محمود روشن در گفت‌وگو با ایسنا در خصوص چیستی نظریه نسبیت انیشتین اظهار کرد: نظریه نسبیت اوایل قران بیستم توسط انیشتین مطرح و با نسبیت خاص شروع شد. در اواخر قرن نوزدهم با کارهایی که جیمز کلرک ماکسول انجام داده بود، فیزیکدانان متوجه شدند که نور یک موج متشکل از میدان‌های الکترومغناطیسی است و انتظار می‌رفت مانند هر موج دیگری در یک محیط خاص منتشر شود. یعنی همان طور که به عنوان مثال موج صوتی در محیط هوا منتشر می‌شود، تصور می‌کردند محیطی هم باید وجود داشته باشد که نور بتواند در آن منتشر گردد. در آن زمان اینکه موجی بتواند در خلاء منتشر شود، قابل تصور نبود. 

وی ادامه داد: فیزیکدانان نام این محیط را اتر (aether) نهادند و تصور می‌کردند که اتر ماده‌ای بی‌بو و بی‌رنگ و بدون هرگونه تاثیر بر محیط است. وجود اتر از جهت دیگری نیز ضروری بنظر می‌رسید. معادلات الکترومغناطیس بر خلاف مکانیک نیوتنی تحت تبدیل گالیله ناوردا نبودند و بنظر میرسید دستگاه اینرسی مرجحی به نام اتر وجود دارد. 

عضو هیات علمی گروه فیزیک دانشگاه فردوسی مشهد اضافه کرد: فیزیکدانان چندین دهه دنبال محیط اتر گشتند و آزمایشاتی از جمله آزمایش بسیار دقیق  مایکلسون-مورلی انجام شد، اما هرگز نتوانستند محیط اتر را آشکار کنند. آزمایش مایکلسون-مورلی رسما گواه براین بود که اتر وجود ندارد. نهایتا در سال ۱۹۰۵ در حالیکه فیزیکدانان بزرگی همچون پوانکاره و لورنتس پژوهش‌های جدی در این خصوص انجام داده بودند، انیشتین صراحتا بیان کرد چنین محیطی وجود ندارد و نور در خلا منتشر می‌شود.

روشن افزود: انیشتین اصلی جدید تحت عنوان اصل موضوعه دوم نسبیت به فیزیک اضافه کرد. مطابق این اصل هر ناظری فارغ از اینکه به سمت نور حرکت کند یا از آن فاصله بگیرد، سرعت نور را ثابت و تقریبا برابر با ۳۰۰ کیلومتر بر ثانیه اندازه خواهد گرفت. علاوه براین هیچ ذره‌ جرمداری نمی‌تواند سرعتی بیشتر یا برابر با سرعت نور داشته باشد. در واقع می توان گفت که معادلات ماکسول ایرادی نداشتند و این مکانیک نیوتنی بود که احتیاج به اصلاح در شرایط نسبیتی، یعنی سرعت‌های بالا داشت. در نسبیت خاص، پیش‌بینی‌هایی از قبیل کند شدن زمان در سرعت‌های بالا و انقباض طول ارائه شد که با دقت بسیار خوبی در آزمایشگاه تایید شدند. نسبیت خاص مقدمه ای شد به سوی نسبیت عام اینشتین.

وی عنوان کرد: انیشتین متوجه شد قانون جاذبه نیوتن هم ایراد دارد. تصور نیوتن این بود که نیرویی که بین زمین و خورشید وجود دارد، به صورت آنی منتقل می‌شود، در حالیکه انیشتن اعلام کرده بود بالاترین سرعت در جهان، سرعت نور است و هیچ برهمکنشی نمی‌تواند به صورت آنی منتقل شود. بنابراین انیشتین قانون جاذبه نیوتن را نیز اصلاح کرد. 

