مرگ فضازمان - پايان نسبيت 2

[فلفل نمك]

در مكانيك كلاسيك اندازة انرژي حركتي يك جسم لخت كه منتج از اندازة سرعت آن نسبت به دستگاههاي مراجعه اندازه‌گير است متفاوت ونسبي است. هر ناظر اندازه‌گير با تكيه بر سكون دستگاه خود ميزان جابجايي جسم مورد سنجش را اندازه‌گيري وبر اساس آن انرژي حركتي جسم را بدست مي آورد. روش كارچنان است كه همانند اندازة بدست آمده براي سرعت جسم كه شاخصي است مختص آن وبصورت يك طرفه فقط به جسم مورد سنجش نسبت داده مي‌شود، اندازة انرژي نيز فقط به جسم مورد سنجش نسبت داده مي‌شود. درنتيجه براي انرژي حركتي يك واحد جرم به تعداد دستگاههاي اندازه گير اندازه هاي مختلف بدست مي‌آيد كه همه به اين واحد جرم نسبت داده مي‌شود. درحالي كه هر دستگاه اندازه گير باجسم مورد سنجش داراي اختلاف ترازي است كه با اختلاف تراز دستگاه اندازه گير ديگر وجسم مورد سنجش متفاوت است. بنابراين ناظرين دستگاههاي اندازه گير از سطوح وترازهاي مختلف به سنجش جسم مورد نظر مي‌پردازند. اما چون همة آنها حركت نسبي خود وجسم مورد سنجش را بصورت يك طرفه به اين جسم نسبت مي‌دهند وآن را در حال جابجايي فرض مي‌كنند، تفاوت تراز دستگاهها ناديده گرفته مي‌شود زيرا همة ناظرين دستگاه خودرا نسبت به نقاط يك دستگاه (فضا) ساكن فرض مي‌كنند. اين دقيقاً به اين معناست كه از چندين نقطة يك دستگاه كه نسبت به هم ساكنند انرژي حركتي يك جسم مورد سنجس قرار گيرد واندازه هاي مختلف به دست آيد. بديهي است كه اگر از جذب ودفع انرژي از طريق امواج توسط جسم لخت صرف نظر كنيم، هيچگونه تغييري كه بتوان فقط به اين جسم نسبت داد در وضعيت انرژي آن صورت نمي‌گيرد. براي ساكن شدن اين جسم نسبت به هر دستگاه اندازه‌گير ميزان متفاوتي نيرو بايد صرف شود‌. به عبارت ديگر براي اينكه جسم لخت مورد سنجش همتراز با هر دستگاه مراجعة اندازه‌گيرقرار گيرد ونسبت به آن ساكن شود ميزان متفاوتي انرژي نياز است كه از آن به عنوان انرژي جنبشي ياد مي‌شود.

[فلفل نمك]

توجه به اين نكته بسيار مهم است كه پس از وارد شدن نيرو وايجاد حركت نسبي ميان دو دستگاه، حالت حركت هيچكدام با قضاوت ديگري متغيري تابع زمان نيست. آنچنانكه فكر كنيم در لحظات بسيار كوتاه دستگاه k را مي‌توان نسبت به يك نقطة ساكن در دستگاه k' ساكن دانست. تنها راه سكون دو دستگاه نسبت به هم همانند ايجاد حركت وارد شدن نيروست. در مكانيك كلاسيك ونسبيت خاص غالباً چنين فكر مي‌شد كه حوادث در نقاط همبافتة فضا‌زمان رخ مي‌دهند وتلاش براين بود كه مختصات نقطة حادثه را كه يك نقطة جهان ناميده مي‌شد نسبت به دستگاههاي مختلف بدست آورند. اما حوادث از اجسامي كه واقعيت فيزيكي دارند ناشي مي‌شوند ويك جسم هيچگاه از حركت نسبي با ديگر اجسام مستثني نيست به عبارت ديگر مكان يا نقطه‌اي داراي واقعيت فيزيكي يافت نمي‌شود كه در حركت نقشي نداشته باشد يعني همزمان نسبت به دو جسم متحرك در حال سكون باشد. اين نقطه كه وجود آن غير ممكن است در صورت وجود يك نقطه از نقاط پيوستة( فضا‌زمان) بود وحادثة رخ داده در آن مي‌توانست داراي مختصات ثابت دردودستگاه مختلف باشد. بديهي است كه عدم وجود چنين نقاطي به اين معناست كه مكان يك حادثه فقط نسبت به دستگاه مختصات ساكن وهم سطح آن معنا دارد ومانمي‌توانيم همين مكان را يك مكان يا نقطه از پيوستة فضا نيز بدانيم وسپس تلاش كنيم كه مختصات همين نقطه از فضا را در دستگاه ديگر نيز پيدا كنيم. به بياني عمومي تر مي‌توان گفت ادعاي وقوع حادثه درهر جا وتعيين مكان آن نسبت به هر دستگاه اشتباه است. برخلاف تصور، ملاك ومعيار گذر ازيك دستگاه به دستگاه ديگر جهت تبديلات مكاني حوادث، ميزان جابجايي يكي نسبت به ديگري به صورت خطي ودر يك سطح نيست بلكه براي عبور از يك دستگاه به ديگري تنها راه تحمل نيرو وصرف انرژي ورفتن از يك سطح به سطح ديگر است.

