( شنبه 31 ارديبهشت 1385 )- امير سجاد رضايي در اين مقاله سعي شده است تا از محاسبات سخت رياضي استفاده نشود .زيرا دربعضي از معادلات محاسباتي مانند نسبيت عام که شرح داده خواهد شد معادلات بسيار پيچيده رياضي به چشم مي خورد .بسم الله الرحمن الرحيم با عرض پوزش از آقاي امير سجاد رضايي.اين مقاله قرار بود تا در آغازين روزهاي نوروز در سايت قرار گيرد که بنا به دلايل فني اين امر ميسر نشد.( مقاله کامل) در مرحله ي اول عيد نوروز را به هم وطنان عزيرم تبريک مي گويم و آرزو مي کنم که در تمام زندگي موفق باشيد .به لطف خدا در اين مقاله سعي کرديم تا بتوانيم در رابطه با سياهچاله و مباحث مرطبت با آنها توضيحي هر چند اندک داده باشيم .اين مقاله در سه بخش مجزا از هم ارائه شده است .1 - فصل اول که مختصري از مرگ يک ستاره را به نمايش مي گذارد 2 - فصل دوم نيز اطلاعاتي در زمينه مباحثي که براي شرح سياهچاله به ما کمک مي کنند به ما مي دهد .3 - نهايتا" در اين فصل يک سياهچاله شرح داده مي شود .در اين مقاله سعي شده است تا از محاسبات سخت رياضي استفاده نشود .زيرا دربعضي از معادلات محاسباتي مانند نسبيت عام که شرح داده خواهد شد معادلات بسيار پيچيده رياضي به چشم مي خورد .اگر از اين فرمول ها استفاده مي شد باعث سردرگمي بعضي از خوانندگان مي شد .با اين وجود نتايج اين محاسبات در متن مقاله به چشم مي خورد .با اين وجود مؤلف اميدوار است که اين مقاله در کل مفيد واقع شود .با تشکر و آرزوي شادي امير سجاد رضايي
فصل اول : سرگذشت مختصري از مرگ يک ستاره
مسلما" تا کنون هر يک از انسان تا حدي با قوانين گازها حتي در حد تجربي سر و کار داشته اند .يکي از اين قوانين که با استناد به آزمايش در آزمايشگاه ثابت مي شود اين است که يک گاز هر گاه در فضاي ظرفي قرار گيرد به طور يکنواخت در آن ظرف پخش مي شود .اين اثر را مي توانيم بعينه در فضاي اطراف خود مشاهده کنيم .اما اين قانون به ظاهر ساده فقط در محيط ما صادق است .اگر کمي از محيط زمين تجاوز کنيم و به محدوده ي گازهاي ميان ستاره اي در فضاي بيکران پاي بگذاريم متوجه خواهيم شد که اين قانون ديگر براي ابرهاي عظيم درست نيست .زيرا آنها از قانون ديگري پيروي مي کنند .در اين ابرها دما به قدري است که ديگر انرژي جنبشي مولکول هاي گاز به حدي نيست که بتوانند از ابر بگريزند در اين شرايط آنها تحت تأثير گرانش ابر به کانون آن که عمدتا" در مرکز ابر است سقوط مي کنند .در اين صورت ابر در خود جمع خواهد شد البته بايد براي اين حرف يک تبصره نيز بياوريم .ابر مورد نظر ما بايد داراي شرايطي باشد از جمله اينکه بايد شعاع آن از مقداري معين که با توجه به جرم مولکولهاي گاز ، چگالي و دماي آن تعيين مي شود تجاوز کند .در مرکز اين ابر آنقدر مولکول هاي بر روي هم ديگر سقوط مي کنند تا اينکه آن ابر عظيم گذشته تبديل به يک توده مي شود در اين شرايط آن قدر اين مولکول ها با هم برخورد مي کنند که ابر گرم مي شود .ميزان اين برخورد ها به حدي افزايش مي يابد که گرماي حاصل از آن بسيار زياد مي شود .اين گرما به حدي است که به اتم هاي هيدروژن که بخش اعظم ابر را تشکيل داده اند ، اجازه مي دهد که با يکديگر واکنش گداخت هسته اي را انجام دهند .