فیدیبو نماینده قانونی انتشارات بصیرت و بیش از ۶۰۰ ناشر دیگر برای عرضه کتاب الکترونیک و صوتی است .

کتاب نسبیت
مقدمه ای بسیارکوتاه

نسخه الکترونیک کتاب نسبیت به همراه هزاران کتاب دیگر از طریق فیدیبو به صورت کاملا قانونی در دسترس است. تنها لازم است اپلیکیشن موبایل و یا نرم افزار ویندوزی رایگان فیدیبو را نصب کنید.

درباره کتاب نسبیت

نظریه نسبیت، یکی از مهم‌ترین سنگ بناهای درک امروزین ما از جهانی که در آن زندگی می‌کنیم را تشکیل می‌دهد. نام انیشتین شاید هنوز هم شناخته‌ترین نام در بین دانشمندان معاصر در بین مردمان جهان باشد و کمتر کسی است که وقتی کلمه دانشمند را می‌شنود اولین چهره‌ای که در ذهنش نقش می‌بندد تصویر پیرمرد، خوش‌رو و آشفته‌مویی نباشد که بنیادهای ادراک ما از جهان امروز را به‌طور اساسی دستخوش تغییر کرده است. نظریه نسبیت او نه‌تنها افق‌های جدیدی در درک ما از کیهان گشود که مرزهای جدی و مهمی را پیش راه ذهن‌های کنجکاو قرار داد. درک ایده‌های انیشتین و به‌ویژه شاهکار شگفت‌انگیز او یعنی نظریه نسبیت امروزه یکی از ضروریات برای کسانی است که می‌خواهند به درک درستی از جهان ما دست یابند.
این کتاب در عین حال با ارایه دقیق توصیفی از نسبیت و تبیین پیش‌نیازها و بسترهای آن و شفاف کردن مفاهیمی که در نسبیت مورد بحث قرار می‌گیرد مانع بروز بسیاری از بدفهمی‌ها در زمینه نسبیت خواهد شد.

ادامه...
  • ناشر انتشارات بصیرت
  • تاریخ نشر
  • زبان فارسی
  • حجم فایل 1.55 مگابایت
  • تعداد صفحات ۱۷۴ صفحه
  • شابک

معرفی رایگان کتاب نسبیت

شما به آخر نمونه کتاب رسیده‌اید، برای خواندن نسخه کامل، کتاب الکترونیک را خریداری نمایید و سپس با نصب اپلیکیشن فیدیبو آن را مطالعه کنید:

این کتاب ترجمه ای است از:
Relativity: A Very Short Introduction, Oxford University Press, 2008

پیش گفتار

همه ما درباره زمان، فضا و ماده، دیدگاه های بنیادینی داریم که با آنها بزرگ شده ایم. گزاره های زیر از جمله این دیدگاه ها هستند:
  • همه ما در یک فضای سه بعدی واحد زندگی می کنیم؛
  • زمان بر همه ما یکسان می گذرد؛
  • دو رویداد یا همزمان با هم رخ می دهند و یا یکی از آنها بر دیگری تقدم دارد؛
  • اگر نیروی کافی را تامین کنید به هر سرعتی که بخواهید می توانید برسید و در این راه هیچ مانعی وجود ندارد؛
  • ماده نه به وجود می آید و نه از بین می رود؛
  • مجموع زوایای یک مثلث ۱۸۰ درجه است؛
  • محیط یک دایره حاصل ضرب شعاع آن در ۲π  است؛
  • در خلا، نور همیشه در مسیر مستقیم به حرکتش ادامه می دهد.
به نظر می رسد این گزاره ها، حتی بدیهی تر از بقیه مواردی باشد که درک مشترک(۲) ما نسبت به طبیعت را شکل می دهند، اما باید مواظب بود:
درک های مشترک شامل آن لایه هایی از پیش داوری ها هستند که از پیش از قرن ۱۸ در ذهن های ما رسوب کرده اند.

