دنیای دانش و تکنولوژی زنبور( Bee tech)

در این مطلب در مورد خمیدگی فضا زمان صحبت می‌کنیم. در نسبیت عام و طبق نظر اینشتین خمیدگی فضا زمان همان گرانش است که نیوتن آن را به عنوان یک نیروی بین دو جسم تعریف کرده بود. بدین منظور بعد از توضیح خمیدگی فضا زمان، در مورد فضا زمان و برخی پرسش‌های دیگر مطالبی را ارائه خواهیم داد.

در حقیقت باید گفت در نسبیت عام گرانش همان خمیدگی فضا زمان است. هنگامی که اینشتین اصل هم ارزی را فرمول بندی کرد، ابهامات در مورد گرانش کمی مرتفع شد. او توانست از دانش خود در مورد شتاب برای درک بهتر گرانش استفاده کند.

همان طور که می‌دانید شتاب همیشه به معنای تغییر سرعت، مانند زمانی که اتومبیل سرعت می‌گیرد و شما را به پشتی صندلی فشار می‌دهد، نیست. شتاب می‌تواند به معنای تغییر جهت حرکت باشد، مانند زمانی که در یک چرخ و فلک حرکت می‌کنید و حرکت آن باعث می‌شود به سمت کنار صندلی متمایل و فشرده شوید.

برای درک بیشتر این موضوع اجازه دهید یک ماشین استوانه‌ای را تصور کنیم که در آن شما و دیگران را به سطح داخلی آن چسبانده‌اند. با حرکت سریع و سریعتر، استوانه می‌چرخد ​​تا شتاب به مقدار حدی خود برسد و حرکت ثابت بماند. اما حتی هنگامی که سرعت ثابت است، شما هنوز حرکت شتابدار را احساس می‌کنید. در حقیقت شما احساس می‌کنید که به دیواره داخلی استوانه متصل و در حال حرکت هستید.

اگر مدار این چرخش به اندازه کافی بزرگ بود و با سرعت کافی حرکت می‌کرد، شما به عنوان کسی که در استوانه بودید نیز متوجه برخی از تغییرات و تاثیرات عجیب و غریب درون خود سواری می‌شدید. این تغییرات نه فقط از نظر شخصی که خارج از ماشین ایستاده بلکه از نظر شما که داخل آن هستید نیز قابل مشاهده است.

با هر چرخش، کسانی که در لبه سواری هستند تمام محیط استوانه را طی می‌کنند در حالی که در مرکز تقریباً هیچ حرکتی وجود ندارد. بنابراین اگر کسی بتواند در وسط سواری توسط یک طناب نگه داشته شود و سقوط نکند، متوجه همه تأثیرات عجیب و غریبی که در نسبیت خاص در مورد آن‌ها صحبت کردیم، می‌شود. او می‌بیند برای کسانی که در لبه هستند، طول انقباض پیدا می‌کند و ساعت آن‌ها با سرعت کمتری تیک (اتساع زمان) می‌زند.

در حقیقت اصل هم ارزی به ما می‌گوید که تأثیر گرانش و شتاب غیرقابل تشخیص است. با اندیشیدن به مثال سواری استوانه‌ای، می‌بینیم که حرکت شتاب دار می‌تواند باعث اختلال در فضا و زمان شود. دقیقاً در اینجا بود که اینشتین این نقطه‌ها را به هم متصل کرد و نشان داد که گرانش در حقیقت تغییر در شکل فضا زمان و خمیدگی فضا زمان است. گرانش انحنای جهان است که توسط اجسام عظیم ایجاد می‌شود و مسیری را که اجسام طی می‌کنند تعیین می‌کند. این انحنا پویا است و با حرکت آن اجسام حرکت می‌کنند.

خمش فضا زمان

تصویر ۲: در دیدگاه اینشتین از عالم، گرانش عبارت است از خمیدگی فضا زمان ناشی از اجرام عظیم

این نظریه یعنی نسبیت عام، همه چیز را از مدار ستارگان گرفته تا برخورد سیارک‌ها تا سیب‌هایی که از شاخه‌ای به زمین سقوط می‌کنند پیش بینی می‌کند و این همان چیزی است که از نظریه گرانش انتظار داشتیم.

در فیزیک کلاسیک، زمان به طور مداوم و مستقل برای همه اجسام پیش می‌رود و خطی است. در نسبیت، فضا زمان یک پیوستار چهار بعدی است که سه بعد آشنا از فضا را با بعد زمان ترکیب می‌کند.

برای محاسبه گرانش در نسبیت، ساختار این فضا زمان چهار بعدی باید فراتر از قوانین هندسه کلاسیک گسترش یابد، جایی که خطوط موازی هرگز به هم نمی‌رسند و مجموع زوایای مثلث 180 درجه است. در نسبیت عام، فضا زمان مسطح نیست بلکه با وجود اجسام عظیم خم می‌شود.

خمش فضا زمان

تصویر ۳: خمیدگی فضا زمان توسط سه جسم با جرم‌های مختلف

شکل بالا، فضا زمان را به عنوان سطحی ساده و دو بعدی تجسم می‌کند، که با حضور سه جسم عظیم، که به صورت کره‌های رنگی نشان داده شده است، مختل می‌شود. خمیدگی فضا زمان ناشی از هر کره متناسب با جرم آن است.

خمیدگی فضا زمان بر حرکت اجسام عظیم درون آن نیز تأثیر می‌گذارد. به نوبه خود، با حرکت اجسام عظیم در فضا زمان، انحنا تغییر می‌کند و هندسه فضا زمان در تکامل مداوم است. در حقیقت در این تعریف گرانش تعاملی پویا بین ماده و فضا زمان را ارائه می‌دهد.

فضا زمان چیست؟

مردم همیشه فضا را بدیهی می‌دانند و آن را تنها یک فضای خالی در نظر می‌گیرند. به همین ترتیب زمان نیز چیزی است که به سادگی می‌گذرد. اما اگر فیزیکدانان از این مسیر طولانی برای یکپارچه سازی نظریات خود چیزی آموخته باشند، این است که فضا و زمان سیستمی را تشکیل می‌دهند که از پیچیدگی زیادی تشکیل شده و از تلاش شدید ما برای درکش امتناع می‌کند.(بخش 2 را بخوانید)

دوستان و همراهان گرامی به خاطر محدود بودن وقت و امکانات و اینکه هدف ما ارائه‌ ی مطالب پر محتوا و با کیفیت است. لذا مقالات در چند شماره نوشته می شود. ادامه ی مطلب در بخش ۲ به زودی ارائه خواهد شد....