حاصل اين واکنش تبديل چهار اتم هيدروژن به يک اتم هليم و يک نوترينو و مقداري انرژي است .4H = He + neutrinos + energy حال ممکن است در ذهن شما اين هر انساني اين سؤال تداعي شود که چگونه ممکن است جرم به انرژي تبديل شود در اين شرايط بايد فرمول معروف آلبرت اينشتن دانشمند بزرگ همه ي دوران فيزيک را به ياد آوريم که مي گويد جرم و انرژي با هم ، هم ارز هستند .اين رابطه به صورت زير است .در اين رابط c سرعت نور است که برابر 300000 کيلومتر بر ثانيه است .E=mc² با محاسباتي ساده به نتايج زير مي رسيم .جرم چهار اتم هيدروژن = 27 - ^ 10 × 6.693 کيلوگرم جرم يک اتم هليم = 27 - ^ 10 × 6.645 کيلوگرم جرم گم شده = 27 - ^ 10 × 0.0048 کيلوگرم جرم گم شده تبديل به انرژي شده است .در مرکز هر ستاره در هر ثانيه واکنش هاي پيوسته گداخت انجام مي گيرد که انرژي توليد شده توسط آنها ميليون ها برابر قدرتمند تر از انرژي زرادخانه هاي اتمي در زمين است در طي اين واکنش گرماي عظيمي توليد مي شود که ستاره را در برابر گرانش خودش محافظت مي کند تا اينکه زير اين فشار منفجر نشود .اما سرانجام هر آغازي پاياني خواهد داشت .سوخت يک ستاره ي معمولي مثل خورشيد بعد از 10 ميليارد سال به اتمام خواهد رسيد .هدف اصلي اين بخش از اين تحقيق بررسي زماني است که سوخت يک ستاره به اتمام مي رسد .در چنين شرايطي که ستاره چند ميليون سال پاياني عمر خود را مي گذاراند منبسط مي شود و درجه حرارت آن افزايش مي يابد براي مثال وقتي ستاره اي چون خورشيد به پايان عمرش نزديک مي شود چنان منبسط مي شود که مدار عطارد و زهره را فرا مي گيرد و به مدار زمين مي رسد در اين شرايط هر روز خورشيد تقريبا" سه چهارم آسمان زمين را فرا خواهد گرفت .ولي در آن روزگار مسلما" هيچ انساني زنده نخواهد بود .زيرا از آن حرارت وحشتناک هلاک خواهد شد .حتي سخت جانترين باکتري ها نيز که در شرايط نا به سامان براي خود هاگ مي سازند از بين خواهند رفت .به همين جهت در فکر است که بتواند براي سال هاي آتي خود پناهگاهي جز زمين بيابد .حال چنين ستاره اي پس از آنکه منبسط شد سعي مي کند تا هليوم را به عناصر سنگين تر مانند کربن و اکسيژن تبديل کند .ولي اين واکنش ها انرژي زيادي مثل تبديل هيدروژن به هليم توليد نمي کنند .به همين سبب اين ستاره که غول سرخ ناميده مي شود نا پايدار است .سرانجام اين ستاره زير بار گرانش تحمل نمي کند و در يک انفجار نواختري يا نوايي پوسته خود را به دور مي اندازد البته اگر اگر ستاره جرمي بيش از سه برابر خورشيد داشته باشد در يک انفجار ابرنواختري يا سوپرنوايي از بند حفاظ گازي خود رها مي شود .اين انفجار به طرز باورنکردني درخشان و تابناک است به طوري که ممکن است روشنايي آن 100 ميليون برابر خورشيد باشد البته آن بسيار کم است و فقط براي روزها و يا ماه هاي کمي قابل رؤيت است .اين انفجار يکي از نادرترين واقعه هاي جالب نجومي است .در اين انفجار نهيب تنها چيزي که امکان دارد باقي بماند هسته ي ستاره است .در ستاره اي همچون خورشيد هسته باقيمانده که تقريبا" نصف جرمش را تشکيل مي دهد تا پس از انفجار تا مرز 7 ^ 10 متر فشرده مي شود در اين شرايط براساس رابطه لوئي دوبروي انرژي جنبشي الکترون ها افزايش مي يابد و براي آنها فضار ايجاد مي کند ولي نيروي اين فشار به حدي نيست که بتواند بر اوربيتال آنها بر گرداگرد هسته غلبه يابد کند ولي تنها کاري که مي کند آنها را تا يک صدم شعاع اتمي خود فشرده مي کنند .در اين صورت اين ستاره فشرده گرانش قابل توجهي دارد براي درک بهتر آن خورشيدي را در نظر بگيريد که در اين شعاع اندک فشرده شده باشد .