گرانش و نسبیت عام

درسال ۱۶۸۷نیوتن در کتاب“ اصول ریاضی فلسفه طبیعت “ قانون جاذبه عمومی را فرمول بندی و به جهانیان معرفی کرد و پایه و اساس مکانیک کلاسیک را گذاشت . بعدها با پیشرفت علوم و اندازه گیری های دقیقتر ( مانند مدار عطارد) مشخص شد که قانون جاذبه عمومی چندان هم دقیق نبوده و باید اطلاح شود به علاوه نیروی گرانش با نیروهای دیگر(سه نیروی بنیادی) تفاوت های اساسی داشت از این رو لازم بود که باز نویسی و قانون بهتری برای گرانش نوشته شود سرانجام در سال ۱۹۱۵نظریه “نسبیت عام” توسط انیشتین جایگزین قانون جاذبه عمومی نیوتن شد. 

۱- مروری به مقاله های گذشته

گرانش یکی از مهمترین نیروهای جهان می باشد. که بدون نیروی گرانش نه تنها ستارگان و سیارات و…بلکه اتم هائی که امروزه در بدن ما و…اطراف ما وجود دارند نیز شکل نمی گرفتند . ما در فصل گرانش(۱) تا جائی که امکان داشت مطالب مختلف را به صورت ساده و خلاصه جمع آوری کردیم و ابتدا از تاریخ گرانش شروع کرده و تا نیروهای کشندی ( ۱و۲) این فصل را به پایان بردیم (برای دسترسی به کل لینک های فصل گرانش(۱)به “جمع بندی مقاله های فصل هفتم – گرانش (۱) “ مراجعه کنید ، به منظور درک بهتر این مقاله و مقاله هائی که در ادامه خواهد آمد بهتر است مقاله های فصل هفتم را مطالعه کنید)و ادامه مطالب در مورد گرانش را به فصل بعدی گرانش(۲) که در واقع  ادامه مقالات فصل هفتم می باشد موکول کردیم (برای دسترسی به کل لینک های فصل گرانش(۲)به “جمع بندی مقاله های فصل هشتم – گرانش (۲) “ مراجعه کنید)

۱) مقالات فصل هفتم ، گرانش (۱)

به طور خلاصه مقالات فصل هفتم از این قرار می باشد .
۱-۱) تاریخچه گرانش قبل از نیوتن : این مقاله در مورد تاریخچه گرانش و نظریه زمین مرکزی می باشد
برای مطالعه به مقاله “ تاریخچه گرانش قبل از نیوتن “ مراجعه کنید .
۱-۲) زندگینامه نیوتن : نیوتن بنیانگزار مکانیک کلاسیک بود و نقش بسیار موثری در پیشبرد فیزیک و کلاسیک داشت از این رو یک مقاله را با نام زندگینامه نیوتن”اختصاص دادیم که درآن به جزئیات زندگی نیوتن پرداختیم.
۱-۳) نیوتن و گرانش:درمقاله “نیوتن و گرانش“داستان کشف و فرمول بندی نیروی گرانش جهانی را توسط نیوتن شرح می دهیم. ازداستان اقتادن سیب تا…کلیه وقایعی که منجر به کشف قانون گرانش عمومی شد .
۱-۴) قانون جاذبه عمومی نیوتن : در  مقاله “قانون جاذبه عمومی نیوتن“ ابتدا فرمول قانون گرانش جهانی را شرح داده و بسیاری از پدیده های مربوط به آن را توضیح دادیم .
۱-۵) مکانیک مداری و قوانین کپلر : در مقاله “مکانیک مداری و قوانین کپلر”ضمن توضیح بسیاری از مسائل در رابطه با مکانیک مداری قوانین سه گانه کپلر را هم آورده و توضیح کاملی در مورد آنها می دهیم .
۱-۶) گرانش و انرژی : درمقاله“ گرانش و انرژی “حرکت سیاره هاو…راباتوجه به قوانین وفرمول های انرژی موردبررسی قرارداده و درمقاله “کمک گرانشی“ با روش زیرکانه ای برای فرستادن سفینه ها و فضاپیماها به اعماق فضا آشنا میشویم .
۱-۷) نیروی های کِشندی : نیروی کِشندی یک اثر ثانویه از نیروی جاذبه می باشد در مقاله های  “نیروهای کشندی(۱) و همچنین “نیروهای کشندی(۲)  دراین رابطه توضیح می دهیم.

 ۲) مقالات فصل هشتم ، گرانش (۲)

این فصل در واقع ادامه فصل اول می باشد و ما در این فصل مطالب متنوع دیگری در ارتباط با نیروی گرانش را مورد بررسی قرار می دهیم .
۲-۱) گرانش سطحی : در مقاله “ گرانش سطحی “ موضوع مورد بحث نیروی جاذبه و شتابی است که به اجسام ریز وخرد درسطح سیارات و اقمار و…اجسام عظیم سماوی واردمی شود.ما این شتاب رابه نام شتاب جاذبه شناخته وبا gنشان میدهیم.
۲-۲) سرعت فرار : سرعت فرار به حداقل سرعتی گفته می‌شود که یک جسم باید داشته باشد تا بتواند از چنگ نیروی گرانش جسم دیگر بگریزد. در مقاله “ سرعت فرار“ در مورد سرعت فرار توضیح میدهیم.
۲-۳) صعود : فرار ازجاذبه زمین و رفتن به آسمان و دستیابی به کرات آسمانی یکی از آرزوهای بشر نخستین و انسان متمدن بوده و هست. ولی آنچه باید بدانیم این است که فرار ازجاذبه زمین سخت ترازچیزی می باشد که فکر میکنیم. در مقاله “صعود “نشان می دهیم چرا فرار از گرانش زمین اینقدر مشکل می باشد .
۲-۴) فرود : اگرچه فرار از جاذبه زمین بسیار سخت و پر هزینه می باشد ولی برگشت به جو زمین هم آنقدر ساده نیست برای فضاپیمائی که از زمین خارج شده و قصد برگشت به زمین را دارد ورود به جو زمین اگر بدون تمهیدات ایمنی صورت گیرد می تواند بسیار خطرناک باشد در مقاله “ فرود “ توضیح می دهیم یک سفینه فضائی که از زمین خارج شده چگونه باید به جو برگشته تا دچار حادثه نشود.
۲-۵) نقاط لاگرانژی : نقاط لاگرانژی نقاطی است که اثر نیروی جاذبه دو جسم عظیم روی یک ذره همدیگر را خنثی می کنند این نقاط خواص شگفت انگیز و کاربردهای فراوانی در علوم مرتبط با فضانوردی دارند در مقاله “ نقاط لاگرانژی “ به این مسئله می پردازیم .
۲-۶) شتاب گرانشی زمین : شتاب گرانشی زمین که ما آن را با g نشان میدهیم شتابی است که به همه اشیاء پیرامون زمین وارد میشود مقدار این شتاب در همه جای زمین یکسان نبوده و به عوامل مختلفی(ارتفاع و عمق و …) بستگی دارد در مقاله “ شتاب گرانشی زمین “ دلائل این پدیده را نشان می دهیم .
۲-۷) ثقل سنجی : شتاب گرانشی زمین(g)درنقاط مختلف زمین با بکدیگر تفاوت دارند هرچند این تفاوت ها کمتر از ۷/درصد می باشد ولی اندازه گیری همین تفاوت کوچک کاربردهای بسیار زیادی در رشته های مختلف علم و تکنولوژی (مهندسی عمران ،زمین شناسی و…)دارد.اندازه گیری دقیق مقدار g را ثقل سنجی میگویند درمقاله “ ثقل سنجی “ با روش های اندازه گیری مقدار دقبق g و کاربرد این اندازه گیری ها در علم و تکنولوژی آشنا می شویم .
۲-۸) نیروی جاذبه زمین : پیشینیان ما هیچگونه درکی از نیروی گرانش نداشتند و نمی توانستند بفهمند که چرا زمین همه چیز را به سوی خود می کشد بنابر این یکی معماهای قدیم این بود که چرا هرچه را رها کنیم به سوی زمین سقوط می کند؟ از طرفی عدم درک ما از نیروی جاذبه باعث یک سری ابهامات و تصورات اشتباه در مورد « زمین و آسمان ، بالا وپائین و…» می شود.در مقاله“ نیروی جاذبه زمین “توضیحات کاملتری درارتباط با نیروی جاذبه زمین و مسائل مربوط به آن(تفاوت جرم و وزن و سقوط آزاد و…)داده و بعد به یکسری از سوالات عوام در مورد کروی بودن زمین و جاذبه پاسخ دادیم .
۲-۹) رازهای گرانش : گرانش ویژگی های منحصر به فردی دارد که در نیروهای دیگر نمی بینیم . اول آن که این نیرو همیشه جاذبه می باشد در حالی که مثلا الکترومغناطیس هم به صورت جاذبه و هم دافعه ظاهر می شود…در مقاله ” رازهای گرانش “ در مورد نیروی گرانش و تفاوت این نیرو با نیروهای دیگر توضیح دادیم .   

