اینشتین ونسبیت

 

اینشتین ونسبیت

با سلام خدمت همه دوستان خوبم و خوانندگان عزیز این وبلاگ این هفته میخوام بنا بر اصرار بسیاری از دوستان کمی هم در مورد نسبیت صحبت کنم البته به صورت بسیار ساده وابتدایی، بنابراین بی مقدمه شروع می کنم ...

در سال 1905 آلبرت اینشتین نخستین بخش از نظریه معروف نسبیت اش را عرضه کرد. او در آن هنگام فقط 26 سال سن داشت که به بررسی پیامد های دو نکته تجربی بسیار پیچیده پرداخته بود. آزمایشهای گسترده ای که تا آن زمان انجام یافته بود ، به دو نتیجه زیر منتهی شد :

1 . اندازه گیریهای دقیق سرعت سیر نور در خلا مقدار آن را مستقل از چگونگی حرکت چشمه نور یا وسایل اندازه گیری ، برابر c=2.998 ضدربدر ده به توان هشت ،متر بر ثانیه به دست داده بود.

2 . سرعتها را فقط نسبت به جسم یا علامتی معین می توان اندازه گیری کرد. ما فقط می توانیم چیزی را نسبت به چیزی دیگر در حال سکون بدانیم. گفتن اینکه جسمی در حال سکون است هیچ معنایی نداردمگر آنکه جسم دیگری را بعنوان مرجع تعیین حرکت معرفی کنیم.

اینشتین متوجه شد که این دو نکته می توانند متضمن پیامد های ساده و مبهوت کننده باشند. او، با فرض درست بودن دو نکته ای که در بالا بدانها اشاره شد، نتایج زیر را بدست آورد :

1 . هیچ نوع جسم یا انرژی را نمی توان با سرعتی بالاتر از سرعت سیر نور در خلا ،c، به حرکت در آورد.

2 . جرم هر جسمی همرا با افزایش سرعت آن افزایش می یابد.

3 . جرم شکلی از انرژی است، بدین معنی که جرم و انرژی را می توان به هم تبدیل کرد.

4 . فرض کنید که یک وسیله اندازه گیری زمان (هر نوع ساعت) با سرعتی زیاد از مقابل شخصی در حرکت است. اندازه گیری این شخص نشان خواهد داد که کار تیک تیک ساعت در مقایسه با کار همان ساعت وقتی که نسبت به شخص در حال سکون ، کند تر میشود.

5 . فرض کنید که جسمی با سرعت زیاد از مقابل شخصی در حرکت است. اندازه گیری این شخص طول جسم را در راستای حرکت کوتاه تر نشان خواهد داد.

از میان این نتایج، سه مورد اول برای ما از اهمیت بیشتری برخوردار است.

درباره نتیجه 1 مثالی می آوریم: هنگامی که الکترون ها را تا سرعت های زیاد شتاب می دهیم، رفتارشان دیگر حالت عادی ندارد. بویژه وقتی که سرعت v به سرعت c نزدیک می شود، معادلات معمولی حرکت دیگر برقرار نیستند. هر قدر تلاش کنیم ، هیچگاه نمی توانیم الکترونی را آنچنان شتاب دهیم که سرعتش به c یا بالاتر از آن برسد. در واقع ، سرعت هیچ جسم یا ذره ای را نمی توان به سرعت سیر نور در خلا رساند.

دلیل نتیجه 1 را می توان در نتیجه 2 پیدا کرد. در سرعتهای خیلی بالا ، جرم جسم همراه با سرعتش افزایش می یابد.

به طور خلاصه با افزایش سرعت هر جسمی به طرف سرعت سیر نور در خلا ، جرم ظاهری آن به طور نامحدود افزایش می یابد.

رابطه جرم-انرژی اینشتین

در قسمت های بالا دیدیم که جرم جسم با نزدیک شدن سرعت آن به سرعت سیر نور افزایش می یابد. جرم در هر جسمی نشانگر لختی آن است. بنابراین، وقتی جرم جسمی افزایش می یابد، نیروی لازم برای شتاب دادن آن نیز افزایش می یابد. هنگامی که سرعت جسم به سرعت نور نزدیک می شود، چون جرم جسم به طرف بی نهایت میل می کند، نیروی لازم نیز به تقریب بی نهایت خواهد شد. چون نیروی بی نهایت وجود ندارد، افزایش سرعت یک جسم تا سرعت سیر نور ناممکن است. بدین ترتیب، برای یکی از نتایج نسبیت که بنابرآن سرعت هیچ جسمی از سرعت نور بیشتر نمی شود، دلیلی به دست می آوریم.

این اثر را به گونه ای دیگر نیز می توان بررسی کرد. نیروی شتاب دهنده روی جسم کار انجام می دهد. این کار در سرعت های پایین به صورت انرژی جنبشی در می آید. اما در سرعت های نزدیک به c ، حتی اگر کار بسیار زیادی هم انجام شود، افزایش سرعت زیاد نیست. پس کاری که انجام می شود به کجا می رود ؟

اینشتین این پرسش را با نشان دادن این نکته پاسخ گفت که رابطه  mv^2*1/2 فقط در شرایط محدودی می تواند انرژی جنبشی جسم را تعیین کند. در سرعت های پایین که m=m0 است، انرژی جنبشی را می توان ازmv^2*1/2  بدست آورد. اما در سرعت های بالا ، و در واقع در هر سرعتی، معادله درست انرژی جنبشی به صورت زیر است.

KE=(m-m0)c^2(انرژی جنبشی)

با قرار دادن مقدار m از معادله بالا، در این معادله می توان شکل رایجmv^2*1/2  را به دست آورد. اما این نتیجه را فقط در حالت حدی v/c--->0 می توان به دست آورد.

انرژی جنبشی جسمی با جرم سکون m0 عبارتست از m-m0)c^2)در سرعت های پایین این رابطه به صورت mv^2*1/2  در می آید.

بدین گونه می بینیم که افزایش انرژی جنبشی جسم به صورت افزایش جرم آن ظاهر می شود. این نکته حتی برای اتومبیلی که با سرعت 20 متر بر ثانیه در جاده حرکت می کند هم صادق است.

اینشتین پا را از این هم فراتر گذاشت. نظریه نسبیت ، پیش بینی می کند که هرگونه تغییری در انرژی به تغییر جرم منجر می شود. فرقی نمی کند که انرژی از نوع انرژی پتانسیل، جنبشی، گرمایی، شیمیایی یا هر نوع دیگری باشد. به طور کلی داریم:

هنگامی که انرژی جسمی به مقدار دلتاE تغییر کند، جرم آن هم به مقداردلتاM تغییر می کند. ارتباط این دو از معادله جرم-انرژی بدست می آید.E=mc^2