در اين وضعيت چگالي اين جسم بسيار زياد است به طوري که جرم يک قاشق چايخوري از آن همانند جرم يک کاميون 18 چرخ در روي زمين است اين جسم يک کوتوله سفيد ناميده مي شود اگر يک پرتو نور از کنار يکي از آنها به جرم 30 ^ 10 × 1.99 بگذرد در مسيرش چهار ساعت و يک دقيقه ( واحد درجه ) انحنا ايجاد مي شود .حال اگرهسته ي باقيمانده پس ا انفجار 1 تا 1.5 (حد چاندرا اسکر براي کوتوله سفيد ) برابر خورشيد جرم داشته باشد وضعيت کاملا" فرق مي کند .در نوع از ستاره ها فوريزي حاصل از گرانش آن قدر ادامه مي يابد که فشار الکترون ها قادر به مقابله با آنها نيست .در اين شرايط بغرنج الکترون ها از اوربيتال هاي خود خارج شده و جذب پروتون ها مي شوند در نتيجه نوترون ها زاده مي شود .اگر بخواهيم کمي دقيق تر بررسي کنيم نوترون ها بر اثر متحد شدن الکترون ها و پروتون ها و هم چنين اثر معکوس فروپاشي بتا شکل مي گيرند .در هنگام فضايي در اختيار نوترون ها قرار گرفته است که در جاي خود فشرده شوند .اين ها به حدي فشرده مي شوند که تقريبا" در هر مترمکعب از ماده اين ستاره 17 ^ 10 کيلو گرم جرم دارد .اين فشرده گي به حدي زيادي است که به ذهن هيچ انساني خطور نمي کند يک قاشق چاي خوري از ماده ي آنها تقريبا" به اندازه ي يک ميليون کاميون 18 چرخ در روي زمين جرم خواهد داشت .اين ستارگان در هنگام تولد دماي بالايي دارند و تابش مي کنند اماپس از گذشت زمان به شدت دمايشان کاهش يافته و در نتيجه سرد مي شوند .اين ستاره ها اغلب به صورت پالسار ديده مي شوند .پالسار نوعي ستاره ي نوتروني است با اين تفاوت که داراي اسپين و چرخش است .اين ها در حوضه ي پرتوي ايکس اشعه ساتع مي کنند که به صورت مخروطي سو سو زنان مشاهده مي شود اين چرخش ها باعث مي شود که ميدان مغناطيسي آن نيز به موزات آن داراي اسپين باشد .موضوع جالب ديگر در زمينه ي اين ستاره هاي نوتروني حرکت سريع آنها در فضا است .دليل اين حرکت را با توجه به ابرنواختري که ستاره در آن زاده شده است توجه مي کنند و مي گويند که ضربات انفجار اوليه در همان يک ثانيه ي نخست است به آنها سرعت مي دهد که تقريبا" 500 کيلومتر بر ثانيه به سرعت آنها مي افزايد اين مطلب در سال 2003 توسط دانشمندان آمريکايي و آلماني تأييد شد .نمايي از اثر و رد حرکت سريع يک ستاره نوتروني که مانند حبابي در پشت آن ايجاد شده است .پالسارها داراي ميدان مغناطيسي هستند که در گذشته ( پيش از سال 2001 ) به طور غيرمستقيم ميدان آنها اندازه گيري مي شد اما پس از آنکه در سال 2003 تلسکوپ XMM - Newton با کار دوساله ي خود برروي آنها ميدان آنها را به طور مستقيم مشخص ساخت ، معلوم شد که روش مستقيم ميدان را 30 برابر ضعيف تر از روش غيرمستقيم نشان مي دهد .پالسارها با سرعتي باور نکردني به دور خود مي چرخند براي مثال پالسار ابرسرطان در هر ثانيه 33 مرتبه به دور خود مي چرخد .ستاره نوتروني لکه نوراني در مرکز تصوير است که از رصدخانه XMM-Newton ديده مي شود همانطور که ذکر شد اين ستاره ها چگالي بسيار زيادي دارند در نتيجه ي بايد جرمشان نيز بسيار باشد ( با توجه به حجمشان ) با تکيه با اين مطالب مي توان گفت که يک ستاره ي نوتروني به جرم خورشيد و شعاع 10 کيلومتر در مسير يک پرتوي نور 46 درجه انحنا ايجاد مي کند .