نسبیت خاص–نقش پوانکاره–تاثیر آن در هنر
🌐نسبیت خاص :
نقش پوانکاره — تاثیر در دنیای هنر — آیا نسبیت قابل حذف است؟
اینشتین نسبیت خاص را در سال ۱۲۸۴/ ۱۹۰۵، یعنی در زمان سلطنت مظفرالدین شاه و انقلاب مشروطه در ایران، ابداع کرد. در آن سالها فیزیکدان ها با معضلی به نام اتر دست و پنجه نرم می کردند. کتابی که در سال ۱۲۹۱/ ۱۹۱۲ درباره تجربه های مرتبط با اتر منتشر شده است، بیش از صد آزمایش را نام میبرد که یکی از آنها آزمایش معروف مایکلسون-مورلی است. اتر ماده ای بود فرضی که عالم را پر کرده بود. این ماده را فیزیکدان های قرن هجدهم و نوزدهم برای توجیه حرکت موجی نور لازم می دانستند می دانست .همه چیز نسبت به اتر حرکت می کرد. اتر دستگاه مختصات لخت مطلق بود. قوانین نیوتن و، بنا به تصور فیزیکدانان پیش از اینشتین، قوانین ماکسول در اتر معتبر بودند. برای نوشتن قوانین در دستگاههای دیگر باید از تبدیل گالیله استفاده می شد. قوانین نیوتن تحت تبدیل گالیله تغییر نمیکردند، اما قوانین الکتریسیته و مغناطیس ماکسول تغییر شکل میدادند، و همین باعث می شد که پیشگویی نظریه ماکسول با نتیجه تجربه ها مغایرت داشت. این مغایرت دردسر فیزیکدان های آن زمان بود، تا اینکه اینشتین نسبیت خاص را مبتنی بر دو اصل ابداع کرد: ۱. اصل نسبیت : دستگاه های لخت همارز هستند و قوانین فیزیک در آنها شکل یکسانی دارند. هیج دستگاه لخت ممتازی وجود ندارد. ۲. اصل ثابت بودن سرعت نور : سرعت نور همواره ثابت است و مستقل است از طول موج، سرعت ناظر، و سرعت چشمه میباشد. هیج سرعتی بالاتر از سرعت نور وجود ندارد. همین دو اصل را پوانکاره هم چند ماه قبل از اینشتین فرمولبندی و منتشر کرده بود. علاوه بر این تبدیل لورنتز را هم به دست آورده بود. اما یک فرق اساسی میان نوشته های پوانکاره، که ریاضیدان و فیزیکدان ارشد بسیار معتبری بود، و رهیافت اینشتین وجود داشت. پوانکاره می دید که در اثر این دو اصل همزمانی مطلق ساعتها به هم میخورد. اما آن را یک اثر مختصاتی میپنداشت، نه یک واقعیت فیزیکی وابسته به خواص فضا و زمان، آنگونه که اینشتین ادعا کرد. امروزه میدانیم که این دو اصل مستقل از یکدیگر نیستند. در واقع اصل ثابت بودن سرعت نور از اصل نسبیت نتیجه می شود.
🛑آیا نسبیت باطل میشود؟
در طول یک صد سال گذشته همواره کسانی بوده اند که نتوانسته اند شهود عام و خاص خود را با مفاهیم و نتایح نسبیت خاص تطبیق دهند و از این جهت کوشیده اند باطل بودن نسبیت خاص را اثبات کنند. در این میان بعضی فیزیکدانان برجسته ای هم بودهاند مانند لویی بریلوئن و یانوشی در مجارستان. اما پیشرفت های فناوری، نه فقط در فیزیک، که در زندگی روزمره آن چنان تاثیر گذاشته است که نمی توان از پذیرش اثرهای نسبتی غفلت کرد
🛰سالها پیش، که اولین بار سامانه ی جهانی مکان یابی (GPS) با چهار ماهواره امتحان می شد، ابتدا مدار مربوط به اثرهای نسبتی را به کار نینداختند. نتیجه این شد که سنجش مکانهای روی زمین اشتباه درآمد.
