آلبرت اينشتين به خاطر بسياري چيزها مشهور است، اما بزرگترين ثمره فکري او نظريه نسبيت است اين نظريه براي هميشه درک ما را از فضا و زمان تغيير داد.
نسبيت چيست؟
به طور خلاصه، نسبيت به معناي اين است که قوانين فيزيک در همه جا يکسان هستند. ما در اين جا در روي کره زمين از همان قوانين نور و جاذبه تبعيت ميکنيم که در هر گوشه‌اي از جهان حکفرماست.
جهانشمولي قوانين فيزيک به اين معناست که "تاريخ محلي است" : ناظران متفاوت زمان و مکان رويدادهاي مختلف را به طور متفاوت خواهند ديد.
آنچه براي ما يک ميليون سال طول کشيده است، ممکن است از چشم کسي که با يک موشک با سرعت فوق‌العاده در حال حرکت است يا در حال سقوط به درون يک سياهچاله است، تنها به اندازه پلک زدني طول بکشد.
همه اينها نسبي هستند.
نسبيت خاص
نظريه نسبيت اينشتين به دو نظريه نسبيت خاص و نسبيت عام تقسيم مي‌شود.
نظريه نسبيت خاص ابتدا ارائه شد و بر اين اساس است که سرعت نور براي هرکسي ثابت است. گرچه ممکن است اين بيان ساده به نظر رسد، اما پيامدهاي گسترده‌اي دارد.
اينشتين در سال 1905 پس از آنکه شواهد تجربي نشان داد که سرعت نور در چرخش کره زمين به دور خورشيد تغيير نمي‌کند، به اين نتيجه‌گيري رسيد.
اين نتيجه‌گيري براي فيزيک‌دانان غافلگيرکننده بود، زيرا سرعت اغلب چيزهاي ديگر بسته به جهت حرکت ناظر دارد.
اگر شما ماشيني را به موازات يک خط آهن برانيد، قطاري که به سوي شما حرکت مي‌کند، داراي سرعت بسيار بيشتري به نظر خواهد رسيد تا هنگامي که شما دور بزنيد و هم‌جهت با قطار حرکت کنيد.
اينشتين مي‌گفت که براي همه ناظران سرعت نور 300 هزار کيلومتر در ثانيه است، بدون توجه به اينکه اين ناظران با چه سرعتي و در چه جهتي در حال حرکت باشند.
اين برداشت از سرعت نور يک کمدين را برانگيخت تا بپرسد : "اگر شما سوار بر يک سفينه فضايي باشيد که با سرعت نور در حال حرکت است، و چراغ‌هاي جلوي سفينه را روشن کنيد، آيا اتفاقي مي‌‌‌افتد؟"
پاسخ اين است که چراغ‌هاي جلوي سفينه به طور طبيعي روشن مي‌شود، اما تنها از ديدگاه فردي که درون سفينه است.
براي فردي که بيرون از سفينه به حرکت آن نگاه مي‌کند، چراغ‌هاي آن به نظر روشن نمي‌رسد: نور از آنها خارج مي‌شود، اما براي پرتوهاي نور زماني بي‌نهايت طول مي‌کشد تا از سفينه جلو بيفتند.
اين مشاهده‌هاي متناقض به خاطر اين هستند که "خط‌کش‌ها و ساعت‌ها"- چيزهايي که مکان و زمان را مشخص مي‌کنند- براي ناظران متفاوت يکسان نيستند.
اگر سرعت نور چنانچه اينشتين مي‌گفت حدي ثابت داشته باشد، آنگاه مکان و زمان نمي‌‌توانند مطلق باشند: مکان و زمان بايد سوبژکتيو يا وابسته به ناظر باشند.
براي مثال يک سفينه فضايي 50 متري که با سرعت 99.99 درصد سرعت نور حرکت مي‌کند، از ديدگاه يک ناظر ثابت نيم متر طولاني‌تر به نظر خواهد رسيد، اما از ديد کسي که بر آن سوار است طولش تغيير نکرده است.
شايد عجيب و غريب‌‌تر اين باشد که که زمان هر چه فرد سريع‌تر حرکت کند، کندتر مي‌گذرد.