تصوير زير به شما به خوبي مسير حرکت اطراف اجرام مختلف آسماني از جمله يک ستاره و يک کوتوله سفيد ، همچنين يک ستاره نوتروني را نشان مي دهد .در اين تصوير اشاره اي به سياهچاله نيز شده است .در اين فصل قصد نداريم به بحث در زمينه ي سياهچاله بپردازيم .زيرا موضوع اصلي اين مقاله در زمينه سياهچاله است و در يک فصل مجزا کامل شرح داده خواهد شد .ولي براي درک بهتر اين تصوير بد نيست که بدانيم سياهچاله يکي از حالت رمبيده از ستاره ها است که از ستاره هاي نوتروني و کوتوله هاي سفيد بسيار پر جرم تر است و هيچ چيزي حتي نور قادر به گريز از آن نيست .همچنين در اين تصوير دو ستاره ي نوتروني به نمايش گذاشته شده است يکي پر جرم و ديگري تقريبا" کم جرم .آن تصوير که مربوط به ستاره ي نوتروني کم جرم است همان کوتوله سفيد است زيرا بعضي از دانشمندان آن ها را يکي فرض مي کنند و مي گويند که کوتوله سفيد حالتي از ستاره نوتروني است .
فصل دوم : مفاهيم مربوط به سياهچاله
براي درک بهتر سياهچاله لازم است نگاهي هر چند مختصر به دو نظريه ي انقلابي قرن حاضر يعني نسبيت و مکانيک کوانتوم بيندازيم .هر دو نظريه از جنبه اي خاص در درک سياهچاله به ما کمک مي کنند ؛ اما به اين دليل که اصولا" خود سياهچاله را مي توان محصول نظريه ي نسبيت عام دانست به نسبيت عام در اين بحث بيشتر بها داده خواهد شد .از سوي ديگر براي دانستن نظريه ي نسبيت عام لازم است تا جنبه هايي از نسبيت خاص را به رشته ي تحرير در آوريم .هر چند که امروزه گروهي از دانشمندان نسبيت خاص را صورت ويژه ي از نسبيت عام مي دانند .همچنين براي شرح برخي از خواص سياهچاله ها لازم است تا پيش زمينه اي از مکانيک کوانتوم به خصوص اصل عدم قطعيت ورنر هاينزبرگ داشته باشيم تا بتوانيم خاصيتي از سياهچاله چون تابش هاوکينگ را شرح دهيم .اصل عدم قطعيت ورنر هايزنبرگ نسبيت خاص نسبيت عام مفاهيم مربوط به سياهچاله بخش اول : نسبيت خاص Special Relativity « او تجسم خرد ناب بود، استادى كه انگليسى را با لهجه آلمانى تكلم مى كرد، كسى كه چهره اش به عنوان يك كليشه خنده دار در هزاران عكس و فيلم به نمايش درآمده است.سيماى منحصر به فرد او با آن موهاى بلند و آشفته بلافاصله قابل تشخيص بود » درست 101 يک سال پيش بود که آلبرت اينشتن با انتشار چند مقاله به شهرت جهاني رسيد ؛ يکي از اين مقالات در رابطه با الکتروديناميک اجسام متحرک بود که امروزه ما آن را نسبيت خاص مي ناميم .نسبيت خاص نتايج بسيار و شگفت آوري را براي فيزيک رقم مي زند از جمله اتساع زمان ، کاهش طول خط کش و يا هم ارزي جرم و انرژي .دو اصل اساسي نسبيت خاص عبارتند از : 1 - قوانين فيزيک در تمام دستگاه هاي لخت يكسان است و هيچ دستگاه مرجع مطلقي در جهان وجود ندارد.2 - سرعت نور در فضاي تهي و در تمام دستگاه هاي لخت ثابت است.اما چيزي که به کار ما مي آيد و همچنين يکي از مهمترين دستاورد هاي نسبيت خاص نيز هست اين است که فضا را از سه بعد به چهار بعد ارتقا مي دهد ، بعد چهارم که فضا - زمان ناميده مي شود از پيوند بين زمان و سه بعد فضايي حاصل مي شود .اما اصولا" زمان چيست ؟ در فيزيک دو تعريف وجود دارد که هر دوي آنها بر اساس قانون دوم ترموديناميک که به آنتروپي مي انجامد مورد بررسي قرار مي گيرند .تعريف اول که تعريف ترموديناميکي زمان ناميده مي شود بر پايه ي اصول ترموديناميک که بسيار ساده و قابل فهم نيز هستند بنا شده است .