۲- از قانون گرانش عمومی تا نسبیت عام

در مقاله ” رازهای گرانش “در مورد ویژگی های گرانش و محدودیت ها و ایراد های قانون گرانش جهانی توضیح دادیم که چگونه این ایرادات منجر به تولد نظریه نسبیت عام شد.آنچه در این بخش توضیح میدهیم در واقع خلاصه ای از مقاله  ” رازهای گرانش “می باشد . 

۱) نیروهای بنیادی طبیعت

نیروهای بنیادی نیروهائی هستند که نتوان آنها را توسط نیروهای دیگر توصیف کرد.درطبیعت چهار نیروی بنیادی وجود دارد که عبارتند از : نیروی الکترومغناطیسی ، نیروی گرانش،نیروی هسته‌ای ضعیف و نیروی هسته‌ای قوی ، نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف را به ترتیب با نام‌های نیروی قوی و ضعیف هم می‌شناسند. تمام آنچه در جهان می بینیم و وجود دارند توسط این چهار نیروی بنیادی بوجود آمده و حفظ می شوند. بدون وجود این نیروها هیچ جهانی نمی توانست بوجود بیاید .

۲) تفاوت گرانش با نیروهای دیگر

گرانش ویژگی های منحصر به فردی دارد که در نیروهای دیگر نمی بینیم.
۲-۱) جاذبه یا دافعه : گرانش همیشه به صورت جاذبه ظاهر می شود در حالی که مثلا الکترومغناطیس هم به صورت جاذبه و هم دافعه ظاهر میشود .
۲-۲)حائل گرانش : میدان های جاذبه را در نیروهای دیگر می توان به وسیله اجسامی که حائل نامیده می شوند خنثی کرد مثلا اگر یک آهن ربای قوی از راه دور یک قطعه آهن را جذب می کند کافی است بین آهن و یا آهن ربا یک حسم غیر مغناطیسی(مانند یک مقوا یا یک کتاب)قرار دهیم دیده می شود که چگونه قدرت آهن ربا کاهش یافته و یا به طور کلی خنثی می شود در حالی که در مورد گرانش هیچ حائل مغناطیسی وجود ندارد .
۲-۳)نامحدود بودن گرانش: در حالی که نیروهای دیگر بردی محدود دارند(بخصوص نیروهای هسته ای قوی و ضعیف ) نیروهای گرانشی بردی نامحدود دارندبه صورتی که تا میلیارها سال نوری هم تاثیر خود را دارند .
۲-۴)ضعیف بودن گرانش :گرانشی نسبت به نیروهای دیگر بسیار ضعیف تر است به گونه ای که تقریبا هیچ نقشی دربسیاری ازپدیده ها در دنیای میکروسکوپی ندارد در دنیای ماکروسکوپی هم تنها در سطح اجسام عظیم سماوی(ستارگان و سیارات و قمرها و…)خود را نشان می دهد و به حرکت اجسام سماوی نظم میدهد.
۲-۵)نیروی گرانش و اتحاد نیروها :نظریه وحدت بزرگ (Grand unified theory)یا(همه چیز) نظریه ای است که میگوید درانرژی های بسیار بالا (۱۰۱۴ Gev) همه نیروها یکی بودند و می توان نظریه ای ساخت که همه نیروها را در غالب یک نیرو متحد کرد طبق نظر این دانشمندان می توان سه نیروی دیگر را متحد کرد(چنان که پرفسور عبدالسلام توانست نیروی الکترومغناطیس را با نیروی هسته ای ضعیف یکی کند) ولی همچنان گرانش مشکل ساز است یک دلیل این است که گرانش بر خلاف نیروهای دیگر به هندسه فضا مربوط می شود.

۳) از ایرادهای قانون جاذبه عمومی نیوتن تا تولد نسبیت عام

نیوتن توانست با کشف قانون جاذبه عمومی به سوالاتی که هزاران سال ذهن بشر را مشغول کرده بود پاسخ دهد.درهمان زمان نیوتن سوالاتی مطرح شدکه قانون جاذبه عمومی نمیتوانست به آن پاسخ دهدو بعدازنیوتن هم سوالات زیادی مطرح شدو پدیده های بسیاری مشاهده شدکوشش برای پاسخ به سولات فوق منجر به تولد نسبیت (خاص و عام)شدکه در بخش بعدی این مقاله در مورد آن توضیح می دهیم . برای مطالعه ایرادهای قانون گرانش عمومی از پارادوکس ها تا پدیده های غیر قابل توضیح به مقاله ” رازهای گرانش “مراجعه کنید.

۳- از انبساط جهان تا مهبانگ

طبق نظریه مهبانگ (یا بیگ بنگ) تمام جهان از یک نقطه در ابعاد پروتون بوجود آمد . از آنجائی که نظریه مهبانگ با بسیاری از پدیده های دیگر همچون (انبساط جهان ، ماده و انرژی تاریک و… ) در ارتباط است و از طرفی این پدیده ها به نظریه نسبیت عام مربوط می شود در این بخش توضیح بسیار کوتاهی در مورد این پدیده ها میدهیم ودرمقاله “ مهبانگ و خلقت جهان“ به طور کامل به نظریه مهبانگ و پیامدهای آن خواهیم پرداخت. همچنین چون در مقاله ” رازهای گرانش “( بخش های ۷ تا ۹) به این مطالب پرداختیم در این بخش به طور خیلی مختصر در این مورد توضیح می دهیم .

۱) انبساط جهان

ادوین هابِل ستاره شناس مشهور و کاشف کهکشان ها توانست ثابت کند جهان در حال گسترش است و کهکشان ها از یکدیگر دور می شوند و هرچه دورتر شوندسرعت دور شدن آنها هم بیشتر است. هابِل همچنین رابطه ای بین دورشدن کهکشان ها و فاصله آنها بدست آورد که به قانون هابِل مشهورشدو به این صورت بیان میشود . (V سرعت کهکشان ها،D فاصله و Hعددی ثابت به نام هابل میباشد)

۲) مه بانگ

نظریه مِه‌بانگ یا بیگ بنگ (Big Bang)بیان می کند که جهان ما در ۱۳/۸میلیارد سال پیش ، از انفجار یک نقطه بسیار ریز و چگال (کوچکتر از پروتون ) بوجود آمده و بسط پیدا کرده است . برای اولین بار ژرژ لومتر(۱۷ژوئیه ۱۸۹۴- ۲۰ ژوئن ۱۹۶۶- کشیش و اخترشناس بلژیکی ) عنوان کرد که انبساط بزرگ را می توان در زمان به عقب برد و به جائی رسیدکه همه جهان در یک نقطه متمرکز بوده است. با این حال کوشش های هابِل و دانشمندان نامدار بعد از او به این نظریه اعتبار بخشیدند. هرچند دانشمندان دیگری هم نقش بسزائی دراین میان داشتند.

۳) انبساط جهان و جرم جهان  

دانشمندانی که روی فرضیه انبساط جهان کار می کردند باید به این سوال پاسخ می دادند که انبساط جهان تا کی ادامه دارد آیا نیروی جاذبه تمام کهکشان ها ، مرکز جرمی را در جهان ایجاد می کند تا نیروی گرانش همه آنها انبساط جهان را متوقف کرده وکهکشان ها همه جذب مرکزجرم خود شده و انبساط جهان پایان بپذیرد و در مرحله بعدبه جای انبساط بزرگ انقباظ بزرگ شروع شود.این کار دردرجه اول مستلزم اندازه گیری جرم جهان بود

۴) ماده تاریک

برای اندازه گیری جرم جهان کیهان شناسان نه تنها جرم ماده مرئی بلکه جرم ماده نامرئی را هم باید اندازه گیری میکردند آنها با اندازه گیری سرعت کهکشان ها در خوشه های کهکشانی و سرعت ستارگانی که در لبه های کهکشان ها به گردش مشغول بودندمتوجه شدندکه جرم ماده نامرئی بیش از ۵ برابر ماده مرئی می باشد آنها این ماده نامرئی را ماده تاریک نام نهادند ولی تاکنون نتوانستند هیچ نشانه ای از آن پیدا کنند .

