین جهانهای موازی ارتباط برقرار کند و در نتیجه به همان ترتیب می‌تواند ما را در زمان جابجا کند.

3- ریسمان های کیهانی ماشینی برای گذر به زمان:

آخرین راه سفر در زمان ریسمانهای کیهانی است. طبق این نظریه یک سری رشته هایی به ضخامت یک اتم در فضا وجود دارند که کل جهان را پوشش می‌دهند و تحت فشار خیلی زیادی هستند. اینها هم یک نیروی جاذبه خیلی قوی دارند که هر جسمی را سرعت می‌دهند و چون مرزهای فضا - زمان را مغشوش می‌کند، لذا می‌شود از آنها برای گذر از زمان استفاده کرد. )

چند اشکال در این کار است، اول اینکه اصلا نفس تئوری سفر در زمان یک پارادوکس است. پارادوکس یا محال نما یعنی چیزی که نقض کننده (نقیض) خودش در درونش است. یک مثال دیگر این است که اگر من در زمان به عقب برگردم، به تاریخی که هنوز بدنیا نیامده بودم، پس چطور می‌توانم آنجا باشم. یا مثلا اگر برگردم و پدربزرگ خودم را بکشم پس من چطور بوجود آمده‌ام؟ یک راه حلی که برای این مشکل پیدا شده است، نظریه جهانهای موازی است. طبق این نظریه امکان دارد چندین جهان وجود داشته باشد که مشابه جهان ماست، اما ترتیب وقایع در آنها فرق می‌کند. پس وقتی که به عقب بر می‌گردیم در یک جهان دیگر وجود داریم نه در جهانی که در آن هستیم. طبق این نظریه بینهایت جهان موازی وجود دارد و ما هر دست کاری که در گذشته انجام بدهیم یک جهان جدید پدید می‌آید.

انديشه وجود يك خود ديگر نظير آنچه كه در بالا شرح آن رفت عجيب و غير معقول به نظر مي رسد، اما آنگونه كه از قرائن بر مي آيد انگار مجبوريم آن را بپذيريم. زيرا مشاهدات نجومي از اين انديشه غير مادي پشتيباني مي كنند. بنابر اين پيش بيني ساده ترين و پر طرافدار ترين الگوي كيهان شناسي كه امروزه وجود دارد، اين است كه هر يك از ما يك جفت (همزاد) داريم كه در كهكشاني كه حدود 10^280 متر دورتر از زمين قراردارد، زندگي مي كنند
 

اينكه فضا بيكران است و تقريبا بطور يكنواخت از ماده انباشته شده است، چيزي كه مشاهدات هم آن را تأييد مي كنند. در فضاي بي كران حتي غير محتمل ترين رويدادها نيز بالاخره در جايي ، اتفاق خواهند افتاد.

در اين فضا ، بينهايت سياره مسكوني ديگر وجود دارد، كه نه تنها يكي بلكه تعداد بيشماري از آنها مردماني دارند كه شكل ظاهري ، نام و خاطرات آنها دقيقا همان هاست كه ما داريم. به ساكناني كه تمامي حالت هاي ممكن ار گزينه هاي موجود در زندگي ما را تجربه مي كنند. من و شما احتمالا هرگز "خود" هاي ديگران را نخواهيم ديد

 

دانشمندان تاكنون چهار نوع جهان موازي متفاوت را تشريح كرده اند. هم اكنون پرسش كليدي وجود يا عدم جهان چند گانه نيست ، بلكه سوال بر سر تعداد سطوحي است كه چنين جهان مي توان داشته باشد.

يكي از نتايج متعدد مشاهدات كيهان شناسي اخير اين بوده است كه جهان هاي موازي ديگر مفهومي خيالپردازانه و انتزاعي صرف نيست. به نظر مي رسد كه اندازه فضا بينهايت است. اگر اين گونه باشد، بالاخره در جايي از اين فضا هر چيزي كه امكان پذير باشد واقعيت خواهد يافت. اصلاً مهم نيست كه امكان پذيري آن تا چه حد نامتحمل است.