اين تعريف زمان در سطوح و سيستم هاي ساده مورد بررسي قرار مي دهد و بر اساس اصل دوم قانون ترموديناميک است که مي گويد بي نظمي و اختلال با زمان توسعه داده مي شود که اصطلاحا" به آنتروپي مي گويند براي مثال شما اتاقتان را در صبح يک روز تعطيل در نظر بگيرد که بسيار به هم ريخته و بي نظم است و مادرتان به شما گفته است که اتاق را مرتب کن .مسلما" شما اتاق را مرتب خواهيد کرد و پيش خود خواهيد گفت که من از بي نظمي کاسته ام و به نظم افزوده ام در نتيجه آنتروپي جهان کاهش يافته است ؛ ولي اگر در اين انديشه ايد بهتر است که طرز فکرتان را تغيير بدهيد زيرا شما نيروي فکر و انرژي مصرف کرده ايد و آن را به يک حالت غير قابل استفاده تبديل کرده ايد در نتيجه به آنتروپي جهان افزوده ايد .حال بياييم زمان را از منظري ديگري به بحث و گفتگو بگذاريم ، اين روش تاريخ مدارانه نام دارد همانطور که از نامش بر مي آيد شما در اين روش به زمان گذشته و آينده سر و کار خواهيم داشت .اين روش در سيستم ها و سطوح پيچيده به کار مي رود و در زندگي روزانه ي خود آن را احساس نمي کنيم اما در فيزيک وجود دارد .اين روش قانون دوم ترموديناميک را نامتقارن مي کند يعني شروطي را مي آورد که ديگر قانون دوم ترموديناميک قادر به توجيه آن نيست .اما اصولا" چگونه مي توان اين قانون را نقض کرد و بر آن تبصره اي گذاشت .همانطور که ذکر شد بر اساس قانون دوم ترموديناميک ميزان بي نظمي با گذر زمان افزايش خواهد يافت .اگر شما پيکان زمان را از گذشته به آينده در نظر بگيريد آن گاه اين قانون صادق است يعني با گذشته زمان از نظم کاسته و به بي نظمي افزوده مي شود ولي بياييم پيکان زمان را در جهت عکس در نظر بگيريم يعني در صورتي که از آينده به گذشته باشد آنگاه ديگر اين قانون صدق نمي کند براي مثال يک خرگوش را در نظر بگيريد که زخمي شده باشد اين خرگوش پس از مدتي خوب خواهد شد به آغوش طبيعت باز خواهد گشت .همانطور که مشخص است اين دو تعريف تضاد آشکاري با هم دارند .براي حل اين مشکل دانشمندي به نام ليزر گفت که زمان در سطوح اتمي و يا کوچکتر متقارن فرض کنيم در چنين شرايطي بر اساس اصل عدم قطعيت هايزنبرگ که شرح داده خواهد شد اطلاعات در سطح اتمي داراي حد مشخص خواهند بود و حالات محدودي براي اين حالت وجود دارد پس اين موضوع در سطوح کيهاني نيز قابل تعميم است .مشکل ديگر اين است که زمان يک کميت جهت دار است .انديشمنداني و فلسفه داني چون چون مک ناگارت به طور کلي منکر اين موضوع مي شد ولي بر پايه ي اصولي مي توان سخنان او را رد کرد .اما دانشمندي چون بورل بر اين عقيده بود که در هنگام منظم کردن سطوح کيهاني اطلاعات سطوح خرد به طور مکرر و يکنواخت تلف مي شوند و دقيقا" همان نتيجه است که مي توان اصول آنتروپي و زمان جهت دار نتيجه گرفت در بالا مي توانيد دست نوشته هاي اينشتين و چگونگي به دست آوردن بعضي از فرمول هاي او را ببينيد .در واقع اينشتين با نسبيت خاص زمان را از حالت مطلق که در مکانيک کلاسيک نيوتني تعريف شده بود خارج ساخت و آن را به صورت يک بافت با سه بعد فضايي در نظر گرفت .در واقع وقتي ما بخواهيم يک نقطه در در صفحه پيدا کنيم بايد دو کميت x وy آن را داشته باشيم ولي اگر در اين بافت بخواهيم نقطه اي را مشخص کنيم بايد برچسبي شامل بر چهار عدد بر آن بزنيم که سه عدد موقعيت آن را مشخص مي کند و عدد چهارم نيز زمان رويداد و نقطه را مشخص مي کند اين اعداد x و y و z و t هستند .