نگاشت کیهان | Cosmographia

#بخش_ششم کافی است مسیر نور یک ستاره را که از کنار خورشید می گذرد و به زمین می رسد، رصد کنیم. اگر نور ستاره منحرف شود، مکان آن نسبت به زمانی که نور آن از کنار خورشید نمی گذرد و با تغییر مکان زمین قابل رصد است، تفاوت نشان می دهد. فقط مشکلی وجود دارد. رصد نور…

آرتور استنلی ادینگتون رئیس رصد خانه کمبریج برای سومین بار نامزد عکاسی در کسوف ۱۹۱۹ در آفریقا می شود. او به سختی موفق به عکس برداری می شود و باز می گردد. در همین زمان کمپل به لندن می رود و نتایج را در انجمن ستاره شناسی سلطنتی به اطلاع دیگر ستاره شناسان می رساند. اینشتین اشتباه کرده است، اما ادینگتون با کمی تردید نظری خلاف آن را اظهار داشت! چهار ماه بعد ادینگتون با اطمینان پیش بینی انیشتین را تایید می کند. از این زمان بود که اینشتین در دنیا معروف شد! با این حال هنوز شک و تردیدهایی وجود داشت و ستاره شناسان به انتظار کسوف بعدی در ۱۹۲۲ در استرالیا نشسته بودند. این بار هفت تیم از کشورهای مختلف اعزام شدند که در بین آنها کمپل و فرندلیچ نیز حضور داشتند! سرانجام پیش بینی نسبیت برای چندین ستاره موفق از آب در آمد.

در نسبیت عام از هندسه چهار بعدی شامل سه بعد فضایی و یک بعد زمانی استفاده می شود. زمان، مستقل از فضا نیست و نمی توان برای تعیین یک وضعیت فقط از سه بعد طولی استفاده کرد. بنابراین جایگزینی فضا – زمان به جای فضا و زمان ضروری است. به همین ترتیب فاصله میان نقاط کنارگذاشته شده و به جای آن از فاصله میان دو جایگاه (مکان – زمان) استفاده می شود. در واقع خطوط ژئودزیک (زمین پیمایشی) که مستقیم ترین و کوتاهترین خطوط در طبیعت هستند، جایگزین خطوط مستقیم در هندسه اقلیدسی می شوند. با این تفسیر اگر چه مسیر یک پرتو نوری و یک ستاره دنباله دار هنگام عبور از دستگاه خورشیدی یکسان نیست، اما هر دو در حال پیمایش خطوط ژئودزیک می باشند، یعنی مستقیم ترین خطوطی که ویژگیهای مجاور برای فضا – زمان می سازد! بدین ترتیب شتابی وجود ندارد که به نیروی گرانش مربوط شود.

به عنوان مثال یک مسیر ژئودزیک را در نظر بگیرید که مستقیما به سمت قطب جنوب سطح یک کره شیشه ای رسیده و سپس بر روی سطح این کره تا قطب شمال پیش می رود و پس از آن مستقیم دور می شود. اگر جسمی این مسیر را با حرکت یکنواخت بپیماید، نیرویی احساس نمی شود. اکنون فرض کنید شما سایه این جسم را بر روی صفحه ای به موازات آن مسیر و دقیقا پشت مسیر حرکت جسم بر روی کره دنبال می کنید. چه نوع حرکتی را می بینید؟ تا زمانیکه جسم به قطب جنوبی کره می رسد، سایه جسم نیز دارای حرکت یکنواخت است، اما سرعت آن در زمان پیمایش سطح کره کند می شود. اینجاست که پای شتاب و نیروی گرانش به میان می آید! ظاهرا فیزیک نیوتنی به سایه ای سه بعدی از اتفاقات ۴ بعدی در نسبیت عام می نگرد!

نتایج مهم نسبیت عام :

طبق پیش بینی این نظریه، در میدان گرانشی، زمان کندتر می شود و هر چه میدان گرانشی قویتر باشد، بر کندی زمان افزوده می شود. بنابراین زمان بر روی زمین کندتر از یک فضای خالی می گذرد. حتی بروی زمین نیز هر چه به سطح زمین نزدیک تر شوید، زمان کندتر می شود. این اختلاف زمانی حتی در حد چند طبقه با ساعتهای اتمی ثابت شده است! پیش بینی می شود که در حوزه گرانشی یک سیاهچاله، زمان متوقف می شود! در همین ارتباط پیش بینی می شود که طول موج نور هنگام فرار از میدان گرانشی افزایش می یابد. برای نور مرئی به معنای گرایش به سمت نور قرمز است.

همانطور که قبلا گفته شد، نسبیت عام مسیر عجیب گردش سیاره عطارد را به دور خورشید درست پیش بینی می کند. این مدار یک بیضی بسته نیست و در هر قرن حدود ۴۲ ثانیه انحراف مسیر دارد. این انحراف از چشم ستاره شناسان دور نمانده بود و یکی از چالشهای گرانش نیوتن محسوب می شد. برای سیاره ناهید نیز چنین انحرافی پیش بینی می شود که بسیار کمتر است، اما ثابت شده است. حتما به یاد دارید که در فیزیک نیوتنی، جرم اینرسی و گرانشی تصادفا یکی از آب در آمد. این تصادف خوشایند به این پیش بینی می انجامد که تمام اجسام مثلا در حوزه گرانشی زمین با شتاب یکسانی سقوط می کنند. در نسبیت عام این یک تصادف نیست، بلکه طبق اصول نظریه این اتفاق می افتد! چرا که طبق اصل هم ارزی تفاوتی با سقوط شتابدار اجسام به سطح زمین یا شتاب زمین به سمت اجسام وجود ندارد.

نسبیت عام در کیهان شناسی نیز موفق عمل کرده است. اگر چه اینشتین با دستکاری معادلاتش سعی کرد به یک جهان ایستا و ساکن که باور آن زمان بود، برسد، اما دانشمندان دیگر با استناد به همین نظریه پایه گذار بیگ بنگ شدند. اگر چه پل دیراک با تلفیق خلاقانه نسبیت خاص با کوانتوم موفق به پیش بینی پوزیترون شد، اما نسبیت عام با کوانتوم چه از لحاظ ابعاد و چه از نظر نوع نیروها خیلی از همدیگر دورند. اینشتین برای وحدت دو نیروی شناخته شده آن زمان، یعنی گرانش و الکترو مغناطیس تلاش زیادی کرد. پس از آن دو نیروی دیگر، یعنی هسته ای قوی و ضعیف شناخته شدند و به لطف تلاشهای عبدالسلام، واینبرگ و گلاشو با الکترومغناطیس به وحدت رسیدند، اما در مورد گرانش، این ضعیف ترین نیروی جهان کار مشکلی پیش روست.

👍6❤1

1.34K views17:50