۵) انرژی تاریک

همچنین دانشمندان باید تعیین می کردند سرعت انبساط جهان از زمان مهبانگ تاکنون چقدر کاهش یافته بررسی های انجام شده نشان داد که سرعت انبساط جهان نه تنها کاهش نیافته که افزایش هم یافته پدیده عجیبی پیش آمده بود که هیچ توضیحی برای آن نداشتند از این رو آن را به نوعی نیروی مرموز به نام انرژی تاریک ربط دادند که هیچ نشانه ای از آن پیدا نکردند و حتی نمی دانند انرژی تاریک چیست؟ فقط می دانند که وجود دارد . اکنون دانشمندان معتقدند از کل ماده و انرژی جهان %۶۸انرژی تاریک ،%۲۷ ماده تاریک و %۵ ماده معمولی میباشد.بسیاری هم عنوان میکنند ماده و انرژی تاریک وجود ندارد و درک ما از گرانش اشتباه  است .

۴- زندگینامه آلبرت انیشتین

آلبرت انیشتین بزرگترین نابغه قرن بیستم و یکی از تاثیر گذارترین دانشمندان جهان می باشد . از آنجا که کشف نظریه نسبیت عام (که بحث اصلی این مقاله می باشد) ازشاهکارهای این دانشمند بزرگ می باشد قبل از شروع بحث اصلی(نسبیت خاص و عام)به صورت خیلی مختصر به زندگانی این دانشمند بزرگ می پردازیم . و در مقاله ای مجزا با نام “ آلبرت انیشتین “ به طور کامل به همه ابعاد زندگانی انیشتین می پردازیم .

 ۱) دوران کودکی ٖآلبرت انیشتین

آلبرت اَینشتَین (Albert Einstein) در ۱۴مارس ۱۸۷۹در شهر شهر اولم در ایالت وورتمبرگ آلمان (در نزدیکی اشتوتگارت)، در خانواده یهودی بدنیا آمد( آنها با آن که اصالتا یهودی بودند ولی زیاد پایبند به اعتقادات یهودی نبودند ). آلبرت یکساله بود که خانواده اش به شهر مونیخ نقل مکان کردند پدر آلبرت با عمویش یک شرکت لوله کشی آب و گاز تاسیس کردند و منافع سرشاری کسب کردند ولی در سال ۱۸۹۴ورشکسته شده و از مونیخ به پاویا(شهری در ایتالیا درنزدیکی میلان)مهاجرت کردند.

شکل شماره ۱ – انشتین در سه سالگی

۲) استعداد انیشتین در ریاضی

انیشتین از همان دوران کودکی استعداد و علاقه بسیار زیادی به فیزیک و ریاضی داشت در ۱۲ سالگی به صورت کاملا مستقل در طی یک تابستان شروع به یادگیری جبر و هندسه اقلیدسی کرد و توانست اثباتی کاملا جدید برای قضیه فیثاغورث بیابد و بعد وقت خود را به ریاضیات پیششرفته اختصاص داد به طوری که معلم ریاضی او “مکس تالمود” گفت : «استعداد و معلومات این بچه به قدری است که من دیگر نمی توانم پا به پای او بیایم » همچنین آلبرت به قدری به قدری در حساب دیفرانسیل و انتگرال پیشرفت کرده بود که خودشش را استاد می دانست او بواسطه علاقه به ریاضی طبیعت را به صورت یک “ساختار ریاضی “ درک می کرد .

۳) دوران تحصیل آلبرت انیشتین

دوران تحصیلات آلبرت انیشتین را به این صورت می توان خلاصه کرد .
۳-۱)دوران ابتدائی : والدین آلبرت او را در سال ۱۸۸۴برای تحصیلات ابتدائی به مدرسه کاتولیک در مونیخ فرستادند و به مدت سه سال در آنجا تحصیل کرد .
۳-۲)مدرسه لئوپولد:ازسال۱۸۸۷تا ۱۸۹۴توانست تحصیلات ابتدائی خود را در مدرسه لئوپولد به اتمام برساند.
۳-۳)امتحان ورودی دانشگاه پلی تکنیک:درسال ۱۸۹۵درامتحانات ورودی دانشگاه فدرال پلی تکنیک سوئیس (مؤسسه فناوری فدرال زوریخ) شرکت کردولی قبول نشد.چون که آزمون به زبان فرانسه بود.
۳-۴)مدرسه آرگوویان کانتونال:بعداز این که آلبرت نتوانست به دانشگاه پلی تکنیک برود به توصیه مدیر دانشگاه پلی تکنیک به مدت دو سال(۱۸۹۵و۹۶)به مدرسه آرگوویان کانتونال(درشهر ارو سوئیس)رفت .
۳-۵)قبولی در دانشگاه پلی تکنیک : در سپتامبر ۱۸۹۶ آلبرت مجدد در آزمون مدرسه پلی تکنیک شرکت کرد و این بار با معدل بسیار عالی قبول شد . او در رشته ریاضی فیزیک شروع به تحصیل کرد و تا سال ۱۹۰۰ با دریافت مدرک “ تدریس فیزیک “ (معلم و استاد فیزیک) از دانشگاه فارغ التحصیل شد .
نکته مهم :درفارسی عامیانه “ انیشتین“ به انگلیسی “اَینشتَین”و به آلمانی “ آینشتاین “ نوشته میشودبنابراین حتی به زبان انگلیسی هم باید “اینشتین” نوشته شود ولی در این مقاله و مقاله های دیگر ما همان « انیشتین» می نویسیم .

شکل شماره ۲ – موسسه فن آوری فدرال زوریخ

شکل شماره ۳ – انیشتین در ۲۱ سالگی سال ۱۹۰۴

۴) کسب شهروندی(تابعیت)سوئیس

انیشتین در سال ۱۸۹۶برای فرار از خدمت سربازی شهروندی آلمانی خود را باطل کرد و تا سال ۱۹۰۱که سرانجام توانست شهروندی سوئیس را کسب کند در واقع شهروندی هیچ کشوری را نداشت تا در فوریه  ۱۹۰۱توانست شهروندی سوئیس را کسب کرده و همچنین برای فرار از سربازی معافیت پزشکی بگیرد .

۵) کار در اداره ثبت اختراعات سوئیس و ازدواج انشتین

بعدازفارغ التحصیلی ازدانشگاه آلبرت که درمدت تحصیل در دانشگاه به دختری صربستانی به نام “میلوا ماریچ” دل بسته بود قصد ازدواج با او را داشت ولی در قدم اول باید یک شغل آبرومند برای خود دست و پا می کرد او بسیار کوشش کرد تا شغلی در راستای تدریس فیزیک و ریاضی در مدارس بدست بیاورد ولی موفق نشد تا آن که در اواخر سال ۱۹۰۲، پدر یکی از دوستان اینشتین(پدر مارسل گروسمان ریاضیدان نامدار سوئیسی)شغلی به‌عنوان منشی و دستیار درجه سه در شرکت ثبتِ اختراعات برن برای او پیدا کرد. درآمد کم اما ثابت این شغل، اعتمادبه‌نفس کامل برای ازدواج با ماریچ را به اینشتین داد. ازدواج آن‌ها به‌صورت رسمی درششم ژانویه‌ی   ۱۹۰۳ انجام شدو فرزندان این زوج، یعنی هانس آلبرت و ادوارد در سال های ۱۹۰۴ و ۱۹۱۰ در برن متولد شدند.

۶) تحصیلات تکمیلی و استادی دانشگاه

انیشتین در زمانی که در اداره ثبت اختراعات در سوئیس به کار مشغول بود همزمان به ادامه تحصیلات تکمیلی هم پرداخت و سرانجام در سال ۱۹۰۵توانست تحت سرپرستی آلفردکلاینر، استاد فیزیک دانشگاه زوریخ رساله خود را با عنوان «تعیین جدید ابعاد مولکولی» به مدرک دکترای فیزیک خود را از دانشگاه زوریخ دریافت کند.

۷) سِمت های دانشگاهی و علمی

در سال۱۹۰۸انیشتین دیگر آدم گمنامی نبودبلکه دانشمند شناخته شده و معروفی بود سمت های دانشگاهی و علمی که از آن تاریخ آلبرت انیشتین توانست به آن دست پیدا کند از این قرار است :
۷-۱) استادیار دانشگاه پرن : در سال ۱۹۰۸به سِمت استادیار دانشگاه پرن انتخاب شد .
۷-۲) استادیار دانشگاه زوریخ:درسال ۱۹۰۹بعد ازسخنرانی پر شور در باره اثر فتوالکتریک و اصل نسبیت و با توصیه آلفرد کلاینر(فیزیکدان سوئیسی ۱۸۴۹تا ۱۹۱۶)موفق به گرفتن کرسی استادیاری در دانشگاه زوریخ شد.
۷-۳) استاد تمام:درسال۱۹۱۱در دانشگاه کارل در پراگ(پایتخت چک)به مقام استادکامل رسید .
۷-۴)استاد فیزیک درموسسه فناوری زوریخ : ازسال ۱۹۱۲ تا ۱۹۱۴در موسسه زوریخ استاد فیزیک شد.
۷-۵)عضویت فرهنگستان علوم پروس : در۳ژوئیه ۱۹۱۳به عضویت فرهنگستان علوم پروس در آمد.
۷-۶)تاسیس انجمن فیزیک آلمان : دراکتبر۱۹۱۷انجمن فیزیک آلمان راتاسیس کرد وخودرسما رئیس آن شد.
۷-۷)عضویت انجمن علوم و هنر هلند : در۷ نوامبر ۱۹۱۹به عضویت این انجمن درآمد.
۷-۸)دریافت جایزه نوبل فیزیک:در۱۹۲۲جایزه نوبل فیزیک را بخاطر«کشف قانون اثر فتوالکتریک» دریافت کرد لازم به ذکر است که نسبیت عام وخاص درآن زمان هنوز موردقبول دانشمندان نبود تا جایزه ای بخاطرش بدهند. 