[فلفل نمك]

گرانش
هركس آشنايي نسبي با نظريه نسبيت عام داشته باشد مي‌داند كه هدف اصلي در اين نظريه تعميم اصل نسبيت براي همة دستگاههاي مراجعة ممكن اعم از لخت وشتابدار است. در اين راستا باتوجه به اصل هم ارزي دستگاههاي شتابدار وپديدة گرانش مسائل مربوط به اين پديده نيز مورد بحث قرار مي گيرد. از ديدناظرين دستگاههاي لخت گاليله‌اي حركت يك جسم لخت به صورت مستقيم‌الخط ويكنواخت است. گرچه شاخصهاي حركت اين جسم از يك دستگاه به دستگاه ديگر متفاوت است اما قانون حاكم بر حركت آن كه قانون لختي است، براي همة دستگاههاي لخت معتبر وبصورت يكسان فرمولبندي وبيان مي‌شود. اما ناظر يك دستگاه متحمل نيرو وشتابدار ازاجسامي كه متحمل اين نيرو نيستند ودر شتاب آن شركت ندارند، حركتي متفاوت مشاهده مي‌كند يعني حركتي منحني الخط وشتابدار. آنچه كه ناظر اين دستگاه شتابدار از حركات اين اجسام مشاهده مي‌كند دقيقاً با آنچه كه ناظر قرار گرفته بر يك جرم داراي گرانش مانند زمين از حركات اجسام در حال سقوط مشاهده مي‌كند يكسان وهم ارز است. هيچگونه شكي در صحت اين اصل كه تحت عنوان اصل هم ارزي پديدة گرانش ودستگاههاي شتابدار توسط باني نظريه نسبيت عام در قالب مثال اتاقك شتابدار عنوان شده است وجود ندارد. بنابراين قصد ومنظور تكرارشواهد ودلايل اين اصل نيست بلكه بحث برسر اين است كه چگونه مشاهدات وتجارب اين دوناظر را توضيح داده وتفسير كنيم. درآزمايش ذهني اتاقك شتابدار فرض اوليه اين است كه اتاقك در محيطي بدور از ميدان‌های جاذبه به وسيله طنابي با نيرويي ثابت در جهتي كشيده شود. ناظردرون آن با آزمايشهایی كه انجام مي‌دهد مانند رها كردن اجسام وپرتاب آنها وهمچنين تجارب حسي مانند احساس سنگيني وسكون كه در خود سراغ دارد، خود را دقيقاً بر روي يك جرم داراي گرانش خواهد يافت وبا ديدن طناب به اين نتيجه مي‌رسد كه به همراه اتاقك در يك ميدان جاذبه آويزان است. از نظر استاد اولين نتيجة حاصله پيدا شدن يك وجه مشترك بين دستگاههاي لخت ودستگاههاي شتابدار براي تعميم اصل نسبيت به همة دستگاههاست. اين وجه مشترك احساس سكوني است که هم ناظر يك دستگاه لخت دارد وهم ناظر درون اتاقك شابدار.

