امین حمزه ئیان
تصمیم گرفتم بخشی از پیامد های فیزیک نوین را بنویسم. فیزیک جدید یا نوین در حدود سال های 1900 بعد از فیزیک کلاسیک یا نیوتونی مطرح شد و نشان می دهد که بسیاری از مسائل و رویداد هایی که می شناسیم روندی به کلی متفاوت از چیزی که در ذهن داریم دارند. در فیزیک جدید کمی تخیل کردن پدیده ها دشوار است و بعضی از مسائل را واقعا نمی توان تصور کرد و نیروی تخیل ذهن در برابرشان عاجز می ماند مانند بعد پنجم یا بالا تر.
اما امروز می خواهم به صورت خیلی ساده به بعضی از پیامد های بسیار شگفت انگیز نظریه ی نسبیت خاص و عام اینشتین بپردازم
اینشتین در سال 1905 نظریه ی نسبیت خاص را مطرح کرد که دید ما را به کلی از تغییر داد و پایه ی فیزیک نوین را ریخت. این تئوری به طور کلی در مورد سرعت های بسیار زیاد تا حدود سرعت نور است و بیان می کند که مکان و زمان در هر شی نسبی است یعنی به ناظر بستگی دارد. در تئوری نسبیت سرعت نور را سرعت مطلق می نامیم به طوری که بالا ترین سرعت در عالم به حساب می آید و بیش تر از آن نمی توان سرعت گرفت.
با این فرض اگر ما سرعتمان از صفر صعود کند و بالا رود یعنی سرعتمان بیش تر شود زمان برایمان کند تر می شود مثلا اگر با سرعت حدود 99 درصد سرعت نور با فضاپیمایی حرکت کنیم و داخل این فضاپیما یک ساعت اتمی داشته باشیم و با آن زمان را اندازه گیری کنیم به طوری که زمانی که 68 سال را نشان داد به زمین باز گردیم متوجه می شویم که در زمین حدود 2000 سال گذشته است. در واقع فضانورد از دید خود واقعا تنها 68 سال در فضا بوده است اما چون سرعت آن بالا بوده زمان برایش کندتر از زمین که سرعتی کم داشته پیش رفته است و این پیامد تئوری نسبیت خاص به صورت عملی با آزمایش هایی و مخصوصا با حرکت ذراتی به نام میون ها در جو زمین تصدیق شده است.
پیامد بعدی نسبیت خاص در رابطه با جرم اشیا است به صورتی که اگر سرعت شئ ای هر چه بیش تر شود سنگین تر خواهد شد. مثلا یک جسم حدود 1 کیلویی در سرعت نزدیک به سرعت نور از نظر ما می تواند حدود 60 کیلو شود.
پیامد دیگر این است که هر چه به سرعت نور نزدیک تر شویم اشیا منقبض تر می شوند مثلا یک فضاپیما با طول 70 متر که با سرعتی برابر 99 درصد سرعت نور حرکت می کند از دید ناظر روی زمین که حرکتی ندارد 10 متر دیده می شود.
دقت داشته باشید که اگر شما بر داخل آن فضاپیما بودید هر سه مولفه ی زمان و جرم و فضا برای شما عادی بود یعنی هرگز متوجه این تغییراتی که بیان کردم نمی شدید. این تغییرات تنها از دید ناظری که بیرون است و سرعت کمی دارد دیده می شود و از این رو است که در تئوری نسبیت خاص می گوییم مکان و زمان نسبی است و به ناظر بستگی دارد. مثلا فرض کنید در خیابان هستید و فضاپیمایی با سرعت نزدیک به نور از جلوی شما می گذرد و شما می توانید از پنجره فضانورد را ببینید، در این حالت شما او را می بینید که منقبض شده و به یک حالت خشکیده است و هیچ حرکتی ندارد اما اگر داخل فضاپیما شوید و با همان سرعت حرکت کنید متوجه هیچ گونه تغییری در اجسام نشده و به صورت عادی مثلا می نشینید و یا آب می نوشید، از نظر شما که داخل فضاپیمایید در عرض چند ساعت می بینید که زمین سال ها گشته است و بارها رئیس جمهور ها عوض شدند و بسیاری به دنیا می آیند و سریع در عرض چند دقیقه می میرند در واقع سرعت را بسیار سریع می بینید اما اگر کسی از روی زمین به فضاپیما نگاه کند شاید سال ها یا هزاران سال باید بنشیند تا بتواند ببیند یک فضانورد مثلا یک یک لیوان آب خورد یا یک پلک زد.