۸) مقاله های علمی

یکی از مهمترین کارهای انیشتین مقاله های علمی او می باشد که برایش شهرت جاودانی به ازمغان آورد .
۸-۱)اثر فتوالکتریک : این مقاله در ۹ ژوئن ۱۹۰۵منتشر شد و برای انیشتین جایزه نوبل به ارمغان آورد .
۸-۲) حرکت براونی: حرکت براونی را رابرت براون گیاه‌شناس انگلیسی (۲۱دسامبر۱۷۷۳- ۱۰ژوئن ۱۸۵۸)در سال۱۸۲۷مشاهده کرد درسال ۱۹۰۵انیشتین طی مقاله ای(۱۸ ژوئیه ۱۹۰۵)توانست علت آن را شرح دهد .
۸-۳) نسبیت خاص : شاهکار انیشتین بود که در ۲۶ سپتامبر ۱۹۰۵ آن را منتشر کرد .
۸-۴) هم ارزی جرم و انرژی : که با معادله معروف E=mc2 بیان میشود در ۲۱نوامبر ۱۹۰۵منتشر شد .
۸-۵) نسبیت خاص : یکی دیگر از شاهکارهای انیشتین بود که در سال ۱۹۱۵ منتشر شد .
علاوه بر این صدها مقاله و کتاب از این دانشمند نامدار منتشر شده که در اینجا دیگر به آن اشاره نمی کنیم .

۹) از بازگشت دوباره به آلمان تا تابعیت آمریکا

در سال ۱۹۱۴(شروع جنگ جهانی اول) انیشتین که اینک دانشمند مشهوری شده بود به امپراتوری آلمان برگشت تا انجمن فیزیک آلمان را تاسیس کند. (انجمن قیصر ویلهلم برای فیزیک) متوقف شد.که با شروع جنگ جهانی اول متوقف شد ولی سرانجام در اکتبر ۱۹۱۷ آن را تاسیس و خود شخصا به ریاست آن انتخاب شد.
دردوم آوریل سال۱۹۲۱انیشتین برای بار اول به آمریکا سفرکردو با استقبال رسمی مقامات آمریکا(بخصوص شهردار نیویورک) مواجه شد.باردوم دردسامبر ۱۹۳۰ بخاطر یکسری تحقیقات علمی به آمریکا رفت که این بار هم با استقبال شدیدی مواجه شد.از جمله این که شهردار نیویورک کلید شهر را به او اهدا کرد . 
در سال ۱۹۳۳ موقعی که هیتلر در آلمان به قدرت رسید اذیت و آزار و اخراج یهودیان از همه سمت های دانشگاهی و…از آلمان شروع شد و او که دید اوضاع بسیار بحرانی و خطرناک است به موقع از آلمان خارج و ابتدا به بریتانیا و بعد به آمریکا رفت و با پذیرش سمت دردانشگاه پریستون تا سال۱۹۴۰رسما تبعه آمریکا شد.

۱۰) دیدگاه های سیاسی و اجتماعی انیشتین

انیشتین یکی از بنیانگزاران حزب دموکراتیک آلمان بود او از ایده حکومت دموکراتیک سوسیالیستی جهانی دفاع می کرد و لنین و گاندی را می ستود.مخالف سرسخت نژاد پرستی و جنگ بود و به گروه های سکولار علاقه داشت .
از نظر مذهبی هم انشتین و هم خانواده اش با آن که یهودی الاصل بودند چندان پای بند مذهب نبودند با این حال ازایده تشکیل دولت یهودی درفلسطین دفاع می کردو کمک بسیاری به دانشمندان یهودی کرد ولی بعد از تشکیل دولت اسرائیل و جنایات صهیونیست ها از منتقدان صهیونیسم شد.

۱۱) انیشتین و بمب اتم

انیشتین به طور مستقیم هیچگونه نقشی در ساخت بمب اتم نداشت به علت افکار سوسیالیستی و … او در این پروژه ها جایگاهی نداشت ولی وقتی در سال ۱۹۳۹دو دانشمند اتمی آمریکا به نام های “ادوارد تلر” و “لئو زیلارد”  باخبر شدند که آلمان نازی درحال دستیابی به بمب اتم میباشد پیش انیشتین رفته و از او درخواست کردند که زیر نامه ای را که به روزولت نوشته و از رئیس جمهور در خواست کرده بودند پروژه ساخت بمب اتمی آمریکا را هر چه زودتر شروع کند امضا کند. امضاء انیشتین کمک کرد تا روزولت سریعتر پروژه را دنبال کند .

۱۲) مرگ انیشتین

در ۱۷ آوریل سال ۱۹۵۵ انیشتین بر اثر یک خونریزی داخلی که بر اثر پاره شدن سرخرگ آئورت شکمی در بیمارستانی در شهر پرینستون بستری شد ولی اجازه عمل جراحی نداد و گفت من عمر خود را کرده ام و اکنون وقت رفتن است. فردای آن روز در سن۷۶سالگی در گذشت و مغز او را ۷/۵ساعت پس از مرگ ازجمجمه در آورده و به موسسات علمی برای تحقیقات ارائه دادند( البته با اجازه پسرش) همچنین طبق وصیت او هیچ آرامگاهی برای او نساختند و تنها جسدش را سوزانده و خاکسترش را پخش و پلا کردند .

شکل شماره ۴ – انیشتین در اواخر عمر

۵- از فرضیه اتر تا نسبیت خاص

در اوائل قرن بیستم (سال ۱۹۰۵) آلبرت انیشتین نظریه نسبیت خاص را ارائه نمود و با گسترش نسبیت خاص توانست نظریه نسبیت عام جایگزین را وضع کند که جایگزین نظریه گرانش عمومی نیوتن شد بنابر این قبل از پرداختن به نظریه نسبیت عام به طور خیلی خلاصه در مورد نسبیت خاص و این که این ایده چگونه به ذهن انیشتین رسید توضیح می دهیم البته توضیحات کاملتر را در مقاله “ نسبیت “ می دهیم .

 

 

 

۱) فرضیه اتر

از زمان نیوتن فیزیکدان ها پی برده بودند که برای انتشار امواج صوتی(و همینطور امواج دیگری نظیر امواج آب) محیط مادی مورد نیاز می باشد همچنین این مسئله نیز مشخص شده بود که بین زمین و خورشید (همچنین زمین و ستارگان ) هیچگونه محیط مادی وجود ندارد بنابر این نور خورشد و همینطور سنارگان چگونه به زمین می رسد؟ برای حل این موضوع فرض کردند که همه جهان (حتی درون اتم ها و مولکول ها ) را ماده ای بدون جرم و شفاف به نام اتر پوشانده است و همه پدیده ها را با اتر توجیه می کردند . ولی تمام آزمایشات برای آشکار کردن اتر با شکست مواجه شد.

شکل شماره ۵ – عبور زمین از میان اتر

۲) آزمایش مایکلسون مورلی و ابطال فرضیه اتر

در سال ۱۸۶۵ماکسول فیزیکدان انگلیسی اسکاتلندی (متولد۱۳ژوئن ۱۸۳۱– وفات ۵ نوامبر ۱۸۷۹) نظریه الکترومغناطیس خود را ارائه داد و نشان داد نور و امواجی که به نام امواج الکترومغناطیس شناخته میشوند همه از یک جنس می باشند و براثر تغییر میدان های الکتریکی و مغناطیسی بوجود می آیند. (برای مطالعه در مورد امواج الکترومغناطیس به مقاله “امواج الکترو مغناطیس” مراجعه کنید) نظریه الکترومغناطیس ماکسول دانشمندان را به این فکر انداخت که شاید اصولا اتر وجود نداشته باشد و درک ما ازنور اشتباه باشد. با توجه به این که مسیر زمین به دورخورشید از میان اتر می گذرداگر سرعت نوررا دردو امتداد موافق و مخالف حرکت زمین اندازه بگیریم باید سرعت های مختلف بدست بیاید ازاین رو درسال۱۸۸۷دو دانشمند به نام مایکلسون-مورلی آزمایشی را ترتیب دادند که به نام “آزمایش مایکلسون-مورلی “ شناخته شد در این آزمایش سرعت نور را در دو راستای مختلف(درجهت حرکت زمین و خلاف جهت حرکت زمین)اندازه گرفتند و مشاهده کردندکه سرعت نور درهر دو راستا مقداری ثابت است وهیچ تفاوتی نداردازاین رو مهمترین مدرک برای ردفرضیه اتر ارائه شد .