✅تنها پس از اینکه مدار نسبیتی به کار گرفته شد سامانه درست کار کرد. امروزه GPS در تلفن های همراه و خودروها نصب شده است. رانندگی بدون استفاده از GPS برای بسیاری مشکل شده است. ناوبری هوایی و دریایی مدتهاست که وابسته به GPS و بنابراین نسبیت اند. نسبیت را از زندگی روزمره هم نمی توان حذف کرد. فیزیک ذرات بنیادی، گرانش و کیهان شناسی، اپتیک و فوتونیک و بسیاری زمینه های دیگر که انقلابی در فناوری و صنعت ایجاد کرده اند همگی مبتنی بر نسبیت اند. با این وصف تدریس نسبیت آنگونه که اینشتین آن را ابداع کرد، یا آنگونه که پاولی در اولین متن درسی و دائرةالمعارفی نوشت، با نیازهای روز منطبق نیست.
نسبیت خاص یک نظریه فضا-زمان است، بقیه نظریه های فیزیک را باید در این چارچوب درک کرد، مگر در حضور گرانش، که آن هم تعمیم نسبیت خاص به نسبیت عام است. ما ناظر حرکتهای کاملا متفاوت در روی زمین، اطراف زمین، و در عالم هستیم. چگونه می توان پدیده ها و بازه های زمانی گوناگون در دستگاه های مختلف را به یکدیگر مرتبط ساخت؟ شکل قانون نیوتون در یک ماهواره با روی زمین تفاوت دارد؟ شکل معلاله های الکترومغناطیس ماکسول چطور؟ آیا رفتار ذرات بنیلادی در حالت سکون و غیر سکون متفاوت است؟ آیا آهنگ گذشت زمان روی ماهواره ها با آهنگ ساعتهای روی زمین یکسان است؟ هر اندازه گیری، و هر اقدام روی زمین احتیاج به زمان و همزمان کردن ساعتها در نقطه های مختلف کره زمین دارد.
از کجا بدانیم ساعتی که رادیو تهران اعلام میکند درست است؟ از کجا میدانیم آهنگ ساعت در تهران با آهنگ ساعت در پاریس یکسان است؟ در تراکنشهای مالی سراسر دنیا، که ارزش بورس ها به شدت در نوسان است، زمان و همزمانی نقش حیاتی دارد! چگونه مدیر یک شرکت مالی بزرگ می تواند وارد معاملات بزرگ بورس توکیو بشود بدون اینکه ساعتش بازمان توکیو «همزمان» باشد و ارتباط دیجیتالی بدون تاخیر انجام پذیرد؟
نسبیت خاص به این گونه پرسش ها پاسخ میدهد، و آن هم به طریقی بسیار ساده و باورنکردنی، کافی است اصل نسبیت را به درستی فرمول بندی کنیم. نتیجه این فرمولبندی، که امروزه برای ما بسیار بدیهی است، حکایت از آن دارد که فیزیکدانان قرن نوزدهم و اوائل قرن بیستم عمیقا اشتباه کرده اند. مدلی که به این ترتیب از فضا-زمان و چهارچوب های لخت خواهیم ساخت گستره اعتبار شهود قرن نوزدهم فیزیکدانان، یعنی تبدیل گالیله را هم روشن می کند. در عین حال، از تاریخ علم عبرت می گیریم، و می آموزیم که نظریه هایمان همواره در زمان و مکان و انرژی گستره اعتبار محدودی دارند، و به همین دلیل همواره فرض می کنیم اعتبار آنها مستقل از هر گسترهای است تا از این طریق طبیعت و تجربه به ما بیاموزد که اشتباه میکنیم. همین اشتباه ها است که گستره اعتبار را مشخص می کند، نه مدل به خودی خود. پس مرزی برای نظریه های علمی و مدلهای خود نمی شناسیم تا تجربه و تطبیق با طبیعت این مرز را مشخص کند
.🎨نسبیت در هنر و ادبیات
