نسبیت عام و انیشتین

نسبیت عام و انیشتین (قسمت اول )
انیشتین متوجه شد که معادلاتش برای کیهان ایستا که خودش به ان باور داشت که در زمان تغیری نمیکند ... هیچ راه حلی ندارد . برای همین او یک ثابت کیهان شناسی وارد معادلاتش کرد .با این کار سعی داشت که کیهان را ایستا و خنثی جلوه دهد . اگر انیشتین به معادله اولیه اش وفادار میماند اولین کسی بود که انبساط کیهان را کشف میکرد .

بهر شکل تا دهه 1920 میلادی این اتفاق نیوفتاد تا این که مشاهدات هابل با تلسکوپ 100 اینچی بر فراز کوه ویلسون باعث شد بفهمیم غیر از راه شیری کهکشانهای دیگری هستند و حتی از ما در حال دور شدن هستند – هابل شخصا در دورانش روی 50 کهکشان غریبه و سرعتشان تحقیق و بررسی کرد . انیشتین بعد از این موضوعات ثابت کیهان شناسی معادله اش را بعنوان یک گاف بزرگ در زندگیش معرفی کرد .

ولی بعدها میبینیم همین ثابت کیهان شناسی در طی مشاهدات جدید نشان میدهد واقعا چنین عاملی اندکی موجود است . نسبیت عام بحث مبدا کیهان را به طور کلی تغیر داد . اگر کهکشانها در حال حاظر دارند از هم دور میشوند پس باید یک روزی بسیار بهم نزدیک بوده باشندچیزی حدود 13.72 میلیارد سال پیش همه حجم کیهان فشرده و داغ بود . این وضعیت توسط یک دانشمند و البته کشیش مسیحی به نام جرج لماتر انفجار بزرگ نام نهاده شد  .که به مدل اتم اولیه نیز شهرت پیدا کرد .

اما انیشتین زیر بار این موضوع نمیرفت زیرا او علاقه مند به کیهانی ایستا بود . او گمان میکرد کیهان دوره ای انقباضی در پیشینه خود طی کرده بود و اکنون در حالتی متعادل از انبساط است . امروز میدانیم نسبیت عام نمیگذارد کیهان ناگهان از حالت انقباض به حالت انبساط ناگهان تغیر وضعیت بدهد . استیون هاوکینگ و رابرت پنروز نشان دادند که نسیبت عام پیش بینی میکند که زمان درون سیاه چاله ها هم برای ستاره هم برای یک فضانورد بدبخت به پایان میرسد .

اما اغاز   پایان زمان مکانهایی خواهند بود که نسبیت عام نمیتواند انها را تعریف کند . پس نسبیت نمیتواند دقیق بگوید چه چیز باید از انفجار بزرگ بیرون اید .

علت شکست نسبیت در تشریح بیگ بنگ این بود که با نظریه کوانتوم که مفهوم انقلابی دیگری در قرن 20 بود همخوانی و هماهنگی نداشت. نخستین قدم در دنیای کوانتوم را پلانک در 1900 برداشت  . وی در برلین کشف کرد که پرتوی جسمی که از داغی قرمز شده فقط درصورتی تشریح و توجیه میشود که بگوییم نور فقط در صورتی ساتع  و جذب میشه که بتونه به صورت بسته های کوچکی از انرژی به نام کوانتا باشد .

انیشتین در 1905 با مقاله اثر فوتوالکتریک نظریه پلانک را تعمیم داد که باعث شد وی جایزه نوبل را نیز دریافت کند .

پل دیراک – شودینگر افراد دیگری بودند که در دهه 20 میلادی مکانیک کوانتوم را ارائه دادند . خیلی وارد مبحث کوانتوم و دنیای ریز اتمی نمیشویم تا از بحث نسبیت عام پرت نشویم .

