نظریه نسبیت عام انیشتین

در مطلب قبل، راجع به نسبیت خاص انیشتین و انقباض طول خواندید. نسبیت عام، صورت پیشرفته تر و گسترش یافته نظریه نسبیت خاص است. این نظریه نیز رفتار عجیب اجسام و محیط را در سرعت های بالا توصیف می کند، با این تفاوت که گرانش را هم در نظر می گیرد.

این نظریه در سال 1915 توسط انیشتین مطرح شد. وی فهمید که هیچ فرقی در نیروی گرانش و نیروی شتاب وجود ندارد. برای مثال، فردی در یک سفینه بدون پنجره نمی تواند بگوید که سفینه روی زمین نشسته و در حال سکون است یا در حال شتاب گرفتن در فضاست. پاهای فرد به کف سفینه فشار  وارد می کند و همین نیرو به طور متقابل به فرد وارد می شود.

اگر گرانش دارای ویژگی های حرکت است، پس میدان های گرانشی قوی باید در حرکت ماده با سرعت بالا بسیار تأثیر داشته باشند. کلمه "عام" از این ناشی می شود که نظریه نسبیت عام می تواند پدیده ها را در فضا – زمان توصیف کند.

به نظر شما معنای "خمیدگی فضا – زمان" چیست؟ آیا از شکل های زیر متوجه این واقعیت می شوید؟

برای فهمیدن این مطلب ابتدا معنای خود فضا – زمان را باید متوجه شویم. می دانیم که تمام مواد از اتم ها تشکیل شده اند و اتم ها هم برای تشکیل مولکول و ... با هم ترکیب می شوند. تصور کنید می توانستیم ترازهای اتمی را ببینیم؛ چه چیزی بین اتم ها است؟ یا چیزی نیست؟

جواب این سؤال، مکان – زمان است که زمان قسمت مهم تر آن است؛ چون نظریه های نسبیت به ما می گویند هنگام عبور از فضا گویی از میان زمان هم عبور می کنید. انیشتین عقیده داشت مکان – زمان دارای 4 بعد است:

• زیر – رو
• شرق- غرب
• شمال- جنوب
• و بعد چهارمی که زمان در ضریبی به نام i ضرب می شود [به این ضریب، عدد مختلط یا موهومی گویند که به صورت جذر عدد (1-) تعریف شده است].

پس تمام ابعاد فضا و بعد شبه زمان را دارید که با همدیگر فضا – زمان را می سازند. حال به نظر شما فضا – زمان چگونه خمیدگی پیدا می کند؟

در شکل های بالا مفهوم فضا – زمان را به صورت خطوط عمود بر هم می بینید؛ کره هایی که در این خطوط فرو رفته اند، اجسامی فشرده و حجیم مانند ستاره یا سیاره هستند. جرم ستاره باعث خمیدگی فضا – زمان می شود. خمیدگی بیش تر باعث نیروی جاذبه گرانشی بزرگ تر می شود. توجه کنید که فضا – زمان نزدیک به جسم حجیم، بیش تر خمیده می شود.

در شکل زیر تصور کنید که روی خط مستقیم بالایی خطوط بنفش در حال راه رفتن هستید. می توانید با اندازه گرفتن فاصله از خط مستقیم بالا (که خودتان در آن جا ایستاده اید) تا پایین خط منحنی، قدرت نیرویی که شما را به نزدیکی ستاره می کشاند، اندازه بگیرید. همان طور که به سمت ستاره می روید، فاصله بین خط و منحنی افزایش پیدا می کند؛ بنابراین قدرت نیروی جاذبه ستاره بر شما افزایش پیدا می کند.

البته این مفهوم را شما به طور سه بعدی در این جا دیدید که در واقعیت به صورت 4 بعدی اتفاق می افتد.

نکته:

"زمان برای ناظرهای مختلف، فرق می کند. مکان هم برای ناظرهای مختلف، فرق دارد؛ اما مکان – زمان برای هرکسی یکسان است."                                                                                                                                    تیلور، ویلر، فریمن

تأخیر زمانی گرانشی:

علی و سارا در سفینه لیمویی درازی سوار شده اند. علی در جلو و سارا در عقب سفینه هستند. هر کدام از آن ها یک ساعت چشمک زن دارند که آن ها را با هم تنظیم کرده اند.

سفینه شروع به حرکت می کند. وقتی سفینه شتاب گرفت، علی چشمک های ساعت سارا را به صورت پخش شده می بیند. پس زمان سارا از زمان علی کندتر پیش می رود.

سارا  نیز زمان علی را سریع تر از زمان خود تصور می کند. از آن جایی که شتاب هم ارز با گرانش است، می توان همین موقعیت را با یک سفینه دراز در روی زمین در نظر گرفت. در ارتفاعات بالاتر، زمان سریع تر از ارتفاعات پایین تر می گذرد.

بنابراین،"در میدان گرانشی قوی تر، زمان کندتر می گذرد".

مرکز یادگیری سایت تبیان

تهیه و تنظیم: خدیجه آلچالانلو