نسبیت خاص به زبان ساده؛ داستانی از پیوندهای نامرئی جهان

نسبیت خاص به زبان ساده؛ داستانی از پیوندهای نامرئی جهان

تصور کنید سوار قطاری در حال حرکت هستید. اگر توپی را به سمت جلو پرتاب کنید، ناظرهای داخل و خارج از قطار، سرعت‌های متفاوتی را برای توپ به‌دست می‌آورند. این موضوع کاملاً بدیهی به‌نظر می‌رسد؛ اما اگر به جای توپ، یک پرتو نور را به سمت جلو بتابانید، چه اتفاقی می‌افتد؟ آیا سرعت نور هم مانند توپ تحت‌تأثیر حرکت قطار قرار می‌گیرد؟ این پرسش ساده، آلبرت اینشتین، نابغه‌ی فیزیک را به سوی کشفی شگفت‌انگیز سوق داد.فهرست مطالبنظریه نسبیت خاصاتساع زمان و نسبیت خاصپارادوکس دوقلوهاانقباض طول در نظریه‌ نسبیت اینشتینE=mc^2؛ هم‌ارزی جرم و انرژی در نسبیت خاصمفهوم تصویری نسبیت خاص و نسبی بودن هم‌زمانیجمع‌بندی: نسبیت خاص و درهم‌تنیدگی فضا و زماناینشتین با انجام آزمایش‌های ذهنی و محاسبات پیچیده، به نتیجه‌ای عجیب، اما دقیق دست یافت؛ سرعت نور در خلأ همیشه ثابت است و تحت‌تأثیر حرکت منبع نور یا ناظر قرار نمی‌گیرد. این نتیجه، بنیان نظریه‌ای جدید را بنا نهاد که به نسبیت خاص معروف شد.زمان و طول در نسبیت خاص، مفاهیمی نسبی هستندنسبیت خاص به ما می‌گوید که مفاهیمی مانند زمان و فضا، نسبی هستند و به چارچوب مرجع ناظر بستگی دارند. به‌عبارت دیگر، زمانی که برای یک ناظر ثابت می‌گذرد، برای ناظری که با سرعت زیاد حرکت می‌کند، کندتر می‌گذرد. همچنین، طول اجسام در جهت حرکتشان کوتاه‌تر می‌شود. این پدیده‌ها که ممکن است در نگاه اول عجیب به نظر برسند، با انجام آزمایش‌های متعدد، تأیید و امروزه به‌عنوان بخشی جدایی‌ناپذیر از فیزیک مدرن پذیرفته شده‌اند.کپی لینکنظریه نسبیت خاصفیزیک نیوتنی یا فیزیک کلاسیک در ابعاد بسیار کوچک و در سرعت‌های بسیار بالا شکست می‌خورد و نمی‌تواند بسیاری از پدیده‌های فیزیکی را توضیح دهد. برای توضیح پدیده‌های فیزیکی در ابعاد بسیار کوچک، فیزیک کوانتوم وارد میدان شد و انقلابی بزرگ در علم فیزیک ایجاد کرد. در سرعت‌های بالا چه کاری می‌توانیم انجام دهیم؟ برای پاسخ به این پرسش باید کمی با حرکت نسبی آشنا شویم. گالیله مفهومی را به‌نام چارچوب مرجع اینرسی یا چارچوب مرجع لخت معرفی کرد: این چارچوب ثابت است و اجسام مختلف نسبت به آن حرکت می‌کنند. طبق این مفهوم، اندازه‌گیری سرعت حرکت جسمی دلخواه به چارچوب مرجعی که انتخاب می‌کنیم، بستگی دارد. برای درک بهتر ایده‌ی گالیله، یک مثال ساده می‌زنیم؛ فرض کنید داخل قطاری نشسته‌اید که با سرعت ثابتی حرکت می‌کند. اگر مسافری در قطار شروع به قدم زدن کند، حرکتش از دید شما آرام و معمولی به‌نظر می‌رسد و سرعت حرکت او را برابر با سرعت حرکت قدم‌هایش می‌دانید؛ اما اگر ناظری بیرون از قطار، روی زمین، این صحنه را تماشا کند، حرکت فرد را این‌طور می‌بیند: سرعت قدم زدنش به‌علاوه‌ی سرعت حرکت قطار.