همچنين يکي ديگر از موضوعات در رابطه با اين اصل اين است که بين اين چهار عدد رابطه اي همچون رابطه ي فيثاغورث برقرار است البته اين رابطه به صورت زير است .ds2=dx2+dy2+dz2 -c2dt2 در اين رابطه ds همان فاصله دو نقطه در اين بافت است اين رابطه متريک شبه ريماني ناميده مي شود .همچنين در اين رابطه c اصل ثبات نور است که در خلاء براي هر دستگاه اندازه گيري مرجع برابر 300000 کيلومتر بر ثانيه است در نسبيت خاص سرعت نور حد سرعت ها محاسبه مي شود يعني هيچ جسمي جرم داري قادر نيست با چنين جسمي به سير و سفر بپردازد .زيرا اگر در نسبيت خاص بخواهيم جرم جسمي به جرم سکون m و سرعت v را محاسبه کنيم اگر به جاي v ، c را قرار دهيم آنگاه مخرج کسير حاصل برابر صفر مي شود و آنگاه ديگر معنايي ندارد زيرا در رياضيات مخرج صفر براي کسرها تعريف نشده است و به آنها بي نهايت مي گويند .به همين دليل اگر آن را بي نهايت فرض کنيم آنگاه هيچ انرژي ديگر قادر نخواهد بود تا به اين جرم فوق العاده شتاب دهد .دليل اين که فوتون ها و احتمالا" نوتروينوها قادر هستند با چنين سرعتي سفر کنند اين است که جرم سکون آنها صفر است .البته در نظريه ي نوين CPH سرعت cphها از سرعت فوتون بيشتر است البته اين cph ها در ساختمان فوتون داراي اسپين هستند و مجموع حرکت انتقالي و اسپين ها آنها از سرعت نور بيشتر است .ممکن اين موضوع براي شما مطرح شود که اين موضوع خلاف نسبيت است اما در واقع اين صحه اي بر نسبيت است در شرايط مقداري از سرعت تبديل مي شود .نظريه ي CPH نظريه اي بنيادي در فيزيک است که توسط جناب آقاي حسين جوادي ارائه شده است هر چند که درک سه بعد از دو بعد سخت تر است اما مسلما" درک چهاربعد بسيار سخت از سه بعد است .به هم پيوستن فضا و زمان در فضا - زمان چيزي است که اگر بتوان يکي از آنها را رها کرد راهي منحصر به فرد است ؛ يعني اگر راهي يکتا وجود داشت تا زمان و موقعيت يک چيز در رويداد مشخص شود .هرچند مقالات قابل توجه اينشتن در ادره ي ثبت اختراعات در سال 190? نشان داد که فضا - زمان در يک رويداد رخ مي دهد منوط براينکه حرکت جسم چگونه باشد .فضا - زمان مشترک است و اين دو جزو لايجتزي يکديگرند همانطور که ذکر شد نسبيت خاص در سال 1905 توسط آلبرت اينشتين فيزيکدان آلماني زماني که يک کارمند ساده در اداره ي ثبت اختراعات سوئيس بود انتشار داده شد و انقلابي فکري را در زمينه الکتروديناميک اجسام متحرک به وجود آورد .او بسياري از کميت ها را که در فيزيک نيوتني مطلق تعريف شده بود از اين مفهوم خارج ساخت .براي مثال در مکانيک کلاسيک نيوتني جرم يک کميت مطلق محسوب مي شد .اما پس از انتشار نسبيت خاص مشخص شد که يک جسم داراي يک جرم سکون است و جرم آن در حال حرکت افزايش مي يابد و هرچه سرعتش بيشتر باشد جرمش بيشتر خواهد بود .يا اينکه او اين موضوع را بيان کرد که اگر يک جسم در حال حرکت باشد انقباض طولي دارد که اصطلاحا" به اين قضيه انقباض لورنتس مي گويند .در نسبيت خاص از رياضيات قابل فهمي استفاده شده بود به طوري که هر انساني که تحصيلات متوسطه به بالا داشته باشد مي تواند رياضيات آن را درک کند اما در نسبيت عام خواهيم ديد که درک رياضياتش براي يک انسان با تحصيلات عالي نيز چندان ساده نيست .بخش دوم : نسبيت عام general relativity اينشتين در نوجوانى علاقه چندانى به تحصيل نداشت.