پس فهمیدیم طبق نسبیت عام فضا و زمان در هم تنیده شده اند و دو عضو جدایی ناپذیر هستند – نظریه نسبیت عام با سه بعد فضا ترکیب و ادغام شده و چیزی به نام فضا زمان نامیده میشود . این نظریه گرانش را نیز در خود ادغام میکند و میگوید  : توزیع ماده و انرژی در کیهان ,فضا زمان را مختل و منحنی میکند . پس مسطح نیست . در این فضا زمان اشیا سعی میکنند در مسیرمستقیم حرکت کنند  اما چون فضا زمان منحنی میشود به نظر میرسد در مسیر خود انحنا پیدا میکنند . انها گویی حرکت میکنند گویی درگیر میدان های گرانشی شدند .

نسبیت عام انیشتین (قسمت دوم)
نسبیت میگه فضا زمان دو مقوله جدا و مستقل نیستند انها در درون کیهان به وسیله واحد های اندازه گیری تعریف شدند .

ایا نسبیت عام پیش بینی میکند که کیهان ما اغاز و پایانی دارد ؟ عقیده فیزیک دانان نظری و تعصبی همچون انیشتین این بود  که زمان از هر دو سو ابدی است . در غیر این صورت پرسشهای ناراحت کننده ای از منظر خلقت پیش میامد .

در نسبیت عام فضا و زمان به وسیله اجرام بزرگ بلکه به وسیله انرژی درون ان نیز دچار خمیدگی میشد . انرژی همواره مثبت است پس فضا زمان را دچار نوعی انحنا نیز میکند که مسیر پرتوهای نورانی به سمت هم را خم میکند .

اکنون مخروط نور گذشته را در نظر بگیرید که از بیگ بنگ به ما رسیده است از راس این محروط شما در حال تماشا هستید هر چه به قاعده این مخروط بنگرید در واقع به گذشته کیهان خیره شدید کهکشانهای قدیمی تر و ساختارهای ساده رتی نسبت به امروز میبینید . که بیشتز از امروز بهم نزدیک تر بودند . هر چه بیشتر به گذشته نگاه کنیم مناطق چگال تر را میبینیم ما پرتوهای ریز موج ماکروویو کیهانی به صورت موج ضعیفی دریاف میکنیم . که اولین بار توسط ویلسون و پنزیاس در دهه 60 اتفاقی کشف شد .

این تابش ها از زمانی به ما میرسد که کیهان داغ  و چگال تر بوده است . پس میتوان نتیجه گرفت که هنگام ردگیری مخروط نور گذشته ی ما باید از میان مقداری ماده گذشته باشد همین مقدار کافیس است که فضا زمان منحنی وار شود پس پرتوهای نور در مخروط نور گذشته ما به سوی هم کشیده و هم میشوند .

اگر این مخروط را به گذشته بیشتر دنبال کنیم چگالی و شدت انرژی مثبت بیشتر میشه و باعث میشه پرتوهای انرژی و نور با شدت بیشتری به سوی هم خم گردند . این نشان میدهد که کل ماده موجود در مخروط در منطقه ای به دام افتاده که مرزهایش به سوی 0 کوچک میگردد .

هاوکینگ و پنروز توانستند اثبات کنند که در مدل ریاضی نسبیت عام زمان باید در جایی در انفجار بزرگ شروع شده باشد مبحثی که نشان میدهد زمان باید پایانی نیز داشته باشد .

میدانیم در سیاه چاله ها وضعیت زمان و مکان کاملا فرق میکند – بهر شکل بیگ بنگ کشف و شواهد علمی از ان پیروی و پشتیبانی میکند اما مشکلی هست اینه که دانشمندان نمیتوانند معادله را در نقطه تکینگی بیگ بنگ یعنی نقطه اغازین اعمال کنند . زیرا اغاز کیهان کوانتومی است و معادلات نسبیت برای این نقطه جواب بی نهایت میدهد و بی نهایت جواب مد نظر فیزیک دانها نیست.

دو تا از ناسازگارترین معادلات و قوانین فیزیک یعنی نسبیت و کوانتوم باعث شده است که ما هنوز نتوانیم نظریه ای برای همه چیز تعین کنیم .

نظریه ای که به گرانش کوانتومی معروف باشد و بتوانند از ریز ترین ذره بنیادی تا بزرگ ترین اجرام هستی را توصیف کند

انسان سرزمین ناشناخته...