شکل شماره ۶- آزمایش مایکلسون مورلی

۳) مستقل بودن سرعت نور

مایکلسون (Albert Abraham Michelson)فیزیکدان بزرگ آمریکائی علاوه بر آزمایش معروف مایکلسون-مورلی آزمایشات مختلفی هم با اشیاء متحرک برای اندازه گیری سرعت نور انجام داد و در نهایت به این نتیجه رسید که «سرعت نور مستقل از سرعت منبع نور است» این به این معنی است که اگر روی یک وسیله متحرک قرار داشته باشیم و دو پرتو نور را یکی در جهت حرکت وسیله نقلیه و دیگر در خلاف جهت آن بتابانیم سرعت پرتوها بدون توجه به سرعت وسیله نقلیه یکسان می باشد یعنی سرعت وسیله نقلیه هیچ نقشی در سرعت پرتوها ندارد.(شکل شماره ۳ ) ولی این اصل نسبی بودن حرکت را زیر سوال می برد و باور کردن آن دشوار می باشد اندازه گیری سرعت نور در یک وسیله نقلیه متحرک بارها و بارها انجام شد و همین نتیجه بدست آمد . بنابراین در سال ۱۹۰۰ این یک معمای لاینحل برای دانشمندان و فیلسوفان و همه مردم دنیا بود.چرا نور رفتاری عجیب غریب دارد چرا از اصول مسلم فیزیکی  و عقلی تبعیت نمی کند این در واقع یک پارادوکس می باشد .آیا نور چیز عجیب و غریبی است که از قوانین فیزیک تبعیت نمی کند و یا قوانین فیزیک باید عوض شود؟ انیشتین گفت : «من نمی دانم نور چیست و این موضوع اصلاً برای من مهم نیست . آنچه برای من مهم است سرعت نور می باشد نه خود نور ، اگر اشکالی در مورد سرعت نور وجود دارد این اشکال به فضا و زمان مربوط می شود شاید لازم باشد درک و بینش خود از فضا و زمان را تغییر دهیم »

شکل شماره ۷ – مستقل بودن سرعت نور

۴) آزمایش فکری انیشتین

زمانی که انیشتین ۱۶ساله بود(سال ۱۸۹۵) یک آزمایش فکری برای خود ترتیب داد او تصور کرد سوار بر سفینه ای باسرعت نور به سمت یک باریکه نور(که در جهت سفینه حرکت می کند)درحال حرکت است بر طبق اصل نسبی بودن حرکت سرعت باریکه نور نسبت به او باید صفر باشد ولی اگر مستقل بودن سرعت نور از چهار چوب مرجع را در نظر بگیریم سرعت نور نسبت به سفینه باید همان ۳۰۰,۰۰۰ Km/sباشد این مسئله همه قوانین فیزیک را زیر سوال می بردمگر این که دیدگاه خود را نسبت به زمان و مکان تغییر بدهبم.

۵) نسبی بودن زمان و فاصله

بر طبق نظریه نیوتن زمان امری مطلق می باشد یعنی زمان رویدادها برای ناظران مختلفی که در چهار چوب های مرجع متفاوتی قرار دارند یکسان می باشد همچنین فاصله ها و فضا هم امری مطلق می باشد و این مسئله به چهار چوب مرجع بستگی ندارد ولی انیشتین برای حل مسئله ثابت بودن سرعت نور مجبور شد عنوان کند که زمان و مسافت امری مطلق نبوده و به چهار چوب مرجع بستگی دارد.طبق این اصل رویدادهایی که برای شخصی بصورت همزمان اتفاق می افتند، شاید برای شخصی دیگر همزمان نباشند. همچنین فاصله ها نیز امری نسبی می باشد .

۶) نسبیت خاص(SR)Special Relativity)

نسبیت خاص  نظریه‌ای فیزیکی دربارهٔ اندازه‌گیری در چارچوب مرجع لخت است که در سال ۱۹۰۵ میلادی توسط آلبرت اینشتین در نوشتاری با نام «درباب الکترودینامیک و حرکت اجسام» مطرح شد در واقع انیشتین با وارد کردن این اصل مهم که سرعت نور مستقل است نظریه جدیدی مطرح کرد که نسبیت خاص نام گرفت و به نتایج شگفت انگیزی هم رسید مانند این که : اجسام متحرک جرمشان افزایش می یابد( افزایش جرم ) ، زمان برای آنها کندتر می گذرد(اتساع زمان )، فاصله ها کوتاهتر می شوند(انقباض طول )و هم ارزی جرم و انرژی

۷)هم ارزی جرم و انرژی  Mass–energy equivalence

یکی از عجیب ترین معادلاتی که انشتین از نسبیت خاص استنتاج کرد هم ارزی جرم و انرژی بود طبق این معادلات جرم انرژی فشرده است و جرم می تواند به انرژی و برعکس تبدیل شود که با معادله معروف E=MC2 بیان می شود .در این فرمول E انرژی و M ماده از دست رفته و C سرعت نور است . بنابر این با تبدیل مقدار بسیار ناچیزی از ماده به انرژی مقادیر عظیمی انرژی آزاد می شود. این همان انرژی است که در بمب اتم و در خورشید و ستارگان آزاد میشود .

۶- گرانش و نسبیت عام

آلبرت انیشتین با توجه به مستقل بودن سرعت نور از چهارچوب مرجع ناظر توانست “نسبیت خاص” را در سال ۱۹۰۵نتیجه گیری کند . نسبیت خاص یکسری آثار به دنبال خود داشت بررسی این آثار انیشتین را واداشت تا نظریه ای جدید برای گرانش نوشته تا هم ایرادات قانون جاذبه عمومی نیوتن را که تا این تاریخ بدون پاسخ مانده بود پاسخ دهد و هم نظریه نسبیت خاص را کامل کند به این ترتیب انشتین نظریه “نسبیت عام” را جایگزین”  قانون گرانش عمومی “ کرد و نشان داد که قانون جاذبه عمومی نیوتن جزئی از نسبیت عام می باشد در این بخش در مورد نسبیت عام توضیح داده و دربخش های بعد در موردنتایج و کاربردها آن توضیح می دهیم .

۱)منشاء گرانش چیست؟

نیوتون نیروی گرانش را، نیرویی نامرئی نامید که اجسام را به سمت یکدیگر جذب می‌کند. طبق این نظریه وقتی یک سیب(یا هرجسم دیگر) را در اطراف زمین رها کنیم زمین به سیب نیروی جاذبه وارد می کند و باعث شتابدار شدن حرکت سیب می شود(سیب نیز به زمین به همان اندازه نیرو وارد می کند)همچنین دلیل گردش ماه به دور زمین و زمین به دور خورشید بر این اساس توجیه می شد . ولی هنوز یک سوال باقیمانده بود، این که منشاء این نیرو دقیقا کجاست؟ در پاسخ به این سوال درسال های بعد ازنیوتن دانشمندان نظریه میدان گرانشی را وضع کردند طبق این نظریه هر جسمی در اطراف خود میدان گرانشی بوجود آورده و نیروی گرانش به واسطه میدان گرانش انتقال می باید ولی این جواب نیز قانع کننده نبود زیرا باز این سوال پیش می آمد که منشا میدان گرانشی چیست؟
سوال دیگر این بود که اگر فرض کنیم نیروی گرانش خورشید ناگهان تغییر کند(یا حذف شود) با توجه به فاصله زیاد بین زمین و خورشید آیا اثر این تغییر به صورت ناگهانی آشکار می شود؟ به عبارت دیگر آیا نیروی وارده به زمین به طور ناگهانی تغییر می کند؟ از نظرمکانیک کلاسیک جواب مثبت بود و این هیچ مشکلی ایجاد نمیکرد.

