مقدمه ای بر کیهان شناسی - نسبیت خاص ٢

مقاله ی فوق به خاطر انتشار مجدد روزنامه ی نجومی خورشید هست که تو شماره ٦٥ به قلم اینجاب منتشر شد 

کانال تلگرام روزنامه خورشید

در چند شماره پیش١ مقدمه‌ای را در کیهان شناسی آغاز کردیم و گفتیم برای شناخت کیهان باید نسبیت عام و خاص را فرا گرفته و در ادامه شروع به بررسی سیر تاریخی نسبیت خاص و عام کردیم٢. گفتیم که نسبیت خاص به نوعی از حرکت شناسی ارسطو در 2500 سالپیش آغاز می‌شود و رفته رفته به نسبیت خاص تبدیل می‌شود.در هفته قبل دیدیم که حرکت‌شناسی ارسطو به قوت کلیسا نزدیک به 2000 سال یعنی تا زمان گالیله به قوت خود باقی ماند، اما از این زمان به بعد رخنه‌های به این نوع دیدگاه حرکت‌شناسی وارد شد.

در واقع در این زمان برای توصیف حرکت گالیله دیدگاه ارسطویی سازگار نبود بلکه برای توصیف حرکت باید: 1- انتخاب یک دستگاه مرجع٣ 2- تعیین مقیاس‌های مناسب برای اندازه‌گیری فضا و زمان استفاده کرد٤. و در ادامه همین موارد بود که گالیله تبدیلات  مشهور خود که به تبدیلات گالیله ای مشهور است را مطرح کرد. در واقع تبدیلات گالیله معادلاتی در فیزیک کلاسیک هستند که مختصات فضا و زمان دو دستگاه مختصات را که با سرعت ثابت نسبت به یکدیگر حرکت می‌کنند به هم مرتبط می‌سازد، برای فهم این موضوع دو ناظر ١ و ٢ را   که به ترتیب در دستگاه‌های s و s' هستند در نظر بگیرید. دستگاه s' نسبت به دستگاه s با سرعت ثابت به طرف راست حرکت می کند٥.

تبدیلات گالیله :

x=x'-vt

y=y'

z=z'

t=t'

همان طور که در شکل مشاهده می‌شود این تبدیلات بسیار تبدیلات ساده می‌باشد هر چند که پیامدهای بزرگی پشت این تبدیلات نهفته است. در نگاه اول می‌توان دید که زمان (tوt') در مکانیک کلاسیک بعدم حسوب نمی‌شود. با توجه به شکل ما یک دستگاه مختصات دو بعدی داریم٥. در واقع در مکانیک کلاسیک زمان جزء تغییرهای حرکت به حساب نمی‌آید و فقط نقش پارامتر را ایفا می‌کند که بر اساس آن می‌توان تحول مختصات مکانی حرکت را بیان کرد؛ و بر همین اساس اندازه‌گیری زمان مستقل از ناظر است.

در مرحله بعدی اگر بخواهیم سرعت این رویداد را E حساب کنیم کافی است از تبدیلات نسبت به زمان مشتق بگیریم آنگاه به فرمول‌های زیر قانون جمع سرعت‌های گالیله ای گفته می‌شود.

x=x'-vt.           ux=u'x+v

y=y'.                         uy=u'y

z=z'.                         uz=u'z

 بر اساس این تبدیلات است که سرعت یک جسم را می‌توان بی‌نهایت در نظر گرفت و حدی برای آن را در نظر نگرفت. در واقع بی‌نهایت در نظر گرفتن سرعت در تبدیلات گالیله‌ای پیامدهای مهم زیر را شامل می‌شود.

مطلق بودن زمان:زمان تابعیت مکان ندارد:              

مطلق بودن هم‌زمانی:

اگر در A و B که در s هم‌زمانی اتفاق می‌افتد در s' نیز هم‌زمانی رخ می‌دهد.

ناوردایی اصل علیت:

یعنی اصل علیت تغییر نمی‌کند. علت قبل از معلول در هر دو دستگاه s و s' است.

تبدیلات گالیه‌ای انقلاب بزرگی در حرکت‌شناسی انجام داد و تا زمان نیوتن به اوج خود رسید. بعد از گالیله این بار نیوتن با توجه به مکانیک ابداعی خود نتیجه گرفت که براساس تبدیلات گالیله هم شتاب وهم نیرو مطلق است. در واقع نیوتن با این عمل خود جزء افرادی بود که تفکرات مطلق‌گرایی داشتند٦.

اما صحنه‌ی علم میدان جنگ نظریات است، ارسطو به دیدگاه اسطوره‌ای حمله برد، گالیله به دیدگاه ارسطویی و این گونه بود که رخنه‌ای عظیم در راه بود.

پی نوشتها:

1ـ شماره‌های 48 و 34

2ـ شماره 48

3ـ چهارچوب مرجع به دستگاهی می‌‌گویند که مشخص کننده مبدا زمانی ومکانی و همچنین مقیاسهایی برای اندازه‌گیری زمان و مکان باشد. 

4ـ یک ذره وقتی در یک جایی است به آنجا فضا گفته میشود اما همین که آنجایی که آن ذره در آن قرار دارد را با چهارچوب مرجع مشخص کنیم، به آن مکان می‌گوییم.

5ـ در حالت کلی ما یک فضای سه بعدی (x,y,z)  داریم که در کل در هر سه بعد به طور برداری سرعت V امکان‌پذیر است اما ما به دلیل سهولت تنها دوبعدی مسئله را بررسی می‌کنیم و تنها در یک بعد x حرکت داریم. یعنی تغییرات دو بعد دیگر x,y را نداریم. 

6ـ نسبیت بر خواسته از تقابل دو تفکر نسبت‌گرایی و مطلق‌گرایی است. در واقع در نسبت‌گرایی فضا و زمان ناشی نسبت اشیا نسبت به هم می‌باشند.  در این دیدگاه اشیاء وجود دارند نه در جایی بلکه برای وجود نیاز به فضایی ندارند و از مقایسه نسبت اشیاء نسبت اشباء نسبت به هم مفهوم فضا ناشی می‌شود یعنی از ترتیب وضع قرار گرفتن اشیا نسبت به هم مفهوم فضا ناشی می‌شود و از توالی اشیاء مفهوم زمان حاصل می‌شود. این دیدگاه برای افرادی همچون ماخ می‌باشد.

در طرف مقابل افرادی نظیر لاک و نیوتن در این عقیده هستند. در این دیدگاه فضا و زمان موجوداتی مجرد و مطلق هستند که از قبل وجود داشته‌اند و ظرفی حاوی اشیا دیگر می‌شود و شرط وجود حرکت آن ها می‌باشد. در واقع در این دیدگاه برای موجود شدن نیاز به فضا و زمان داریم.

منابع: 

1ـ فیزیک جدید/ کنت اس کوین/ منی‍ژه رهبر و بهرام مطلعی

2ـ فیزیک نوین /وایدنر-سلز/ علی اکبر بابایی

3ـ فیزیک پایه / دیوید هالیدی / جلال الدین پاشایی