نظریه نسبیت اندک مدتی پس از پیدایش و گسترش در بین فیزیکدانان، تبدیل به یک موضوع مورد علاقه و مورد بحث در بین متخصصان علوم دیگر، هنرمندان ، نویسندگان و حتی عموم جامعه شد. نمونه های بسیار زیادی از انعکاسی نسبیت را در آثار مختلف می توان دید که در اینجا یکی دو مثال را ذکر می کنیم:
سالوادور دالی نقاشی مشهور سورئالیست اسپانیاییی در برخی کارهایش به طور مستقیم یا غیرمستقیم به نسبیت اشاره دارد. مثلا در تابلوی The Persistence of Memory” که در سال 1931 کشیده شده است با نمایش ساعتهای از شکل افتاده اشاره به نسبی بودن زمان دارد. (به تعبیر برخی منتقدان هنری)
خورخه لوئیز بورخس اهل آرژانتین از تواناترین نویسندگان آمریکای لاتین و یکی از برجسته ترین داستان نویسان قرن بیستم به شمار میرود. بورخس در یک داستان کوتاه تخیلی به نام “Tlon, Uqbar: Orbis Tertius” از یک دنیای خیالی صحبت میکند به نام Tlon که در آن گستردگی فضایی وجود ندارد بلکه هر چیز گسترده در فضا در واقع دنباله ای از رویدادها در زمان است. پس از مطالعه کتاب خواهید دید که این جمله بسیار نزدیک به گزاره های نسبیتی است.
❓نقش پوانکاره و لورنتز در ابداع نسبیت
گاهی این سوال که نظریه نسبیت خاص را پوانکاره و لورنتز ابداع کردند یا اینشتین، مطرح می شود. بر مبنای شواهد تاریخی نشان داده میشود که پوانکاره ولورنتز تا سال ها پس از انتشار مقاله اینشتین از قبول این نظریه امتناع می کردند. دلیل این امر در تغییر محتوای مفاهیم زمان و مکان جستجو می شود.(البته این مساله یک مناقشه تاریخی دارد که تا چه حد پوانکاره در این نظریه نقش اساسی ایفا نمود و حتی برخی او و لورنتز را پیش از اینشتین صاحب این نظریه می دانند،که از ورود به این بحث اجتناب میکنیم)
در قرن نوزدهم تردیدی در واقعیت وجود اتر نبود. در دهه های آخر این قرن، اندازه گیری سرعت حرکت زمین در اتر کانون توجه پژوهشگران فیزیک قرار داشت. آزمایش های فراوانی برای اثبات این حرکت ابداع شد و لازم بود برای توضیح نتیجه منفی این آزمایش ها به تعداد خود آنها فرضیه پیش کشیده شود. اکثر این آزمایش ها برای اندازه گیری اثرهای مرتبه (به سرعت زمین در اتر) طرح می شدند. سرانجام لورنتز طی دو رشته بررسی بنیادی (در سالهای ۱۸۹۲ و ۱۸۹۵) نشان داد که یک نظریه الکترون با فرمولبندی صحیح، که در آن معادلات ماکسول با فرض هایی در مورد توزیع میکروسکوپی بار و دینامیک الکترون تکمیل شود، برای همگی اینگونه آزمایش ها نتیجه ای منفی پیشگویی میکند.
📙منابع و مطالعات بیشتر در مورد نسبیت:
https://physics.stackexchange.com/questions/1061/why-does-gps-depend-on-relativity
۲
http://physicsbuzz.physicscentral.com/2008/12/einstein-controversy.html
www.btinternet.com/j.doyle/Sr/sr1.html math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SR/experiments.html www.tat.physik.uni-tuebingen.de/weiskopf/sr/ www.cco.caltec.edu/physl/java/physl/Einstein.html www.aip.org/history/einstein/ein-info.htm www.anu.edu.au/physics/savage/TEE www.princetonhistory.org www.adamauton.com/warp www.alberteinstein.info
⬇⬇
