صد سالگی نظریه نسبیت آینشتاین

این روزها جشن صد سالگی نظریه نسبیت عام آینشتاین است. فرضیه‌ای که مرزهای دانش بشری را برای همیشه دگرگون کرد و تصور علمی از فضا و زمان را تغییر داد.

 

 به گزارش نیویورک‌تایمز آلبرت آینشتاین، که در سال ۱۸۷۹ در آلمان به‌دنیا آمد و در سال ۱۹۱۵، صد سال پیش، نظریه نسبیت عام را برای گروهی از دانشمندان زمان خود در آکادمی علوم پروس عرضه کرد.

 

نظریه نسبیت عام مجموعه‌ای از معادلات ریاضی است که در آن پدیده فضا-زمان و جاذبه که تا آن زمان با فرمول‌های مکانیکی نیوتون یا «نیرو» توضیح داده می‌شد، به شکل یک خمیدگی توضیح داده می‌شود.

 

 به گزارش سی‌بی‌سی پدرو فریرا، نویسنده کتاب «نظریه کامل» که کتابی در خصوص نظریه نسبیت آینشتاین است می‌گوید که این نظریه مجموعه‌ای ساده اما ظریف و زیبایی از معادلات است. معادلاتی که اگر بتوانید آنها را حل کنید، به چیزهای بی‌نظیری می‌رسید.

اما چه چیزهایی از دل نظریه نسبیت بیرون آمد؟

یکی از عجیب‌ترین و اولین چیزهایی که از دل نظریه نسبیت بیرون آمد، مسئله سیاه‌چاله‌های فضایی بود.

سیاه‌چاله ناحیه‌ای از فضا-زمان است که جرم در آن به‌شدت فشرده شده است. وجود سیاه‌چاله‌ها در نظریه نسبیت آلبرت اینشتین پیش‌بینی می‌شود. این نظریه پیش‌بینی می‌کند که یک جرم به اندازه کافی فشرده می‌تواند سبب تغییر شکل و خمیدگی فضا-زمان و تشکیل سیاهچاله شود.

به گفته فریرا، در سال ۱۹۱۵  وجود سیاه‌چاله‌ها برای اولین بار به‌وسیله یک سرباز آلمانی که در جبهه‌های جنگ جهانی اول می‌جنگید، از نظریه نسبیت عام آینشتاین نتیجه‌گیری شد. این سرباز که کارل شوارتزشیلد  نام داشت نتیجه خود را برای آینشتاین فرستاد. اما آینشتاین با اینکه این معادله را تحسین کرد به وجود سیاهچاله باور نداشت. کارل شوارتزشیلد در سال ۱۹۱۶ می‌میرد و سیاه‌چاله‌ها تا یک دهه بعد از مرگ آینشتاین هم باور نمی‌شوند؛ اما از همان زمان دست‌مایه داستان‌ها و فیلم‌های علمی تخیلی زیادی شده‌اند.

معادلات نظریه نسبیت نشان می‌دهد که جهان در حال انبساط است. اما اگر زمان به عقب برگردد و جهان کوچک و کوچک‌تر شود به کجا می‌رسیم؟ اگر در زمان به عقب برگردیم، به نقطه‌ای در گذشته می‌رسیم که در آن قوانین فیزیکی شناخته‌شده کارایی خود را از دست می‌دهند و نقطه تکینگی نام دارد. این نقطه، نقطه پیدایش گیتی است

باز هم مانند مسئله سیاه‌چاله‌ها، خود آینشتاین در خصوص پذیرش فرضیه مه بانگ مقاومت نشان داد تا آنکه داده‌های تلکسوپ هابل نشان داد که واقعا جهان ما در حال بزرگ شدن است.

وقتی از دستگاه ره‌یاب ماشین یا نقشه‌های تلفن هوشمندتان استفاده می‌کنید، احتمالا به نطریه نسبیت آینشتاین فکر نمی‌کنید. اما جالب است که بدانید ماهواره‌هایی که فرمان‌های دستگاه‌های جهت‌یاب را در مدار زمین (و در فاصله بیست هزار کیلومتری بالای سطح زمین) را دریافت و به آن پاسخ می‌دهند، اگر فرضیه نسبیت در خصوص تغییر مفهوم و میزان زمان با تغییر گرانش (جاذبه)‌را در معادلات خود استفاده نکنند،  این سامانه روزی ۱۰ کیلومتر خطا خواهد داشت و خیلی زود به درد هیچکس نخواهد خورد.

کرم‌چاله‌ها ساختارهای فضازمانی پل مانندی هستند که دو گستره جدا از یک فضا-زمان یا دو فضازمان جدا از هم را به یکدیگر پیوند می‌دهند. کرم‌چاله‌ها زمان لازم برای رسیدن از یک نقطه به نقطه دیگر را کوتاه و آسان می‌کنند. آینشتاین ثابت کرده که جهان تنها سه بعدی نیست، بلکه زمان بعد چهارم جهانی است که ما می‌شناسیم. در این فضا-زمان چهار بعدی، کرمچاله‌ها می‌توانند سوراخی به جهانی دیگر یا ناحیه‌ای دیگر از همین جهان باشند.

فرضیه نسبیت می‌گوید که یک جرم با چگالی بسیار بالا مثل خورشید، می‌تواند شکل نور در اطراف خودش را تغییر دهد و مسیر نور را خم کند. براساس نسبیت عام، جرم می‌تواند فضازمان را خمیده کند و در نتیجه میدان گرانشی‌ای بسازد که می‌تواند نور را منحرف کند.با همگرایی گرانشی می‌توان اطلاعاتی درباره جسم میانی (عدسی) از جمله جرم آن به دست آورد و این به دانشمندان اجازه مطالعه ستاره‌ها و سیاره‌های بسیار دور دست را می‌دهد.