اینشتین در سال 1915 نظریه ی نسبیت عام را مطرح کرد که از لحاظ ساختار ریاضی بسیار پیچیده تر از نسبیت خاص است. در نسبیت خاص به مسائلی در رابطه با اجرام بسیار بزرگ مانند خورشید و زمین و اثرات گرانشی آن ها بر فضا و زمان رو به رو هستیم.
نسبیت عام به ما می گوید که هر چه نزدیک به میدان گرانشی قوی تری باشید سرعت زمان برای شما کند تر است. مثلا زمان در پایین کوه به دلیل نزدیک بودن به سطح زمین و میدان گرنشی قوی تر، کند تر از زمانی می گذرد که شما در قله ی کوه باشید. البته توجه داشته باشید که در مقیاس های کوچک مانند آن چه مطرح شد این اثرات واقعا نا محسوس است اما در آزمایش هایی که در این رابطه انجام شده یک ساعت اتمی را در نزدیک زمین و دیگری را در ارتفاعات بسیار زیاد در هواپیمایی حدود 10 کیلومتر بالا تر از سطح زمین قرار دادند و متوجه این تغییر زمان شدند که نشان می داد سرعت زمان در سطح زمین به دلیل وجود گرانش قوی تر، کند تر است.
با توجه به این مسئله بسیار جالب است که در رابطه با اجرامی که نزدیک به سیاه چاله ها هستند تحقیق کنیم زیرا در سیاه چاله ها آن چنان جاذبه زیاد است که حتی نور هم نمی تواند از آن بگریزد.
به همین دلایل در نسبیت خاص و عام است که می گویند رسیدن به سرعت مطلق یعنی نور نا ممکن است زیرا شی ای که به آن سرعت برسد بعد از 99/99 درصد سرعت نور هر چه به سرعتش اضافه کند تنها جرمش بیش تر و طولش کم تر شده و زمان برایش کند تر می شود به همین دلیل است که می گویند زمان برای جسمی در نزدیک سیاه چاله می ایستد. و به همین دلایل است که می گویند رسیدن به سرعت نور ناممکن است زیرا برای رسیدن به 100 درصد سرعت نور ما احتیاج به بی نهایت انرژی داریم تا جسمی به جرم بینهایت را حرکت دهیم و این عملا ناممکن است.
از دیگر پیامد های نسبیت عام این است که امواج الکترومغناطیسی در میدان های گرانشی قوی منحرف می شوند و این پیامد با مواردی طبیعی تصدیق شده است. در این پیامد ما متوجه می شویم که مثلا اگر در یک ستاره ی نوترونی که جرمی بسیار بسیار زیاد دارد و بسیار چگال است و گرانش زیادی دارد باشیم می توانیم پشت سر خود را ببینیم زیرا نور خمیده شده و دور ستاره را زده و از رو به روی ما می گذرد به طوری که ما می توانیم در جلوی خود پشت سرمان را ببینیم.
موارد بالا تنها موارد بسیار اندکی از پیامدهای فیزیک جدید است که سخت انسان را متعجب کرده و دیدگاه های ما را در کل علوم حتی در فلسفه و هنر تغییر داده است. مثلا زمان بررسی ابعاد بالاتر از سه بعد طول و عرض و ارتفاع در فیزیک، می بینیم که سبک کوبیسم به وجود آمده است مانند کار های پیکاسو. زمانی که به بعضی از آثار پیکاسو نگاه می کنیم متوجه می شویم که مثلا چهره ای، در آنِ واحد از چند زاویه کشیده شده است و یا در بخشی از فلسفه ما آنچنان دچار پارادوکس شده ایم که حتی به خیلی از مسائلی که زمانی آن ها را عینی می پنداشتیم چنان شک کرده ایم که دیگر به هیچ چیز را عینی نمی پنداریم و این تنها بخشی از تاثیر علم بر کل علوم و هنر و فرهنگ جامعه ی بشری است.