مقدمه ای بر کیهان شناسی - نسبیت خاص ١

" نظریه نسبیت زائیده ی ضرورت است . این نظریه از بطن تضادهایی جدی و عمیق در نظریه ی قدیمی برخاست که هیج راهی برای رهایی از شرشان به نظر نمی رسید. قوت این نظریه ی جدید در آن است که با استحکام و سادگی همه ی آن اشکالات را حل می کند و فقط چند فرض بسیار قانع کننده را مبانی کار خود قرار می دهد.

...... مکانیک قدیمی حالت حدی مکانیک جدید و در مورد سرعت های کم معتبر است . "

آلبرت انیشتین و لئوپولد اینفلد - تکامل فیزیک ١٩٣٨

مقاله ی فوق به خاطر انتشار مجدد روزنامه ی نجومی خورشید هست که تو شماره 48 به قلم اینجاب منتشر شد 

کانال تلگرام روزنامه خورشید

در شماره ی پیشین^١ مقدمه ای کوتاه بر کیهان شناسی رو شروع کردیم و در سلسله مطالب کیهان شناسی به سراغ مبانی کیهان شناسی می ریم و برای شروع مطالب به سراغ نسبیت خاص و عام آلبرت انیشتین می ریم. نسبیت خاص و در ادامه ی ان نسبیت عام دو رک اساسی و مهم کیهان شناسی محسوب می شوند و هر شخص که علاقع به یادگیری کیهان شناسی دارد ناگزیر باید به فرا گرفتن نسبیت عام و خاص انیشیتن بپردازد و ما هم سعی داریم در چندین مقاله ی آتی به مباحث این دو نظریه بزرگ علمی بپردازیم

  در آستانه ی قرن بیستم بود که فیزیک کلاسیک  تمام قوانین حاکم بر جهان را بر اساس سه حوضه فیزیک نیوتنی ، قوانین مکسول و ترمودینامیک که مرتبط کننده بین این دو نظریه بود به راحتی هر چیزی در جهان بود، را توصیف می کردند ، اما با این حال مباحثی در فیزیک و محیط پیرامون فیزیکدانان بود که با فیزیک کلاسیک قادر به توصیف نبود این دو پدیده ی مهم یکی تابش جسم سیاه بود که با قوانین ترمودینامیک به هیچ وجه قابل حل شدن نبود و دیگری شاید مسئله ای بیشتر فلسفی می نماید که از تولد فلسفه، ذهن فلاسفه را مشغول خود کرده بود و ان مسئله چیزی نبود جز مسئله حرکت در طبیعت. این دو پدیده ی بزرگ در فیزیک باعث شد که  فیزیک نیازمند یک انقلاب بزرگ همانند انقلاب صنعتی باشد ، و این عمل در اواخر قرن نوزدهم و اویل قرن بیشتم توسط آلبرت انیشتین و ماکس پلانک انجام شد .

ماکس پلانک بعد از دو دهه مطالعه روی تابش جسم سیاه و کارهای افرادی نظیر وین ، لرد رایلی و جینز و ... توانست نظریه ای را پایه ریزی کند که به ان نظریه کوانتوم یا بعد ها کوانتوم مکانیک نام گرفت ، مکانیک کوانتوم نظریه ای برای سیستم های کوانتومی^٢ می باشد که با وجود درک جدید و خلق جهانی متفاوت با جهان کلاسیک موفق شد نه تنها تابش جسم سیاه را حل کند بلکه مسائل دیگری را نیز به راحتی حل کند و به طبع ان نظریات جدیدی را نیز خلق کند . اما در ان طرف قضیه، نظریه ی دوم نیز با کمی اختلاف نسبت به نظریه کوانتوم مکانیک متولد شد و که آلبرت انیشتین بنیانگذار این نظریه انقلابی دیگر در فیزیک بود.

آلبرت انیشتین در سال ١٩٠٥ و ١٩١٥ با دو نظریه نسبیت خاص و عام خود تحولی شگرف در فیزیک و حرکت شناسی بنا نهاد. همان طور که پیش تر هم گفتم حرکت و حرکت شناسی یکی از مسائلی بود که نه تنها از نظر علمی مورد بحث بود بلکه از نظر فلسفی هم مورد مناقشه بود که با نظریات انیشتین در این زمینه باب جدید در این تفکر را اغاز کرد.

حرکت شناسی از زمان ارسطو^٣ به صورت جدی مورد بحث قرار گرفت ارسطو فیلسوف نامدار یونانی در حدود چهار قرن قبل از میلاد مسیح بر این عقیده بود که جهان ما مشکل شده از چهار ماده که به ترتیب خاک، آب، هوا و آتش می باشد و بر اساس همین مواد حرکت شناسی را به نحوی تعریف کرد که خروج یک جسم از حالت طبیعی اش و رفتن به حالت دیگر و تمایل به بازگشتن به حالت اولین خود را حرکت تعریف کرد. و در ادامه ی تعریف خود برای حرکت افلاک و ستارگان ماده ی پنجمی را به نام اتر معرفی کرد که این ماده تا ٢٥٠٠ سال بعد از خود تا ازمایش مایکلسون - مورلی به قوت خود باقی ماند . در واقع ارسطو در حرکت شناسی خود نیاز به یک ماده یا محیط داشت و چون مواد خارج از زمین به نوعی برایش ناشناخته بودند به همین خاطر این ماده را اتر یا همان اثیر نامید.

حرکت شناسی ارسطو ١٥٠٠ سال و با پشتوانه ی کلیسا ، تفکری حاکم بر فیزیک و فلسفه ی ان دوران بود تا این که گالیله با مشاهدات خود نظریاتی را ارائه می دهد که تحولی شگرفت در فیزیک و مخصوصا حرکت شناسی بود ، در واقع وی به نوعی با تعریف دستگاه مرجع و تعیین مقیاس های مناسب برای اندازه گیری توانست تحول تازه ای در علم فیزیک ایجاد کند . در واقع دستگاه مرجع که شامل بعد زمانی و مکانی بود باعث شد تا تعریف جدیدی برای مکان و فضا فراهم آورد به نحوی که اگر ذره ای در یه جایی بدون در نظر گرفتن چهار چوب مرجع بود به آن جا ،فضا می گفتند و زمانی که همان نقطه در یک چهار چوب مرجع و اندازه گیری قرار می گرفت به جای قرار گیری ذره مکان ان ذره می گفتند.

ادامه دارد ... ^٤

 

پی نوشت ها

١ - شماره ی ٤٢ " مقدمه ای بر کیهان شناسی " به قلم شاهین حسنی و ریحانه منصوری

٢ - به سیستم هایی کوانتومی می گویند که در حد آنگستروم یا ۱۰^-١٠متر باشند

3- در این سلسله مطالب اشنایی با نسبیت خاص و عام  قصد دارم بیشتر با دید تاریخی این دو نظریه را بررسی کنم

٤ - پیشنهادات و انتقادات خود را می توانید در وبلاگ www.asgard.blog.ir  یا ایمیل [e-mail] در میان بگذارید.

 

منابع :

١ - فیزیک جدید / کنت اس. کرین / منیژه رهبر و بهرام معلمی

٢ - فیزیک نوین / وایدنر- سلز / علی اکبر بابایی

٣ - فیزیک پایه / دیوید هالیدی / جلال الدین پاشایی

٤ - فیزیک پایه / فرانک. ج. بلت / ناصر مقبلی