نسبیت عام اینشتین

نویسنده: محمد شیرانی

آلبرت اینشتین پس از ارائه نظریه نسبیت خاص به اصلاح نظریه نیوتون پرداخت تا آن را با اصول نسبیتی تطبیق دهد . بنابر نظریه گرانش نیوتون  دوجسم نیروی گرانشی برهم وارد می کنند . این نیرو متناسب است با جرم هرکدام ، و تناسب معکوس دارد با مجذور فاصله آنها . در نظر نیوتون این نیرو آنی بر جسم وارد می شود یعنی اینکه به محض حضور جسم نیرو بر آن وارد می شود . پس اگر جسم نابود شود بلافاصله نیرویی که برجسم دیگر وارد می کند از بین خواهد رفت . اینشتین به نادرست بودن این نظر پی برد ، چرا که هیج نیرو (هم چنین هیچ جسمی) نمی تواند سریعتر از نور منتشر شود . از این رو انیشتین نظریه خود براساس این که سرعت انتشار گرانش همان سرعت نور باشد ارائه کرد .انیشتین برای توضیح این مطلب بعد زمان را به سه بعد فضایی دیگر اضافه کرد در نتیجه مفهوم فضا- زمان را ایجاد کرد . سپس توصیف کردکه دراین صورت هر جرمی بدلیل انحنا در فضا باعث ایجاد گرانش می کند . بنابراین مفهوم نیرو از بین رفت . برای سادگی مطلب به جای فضای چهار بعدی یک مثال در فضای سه بعدی می زنیم یک صفحه لاستیکی را برروی یک چهارچوب کشیده شده است در نظر آورید . این صفحه صاف است  . پس اگر تیله ای را برروی آن سر دهیم خط مستقیم را طی می کند . حال اگر  یک توپ سنگین را برروی صفحه رها کنید . باعث می شود صفحه در اطرافش گود بردارد . اکنون اگر تیله را روی صفحه  لاستیکی و درحوالی گول سنگین سر بدهید . انحنای صفحه لاستیکی باعث می شود که تیله مسیری منحنی دنبا کند . یک ناظر که نتواند انحنای سطح لاستیکی را ببیند خواهد گفت : بلبرینگ دارد نیروئی بر تیله اعمال  و آن را از مسیر منحرف می کند و ولی ما میدانیم نیرویی در کار نیست بلکه حرکت انحراف حرکت نتیجه انحنای صفحه است . فضا- زمان نیز تا حدودی به همین شکل است اگر جرمی در آن قرار بگیرد باعث انحنای آن می شود که حتی نور (که جرم ندارد)را منحرف می کند . بنابراین نیرو مفهوم خود را ازدست می دهد .

قانون دوم نیوتون  می گوید نیرو برابر است با جرم در شتاب .اکنون بااین قانون و قانون گرانش نیوتون اگر جرم یک جسم را نداشته باشیم می توانیم از هردو فرمول جرم یک جسم را بدست آوریم . در این هنگام متوجه می شویم که جرم بدست آمده از هردو روش با دقت بالایی مساوی هستند . حتی با آزمایش های بسیار دقیق متوجه شده ایم که جرم بدست آمده حداقل با دقت یک در 10¹²با هم یکدیگر برابر می باشند . اینشتین احساس کرد که برابری این دو جرم بدست آمده از دوروش اتفاقی نیست بلکه گرانش و شتاب با هم ، هم ارزند . او این مسئله را اصل هم ارزی نام نهاد . یعنی اینکه گرانش و شتاب مانند هم اثر می کنند . یک مثال ساده آسانسوری است که وزنه تعادل اش پاره شده است  و آزادانه سقوط می کند . شخصی که در این آسانسور است احساس بی وزنی می کند ، یعنی اگر روی ترازویی ایستاده باشد ، عقربه ترازو صفر را نشان خواهد داد .پس نیروی گرانش چه شده است ! حال اگر به دور از جرم بزرگ و در فضا باشیدباز هم همین احساس بی وزنی را خواهید داشت. یعنی در آن حال سقوط نیروی گرانش از بین رفته است ؟ نه قطعا از بین نرفته است  .هر شیئی را که  در این آسانسور رها کنید ، در همان محل اولیه خود می ایستد . پس اگر دسترسی به بیرون آسانسور نداشته باشید خواهید گفت هیچ نیرویی بر اشیاء داخل آسانسور وارد نمی شود ، چون نیروی گرانش به سمت پایین وارد می شود ، باید نتیجه بگیریم که نیروی دیگری برابر اما در خلاف جهت گرانش بر اشیاء وارد می شود که گرانش را خنثی می کند. این نیرو ناشی از وجود شتاب برابر gیعنی سقوط آزاد به سمت پایین است که نیرویی برابر گرانش اما به سمت بالا بر اشیا وارد می کند . از این اصل می توان نتیجه گرفت که همان اثری که گرانش بر فضا- زمان می گذارد شتاب هم انجام می دهد .

می بینید که نسبیت عام تصور ما را از فضا و زمان تا چه اندازه تغییر داده است . ولی هنوز نظریه نیوتون در جرم های پایین از دقت بالایی برخورداراست . حال نباید فراموش کنیم که هر دو به وجود آورنده این دو نظریه از بزرگترین دانشمندان تمام دوران هستند.

فهرست