۲) خم شدن باریکه نور در میدان گرانش

بر خلاف آنچه بعضی می پندارند پدیده خم شدن باریکه نور بر اثر گرانش حتی در زمان نیوتن نیز مطرح بود در حقیقت نیوتن اعتقاد داشت همانطور که اجسام عادی بر اثر گرانش از مسیر خود منحرف می شوند نور نیز بر اثر گرانش از مسیر خود منحرف می شود . و توانست مقداری هم برای این انحراف نور بدست بیاورد که در واقع نصف مقدار واقعی آن بود(که با نسبیت عام بدست میآید)همچنین در سال۱۸۰۱سولندر(ستاره شناس معروف آلمانی) هم بر روی این مسئله تاکید کرد. و انحراف نور ستارگان را در اطراف خورشید اندازه گرفت . 

۳) نتیجه گیری انشتین

انیشتین هم این سوال را پیش کشید که اگر نیروی جاذبه خورشید ناگهان از دست برود آیا این تاثیر به صورت آنی به زمین منتقل می شود؟پاسخ دیگر نمی توانست مثبت باشد زیرا طبق قوانین نسبیت خاص هیچ چیزی( هیچ ذره ای،موجی، پیامی و…) نمی توانست سریعتر از سرعت نور حرکت کند،حتی تاثیر گرانش از طرف دیگر مسئله‌ی خم‌شدگی نور در اطراف میدان گرانشی سال‌ها قبل از تدوین نسبیت عام ذهن آینشتین رو به خودش مشغول کرده بود. در سال ۱۹۱۱ انشتین یعی کرد انحراف نور ستارگان در میدان گرانشی خورشید را با استفاده از قوانین نیوتن محاسبه کند ولی مقداری که بدست آورد فقط نصف مقداری بود که واقعا وجود داشت بنابر این قانون جاذبه عمومی نیوتن با نسبیت خاص هم سازگار نبود و… مجموعه این عوامل سبب شد انشتین قانون جدیدی برای گرانش وضع کند که نسبیت عام نام گرفت .

۴) نسبیت عام و فضا زمان

بعد از وضع نظریه نسبیت خاص انیشتین این سوال مطرح شد که آیا این نظریه با قانون گرانش جهانی نیوتن همخوانی دارد و پاسخ منفی بود از این رو انیشتین درصدد شد تا نظریه کاملتری برای گرانش وضع کند تا هم گرانش را با نسبیت خاص سازگار کند هم پدیده هائی که باقانون جاذبه عمومی نیوتن توجیه نمیشد توجیه کند.
از این رو نظریه نسبیت عام را بین سال های ۱۹۰۵و ۱۹۱۵در مورد گرانش وضع کرد اصل و اساس نسبیت عام به صورت خیلی ساده و خلاصه به این صورت می باشد:
طبق این نظریه گرانش را به جای نیرو باید یک عامل هندسی در نظر گرفت . در حالت کلی ما سه بعد مکانی داریم.حال اگر زمان را به سه بعد مکانی اضافه کنیم مفهوم جدیدی به نام فضا زمان را داریم که چهار بعدی می باشد (سه بعد مکانی و یک بعد زمانی) این فضا زمان درحالت کلی تخت می باشد ولی اگر ذره ای دارای جرم را به فضا زمان اضافه کنیم فضا زمان خمیده می شود و در این حالت اگر جسم دومی به این فضا زمان نزدیک شود ناچار روی مسیر خمیده حرکت می کند و جذب جسم اول می شود و یا در مدارش حرکت می کند (شکل شماره ۸) بنابر این فضای خمیده شده اثری را ایجاد می‌کند که ما آن را گرانش می‌نامیم. برای نمونه کره زمین فضا-زمان اطرافش را خمیده می کند و از این رو زمین به ما نیروی گرانش وارد می کند . به عبارت بهتر :« «فضا-زمان به جرم می‌گوید چگونه حرکت کند و جرم به فضا-زمان نحوه خمیده شدنش را یاد‌آوری می‌کند.»

شکل شماره ۸ – جسم A فضا زمان را خمیده می کند و جسم B در این فضای خمیده ناچار است حرکت کند.

۵) آیا فضا زمان برای ما قابل تجسم است ؟

مفهومی مانند فضا زمان برای ما قابل درک نیست چون ما موجودات سه بعدی هستیم و زمان را هم به صورت مجرا درک و تجسم می کنیم . ولی طبیعت برای این آفریده نشده است که همه جزئیات آن برای ما قابل درک باشد مغز ما به گونه ای ساخته شده است که بتوانیم فکر کرده و نیازهای اساسی خود را برطرف کنیم ولی برای این ساخته نشده است تا مفاهیم پیچیده ای مانند فضا زمان ( همچنین اتساع زمان و انقباض طول ) را تجسم کنیم . بنابر این فضا زمان را نمی توان به تصویر کشید و آن چه در شکل شماره ۱۱( و شکل های مشابه) رسم شده است با این ساده سازی بوده که مثلا یک توری(یا یک پارچه و یا هر چیز دیگر …) را روی یک سطح افقی زمین گسترده کرده و وزنه سنگینی را درون آن قرار دهیم . با این حال نسبیت عام چون با آزمایش و تجربه تایید می شود و به پرسش های ما پاسخ می دهد می پذیریم .

۶) نسبیت عام و تکنولوژی  

نسبیت عام نتایج شگفت انگیزی دارد که برای ذهن ما قابل درک نیست نتایجی مانند اتساع زمان (کند شدن زمان بر اثر گرانش) خمیده شدن نور (بر اثر عبور از کنار جسم پر جرم ) ، عدسی های گرانشی و همگرائی گرانشی ، سیاه چاله و سفید چاله و…  این نتایج همه در بوته آزمایش گذاشته شد و از این آزمایش ها سربلند بیرون آمد هم اکنون بسیاری از محاسبات نجومی و همچنین بسیاری از دستگاه ها (مانند gps)بدون در نظر گرفتن اثرات  نسبیتی کار نمی کنند .

۷- نتایج نسبیت عام

نسبیت عام هم مانند هر نظریه دیگری یک سری نتایج به دنبال دارد و بنابر این یک سری پیش بینی هائی می تواند انجام دهد (نتایجی که قانون جاذبه عمومی توضیحی برای آن ندارد) در این بخش در مورد نتایج و پیش بینی های نسبیت عام توضیح کلی داده و توضیحات کاملتر را در مقاله “نتایج نسبیت عام” می دهیم . 

۱) حرکت تقدیمی اوج و حضیض

طبق قانون اول کپلر مدار سیاره ها به دور خورشید بیضی می باشد ولی باید توجه کرد که این مدار دقیقا بیضی نیست بلکه گلبرگی می باشد یعنی مدار سیاره در یک صفحه ثابت نیست بلکه بیضی مدار یک حرکت تقدیمی را حول کانون بیضی(که محل قرار گیری خورشید می باشد طی می کند)چنین حرکتی را “حرکت تقدیمی اوج و حضیض” می نامند که بارزترین نمونه آن حرکت اوج و حضیض عطارد می باشد .

۲) شکست نور و سراب های کیهانی

در نسبت عام یک جسم پر جرم فضا و زمان را خمیده کرده و این خمیدگی منجر به تغییر مسیر نور می شود و این تغییر مسیر نور شباهت های زیادی با پدیده شکست نور(که بخاطر تغییر محیط و سرعت نور اتفاق می افتد دارد ) بنابراین همانند شکست نور که منجر به پدیده هائی مانند عدسی های نوری و سراب ها و… می شود در خمیدگی گرانشی هم پدیده هائی مانند عدسی های گرانشی و سراب های گرانشی و… را داریم .

۳) انتقال به سرخ گرانشی و تاخیر شاپیرو

یکی از پدیده های در ارتباط با نسبیت عام انتقال به سرخ گرانشی می باشد در این پدیده پرتوی نوری که در خلاف جهت جاذبه حرکت می کند از انرژی آن کاسته می شود و این مسئله باعث افزایش طول موج پرتو نور می شود.که کاملا قابل محاسبه و اندازه گیری می باشد . یکی دیگر از اثرات نسبیت عام تاخیر گرانشی شاپیرو می باشد که در بخش دهم در مورد آن توضیح می دهیم .

۴) اتساع زمان،سیاه چاله ها

اتساع زمان یکی از اثرات نسبیت عام می باشد در بخش اتساع زمان(در این مورد توضیح داده و در بخش سیاه چاله مکانی در فضا زمان با چنان گرانش نیرومندی میباشد که حتی نور هم نمی تواند از گرانش آن فرار کند و بنابر این ما ابدا قادر به دیدن سیاه چاله نخواهیم بود همچنین اگر کسی درون سیاه چاله قرار بگیرد(صرف نظر از این که چه بلائی بر سرش می آید)دیگر نخواهد توانست جهان خارج ازسیاه چاله ها را ببینداگر چه نظریه سیاه چاله ها قبل از نسبیت عام مطرح شد ولی تنها با نظریه نسبیت عام می توان آنچه در سیاه چاله ها می گذرد را بدرستی تشریح کرد قانون گرانش عمومی از توجیه این پدیده عاجز است . 