آلبرت انیشتین(۳)

در حقیقت، نظریه نسبیت انیشتین همه گزاره های بالا را به چالش کشیده است. شرایطی وجود دارند که در آنها می توان نشان داد این گزاره ها نادرست هستند. با وجودی که چنین یافته هایی مبهوت کننده و شگفت انگیز هستند اما دنبال کردن ردپای انیشتین در مسیری که منجر به کشف آنها شد، کار مشکلی نیست. در این کتاب، خواهیم دید چگونه از مشاهدات عادی روزمره و ادغام کردن آنها با نتایج آزمایش هایی خاص، می توانیم به صورت منطقی به این نتیجه گیری ها برسیم. در بخش هایی از این کتاب، اندکی ریاضیات مورد استفاده قرار گرفته است. اما این استفاده به مواردی مانند گرفتن جذر اعداد یا استفاده از قضیه فیثاغورث، محدود می شود. خوانندگانی که مایلند موضوع را با جزئیات ریاضیاتی بیشتری دنبال کنند می توانند به منابع فنی تری که در این باره وجود دارد مراجعه کنند.
نظریه نسبیت به دو بخش تقسیم می شود: نظریه نسبیت خاص که در سال ۱۹۰۵ فرمول بندی شد و نظریه نسبیت عام که در سال ۱۹۱۶ ارایه شد. نظریه اول تنها تاثیراتی بر فضا و زمان، در شرایط حرکت یکنواخت، را بررسی می کرد و بعداً با در نظر گرفتن اثرات دیگری مانند تاثیرات شتاب و گرانش تکمیل شد. نظریه نخست وضعیت خاصی از یک نظریه عمومی را بیان می کرد که همه حالت ها را شامل می شد. ما هم بحث خود را با همین ترتیب و با بررسی نسبیت خاص آغاز می کنیم.