[فلفل نمك]

اما اين مسير اشتباه است وبه دلايلي كه ذكر خواهد شد گرانش حاصل وجودميدان نيست. بررسي هاي ما در حيطة اجسام ودستگاههاي لخت گاليله‌اي به اين نتيجه منجر شد كه روش مكانيك كلاسيك در بررسي وتوصيف حركات بر اساس مفهوم جابجايي وانتقال جسم، به چند تناقض وسؤال بي جواب مي انجامد. درمكانيك كلاسيك همة ناظرين دستگاههاي لخت گاليله‌اي، به هنگام بررسي واندازه‌گيري حركت يا سكون يك جسم لخت كه به آنها رجوع داده شده است با تكيه برسكون دستگاه خويش، حركت جسم رجوع داده شده را به معناي جابجايي از يك نقطه به نقطة ديگر تلقي مي‌كنند. اين تلقي باعث مي‌شود كه اولاً همة اين دستگاهها در موضع سكون نسبت به محيط انتقال قرار بگيرند وعلي‌رغم حركت نسبت به هم به عنوان نقاط يا مكانهاي يك دستگاه كلي نسبت به هم ساكن فرض شوند، ثانياً با اين كار تفاوتهاي هر دستگاه گاليله‌اي با دستگاههاي ديگر كه قبلاً در اثر وارد شدن نيرو ايجاد شده است ودر واقع آنها را در پله هاي متفاوت نسبت به هم قرار داده است ناديده گرفته مي‌شود وتفاوتها در اندازه هاي بدست آمده از سرعت حركت جسم رجوع داده شده به دستگاهها بروز مي‌كند ونمايان مي شود. آنچنانكه اگر اندازه هاي بدست آمده توسط ناظرين چندين دستگاه را كنار هم قرار دهيم شاهد يك تغيير نامنظم در سرعت جسم رجوع داده شده، خواهيم بود. به عبارت ديگر حركت جسم رجوع داده شده داراي يك شتاب غیرثابت است. اما مي‌توانيم شرايطي را تصور كنيم كه چندين دستگاه گاليله‌اي كه آنها را شماره‌گذاري كرده‌ايم در يك راستا با جسم رجوع داده شده در حركت نسبي باشند. طوري كه شدت حركت نسبي هر دستگاه با جسم رجوع داده شده از حركت نسبي دستگاه قبل از آن با جسم رجوع داده شده به يك ميزان وبه صورت جزئي تندتر باشد. در اين صورت اگر اندازه‌هاي بدست آمده توسط ناظرين اين دستگاهها ازحركت جسم رجوع داده شده را براساس شماره دستگاهها مرتب كنيم، شاهد تغييرات منظم سرعت جسم رجوع داده شده ودر نتيجه يك شتاب ثابت در حركت آن خواهيم بود، مي‌توانيم فقط به اندازه‌هاي عددي اكتفا نكنيم وبا تركيب فيلم‌هاي چند ثانيه‌اي كه ناظرين دستگاهها از جسم رجوع داده شده گرفته‌اند، شتاب را دقيقاً مشاهده كنيم. شتابي را كه ما از اين طريق يعني مرتب كردن مشاهده واندازه‌گيري چندين ناظر لخت مشاهده مي‌كنيم، ناظر يك دستگاه متحمل نيرو وشتابدار به تنهايي در جسم رجوع داده شده مشاهده مي‌كند. به عبارت ديگر در آزمايش ذهني قبل اگر در همان راستايي كه دستگاههاي لخت گاليله‌اي با جسم رجوع داده شده حركت نسبي دارند، دستگاه شتابداري وجود داشته باشد، ناظر قرار گرفته بر آن از حركت جسم رجوع داده شده همان فيلمي را خواهد ديد كه قطعات آن در لحظات كوتاه مساوي بر روي دستگاههاي لخت ذكر شده فيلم برداري شده است. آنچنانكه جسم رجوع داده شد از ديد او داراي يك شتاب ثابت است. دليل هم ارز بودن آنچه كه اين ناظر به تنهايي مشاهده مي‌كند وآنچه كه با مرتب كردن مشاهده چندين ناظر لخت شاهد آن خواهيم بود اين است كه به دستگاه شتابدار يك نيروي ثابت وارد مي‌شود واين نيرو در حين مشاهدة ناظر قرار گرفته برآن در حال عمل است. در مورد دستگاههاي لخت مربوط به آزمايش ذهني مانيز نيروي وارد شده به هر دستگاه آن را نسبت به دستگاه قبل از خود در سطح وترازي متفاوت قرار داده است. اما اين كار قبلاً صورت گرفته است وناظرين ودستگاه آنها در حين مشاهده ناظريني لختند. بدين ترتيب عامل ايجاد تغيير در هر دو مورد نيروست. اما نكتة اساسي ومهم اين است كه تغيير در دستگاه‌هاي ناظرين اندازه‌گير صورت مي‌پذيرد نه در آنچه كه اندازه مي‌گيرند. به اين معنا كه تفاوت وتغيير در اندازه هاي جاصل شده از سرعت جسم رجوع داده شده در دو يا چند دستگاه لخت به دليل قرار گرفتن هر دستگاه نسبت به دستگاه ديگر ونسبت به جسم رجوع داده شده در سطح وترازي متفاوت توسط نيروست وهيچگونه تغييري در جسم رجوع داده شده، صورت نمي‌گيرد. بنابراين شتابي كه در آزمايش ذهني ما از طريق مرتب كردن اندازه هاي حاصل شده توسط چندين ناظر لخت در حركت جسم رجوع داده شده مشاهده مي‌شود ونيز شتابي كه ناظر دستگاه شتابدار به تنهايي در حركت جسم رجوع داده شده مشاهده مي‌كند، شتابي كاذب ودروغين است. كاذب به اين مفهوم كه برخلاف آنچه كه قانون نيوتني ايجاد شتاب حكم مي‌كند كه هنگامي كه شتابي مشاهده شد این شتاب حاكي از وجود نيرو ويا ميداني براي ايجاد آن است، در اين مورد هيچگونه عامل فيزيكي مانند نيرو يا ميدان كه جسم رجوع داده شده را وادار به حركت شتابدار كند وجود ندارد.