۵) امواج گرانشی

 در فیزیک، موج گرانشی موجی است که توسط میدان گرانشی تولید می‌شود. وجود این نوع از امواج توسط آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۶ از طریق نظریهٔ نسبیت عام به‌طور نظری پیش‌بینی شد، و صدسال بعد، در سال ۲۰۱۶ به کمک تأسیسات لایگو به‌طور تجربی مشاهده گردید.

۸ ـ آزمون های نسبیت عام

هر نظریه ای برای این که مورد قبول واقع شود باید یکسری آزمون ها را پشت سر بگذارد این نظریه باید بتواند یکسری پیش گوئی ها انجام داده و یکسری آزمون ها را پشت سر بگذارد نظریه گرانش عام هم از این اصل مستثنا نبود در این بخش در مورد آزمون های نسبیت عام توضیح کوتاهی می دهم که چگونه نسبیت عام توانست از این آزمون ها سر بلند بیرون بیاید . توضیح کاملتر را در مقاله “ نسبیت “ می دهیم .  

۱) آزمون‌های نسبیت عام

نظریه نسبیت عام از بدو مطرح شدنش در سال ۱۹۱۵، بنیان تجربی مستحکمی نداشت. از طرفی بدخواهان زیادی هم داشت بسیاری از دانشمندان که از فهم این نظریه عاجز بودند به دنبال بهانه هائی برای از اعتبار انداختن آن بودند این نظریه خیلی از موارد مطرح شده را باید پاسخ میداد و پیش بینی های درستی ارائه میداد  بسیاری از این پیش بینی ها در زمان انیشتین و توسط دوستان او (مانند ادینگتون ) انجام شد و بسیاری دیگر در سال های بعد و پس از مرگ انیشتین و توسط دیگران انجام شد و نسبیت عام از همه این آزمون ها سربلند بیرون آمد اگر چه پیش بینی هائی که نسبیت عام ارائه داد زیاد میباشد ولی چهار مورد بسیار مهم را به عنوان آزمون های نسبیت عام ارائه میکنند که عبارتند از: حرکت تقدیمی حضیض خورشیدی عطارد،خمیده شدن نور توسط خورشید ، انتقال به سرخ گرانشی نور و تاخیر زمانی شپیرو
 ولی قبل ازآن توضیح کوتاهی راجع به ادینگتون که کمک بسیاری به انیشتین دراین راه داشت می اندازیم.  

۲) آرتور استنلی ادینگتون

آرتور استنلی ادینگتون (متولد ۲۸ دسامبر ۱۸۸۲ – درگذشته ۲۲ دسامبر ۱۹۴۴) اخترفیزیکدان انگلیسی و استاد پلومی دانشگاه کمبریج در نیمهٔ نخست سده ۲۰ (میلادی)بود.توان درخشش ادینگتون یعنی اندازهٔ طبیعی درخشش ستارگان به افتخار این دانشمند، بنام او نامگذاری شده‌است.
مهمترین دلیل شهرت ادینگتون نقش او درکمک به انیشتین برای معرفی نظریه نسبیت بود در واقع ادینگتون بود که نسبیت انیشتین را به دنیا معرفی کرد و کمک کرد تا دانشمندان این نظریه را بپذیرند .
نکته : در واقع همانطور که هالی به نیوتن در پیشبرد اهدافش یاری رساند ادینگتون هم به انشتین یاری رساند . برای مطالعه زندگینامه نیوتن و نقش هالی در کمک به نیوتن به مقاله “زندگینامه نیوتن ” بخش چهارم ( ۴- شروع تحقیقات نیوتن در باره گرانش و قوانین حرکت ، ۶) انتشار کتاب نیوتن ) مراجعه کنید .

شکل شماره ۹ – آرتور استنلی ادینگتون

۳) ادینگتون و انیشتین

در زمانی که انیشتین نظریه نسبیت خود را مطرح می کرد بجز در آلمان در سایر کشورهای دیگر و در نزد اهل علم چهره شناخته شده ای نبود از طرفی درخود آلمان هم بخاطر عقائد آزادیخواهانه و دموکراتیک خود( همچنین یهودی بودنش) مورد غضب حکومت آلمان بود و از طرف دیگر در اوج جنگ جهانی اول دانشمندان و حکومت های کشورهای انگلیس و فرانسه و آمریکا و…بخاطر آلمانی بودنش حاظر به همکاری با او نبودند .
در چنان شرایطی آرتور استنلی ادینگتون، ستاره‌شناس مشهور انگلیسی که اعتقاد راسخ داشت که علم باید از سیاست جدا باشد و باید به نظرات دانشمندان ولو این که ازکشور دشمن باشند توجه کردشیفته نظریه نسبیت انیشتین شد(او بعد ازخود انیشتین نخستین کسی بود که نسبیت را درک کرد و پذیرفت) و تمام کوشش و تلاش خود را درفرمول بندی،معرفی و اثبات نسبیت انیشتین به کاربرد و سرانجام او بود که با کوشش های خود نه تنها نسبیت را به جهانیان شناساند بلکه انیشتین را به شهرت جهانی رساند . در واقع همانطور که هالی به نیوتن در پیشبرد اهدافش یاری رساند ادینگتون هم به انشتین یاری رساند .

شکل شماره ۱۰- ادینگتون و انیشتین

۴) آزمون اول : حرکت تقدیمی حضیض خورشیدی عطارد

ستاره شناسان از مدت ها قبل می دانستند که مدار عطارد با محاسبات انجام شده همخوانی ندارد ولی نمی توانستند مشکل را حل کنند (تنها فرضی که می کردند این بود که سیاره ای دیگر بین مدار عطارد و خورشید قرار دارد ) ولی بعد ثابت شد هیچ سیاره ای وجود ندارد . انشتین با استفاده از نسبیت عام توانست این مشکل را حل کند بنابراین نسبیت عام از اولین آزمون روسفید بیرون آمد . 

۵) آزمون دوم : انحنای نور ستارگان عبوری از کنار خورشید خورشید گرفتگی ۲۹ می ۱۹۱۹

اولین اثبات این نظریه در سال ۱۹۱۹ طی خورشید گرفتگی که در آفریقا و آمریکای جنوبی اتفاق افتاد ، توسط آرتور ادینگتون و فرانک واتسون (متولد ۱۸۶۸- وفات ۱۹۳۹- منجم بریتانیائی ) و انیشتین مورد آزمون قرار گرفت . آنها به جزیره پرینسیپ در افریقای جنوبی سفر کردند و از منظره کسوف و ستاره های اطراف خورشید تاریک شده عکس گرفتند.در آن موقع خورشید درصورت فلکی ثور بود و آنها از محل ستارگان درخشانی در صورت فلکی ثور(خوشه حوریان دریائی) عکس های با کیفیت بالا گرفتند وعکس ها را با موقعیت همین ستارگان در موقعی که خورشید در این مکان نبود مقایسه کردند و ثایت شدنور این ستارگان هنگام عبور از مقابل خورشید دچارخمیدگی شده و بنابر این جابجا شده است.میزان جابجائی دقیقا به همان اندازه ای بودکه نسبیت انیشتین پیش بینی می کرد. از این رو این کسوف را به نام آلبرت انیشتین نامگذاری کردند . مشاهده بعدی در کسوف ۱۹۲۲ و کسوف های بعد باز هم نظریه نسبیت  عام انشتین را تایید کرد .

شکل شماره ۱۱ –  تعغیر مسیر نور ستاره هنگام عبور از کنار خورشید

شکل شماره ۱۲ – مقایسه موقعیت ستارگان صو رت فلکی ثور در دو حالت با وجود خورشید و بدون وجود خورشید

۶) آزمون سوم : انتقال به سرخ گرانشی

انتقال به سرخ گرانشی (Gravitational redshift) زمانی اتفاق می افتد که یک پرتو نور بخواهد در مسیری مخالف جاذبه حرکت کند در این صورت مانند سنگی که به بالا پرتاب می شود از انرژی اش کاسته شده و این کاهش انرژی باعث افزایش طول موج (کاهش دامنه و فرکانس) می شود.

این آزمون در آن زمان قابل اجرا نبود هر چند دانشمندان بسیاری کوشش کردند این آزمون را هم به سرانجام برسانند سرانجام در سال ۱۹۵۹طی آزمایشی که به عنوان آزمایش ” آزمایش پوند-ربکا “شناخته شد و توسط فیزیکدان کانادائی به نام رابرت پوند(متولد۶ مه ۱۹۱۹- وفات ۱۲آوریل ۲۰۱۰) انجام شد به اثبات رسید.