فراسوي محدوده ديد تلسكوپ هاي ما ، نواحي ديگري از فضا كاملا شبيه آنچه كه پيرامون ماست وجود دارند آن نواحي يكي از انواع جهان هاي موازي هستند. دانشمندان حتي مي توانند محاسبه كنند كه اين جهان ها بطور متوسط چقدر با ما فاصله دارند و مهم تر از همه اينكه تمامي اينها فيزيك حقيقي و واقعي است

زماني كه كيهان شناسان با نظرياتي روبرو مي شوند كه از استحكام لازم برخوردار نيستند، نتيجه مي گيرند كه جهان هاي ديگر مي توانند ويژگيها و قوانين فيزيكي كاملا متفاوتي داشته باشند. وجود اين جهان ها بسياري از جنبه هاي پرسش بنيادي در خصوص ماهيت زمان و قابل درك بودن جهان فيزيكي را پاسخ داد.

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 موقعیت های 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 لامپ های 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 چراغ های فلش زن استفاده کنیم . طرز کار این چراغ ها به این صورت است که با بسته شدن درب ها این چراغ ها که بر روی درب های 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 درب های 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 نمایش های 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 .

فرض کنید جسم ساکنی بر روی یک سطح افقی بدون اصطکاک قرار دارد. برای اینکه جسم را از محل خود حرکت دهیم باید بر آن نیرو وارد کنیم. در این حالت اصطلاحا گفته می‌شود که جسم لخت است و می‌خواهد در حالت سکون باقی بماند، یا اگر در حال حرکت است می‌کوشد این حالت را حفظ کند. در واقع در اینجا ، جرم جسم است که ایجاب می‌کند برای تغییر دادن حرکت آن باید نیرو اعمال شود. به بیان دیگر وزن اجسام در یک نقطه از سطح زمین دقیقا با جرم لختی آنها متناسب است.

دقيق ترين ژيروسكوپ جهان براي آزمايش تئوري اينشتين آماده شده است. يك فضاپيماي ناسا كه براي آزمودن دو پيش بيني مهم تئوري نسبيت عام اينشتين طراحي شده است براي پرتاب در ماه جاري آماده مي شود. ماموريت كاوشگر گرانش B Gravity Probe B mission از چهار ژيروسكوپ بسيار دقيق استفاده مي كند تا تئوري اينشتين را كه در سال 1916 ارائه شده است در بوته آزموني ديگر قرار دهد. طبق اين تئوري اينشتين، فضا و زمان در اطراف اجسام بسيار سنگين تغيير شكل يافته و خميده مي شود. اين ماموريت توسط ناسا طراحي شده است و مركز مارشال اجراي آن را بر عهده دارد.

يك فضاپيماي ناسا كه براي آزمايش دو پيش بيني مهم تئوري نسبيت عام آلبرت اينشتين طراحي شده است در تاريخ 17 آوريل 19 فروردين سال جاري از پايگاه نيروي هوايي واندنبرگ كاليفرنيا به فضا پرتاب مي شود. ماموريت كاوشگر گرانش ناسا كه GP_B نيز ناميده مي شود، از چهار ژيروسكوپ بسيار دقيق استفاده مي كند. اين ژيروسكوپ ها در يك ماهواره ويژه در مداري به دور زمين مي چرخند و دو قسمت از پيشگويي هاي غيرمعمول تئوري اينشتين را كه در سال 1916 ارائه شده است عملاً مورد آزمايش قرار مي دهند. در اين تئوري اينشتين پيش بيني كرده است كه فضا و زمان به دليل وجود اجسام بسيار سنگين خميده مي شود. دو اثري كه قرار است در اين برنامه آزمايش شوند عبارتند از: اثر ژئودتيك (geodetic effect) كه نشان دهنده ميزاني از انحناي فضازمان اطراف زمين در حالت سكون و اثر كشش چارچوب frame dragging كه نشان دهنده ميزان كشش فضازمان اطراف زمين به دليل چرخش آن است.

دكتر آن كيني (A.Kinney) مديربخش اخترشناسي و فيزيك در دفتر علوم فضايي ناسا در واشنگتن مي گويد: «كاوشگر گرانش B اين توانايي را دارد كه خواص بنيادين جهان نامريي را بر ما آشكار مي سازد، جهاني كه در مقايسه با انتظارهاي روزمره ما بسيار عجيب و ناآشناست و اينشتين يك قرن پيش سعي كرد رازهاي آن را بر ما آشكار سازد. آزمودن جنبه هاي اساسي تئوري اينشتين- مثل همين آزمايش هايي كه GP_B انجام خواهد داد، اطلاعات بنيادي را براي پيشبرد علم فراهم خواهد آورد. نظير چنين پيشرفت هايي پيش از اين به طراحان كمك كرده است تا از دستاوردهاي فناورانه براي طراحي ابزارهاي مورد نياز براي چنين ابزارهاي فوق العاده دقيقي استفاده كنند.»

وقتي كه اين فضاپيما در مدار قطبي زمين در ارتفاع 640 كيلومتري زمين قرار گيرد، در هر 5/97 دقيقه از هر دو قطب زمين گذشته و يكبار زمين را دور مي زند. در برنامه ريزي هاي انجام شده درجه بندي و كنترل تجهيزات در مدار حدود 40 تا 60 روز طول مي كشد و پس از آن دوره جمع آوري اطلاعات علمي فرامي رسد كه حدود 13 ماه است. GP_B براي آزمايش تئوري نسبيت عام، هر تغييري در محور چرخش ژيروسكوپ را نسبت به ستاره IM پگاسي 8703 HR كه ستاره راهنماي آن محسوب مي شود، اندازه مي گيرد. انتظار مي رود براي اين دوره آزمون كه بيش از يك سال طول مي كشد، تغيير در محور چرخش به دليل اثر ژئودتيك بسيار كوچك و حدود 6/6614 هزارم ثانيه قوسي باشد و تغيير در محور چرخش كه توسط اثر كشش چارچوب ايجاد مي شود، از اين مقدار هم كوچك تر و در حدود 9/40 هزارم ثانيه قوسي است. براي آنكه تصوري از مقدار اين زاويه داشته باشيد، فرض كنيد 100 كيلومتر از شيب 9/40 هزارم ثانيه قوسي را طي كنيد، آن وقت ارتفاع شما نسبت به ارتفاع اوليه مسير حدود 5/1 سانتي متر است.

طي اين ماموريت اطلاعات حاصل از GP_B حداقل دوبار در روز ارسال مي شود. ايستگاه هاي مستقر در زمين يا ماهواره اي ارسال اطلاعات ناسا مي توانند اين اطلاعات را دريافت كنند.

گردانندگان اين آزمايش مي توانند از طريق مركز عمليات ماموريت كه در دانشگاه استنفورد واقع است با GP_B ارتباط برقرار كنند. اين اطلاعات همان طور كه حاوي اندازه گيري هاي بسيار دقيق از تغيير جهت محور چرخش ژيروسكوپ است مي تواند گزارش هايي از نحوه عملكرد تجهيزات و فضاپيما را نيز در برداشته باشد. ماموريت GP_B در سال 2005 كامل مي شود و براي تجزيه و تحليل علمي اين اطلاعات دوره يك ساله اي در نظر گرفته شده است.

پروفسور فرانسيس اوريت (F.Everitt) از دانشگاه استنفورد و محقق ارشد GP_B مي گويد: «ساخت GP_B كاري بسيار پرزحمت و دشوار و نيازمند تلفيق ماهرانه گستره بسيار وسيع و غيرمعمولي از فناوري هاي جديد است. حيرت انگيز است كه توانستيم خود را براي پرتاب كاوشگر آماده كنيم.»

مركز پروازهاي فضايي مارشال در هانتسويل آلاباما مديريت برنامه GP_B را بر عهده دارد. دانشگاه استنفورد پيمانكار اصلي ناسا براي اين ماموريت، آزمايش ها را انجام مي دهد و مسئوليت طراحي و توليد تجهيزات علمي را علاوه بر انجام ماموريت و تحليل اطلاعات بر عهده دارد. لاكهيد مارتين يكي از پيمانكاران مهم ديگر طراحي، ساخت و توليد فضاپيما و بعضي از تجهيزات داخلي آن را بر عهده داشت. مركز فضايي كندي ناسا و شركت بوئينگ مسئوليت پرتاب دلتاي 2، موشك حامل كاوشگر را بر عهده دارند.



نظرات شما عزیزان:

نام :
آدرس ایمیل:
وب سایت/بلاگ :
متن پیام:
:) :( ;) :D
;)) :X :? :P
:* =(( :O };-
:B /:) =DD :S
-) :-(( :-| :-))
نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه:





 


موضوع : <-PostCategory->


نویسنده :حامد هاشمی در تاریخ دو شنبه 21 شهريور 1390برچسب:,