نظریه نسبیت چیست؟

در اوایل قرن نوزدهم میلادی، فیزیکدانان معتقد بودند که نور در محیطی به نام اتر حرکت می کند که همه جای فضا، حتی بین اتم های ماده را پُر کرده است. به علاوه، این گونه تصور می شد که سرعت نور را می توان نسبت به یک ناظر متحرک مانند سرعت های نسبی دو جسم متحرک محاسبه کرد. برای مثال دو اتومبیل را که در جهتی یکسان در حال حرکت هستند در نظر بگیرید. یکی از آنها با سرعت ۱۱۰ کیلومتر بر ساعت و دیگری با سرعت ۸۰ کیلومتر بر ساعت در حال حرکت هستند. از نظر سرنشینان اتومبیلی که سرعت کمتری دارد، سرعت اتومبیل دیگر ۳۰ کیلومتر بر ساعت است.

اندازه گیری های بسیار دقیق دو دانشمند آمریکایی به نام های مایکلسون و مورلی در سال ۱۸۸۷ میلادی نشان داد که سرعت نور در جهت حرکت اتر یا خلاف جهت حرکت آن تفاوتی ندارد و هیچ چیز وجود اتر را تایید نمی کند. در پایان قرن نوزدهم میلادی اکثر دانشمندان نگران باطل شدن نظریه وجود اتر بودند. تقریباً در همین زمان بود که آلبرت اینشتین دلایلی مبنی بر رد نظریه وجود اتر ارائه داد. اینشتین اعلام کرد که در جهان چیزی مانند اتر وجود ندارد و مفهوم حرکت مطلق، بی معنی است. او همچنین معتقد بود سرعت نور ثابت است و مهم نیست که ناظر با چه سرعتی در حال حرکت است. به علاوه، هیچ ماده ای نمی تواند سریع تر از نور حرکت کند.

در سال ۱۹۰۵ میلادی اینشتین بر اساس نتایجی که بدست آورده بود، نظریه نسبیت خاص را منتشر کرد. او نشان داد که کمیت های فیزیکی مانند جرم، اندازه و زمان نیز مطلق نیستند و با حرکت جسم تغییر می یابند. اگر جسمی با سرعت زیاد حرکت کند، جرم آن افزایش می یابد و کوچکتر می شود.

این تغییرات زمانی که اجسام با سرعت های معمولی حرکت می کنند درخور توجه نیستند. آنها زمانی محسوس می شوند که سرعت حرکت جسم نزدیک به سرعت حرکت نور شود. اتومبیل هایی که در بزرگراه ها با سرعت زیاد حرکت می کنند، سنگین تر و کوتاه تر نمی شوند، ولی تغییر بسیار جزئی در آنها پدید می آید. از طرف دیگر، جرم یک الکترون که سرعت حرکتش ۹۹ درصد سرعت نور است، هفت برابر زمانی می شود که در حال سکون است.

طبق نظریه اینشتین، در حقیقت سرعت هیچ جسمی نمی تواند به سرعت نور برسد. اگر چنین شود، این جسم بی نهایت سنگین می شود و اندازه اش به صفر می رسد. اینشتین متوجه شد که نسبیت خاص رابطه ای میان ماده و انرژی ایجاد و آنها را با هم یکی می کند. به این ترتیب او مهم ترین فرمول علوم نظری یعنی E = MC² را ارائه داد. در این فرمول C سرعت نور و E انرژی ذخیره شده در ماده ای به جرم M است.

اینشتین در سال ۱۹۱۵ میلادی نظریه نسبیت عام را در آکادمی پروس ارائه داد. به این ترتیب او نظریه اش را عام کرد و شتاب و جاذبه را در آن دخیل دانست. او اظهار کرد که نیروی جاذبه، خاصیت فضا و زمان است.

اینشتین نشان داد که فضا در حضور جرم خمیده می شود. همین انحنای فضا است که حرکت سیارات و ستارگان را کنترل می کند. شعاع های نور نیز در اثر انحنای فضای اطراف جسمی که دارای جرم است، خم می شوند. میدان جاذبه قوی اجرامی مثل خورشید می تواند موجب انحنای مسیر شعاع نور شود. در واقع نور در میدان جاذبه خم می شود. به عبارت دیگر جاذبه باعث انحنای مسیر نور می شود. با استفاده از نظریه نسبیت عام می توان مقدار انحنای مسیر شعاع نور را در نزدیکی جسمی سنگی محاسبه کرد.

دانشمندان اثر انحنای نور را به هنگام خورشید گرفتگی مشاهده کرده اند. در واقع اثر انحنای نور، موقعیت ستاره ها را هنگام خورشید گرفتگی اندکی تغییر می دهد.

و در آخر جالب است بداید که نظریه نسبیت اینشتین یکی از مهم ترین دستاوردهای علمی بشر است. این نظریه موجب آغاز تولید نیروی هسته ای شد. ساخت بمب های اتمی و هیدروژنی با بکارگیری نتایج حاصل از این نظریه میسر شده است.