۷) آزمون چهارم : تأخیر زمانی شاپیرو

تأخیرشاپیرو یا تأخیر زمانی گرانشی(Shapiro time delay)پدیده ای است که توسط دانشمند آمریکائی وبرنده چندین جایزه بین المللی)درسال۱۹۶۴ مطرح شده و به نام خود او “تاخیر گرانشی شاپیرو“ نامیده شد . آزمون هائی که به عنوان آزمون اصلی برای نسبیت عام درنظرگرفته شددر ابتدا سه آزمون بود(که شرح دادیم ) چهارمین آزمون درسال۱۹۶۴توسط دانشمند آمریکائی پرفسور آروین شاپیرو (متولد۱۹۲۹و استادفعلی دانشگاه هاروارد) مطرح شد و در سال ۱۹۶۶ و ۱۹۶۷ با موفقیت انجام شد .

۹- خلاصه مطلب

درسال ۱۶۸۷نیوتن در کتاب“ اصول ریاضی فلسفه طبیعت “ قانون جاذبه عمومی را فرمول بندی و به جهانیان معرفی کرد و پایه و اساس مکانیک کلاسیک را گذاشت . بعدها با پیشرفت علوم و اندازه گیری های دقیقتر ( مانند مدار عطارد) مشخص شد که قانون جاذبه عمومی چندان هم دقیق نبوده و باید اطلاح شود به علاوه نیروی گرانش با نیروهای دیگر(سه نیروی بنیادی) تفاوت های اساسی داشت از این رو لازم بود که باز نویسی و قانون بهتری برای گرانش نوشته شود سرانجام در سال ۱۹۱۵نظریه “نسبیت عام” توسط انیشتین جایگزین قانون جاذبه عمومی نیوتن شد. 

۱) مروری به مقاله های گذشته

بدون گرانش نه تنها ستارگان و سیارات و…بلکه اتم هائی که امروزه در بدن ما و…اطراف ما وجود دارند نیز شکل نمی گرفتند . بنابر این ما دو فصل از مقاله های نجومی را به گرانش اختصاص دادیم .برای آشنائی در مورد گرانش به فصل گرانش(۱) “جمع بندی مقاله های فصل هفتم – گرانش (۱) “و  همچنین به فصل گرانش (۲)“جمع بندی مقاله های فصل هشتم – گرانش (۲) “  مراجعه کنید.

۲) از قانون گرانش عمومی تا نسبیت عام

در مقاله ” رازهای گرانش “در مورد ویژگی های گرانش و محدودیت ها و ایراد های قانون گرانش جهانی توضیح دادیم که چگونه این ایرادات منجر به تولد نظریه نسبیت عام شد.آنچه در این بخش توضیح میدهیم در واقع خلاصه ای از مقاله ” رازهای گرانش “میباشد . 

۳) از انبساط جهان تا مهبانگ

طبق نظریه مهبانگ (یا بیگ بنگ) تمام جهان از یک نقطه در ابعاد پروتون بوجود آمد . از آنجائی که نظریه مهبانگ با بسیاری از پدیده های دیگر همچون (انبساط جهان ، ماده و انرژی تاریک و… ) در ارتباط است و از طرفی این پدیده ها به نظریه نسبیت عام مربوط می شود در این بخش توضیح بسیار کوتاهی در مورد این پدیده ها میدهیم ودرمقاله “ مهبانگ و خلقت جهان“ به طور کامل به نظریه مهبانگ و پیامدهای آن خواهیم پرداخت. همچنین چون در مقاله ” رازهای گرانش “( بخش های ۷ تا ۹) به این مطالب پرداختیم در این بخش به طور خیلی مختصر در این مورد توضیح می دهیم .

۴)زندگینامه آلبرت انیشتین

آلبرت انیشتین بزرگترین نابغه قرن بیستم و یکی از تاثیر گذارترین دانشمندان جهان می باشد . از آنجا که کشف نظریه نسبیت عام (که بحث اصلی این مقاله می باشد) ازشاهکارهای این دانشمند بزرگ می باشد قبل از شروع بحث اصلی(نسبیت خاص و عام)به صورت خیلی مختصر به زندگانی این دانشمند بزرگ می پردازیم . و در مقاله ای مجزا با نام “ آلبرت انیشتین “ به طور کامل به همه ابعاد زندگانی انیشتین می پردازیم .

۵) از فرضیه اتر تا نسبیت خاص

در اوائل قرن بیستم (سال ۱۹۰۵) آلبرت انیشتین نظریه نسبیت خاص را ارائه نمود و با گسترش نسبیت خاص توانست نظریه نسبیت عام جایگزین را وضع کند که جایگزین نظریه گرانش عمومی نیوتن شد بنابر این قبل از پرداختن به نظریه نسبیت عام به طور خیلی خلاصه در مورد نسبیت خاص و این که این ایده چگونه به ذهن انیشتین رسید توضیح می دهیم البته توضیحات کاملتر را در مقاله “ نسبیت “ می دهیم .

۶)گرانش و نسبیت عام

آلبرت انیشتین با توجه به مستقل بودن سرعت نور از چهارچوب مرجع ناظر توانست “نسبیت خاص” را در سال ۱۹۰۵نتیجه گیری کند . نسبیت خاص یکسری آثار به دنبال خود داشت بررسی این آثار انیشتین را واداشت تا نظریه ای جدید برای گرانش نوشته تا هم ایرادات قانون جاذبه عمومی نیوتن را که تا این تاریخ بدون پاسخ مانده بود پاسخ دهد و هم نظریه نسبیت خاص را کامل کند به این ترتیب انشتین نظریه “نسبیت عام” را جایگزین”  قانون گرانش عمومی “ کرد و نشان داد که قانون جاذبه عمومی نیوتن جزئی از نسبیت عام می باشد در این بخش در مورد نسبیت عام توضیح داده و دربخش های بعد در موردنتایج و کاربردها آن توضیح می دهیم .

۷)نتایج نسبیت عام

نسبیت عام هم مانند هر نظریه دیگری یک سری نتایج به دنبال دارد و بنابر این یک سری پیش بینی هائی می تواند انجام دهد (نتایجی که قانون جاذبه عمومی توضیحی برای آن ندارد) در این بخش در مورد نتایج و پیش بینی های نسبیت عام توضیح کلی داده و توضیحات کاملتر را در مقاله “نتایج نسبیت عام” می دهیم . 

۸)آزمون های نسبیت عام

هر نظریه ای برای این که مورد قبول واقع شود باید یکسری آزمون ها را پشت سر بگذارد این نظریه باید بتواند یکسری پیش گوئی ها انجام داده و یکسری آزمون ها را پشت سر بگذارد نظریه گرانش عام هم از این اصل مستثنا نبود در این بخش در مورد آزمون های نسبیت عام توضیح کوتاهی می دهم که چگونه نسبیت عام توانست از این آزمون ها سر بلند بیرون بیاید . توضیح کاملتر را در مقاله “ نسبیت “ می دهیم .  

برای مطالعه سایر مقاله های نجومی روی شکل زیر کلیک کنید.

برای مطالعه مقاله های روانشناسی اینجا  را کلیک کنید .

عکس های طبیعت, طبیعت خوانسار , شکوفه های بهاری  , گلستان کوه ,دانلود آلبوم های کامل بهترین و زیباترین عکس ها ,آلبوم هائی با صدها عکس کیفیت بالا ,  در هیچ کجای اینترنت این عکسها را پیدا نمیکنید , عکس هابدون استفاده از تکنیک های فتوشاپ تهیه شده , کاملا طبیعی 

برای آموزش کامل و حرفه ای گوگل مپ روی شکل زیر کلیک کنید

همه جیز در مورد گوگل مپ

۱) هر گونه اظهار نظر را در فرم اظهار نظر کاربران وارد کنید .
۲) نظرات بعد از تایید مدیریت نشان داده می شود .
۳) با انتقادات و پیشنهادات سازنده خود ما را هرچه بیشتر  همراهی کنید . مدیریت از انتقادات و پیشنهادات سازنده شما استقبال میکند .
۴) نوشته های قرمز پر رنگ ارجاع به لینک هستند که هنوز لینک آنها قرار داده نشده است ( هنوز صفحه آنها منتشر نشده است )
۵) نوشته های آبی پر رنگ ارجاع به لینک هستند که لینک آنها قرار داده شده است (صفحه آنها منتشر شده است )
۶) هرگونه بهره برداری : کپی تمام و یا قسمتی از مطالب این سایت بدون ارجاع منبع آن ممنوع می باشد .
۷) تکثیر فایل های Pdf با ذکر منبع آزاد ولی فروش آن تحت هر عنوان و با ذکر منبع هم ممنوع می باشد.

 

 

 

 

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *