📚 از "هیچ" تا "هیچ"؛ نگرشی نو بر خلقت و ابدیت جهان هستی

📎 قسمت دوازدهم: در تار و پود فضا-زمان - بخش دوم

🆔 @Physics3p

🔹برداشتِ انیشتین این بودکه، اینکه c کران دار و ثابت است یعنی ما باید دوباره راجع به چیزهایی که پیشتر آنها را واضح میپنداشتیم تفکر کنیم! در نهایت او نتایج منطقیِ قضیه را بررسی کرد و دریافت که نه تنها بازه های زمانی، بلکه فاصله هایی که در یک چارچوبِ لَخت سنجید شوند، با آنهاییکه در چارچوبِ لختِ دیگری سنجید شوند متفاوت است و این تفاوت وابسته به سرعتِ این دو چارچوبِ لخت نسبت به یکدیگر است! این تغییرات نسبی طول و زمان با نسبتی که لورنتز و جرالد نشان دادند(قسمتِ دهم) قابل اندازه گیری هستند. بازه هایِ فضایی منقبض میشوند و زمان کِش میاید و هردو به یک مقدار؛ تا عددِ سرعتِ نور را برای دو ناظر که نسبت به هم در حال حرکت باشند ثابت نگاه دارند!

🔸شاید با یک مثال این موضوع بهتر برایتان جا بیافتد! در پرتوهای کیهانی ذره ای بنام «میون» وجود دارد. یک میون در حالتِ عادی(حالت سکون یا حالت یکسان نسبت به ما) تنها یک میلیونم ثانیه عمر میکند‌. این زمان به اندازهٔ کافی کوچک است!
حال فرض کنید شما یک میون بودید که در لایه های بالاییِ جوِ زمین، و در فاصله ۲۰ کیلومتری از سطح زمین متولد شده اید و با سرعت نور، یعنی سرعت تقریبی ۳۰۰ هزار کیلومتر در ثانیه بسمت زمین حرکت میکنید. با این حساب، یعنی با در نظر گرفتن طول عمرتان و سرعت حرکت شما و قرار دادن آن در رابطهٔ سرعت، شما تنها ۳۰۰ متر قادرید حرکت کنید تا به آرامش ابدی برسید(بمیرید)!

🔹اما جالب است بدانید همین حالا میون هایِ پرتوهایِ کیهانی در اتاق شما حضور دارند و با داشتن چنین عمر کوتاهی، توانستند فاصلهٔ فرضی ۲۰ کیلومتری از شمارا طی کنند!!
چه اتفاقی افتاده؟! در حالتِ عادی بنظر این عجیب و غیر ممکن میرسد. اما با در نظر گرفتنِ اصول نسبیتی، یعنی اینکه طول ها با افزایش سرعت منقبض میشوند و زمان نیز کِش میاید، میتوان این پدیده را توضیح داد. چیز عجیبی رخ نداده! میونِ داستان ما همان یک میلیونم ثانیه عمر میکند اما چیزیکه ساعت آن اندازه میگیرد، با آنچه که شما برای آن اندازه میگیرید، متفاوت است! برای اون همان یک میلیونم ثانیه گذشت، اما برای شما کمی دیرتر!
همچنین او فاصله ۲۰ کیلومتر را کمتر از مقدارِ ۲۰ کیلومتری که شما برای آن اندازه میگیرید، میسنجد. چون طول نیز برای آن منقبض شده است.

💢 فضا-زمان

🔸اما چطور این اتفاقات میافتد؟ چرا حرکت در فضا باید زمان را نیز دستخوش تغییر کند؟ انیشتین بدین موضوع پی برد که مفهوم و ارتباطی ژرف میان فضا و زمان وجود دارد. سپس ریاضیدان آلمانی و استاد انیشتین، "هرمان مینکوفسکی"، متوجه شد که اگر فضا و زمان را چهاربُعدی و بصورتِ مفهوم چهاربُعدیِ فضا-زمان در نظر گیریم، این مشکل حل میشود.

🔹همهٔ ما با قضیهٔ فیثاغورس در دوبُعد(صفحه) آشنایی داریم. این قضیه میگوید مجموعِ مربعِ مقدار طول(x) و عرض(y) برابر است با مربعِ مقداری ثابت که بدین صورت:«x²+y²=s²» نیز بیان میشود. همچنین این قضیه را با افزودن یک بُعد اضافی، میتوان در سه بُعد نیز چنین درنظر گرفت:«x²+y²+z²=s²» که در هر چارچوبِ لختی همواره برقرار است.

🔸در نسبیتِ خاص وقتی از یک چارچوب به چارچوب دیگر برویم، این مقدار بی تغییر نخواهد بود. هرچند ساعت ها هم با سرعت های متفاوتی حرکت میکنند!
مینکوفسکی نشان داد که این ترکیبات از فضا و زمان در دو چارچوب بی تغییر باقی میماند(با افزودن بُعد زمان به قضیه طول، رابطه فیثاغورس چنین بیان میشود که نشان دهنده ارتباط میان فضا و زمان بصورت هندسی است):«x²+y²+z²-c²t²=s²» که c همان سرعت ثابت نور است. مینکوفسکی پیشنهاد داد که فضا و زمان را مفهوم چهاربُعدیِ واحدی بنام فضا-زمان بدانیم!
علامتِ منفیِ پشتِ زمان نیز ارتباط مکملیّت میان فضا و زمان که پیشتر بیان کردیم را نشان میدهد.

🔹اما چیزی که نبودِ آن در اینجا(در نسبیت خاص) بشدت احساس میشود، گرانش یا شتاب است!
گرانش همواره برای هر جرمی وجود دارد و نسبیت نیز به ما میگوید جرم و انرژی در حقیقت یک چیزاند با دو چهرهٔ متفاوت. پس نیروی گرانشی ستارگان و سیارات، همواره بر نور که خود از جنس انرژی است اثر میگذارد. این نیرو طبق قوانین نیوتن باعث شتاب(در اینجا تغییر جهت حرکت نور) و خمش آن میشود.
درهرحال این تأثیرات گرانشی حائز اهمیت است که در ادامه انیشتین، پس از ۱۰ سال با ارائه نظریهٔ نسبیتِ عام خود آن را اصلاح کرد!!

👈🏻 این نظریه مفهوم فضا-زمان را بیش از پیش برای ما تبیین میکند و ما نیز از آن کمک خواهیم گرفت تا به هدفِ اصلی خود، یعنی رسیدن به "هیچ" در تار و پود بافت فضا-زمان، و ماهیت آن دست یابیم!!

ادامه دارد....

✍ نوشتهٔ A.M.H

⚛ https://t.me/physics3p