فضا و زمان از دیدگاه انیشتین

[Interstellar]

فضا زمانی که انیشتین از ان صحبت میکند چیست ؟ چون قطعا با تفکرات عمومی ما یکسان نیست
وی امد فضا زمان را یک صحنه در هم تنیده و دوخته شده تصور کرد که همه اتفاقات در ان میافته
زمان و مکان را نسبیتی و قابل انعطاف فرض کرد .
فضا زمان از دید کلاسیکی نیوتونی یک صحنه غیر قابل تغیر و ازلی ابدی بود . تا اینکه نگرش ما را انیشتین به کلی تغیر داد  . در نسبیت عام فهمیدیم فضا زمان عرصه ای است 4 بعدی که هندسه ان اصلا اقلیدسی نیست .
فضای اقلیدسی تخت .... و فضای مینکوفسکی منحنی است .


نظور ما این است که قضیه فیثاغورث در فضا زمان مینکوفسکی صادق نیست .
در عوض معادله فاصله با علامت جبری منفی برقرار است .
در چنین فضایی فاصله بین دو نقطه اصلا خط راست نیست بلکه منحنی است .
مثل سطح زمینی که بخوایم روی نقشه دو نقطه را بهم متصل کنیم منحنی وار در میاید .
فاصله دو نقطه در صفحه منحنی برا بر با یک رابطه کلی است :
S^2=(ct)^2-x^2
این یعنی انحنای این فضا در همه جا یکسانه . همین حرفم برای سطح زمین میشه زد .
تا اینجا فرض کردیم فضا زمان  ثابته که برای چنین فضایی تغیری در انحنایش قائل نشدیم .
انیشتین با طرح سوالات ساده در مورد شتاب ازاد به مفهوم هم ارزی پی برد . به طور کلی گرانش از جایی به جای دیگر عوض میشود . هر قدر به سمت مرکز زمین بروید کشش زمین بیشتر میشود . گرانش روی کره ماه کمتره چون جرم کمتری نسبت به زمین دارد .
به این ترتیب گرانش ستاره ای چون خورشید به خواطر بزرگ بودنش نسبت به زمین خیلیییی بیشتر است .
شما در هر کجای منظومه شمسی باشید نیروی گرانش در همه جای اطرافتان است . و تغیری نخواهد داشت .
علا مت منفی در رابطه ای که برای فضای مینکوفسکی ذکر شد منحنی بودن فضا را تشریح میکند .
از انجایی که گرانش در فضا و کیهان اطراف همه مواد یافت میشود میتوان نتیجه گرفت فضا زمان در مجاورت ماده پیچ خورده است ..انیشتین هم در سال 1915 در مقاله نسبیت عام خود نیز این موضوع اشاره کرد و توضیح داد .
او معادله قدیمی گرانش نیوتون را اصلاح کرد بهبود بخشید ... چطوری ؟ بیاییم یک مثال ساده بزنیم . مثلا در مورد گردش زمین به دور خورشید ببینیم که نیوتون و انیشتین چگونه انها را تشریح میکردند ؟
نیوتون : زمین به دو رخورشید میچرخد زمین به واسطه نیروی جاذله خورشید به سمت خورشید کشیده میشود . این کشیدگی ان را به درون دایره ای بزرگ مقید میکند . مثل چرخاندن یک توپ توسط یک نخ به دور سرتان .
توپ مسیر دایروی را طی خواهد کرد . زیرا کشش نخ او را از حرکت اظافی دیگری مقید میسازد .
انیشتین : خورشید جسم سنگینی است و بهمین دلیل فضا زمان اطرافش را خم میکند . زمین به طور ازادانه در فضا زمان در حال حرکت است اما انحنای فضا زمان باعث شد که زمین در مسیری دایروی پیش برود .
ایده خطوط صاف  فضا زمان منحنی دقیقا شبیه به ایده خطوط صاف بر روی سطح زمین است . پیچیدگی های بحث زمانی شروع میشود که فضا زمان را سطحی "چهار بعدی " در نظر بگیریم . زیرا سطح زمین دو بعدی است اما بدانید که این پیچیدگی ها ناشی از فقر تصورات ماست وگرنه بحث ریاضیاتیش انقدر پیچیده نیست ..
با مجهز بودن به ایده خطوط صاف (معروف به خطوط ژئودزیک ) در فضا زمان میتوانیم با قاطعیت نحوه عملکرد گرانش را توضیح دهیم.
در تعریف ما فهمیدیم در چنین فضایی میتوان گرانش را کنار گذاشت و در این فضا زمان به طور محلی فضا زمان " تخت ِ مینکوفسکی " در نظر گرفت .
یک مثال هم زدیم مثلا زمین چگونه در چنین فضایی دور خورشید میچرخد .
گرانش هندسه است. همه چیز در خطوط راست حرکت میکند مگر عاملی خارجی روی ان اثری بگذارد . اما در هر نقطه ای در فضا زمان بینهایت ژئودزیک وجود دارد ....
در باره ماهیت فضا زمان فهمیدیم که زمین کاری نمیکنه مگر اینکه در مسیر مستقیمی به دور خورشید در حال حرکت است . فقط بدانید خط مستقیم در فضا زمان منحنی قرار دارد که خود را به صورت تقریبا دایروی در فضا نشان میدهد .
خورشید فضا زمان ره به نحوی میپیچاند که باعث میشه زمین در مسیری بر روی یک زءودزیک حرکت کند که سایه اش در فضای سه بعدی تقریبا دایروی است .
پیچیدگی ریاضیاتی تنها علتی بود که انیشتین روی این مسائل 10 سال زمان گذاشت تا فرمول بندی نسبیت عام را انجام دهد  ...
اما همیشه یادتان باشد یک نظریه زمانی قابل قبول و تایید هست که نتایج تجربی ان را تایید کنند . حالا هر چقدرم این نظریه از نظر زیبایی ریاضیاتی و مفهومی داشته باشد ولی اگر تجربی ثابت نشود ارزشی ندارد .
اولین ازمایش بی نظیر در مورد نظریه انیشتین در سال 1919 زمانی که ارتور ادینگتون و دایسون و چارلز دیویدسون مقاله ای بعنوان "انحراف نور به وسیله گرانش زمین با مشاهدات مربوط به خسوف کامل در تاریخ 29 می سال 1919 به چاپ رساندند . انها متوجه شدند این انحناها به انحراقف کامل 1.75 ثانیه نظریه نسبیت عام منجر میشود . سپس انها در مورد خسوف خورشید و نور ستارگانی که از پشت ان میایید را بررسی کردند ... نور این ستارگان هر چه به خورشید نزدیک تر میشود به علت انحنای بیشتر ان محدوده باید بیشتر منحرف تر شود .
خورشدی در اینجا مانند یک لنز گرانشی عمل میکند که باعث میشه از نظر و دید ما نور ستاره دور تر جایگاهش را کمی تغیر دهد  .
با این نظریه زیبای انیشتین فهمیدیم فضا زمان صحنه ای خشک و بی روح نیست .
امروزه دانشمندان به یک دوراهی خوردند و ان اینکه نمیتوانند انرا به طور کوانتومی تفسیر کنند .