۱. نسبیت خاص

اصل نسبیت و سرعت نور

فرض کنید که در یک واگن قطار نشسته اید و منتظر حرکت آن از ایستگاه هستید. بیرون پنجره قطار دیگری را می بینید که آن هم در کنار شما توقف کرده است. سوت قطار به صدا در می آید و بالاخره شروع به حرکت می کنید. کم کم از کنار قطار بغلی می گذرید و وقتی آخرین واگن این قطار نیز از کنار شما گذشت، انتظار دارید از پنجره ایستگاه را ببینید که در پشت سر در حال دور شدن از شما است. اما وقتی آخرین واگن قطار بغلی را پشت سر می گذارید می بینید که ایستگاه حتی اندکی هم جابه جا نشده که سر جای خودش باقی مانده است. اما چطور چنین چیزی ممکن است؟ واقعیت این است که در این مورد شما و قطاری که سوارش هستید هیچ حرکتی نکرده بودید و علت اینکه فکر کردید در حال حرکت هستید صرفاً به این دلیل بوده که قطار بغلی ایستگاه را ترک می کرده است.
این یک تجربه و مشاهده ساده است که برای همه ما گاه گداری رخ می دهد و فریب مان می دهد. واقعیت این است که شما ـ حداقل در شرایطی که درباره یک حرکت مستقیم الخط یکنواخت صحبت می کنیم ـ نمی توانید با قطعیت بگویید که آیا واقعاً در حال حرکتید یا نه. به طور معمول زمانی که با ماشین در حال حرکت هستید می فهمید که حرکت می کنید. حتی اگر چشمان خود را ببندید زمانی که ماشین در پیچ ها دور می زند آن را احساس می کنید، حرکت روی دست اندازها را می فهمید و کاهش و افزایش ناگهانی سرعت را نیز متوجه می شوید. اما در هواپیمایی که به طور یکنواخت حرکت می کند، غیر از صدای موتورها و ارتعاشات خفیف راهی برای اثبات اینکه در حال حرکت هستید وجود ندارد. زندگی درون هواپیمای در حال حرکت دقیقاً به همان شکلی جریان دارد که وقتی که هواپیما روی زمین بود اتفاق می افتاد و عملاً راهی برای تفکیک بین آنها وجود ندارد. در چنین شرایطی می گوییم این هواپیما یک چهارچوب مرجع لَخت به شمار می رود.
به این معنی که تا وقتی که ناظر ما درون چنین چهارچوبی باشد، قوانین لَختی نیوتون برای وی معتبر است، به عبارت دیگر یک شیء، سرعت و جهت حرکت خود را درون چنین چهارچوبی تغییر نخواهد داد، مگر اینکه به آن نیروی جدیدی اعمال شود. برای مثال یک لیوان آب که روی میز مقابل شما در هواپیما قرار دارد تا زمانی که شما با دستتان نیرویی به آن وارد نکرده اید سر جای خود باقی می ماند.
اما وقتی از پنجره بیرون را نگاه می کنید و می بینید که زمین در زیر پای شما در حال حرکت است چه؟ آیا از این مشاهده نمی توان نتیجه گرفت که هواپیما در حال حرکت است؟ واقعاً نه! به هر حال زمین شیء ثابتی نیست. سیاره ما در حال چرخش به دور خورشید است. خود خورشید به دور مرکز کهکشان راه شیری می چرخد و راه شیری نیز در خوشه ای از کهکشان ها در حال حرکت است. تنها چیزی که می توانیم بگوییم این است که حرکت ها همه نسبی هستند. هواپیما نسبت به زمین حرکت می کند و زمین نسبت به هواپیما در حال حرکت است. هیچ راهی برای تشخیص اینکه واقعاً کدام یک از دو مورد ثابت و کدام در حال حرکت واقعی هستند وجود ندارد. اگر کسی در جمعی از افراد که هر یک در جایگاهی نشسته اند شروع به قدم زدن به شکل یکنواختی کند، این اجازه را دارد که در این شرایط خود را ثابت فرض کرده و در نظر بگیرد که بقیه افراد در اطراف او در حال حرکت هستند این امر به این دلیل است که قوانین فیزیک حاکم بر محیط ما، برای همه افراد و اشیایی که به صورت ثابت و یکنواخت حرکت می کنند، یکسان است و یا به عبارت دیگر، این قوانین برای همه افرادی که در یک چهارچوب مرجع لَخت هستند، صادق است.این گزاره را اصل نسبیت(۴) می نامند.
و البته اگر فکر می کنید که انیشتین کاشف این اصل بود اشتباه می کنید. بلکه این داستانی است که به زمان گالیله بر می گردد. اما اگر داستان نسبیت به گالیله بر می گردد، پس چرا واژه نسبیت با نام انیشتین گره خورده است؟ آن چیزی که انیشتین به آن توجه کرد، در دل قوانین الکترومغناطیس ماکسول(۵) قرار داشت. بر مبنای نظریه ماکسول نور شکلی از تابش الکترومغناطیسی است. به همین دلیل با آگاهی از قدرت نیروی الکتریکی و مغناطیسی، می توان سرعت نور یا c در خلا را محاسبه کرد.البته این واقعیت که نور هم دارای سرعت است، امر بدیهی به شمار نمی رود. وقتی وارد اتاق تاریکی می شوید و چراغ را روشن می کنید نور یک باره و در یک آن، همه جا از سقف و دیوار گرفته تا کف اتاق را روشن می کند. اما در حقیقت ماجرا آن قدرها هم یکدفعه ای و همزمان اتفاق نمی افتد. مدت زمانی طول می کشد تا نور فاصله لامپ تا مقصد خود را طی کند. البته این مدت زمان، بسیار کوتاه است. آن قدر کوتاه که چشمان غیرمسلح نمی تواند آن را تشخیص دهد. بنابر قوانین حاکم بر طبیعت سرعت نور در خلا که با نماد c نشان داده می شود، ۴۵۸ /۲۹۹۷۹۲ کیلومتر بر ثانیه است (البته در هوا این سرعت اندکی کاهش می یابد) و این سرعتی است که قابل اندازه گیری است.
اما اگر منبع نور در حال حرکت باشد چه پیش می آید؟ یک احتمال این است که مثلاً رفتار نور را شبیه به رفتار گلوله توپی فرض کنیم که از عرشه ناو جنگی که در حال عبور از آب های مقابل چشم شما است، شلیک می شود.در این حالت، برای ناظری که در ساحل ایستاده است، این انتظار وجود دارد که اگر توپ در جهت حرکت کشتی شلیک شود سرعت کشتی به سرعت اولیه آن اضافه و اگر در جهت معکوس شلیک شود این سرعت از آن کم شود. رفتار نور در چنین شرایطی که منبعش در حال حرکت است در سال ۱۹۶۴ در آزمایشگاه سرن در ژنو بررسی شد. در این آزمایش از ذرات زیر اتمی که به آنها پیون های خنثی(۶) گفته می شود، کمک گرفته شد. این پیون ها در حالی که با سرعتی معادل ۹۹۹۷۵ /۰ برابر سرعت سرعت در حال حرکت بودند دو موج نوری در دو جهت تابش کردند. سرعت هر دو این دو موج نوری با دقتی معادل ۱ /۰% سرعت نور اندازه گیری شد و مشخص شد سرعت آنها با سرعت نور برابر است. نتیجه این آزمایش این است که سرعت نور به سرعت منبع نور وابسته نیست.
همچنین سرعت نور به وضعیت ناظر آن نیز بستگی ندارد. یعنی مهم نیست که ناظری که شاهد تماشای سفر یک پرتو نور است، در مکانی ثابت ایستاده یا در حال حرکت باشد. دوباره آن کشتی فرضی را در نظر بگیرید. معلوم شد که رفتار نور شبیه رفتار گلوله ای نیست که از عرشه کشتی شلیک شده باشد، پس شاید باید رفتار آن را شبیه به رفتار امواج آب اطراف کشتی در نظر بگیریم. اگر ناظر ما کسی باشد که روی عرشه کشتی در حال حرکت قرار دارد، برای او این طور به نظر می رسد که امواج مقابل کشتی با سرعت کمتری از امواجی که در پشت سر کشتی ایجاد شده است حرکت می کنند. علت این امر به حرکت کشتی و حرکت ناظر نسبت به آب بر می گردد (شکل ۱ را ببینید). اگر نور را نوعی موج در نظر بگیریم که درون یک محیط واسطه ـ چنین محیط واسطه ای را پیشترها اتِر می نامیدند ـ و در جهات مختلف فضا حرکت می کند، آن گاه همان طور که زمین مسیرش در میان این اتر را می پیمود، سرعت نور هم می بایست برای ناظرانی که در دو سوی زمین قرار دارند و همراه آن حرکت می کنند متفاوت به نظر آید (یکی از این دو ناظر روی به سوی جهت حرکت زمین در میان اتر دارد و دیگری پشت به آن). اما در آزمایش معروفی که توسط مایکلسون(۷) و مورلی(۸) در سال ۱۸۸۷ صورت گرفت، مشخص شد سرعت نور مستقل از اینکه منبع یا ناظر را متحرک فرض کنیم در همه جهات ثابت است.