پدرش از خواندن گزارش هايى كه آموزگاران درباره پسرش مى فرستادند، رنج مى برد.گزارش ها حاكى از آن بودند كه آلبرت شاگردى كندذهن، غيرمعاشرتى و گوشه گير است.در مدرسه او را «باباى كند ذهن » لقب داده بودند.او در ?? سالگى ترك تحصيل كرد، در حالى كه بعدها به خاطر تحقيقاتش جايزه نوبل گرفت شايد شما نيز اين جملات را خوانده يا شنيده باشيد و شايد اين پرسش نيز ذهن شما را به خود مشغول كرده باشد كه چگونه ممكن است شاگردى كه از تحصيل و مدرسه فرارى بوده است، برنده جايزه نوبل و به عقيده برخى از دانشمندان، بزرگ ترين دانشمندى شود كه تاكنون چشم به جهان گشوده است؟ ولي چه بايد کرد ؟ درست 27 سال همان باباي کند ذهن بزرگترين جايزه ي علمي جهان را در رشته فيزيک براي کارش در زمينه ي اثر فوتوالکتريک دريافت کرد .شايد بتوان گفت که او در سال در 1915 با ارائه ي نسبيت عام بزرگترين انقلاب فکري را در تمام دوران فيزيک برپا کرد .زماني که در سال 1919 نظريه ي او يعني نسبيت عام بعينه مشاهده شد او به شهرت جهاني رسيد به گفته ي خودش تنها چيزي او را به اين سمت کشاند نيروي جالبي بود که بروي عقربه هاي قطب نمايي که پدرش در کودکي براي او خريده بود تأثير مي گذاشت بعد از اين مقدمه ي نسبتا" طولاني بد نيست به نسبيت عام بپردازيم .نسبيت عام حاصل پنج سال تلاش بي وقفه اينشتين بود .اينشتين در نسبيت عام از هندسه نا اقليدسي کمک گرفت .اما چگونه ؟ لازم است نيم نگاهي به اين هنسه بيندازيم .همانطور که مي دانيم هندسه اقليدسي هندسه صفحه نيز ناميده مي شود .اين هندسه داراي پنج اصل است که تمام وضعيات خطوط در صفحه با توجه به آن مشخص مي شود .اين پنج اصل به شرح زير هستند .ـــ اصل اول - از هر نقطه مي توان خط مستقيمي به هر نقطه ي ديگر كشيد .ـــ اصل دوم - هر پاره خط مستقيم را مي توان روي همان خط به طور نامحدود امتداد داد ــ اصل سوم - مي توان دايره اي با هر نقطه دلخواه به عنوان مركز آن و با شعاعي مساوي هر پاره خط رسم كرد ــ اصل چهارم - همه ي زواياي قائمه با هم مساوي اند ـــ اصل پنجم - از يك نقطه خارج يك خط، يك خط و و تنها يك خط مي توان موازي با خط مفروض رسم كرد گروهي از رياضيادان ها بروي اصل موضوعه ي پنجم شک کردند و با کار بروي اين اصل توانستند در شرايطي خاص آن را نقض کنند البته گفتني است که دانشمنداني چون خيام و پدر بويوئي بروي اين اصل بسيار کار کردند ولي به نتيجه مطلوب دست نيافتند .ولي سرانجام يانوش بويوئي و لباچوفسکي براي نخستين بار يکي از انوع اين هندسه را کشف کردند .از اين نوع هندسه انواع گوناگوني وجود دارد که همه ي آنها در اصل موضوعه ي پنجم با هم اختلاف آشکاري دارند .با توجه به اصل دوم مي توانيم دو حالت غير از اين حالت را بيان کنيم حالت اول اين است که بگوئيم که ما قادريم بيش از يک خط موازي رسم کنيم اين همان کاري است که بويوئي و لباچوفسکي انجام دادند اين هندسه ، هندسه هذلولي نيز ناميده مي شود که در آن مجموع زواياي دروني يک مثلث کمتر از 180 است و نسبت محيط به قطر بيشتر از عدد پي است .انحناي خط در اين حالت منفي است .هندسه ي هذلولي براي کار در نسبيت عام به کار نيامد پس آلبرت اينشتين از هندسه ي بيضوي که در سال 1854 توسط فردريک ريمان تدوين شده بود استفاده کرد .اين هندسه در اصل پنجم دقيقا" خلاف هندسه ي هذلولي است .يعني اين هندسه به وضوح مي گويد از يک نقطه خارج يک خط هرگز نمي توان خطي موازي با آن رسم کرد .