نسبیت خاص: تفاوت بین نسخه‌ها

از ویکی نجوم
پرش به: ناوبری، جستجو
(منبع)
(منبع)
سطر ۶۳: سطر ۶۳:
 
2. کتاب مبانی فیزیک نوین/ نویسندگان: ریچارد وایدنر - رابرت سلز
 
2. کتاب مبانی فیزیک نوین/ نویسندگان: ریچارد وایدنر - رابرت سلز
  
3.[ http://www.phys.vt.edu/~takeuchi/relativity/notes/section13.html ویرجینیا تکنولوژی]
+
3.[http://www.phys.vt.edu/~takeuchi/relativity/notes/section13.htmlویرجینیا تکنولوژی]

نسخهٔ ‏۱۳ دسامبر ۲۰۱۲، ساعت ۰۹:۳۷

نسبیت خاص

آلبرت اینشتین در اوایل سده ی بیستم با یافتن راهی جدید و بهتر برای ادراک جهان فیزیکی تصور انسان را از چگ.نگی کار جهان به طور اساسی دگرگون ساخت مدتها بود که در آزمایشگاههای فیزیک چندین نتیجه عجیب به ویژه در ارتباط با خواص نور به دست آمده بود اینشتین دریافت که اگر ماهیت نور متفاوت ازان باشد که قبلا فیزیکدانها فرض می کردند. درک بسیاری از این پدیده ها آسانتر خواهد بود. [1]

به طور کلی مشاهده و بررسی پدیده ها از نظر دو ناظر که نسبت به هم با سرعت ثابت حرکت می‌کنند را نسبیت خاص می‌گویند.

اصل اول

قوانین فیزیک در تمام دستگاه‌های لخت، یکسان یا هم وارد هستند. یعنی شکل ریاضی یک قانون فیزیکی یکسان باقی می‌ماند.

اصل دوم

سرعت نور در خلأ مقداری ثابت و مستقل از دستگاه لخت، چشمه و ناظر است. [2]

تصورات پیشینیان

یک قرن پیشتر معلوم شده بود که نور در قالب پدیده ای موجی با نوسانهای فوق العاده سریع قابل شناخت است آزمایشهایی که ارتباط میان مغناطیس و بار الکتریکی را نشان دادند دلایلی بودند بر وجود تابش الکترومغناطیسی که میدانهای الکتریکی و مغناطیسی نوسان کننده را در بر می گیرد و ما آن را به صورت نور شامل نور مرئی تابش رادیویی پرتوهای x و پرتوهای دیگر حس میکنیم . اما اگر این تابشها به صورت موج باشند ،می باید در یک محیط منتشر شوند درست همان طور که آب موجهای روی دریاچه را منتقل می کند و هوا موجهای صدا را از یک سو به سوی دیگر می رساند.از این رو فیزیکدانها به این اندیشه افتادند که می باید در فضا ماده ای فراگیر وجود داشته باشد تا محیطی برای انتشار امواج نور تدارک ببیند. آنها این ماده را اتر نامیدند اما ماهیت اتر مرموز و تا حدی نامتقاعد کننده باقی ماند. آیا زمین در گردش خود بر گرد خورشید اتر را میشکافد؟ آیا خورشید نیز در سیر سریع خود در میان ستارگان راه خود را از میان اتر می گشاید؟فیزیکدانها استدلال می کردند که ظاهرا چنین است،چرا که در غیر این صورت نور نمیتوانست در فضا منتقل شود و ما در ظلمت ابدی به سر می بردیم.[1]


ثابت بودن سرعت نور

به نظر می رسد که اینشتین کلید راهیابی به نسبیت را از آزمایشی برگرفت که برای آشکار ساختن اتر انجام شده بود درست پیش از آغاز قرن حاضر دو فیزیکدان امریکایی به نامهای مایکلسون و مورلی ابزارهای نوری پیچیده ای را به کار گرفتند تا اثرات حرکت زمین در میان اتر را اندازه گیری کنند آنها با شگفتی دریافتند که نه تنها اثری ناشی از وجود اتر مشهود نیست بلکه حتی هیچ گونه اثری هم که منتج از حرکت زمین در میات اتر باشد وجود ندارد.ظاهرا برخلاف آنچه عقل سلیم حکم می کرد، سرعت اندازه گیری شده ی نور چه در راستای نور چه در راستای حرکت زمین و چه عمود بر این راستا یکسان بود. این امر بدین اندازه تعجب اور است که ببینیم سرعت هواپیمایی بی توجه به سرعت و راستای وزش باد همواره به یک مقدار است . مثال مشابه دیگر برای درک نتایج اکتشاف مایکلسون و مورلی این است که فرض کنیم اتومبیلی با سرعت 150 کیلومتر در ساعت حرکت می کند و در این اثنا یکی از سرنشینان اتومبیل تفنگی را در راستای حرکت اتومبیل نشانه می رود و گلوله ای با سرعت مثلا500 متر در ثانیه (یا 1800 کیلومتر در ساعت) شلیک می کند . ناظری که در کنار جاده قرار دارد و ساکن است سرعت گلوله را 1950=1800+150 کیلومتر در ساعت اندازه می گیرد. اما اگر راننده چراغهای جلوی اتومبیل را روشن کندبرای ناظر سرعت نور این چراغها همان است نه 150+c کیلومتر در ثانیه ( c نماد سرعت و مقدار آن 300،000 کیلومتر در ثانیه است). به همین ترتیب اگر چراغهای عقب این اتومبیل روشن شوند باز سرعت نور c خواهد بود نه 150- c کیلومتر بر ثانیه علاوه بر این سرعت نور نسبت به خود اتومبیل نیز همواره c است.[1]