[فلفل نمك]

در واقع فيزيك كلاسيك در اولين گام توضيح وفرمولبندي حركت دچار اشتباه شده است. مكانيك كلاسيك حركت را به مفهوم جابجايي وانتقال تلقي كرده است. اعتبار اين مفهوم وابسته به وجود يك دستگاه مختصات سوم است كه به عنوان مبنا ومعياري براي معنادار شدن مفاهيم سكون وحركت و كاربردي شدن آنها لازم است. هنگامي كه ناظرين چندين دستگاه لخت حركت يك جسم رجوع داده شده به آنها را به مفهوم انتقال تلقي مي‌كنند، آنچه را كه نيرو دروجود هريك از آنها نسبت به جسم رجوع داده شده ايجاد كرده است به صورت يك طرفه فقط به جسم نسبت مي‌دهند واندازه مي‌گيرند. به اين ترتيب از يك طرف همة اين دستگاهها نسبت به دستگاه مبنا يا دستگاه سوم ساكن خواهند بود وتفاوت سطح وتراز هريك باديگري كه قبلاً به وسيلة نيرو ايجاد شده است ناديده گرفته مي‌شود، از طرف ديگر در اندازه هاي حاصل شده كه همه به جسم رجوع داده شده نسبت داده مي‌شود تغييري به صورت يك شتاب كاذب نمايان مي‌شود. اگر حركت همين جسم به يك دستگاه شتابدار ومتحمل نيرو رجوع داده شود، ناظر قرار گرفته بر اين دستگاه در هر لحظه در نقش يكي از ناظرين دستگاههاي لخت خواهد بود وآنچه را كه مجموع ناظرين لخت مشاهده واندازه‌گيري كرده‌اند او به تنهايي مشاهده واندازه گيري ميكند. همانند ناظرين دستگاههاي لخت كه هر يك خودراساكن وحركت را فقط به جسم رجوع داده شده نسبت مي‌دهند، اين ناظر نيز خودرا ساكن مي‌داند وتغييري را كه در حركت نسبي دستگاهش بواسطة نيروي وارد بر آن با جسم رجوع داده شده در حال انجام است، در جسم رجوع داده شده مي‌بيند وفقط به اين جسم نسبت مي‌دهد. بنابراين از نظر او بايد عاملي همچون ميدان وجود داشته باشد تا تغيير حركت يا شتاب جسم را توجيه كند. غافل از اينكه عامل ايجاد تغيير نيرويي است كه به دستگاه خود او درحال وارد شدن است ونتيجه را كه تغيير در حركت نسبي دستگاه شتابدار وجسم رجوع داده شده است، او در وجود جسم رجوع داده شده مي‌بيند بدون اينكه هيچگونه نيرو يا ميداني براين جسم اثر كند.