۱. ناظری که درون قایق نشسته مشاهده می کند که امواج حاصل از پاروزدنش، در راستای حرکت قایق با سرعت کمتری نسبت به خلاف آن حرکت می کنند.

بنابراین داریم:
الف. اصل نسبیت بیان می کند که قوانین طبیعت برای همه چهارچوب های مرجع لخت یکسان هستند.
ب. یکی از این قوانین طبیعت به ما اجازه می دهد که مقدار سرعت نور در خلا ـ که مقداری ثابت در همه چهارچوب های مرجع لخت و مستقل از سرعت منبع و یا ناظر آن است ـ را به دست آوریم.
این دو گزاره به نام اصول موضوعه نسبیت خاص شناخته می شوند.
این واقعیت ها برای مدت های طولانی به باوری عمومی در بین فیزیک دان ها تبدیل شده بودند و نبوغ انیشتین را لازم داشتند تا مشخص شود اگرچه هر یک از این دو گزاره به تنهایی صادق و کارآمد هستند اما زمانی که هر دو را کنار هم قرار دهیم با مشکل مواجه می شویم. در این حالت به نظر می رسید که اگر گزاره اول درست باشد دومی باید اشتباه باشد و یا اگر دومی درست باشد، اولی باید اشتباه از کار درآید. اگر هر دو ـ آن گونه که ما نشان دادیم ـ درست باشند، آن گاه موضوعی بسیار بسیار جدی در این بین از قلم افتاده است. این واقعیت که سرعت نور برای همه ناظرهای چهارچوب لخت، فارغ از حرکت چهارچوب و یا ناظر همیشه یکسان است باعث می شود، روش رایج و همیشگی که با کمک آن بردارهای سرعت را با هم جمع و از هم کم می کنیم اشتباه از کار در بیاید. اگرهم چیزی درباره مفهوم سرعت به شکلی که می شناسیم، اشتباه باشد (یعنی درباره مفهوم مسافت تقسیم بر زمان) آن گاه باید به این نتیجه برسیم که چیزی درباره زمان، مکان یا هر دو آنها اشتباه است. مسئله ای که در اینجا با آن سر و کار داریم، یک گونه عجیب و غریب نور یا نوع خاصی از تابش های الکترومغناطیس نیست. بلکه هر چیزی که با سرعت معادل سرعت نور حرکت کند و فارغ از سرعت چهارچوب مرجع لخت، یا ناظر سرعت یکسانی داشته باشد، دچار همین مسئله می شود. مسئله بسیار مهم در این بحث سرعت است (و تاثیری که بر مفاهیم پایه ای، یعنی زمان و مکان می گذارد) و نه این مسئله که ما با پدیده ای به نام نور سر و کار داریم و سرعت آن را بررسی می کنیم. بلکه خود ماهیت سرعت مورد بحث اهمیت است.



نظرات کاربران درباره کتاب نسبیت