اين هندسه به طور مطلق و کامل به کار نسبيت عام مي آمد .البته او تبصره اي در اصل دوم نيز گذاشت و گفت اگر نا متناهي بودن آن را به بي کرانگي بودن تبديل کنيم در اين صورت اين هندسه به وجود مي آيد .زيرا در اين هندسه اگر بروي سطح مورد نظر هر چقدر هم که بي کران باشد حرکت کنيم ( بر خط راست ) سرانجام مي توانيم به نقطه ي اول بازگرديم .در اين هندسه مجموع زواياي دروني مثلث بيشتر از 180 درجه است و انحنا خط مثبت است .همچنين بايد بدانيم که نبايد براي هر کدام درستي يا نادرستي تعيين کنيم زيرا هر کدام چه هندسه اقليدسي و چه نا اقليدسي با توجه به انحنا خط در جايي خاص کاربرد دارند .در تصوير بالا مي توانيد سطوح مختلف و همچنين مثلث ها را بر سطح آنها مي بينيد آلبرت پيش از اين از معادلات خود اصل هم ارزي را نتيجه گرفته بود که بيان مي کرد که اگر شما در اتاقکي از بالاي ارتفاعي رها شويد گرانشي را نمي توانيد اندازه بگريد حتي اگر دقيق ترين آزمايش ها را نيز انجام دهيد .اينشتين با کار بروي متريک ريمان در فضا - زمان دريافت اين موضوع به اين سادگي هم نيست .به همين دليل سعي کرد تا هندسه نااقليدسي خاصه هندسه ي نا اقليدسي بيضوي را از دوست رياضيدانش مارسل گرسمان فرا بگيرد .اينشتين هندسه بيضوي را از گرسمان فرا گرفت و با توجه با اصل هم ارزي و حل معادلات بسيار پيچيده اي که معروف ترين آنها معادله ي ميداني است به اين نتيجه است که فضا - زمان مسطح نيست بلکه خميده است و مي تواند خميده شود .با توجه به اين موضوع شرح داده مي شود که فضا - زمان به وسيله ماده و انرژي پيچ و تاب داده مي شود و يا مي پيچد.ما واقعا" مي توانيم اين پيچ و تاب را مشاهده کنيم .محصول جرم خورشيد اين است که نور و امواج راديويي هنگام عبور از کنارش مسيرشان کمي خميده مي شود .علت اين پديدار شدن موقعيت ستاره يا چشمه هاي شبه اختري است که باعث تغييرمکان کم آن مي شود .زماني که خورشيد بين زمين و منبع راديويي قرار مي گيرد تغيير مکان بسيار کم است و در حدود يک هزارم درجه است ، در حکم حرکت يک اينچ در مسافت يک مايل .با وجود اين اندازه مذکور مي تواند به دقت اندازه گيري شود .اين امر با پيشگويي نسبيت عام تطابق دارد .اين مدرکي بر پايه آزمايش است که فضا - زمان خميده مي شود .مقدار اين خميدگي در همسايگي ما بسيار کم است زيرا ميدان گرانشي خورشيد کم دوام است .هرچند براي ما روشن است که اين رويداد در تمام ميدان هاي گرانشي قوي نيز رخ مي دهد ، براي مثال در بيگ بنگ يا در سياهچاله ها براي درک بهتر اين مطلب سطحي ارتجاعي را در نظر بگيريد که اگر جرمي بر روي آن قرار گيرد خميده مي شود به به پائين مي رود .شايد اين سؤال پيش بيايد که چرا انرژي ؟ پاسخ اين است که بايد باز هم با اصل هم ارزي جرم و انرژي اينشتين که در فصل اول بيان شد مراجعه کنيم .گفتني است که اين فرمول بر اساس ارزيابي هايي که اخيرا" انجام شده است اين فرمول تنها 0.0000004 خطا دارد که ميزان بسيار ناچيزي است .اين نتايج از تحقيق بر روي اتم هاي سولفور و سيليکون به دست آمده است .همانطور مي دانيم نسبيت عام صرفا" يک نظريه براي شرح گرانش است .اينشتين گرانش را با توجه به اين خميدگي در فضا - زمان به صورت جالبي شرح مي دهد .او تعريف کليشه اي که از گذشته براي گرانش باب شده بود را کنار گذاشت و آن را چنين عنوان کرد .
لطفا منتظر باشید ...