نظریه نسبیت خاص

اینشتین در یافت که آزمایش مایکلسون-مورلی دلیلی است بر این که نور نه مثل هواپیماست و نه مثل گلوله که در محیطی حرکت می کند یا موجی که در روی حوض اجرا می شود. بلکه نور بدون نیاز به محیط در فضای تهی سیر میکند وانگهی نور ویژگیهای بنیادی معین و غیر عادی دارد که با ماهیت اساسی ماده فضا و زمان گره خورده است. اینشتین به این نکته پی برد که سرعت نو یک کمیت بنیادی است وی دریافت که نتایج حاصل از این نظریه تماما با هم سازگارند و راهی نو برای شناخت طبیعت فراهم می کنند. برداشتن نخستین گامها در را آشنایی با نسبیت تنها هنگامی میسر است که دریابیم در این راه عقل سلیم چندان قابل اعتماد نیست ثابت بودن سرعت نو که واقعیتی اثبات شده است با عقل سلیم همخوان نیست چرا که این واقیع با تجربه ی معمولی ناسازگاری دارد اما این هشداری است بی شبهه که در شاخت مفاهیم غایی فیزیک بر آنچه که باید تکیه کنیم ریاضات دقیق و آزمایشها هستند نه پیشداوریهای مبتنی بر تجربیات عادی...[1]


اثر زمان

اینشتین نشان داد که ثابت بودن سرعت نور توام با فرمولبندی دقیق تعاریف و اندازه گیریهای مربوط به مفاهیم بنیادی طول ،زمان و جرم چگونه در بررسی سرعتهای نزدیک به نور به نتایج شگفت آوری منجر می شود .

نتایج اساسی کشف اینشتین چنین است: اگر جسمی سرعت بگیرد و به سرعت نور نزدیک شود زمان اندازه گیری شده به وسیله ی ناظر ساکن با زمان اندازه گیری شده به توسط شخصی که با آن جسم حرکت میکند متفاوت است برای مثال اگر اتومبیلی بتواند با سرعت مثلا 90 درصد سرعت نور حرکت کند ناظر ساکن در کنار جاده احساس میکند . که ساعت نصب شده بر روی اتومبیل درست کار نمیکند چرا که به نظر او این ساعت عقب می ماند البته این ساعت نیست که کند کار میکند بلکه خود زمان کند می شود و اگر راننده اتومبیل زمان را اندازه گیری کند، چیزی عجیب و غیر عادی در ساعت خود نمیبیند.با وجود این هنگامی که اتومبیل به نقطه آغاز حرکت باز میگردد و متوقف میشود راننده آن (بسته به اینکه چه مدت در سفر بوده ) از ناظری که ساکن بوده است. چند دقیقه جوانتر خواهد بود. ممکن است این را باور نکنید اما چنین پدیده هایی روی می دهند و کند شدن زمان حتی در ساعتهایی که بر سفینه های در حال گردش به دور زمین نصب شده اند اندازه گیری میشود. میزان کند شدن درست به همان مقداری است که اینشتین در سال 1905 پیش بینی کرده بود.[1]


اثر طولی جسم

اثر شگفت آور دیگر به طول جسمی که با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت می کند مربوط میشود. در همان مثال پیش که اتومبیل مسابقه ای با سرعت 90 درصد سرعت نور حرکت می کرد ناظر ساکن با تعجب می بیند که طول اتومبیل کوتاهتر می شود و به نصف طول معمولی آن میرسد، اتومبیل پهنتر نیز دیده می شود. اما طول آن در راستای حرکت به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. البته راننده اتومبیل هیچ تغییر غیر عادی احساس نمی کند فیزیکدانان این اثر انقباض نسبیتی طول را نیز در آزمایشگاه اندازه گیری کرده اند.[1] این اثر در فیزیک نظری به انقباض لورنتز مشهور است [3]

اثر جرمی جسم

سومین اثر به جرم مربوط است. اینشتین نشان داد که جرم جسم متحرک از نظر ناظر ساکن به سرعت آن جسم وابسته است . برای مثال اگر وزن اتومبیل مسابقه ای فوق مثلا 500 کیلو گرم باشد، هنگامی که سرعت اتومبیل به 90 درصد سرعت نور می رسد، وزن ان نیز دو برابر می شود و به 1000 کیلوگرم می رسد. پس سه پیشگویی اساسی نظریه ی نسبیت خاص که اثرات مهم ناشی از حرکت در سرعتهای نزدیک به سرعت نور هستند از نظر ناظر ساکن عبارتند از: زمان کند می شود، طول در راستای حرکت منقبض می شود و جرم افزایش می یابد . به طوری که برای جسمی که تقریبا با سرعت نور حرکت می کند زمان تقریبا متوقف میشود جسم به صورت صفحه ای پهن می شود و جرم تقریبا بی نهایت می شود. ( این پدیده ها از نظر ساکن چنین است.)[1]


جستارهای وابسته

منبع

1. کتاب ساختار ستارگان کهکشان ها نوشته پاول هاج / ترجمه توفیق حیدرزاده

2. کتاب مبانی فیزیک نوین/ نویسندگان: ریچارد وایدنر - رابرت سلز

3.تکنولوژی