اگر يک نفر از زوج دوقلوي همسان سوار بر سفينه فضايي پرسرعتي شود و به سوي ستاره‌اي دوردست برود و سپس بازگردد، نسبت به برادر يا خواهرش که روي زمين باقي مانده است، جوانتر خواهد ماند.
جرم نيز به سرعت بستگي دارد. هر چه يک جسم با سرعت بيشتري حرکت کند، جرم آن بيشتر مي‌شود. در واقع هيچ سفينه فضايي نمي‌تواند به 100 درصد سرعت نور برسد، چرا که جرم آن به نهايت ميل خواهد کرد.
اين رابطه ميان جرم و سرعت اغلب به صورت رابطه جرم و انرژي بيان مي‌شود: E=mc^2 که m نماينده جرم و c نماينده سرعت نور است.
نسبيت عام
اينشتين تنها درک ما را از فضا و زمان به هم نريخت. او با وارد کردن شتاب به نظريه‌‌اش به تعميم دادن آن پرداخت و دريافت که اين کار شکل فضا و زمان را معوج مي‌کند.
براي درک اين قضيه به اين مثال توجه کنيد: سفينه‌اي فضايي را تصور کنيد که با روشن‌کردن موتورهاي رانشي‌اش سرعتش را بالا مي‌برد.
آنهايي که در اين سفينه هستند به کف سفينه خواهند چسبيد، درست همانطور که افراد روي کره زمين به آن چسبيده‌اند..
اينشتين ادعا کرد که نيرويي که ما جاذبه مي‌ناميم، از نيرويي که بر افراد يک سفينه در حال شتاب گرفتن وارد مي‌‌آيد، غيرقابل تشخيص است.
اين نظريه به خودي خود خيلي انقلابي نيست، اما هنگامي که اينشتين با رياضيات پيچيده آن کار کرد (اين کار 10 سال وقت او را گرفت)، کشف کرد که فضا و زمان در نزديک يک جسم داراي جرم زياد قوس برمي‌دارند، و اين قوس‌‌برداشتن است که ما آن را به صورت نيروي جاذبه درک ميکنيم.
مشکل است که هندسه قوسي نسبيت عام را توصيف کرد، اما اگر فضا - زمان را مانند يک پارچه تصور کنيم، آنگاه يک جسم با جرم زياد پارچه پيرامونش را طوري مي‌کشد که هر چيزي که از کنار عبور مي‌کند ديگر خط مستقيم را طي نخواهد کرد.
معادلات نسبيت عام شماري از پديده‌ها را پيش‌بيني مي‌کند، که وجود بسياري از آنها تا به حال ثابت شده است:[ظاهراً اينشتين درست مي‌گفت]
• خم‌شدن نور در اطراف اجسام داراي جرم زياد (عدسي گرانشي).
• تغيير تدريجي مدار سياره عطارد.
• کشش چارچوب (frame dragging) فضا - زمان در اطراف اجرام در حال چرخش.
• ضعيف‌شدن نوري که از کشش جاذبه‌اي مي گريزد (تغيير فرکانس نور به سوي بخش قرمز طيف ناشي از جاذبه)
• افزايش سرعت در دوره‌هاي چرخشي ستاره‌هاي دوگانه و ستاره هاي تپنده (پالسارها).
• امواج گرانشي (امواجي در ساختار فضا - زمان).
• وجود سياه‌چاله‌ها که هر چيزي از جمله نور را به دام مي‌اندازند.
تاب برداشتن فضا - زمان در اطراف يک سياهچاله از هر جاي ديگري شديدتر است.
اگر آن يک نفر از دوقلوهايي که در بالا گفتيم در سفر فضايي‌‌اش به درون يک سياهچاله سقوط کند، چنان کشيده مي‌شود که به صورت اسپاگتي در خواهد آمد!!
خوشبختانه او بيش از چند ثانيه‌اي زنده نخواهد ماند.
اما جفت او در روي کره زمين هرگز پايان کار او را نخواهد ديد- ديدن او که ذره ذره در طول عمر کيهان به سوي مرکز سياهچاله حرکت مي‌کند.
تصاوير زيبا و مرتبط با اين مقاله