این استاد دانشگاه با بیان اینکه اصلاح این قانون کار بسیار پیچیده‌ای بود و بیشتر از ۱۰ سال برای انیشتین طول کشید، اضافه کرد: انیشتین در نسبیت عام از اصل هم‌ارزی نیز بهره برد و نشان داد که گرانش لزوما آنگونه که نیوتن می‌پنداشت نیرو نیست و می‌تواند یک ویژگی هندسی فضا-زمان باشد. به بیان دقیقتر، حضور جرم یا انرژی باعث ایجاد انحنا در فضا-زمان اطراف خود می‌شود و همین انحنا موجب حرکت اجسام می‌گردد. در حال حاضر نظریه نسبیت عام انیشتین، موفق ترین نظریه گرانشی در علم فیزیک محسوب می‌شود. 

روشن بیان کرد: نظریه نسبیت عام انیشتین پیش‌بینی‌های مهمی انجام داده است. به عنوان نمونه می توان به وجود سیاهچاله‌ها اشاره کرد. در سال ۲۰۱۹ برای اولین بار افق رویداد یک سیاهچاله توسط تلسکوپ EHT  رصد شد. به عنوان مثالی دیگر، می‌توان به امواج گرانشی اشاره کرد. در واقع انیشتین بیش از یک قرن پیش ادعا کرده بود یک سری امواج در طبیعت موجود اند به نام امواج گرانشی و هر کجا که توزیع نامتقارنی از اجرام سنگین شروع به حرکت می‌کنند (مثلا دو ستاره در حال چرخیدن به دور یکدیگر) اطراف آن‌ها امواج گرانشی ایجاد می‌شود.  بر اساس نظریه نسبیت عام انیشتین، سرعت انتشار این موج برابر با سرعت نور است.

وی ادامه داد: این امواج در سال ۲۰۱۶ رسما توسط آزمایشگاه LIGO  آشکارسازی شدند. در سال ۲۰۱۷ با رصد موج گرانشی ناشی از برخورد دو ستاره نوترونی و همچنین رصد نور ناشی از برخورد این ستاره‌ها، ثابت شد که پیش‌بینی نسبیت عام برای سرعت انتشار امواج گرانشی نیز صحیح است. البته برخی از پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت هنوز اثبات نشده است، مثلا این نظریه بیان می‌کند جهان مملو از ماده تاریک (ماده‌ای که علی‌رغم دارا بودن جرم، بار الکتریکی ندارد) است، اما با وجود تلاش‌های بسیار فیزیکدانان، هنوز این ماده کشف نشده است. 

عضو هیات علمی گروه فیزیک دانشگاه فردوسی مشهد خاطرنشان کرد: هرچند اکنون نادرست بودن فیزیک نیوتن در شرایط نسبیتی اثبات شده است، اما برای کاربردهای روزمره از قوانین نیوتن استفاده می‌شود، زیرا روی سطح زمین، گرانش بسیار ضعیف است و در چنین وضعیتی، نظریه گرانشی نیوتن و نظریه نسبیت عام انیشتین تقریبا یکسان هستند. در حقیقت وقتی در نزدیکی اجسام سنگین مانند خورشید قرار می‌گیریم، آنگاه گرانش قویتر است و  تصحیحات نسبیتی بر گرانش نیوتنی لازم است. اما در زندگی روزمره بر روی زمین (و نه در آزمایشگاه‌های فیزیک ذرات)، قوانین فیزیک نیوتن به قوت خود باقی است. 

روشن اظهار کرد: یکی از معدود جاهایی که اثرات نسبیتی در زندگی روزمره وارد می‌شود، سیستم مکان یابی GPS است که امروزه به راحتی در دسترس عموم است. تصحیحات نسبیتی به خاطر سرعت ماهواره‌ها و همچنین اثر کند شدن ساعت‌ها در نزدیک زمین، در این سیستم اعمال می‌شود. در غیر این صورت، سیستم GPS  منجر به خطاهای قابل اندازه‌گیری در مکان‌یابی می‌گردد.

انتهای پیام