فيزيك جديد

[aysa]

سلام خدمت همه ي دوستان عزيز خودم
راستش اين تاپيك رو ايجاد كردم تا جايي باشه برا بحث در مورد فيزيك جديد...
روند تاپيك: اول در مورد اين موضوع كه از كجا اومده توسط كي چرا وچطوري بحث ميكنيم!
دوم اين كه كلا چي ميخواد بگه!
وسوم:مباحث علمي ترش!اول از نسبيت شروع كنين لطفا.
تو اين ميان يه عالمه فرمول عجيب غريب خواهيم ديد كه اون هارو هم تاحد امكان سعي كنين به بيان ساده واگه نشد با تشرح كامل بيان كنين.
دوستان در نظر داشته باشين ما يه تاپيكي به اسم فيزيك _محض هم داريم.
سؤالي بود درخدمتم

[aysa]

دوستان ما اين جا ميخوايم يه بحثي درمورد جالب ترين علم دنيا(البته در نظرخودم )يعني فيزيك جديد(فيزيك نوين يا فيزيك مدرن)صحبت كنيم!
همون طور كه ميدونين(شايدم نميدونين) تا اوايل قرن 20 فيزيك كلاسيك چنان جاشو بين دانشمندا باز كرده بود كه دانشمندي مثل پلانك برگشته گفته :ما به تمام كشفيات مهم موجود در فيزيك رسيده ايم.
اون زمان حرفش خيلي منطقي بود.چون با توجه به امكاناتشون كه فقط دركي از اجسام دورو برشون داشتن اين حرف حتي كاملا درست هم بود.(لازم به ذكره كه اين روزا فيزيك كلاسيك در محدوده ي خودش تقريبا تمام مشكلاتشو حل كرده)تا اين كه ديدن نه نميشه همه چي رو با اون توصيح داد وپاي فيزيك جديد به ميان كشيده شد وداستان از اين جا شروع ميشه...
ژاكوب برونوفسكي رياضيدان و مورخ لهستاني تو آخرين فصل از كتاب (عروج انسان)اش مينويسه:
"يكي از اهداف ديرينه علم فيزيك اين بوده كه تصويري دقيق از جهان ارائه كند.يكي از بزرگترين كاميابي هاي فيزيك قرن بيستم اين بوده كه ثابت كرده رسيدن به چنين هدفي غير ممكن است."
-----------------------------------------------------------------
پ.ن1:لطفا بقيه اش رو شما بياين و...
پ.ن2:لطفا سعي كنين مطالب رو تاحد امكان ساده توضيخ بدين

[Ehsan]

فیزیک کلاسیک در سه بخش کلی مکانیک (برای پیش بینی حرکت سیاره ها، پرتابه ها، آونگها و... در کل پیش بینی حرکت ذرات)، الکترومغناطیس (پیش بینی کنشهای الکترومغناطیسی، مدارها، اپتیک و نور، پدیده های درون اتمی و...) و ترمودینامیک (برای پیش بینی کنشهای گرمایی-دمایی سیستم ها، کنشهای آماری کلاسیک و...) خلاصه میشه.فیزیک کلاسیک با کارهای دانشمندانی مثل لاپلاس، ماکسول، لاگرانژ، برنولی‌ها و.... پیشرفتهای قابل توجهی داشت و در سالهای انتهایی قرن نوزده‌ام به اوج خودش رسیده بود و آن قدر محکم و خلل ناپذیر نشون می‌داد که خیلی از دانشمندان و فیزیک دانها فکر می کردند فیزیک به زودی تمام میشه و فیزیک دانها قراره برن غاز بچرونن!

تا این که در همان سالها (اواخر قرن نوزده) کم کم مشکلات ِ عجیبی پیش روی فیزیکدانها نقش بست، دونه دونه آزمایش ها و پدیهد هایی پیدا شدند که فیزیک دانها رو کانهو مجسمه ی ابولهول بهت زده کرد! طوری که اصلا با دانسته های گذشته و مفروضات ِ قبلی که توی ذهن داشتند نمی‌تونستند این پدیده ها رو توجیه کنند.

آزمایش مایکلسون-مورلی یکی از مشهورترین ِ این آزمایشهاست، آزمایشی که نسبیت ِ خاص از دل ِ این آزمایش بیرون اومد.

پدیده ی فوتوالکتریک، مشکلات ِ توجیه ساختمان ِ اتمها و طیف ِ اونها، مشکلات ِ مربوط به توصیف ِ طیف تابش جسم سیاه، اثر کامپتون، آزمایش دو شکاف الکترون و.... بقیه ی آزمایشهایی بودند که کم کم مثل ِ تیرهای زهرآگین بر پیکر فلکزده ی فیزیک کلاسیک فرود اومدند.

در سال 1900 ماکس پلانک با ارائه ی مبحث ِ کوانتای نور برای توجیه ِ طیف ِ جسم ِ سیاه اولین ضربه شمشیر رو بر پیکر فیزیک کلاسیک وارد کرد و بعدش اینشیتن با ارائه ی سه مقاله در 1905 که یکیش راجع به نسبیت و توضیح ِ نتیجه ی آزمایش مایکلسون مورلی با مفاهیم کاملا جدید بود و اون یکی کوانتای نور و توضیح ِ اثر ِ فوتوالکتریک با این مبحث ِ تازه بود زد و نصف‌بیشتر ِ فیزیک کلاسیک رو به تنهایی به فنا داد!

و نهایتا در سال 1927 با ارائه شدن ِ مکانیک ِ کوانتمی، فیزیک کلاسیک به طول کامل دچار فنارفتگی شد و فیزیک نوین به جای اون نشست

جا داره به تاریخ ِ هر کدوم از اینها مفصلا بپردازیم اما با توجه به قرار های قبلی اول از تاریخچه ی نسبیت خاص و آزمایش مایکلسون-مورلی شروع می‌کنیم
ــــــــــــــ
شروع کنید دیگه

[aysa]

خب انگار كسي قصد گفتن چيزي رو نداره.پس خودم شروع ميكنم
خب.يكي از جنجالي ترين سال ها واسه انيشتين سال1905بود.انيشتين در پي موضوعاتي از قبيل ثابت پلانك كه توسال1900مطرح كرده بود افتاد.به دنبال مقاله هايي معروفش يه عالمه موضوعات عجيب وغريب از فضا اومده(درس مثل مغز خودش)مثل جريان فوتوالكتريك(كه اون زمان ارايه اش كرد)به علم فيزيك بازور وارد كرد.در اين ميان بود كه نظريه ي نسبيت خاص توهمون سال درمورد اندازه گيري اومد به وسط.واين جا بود كه ميدان جنگ برا كلاسيك و نوين به طور عملي تشكيل شد.
برا ادامه دادن اين مطلب همون طور كه گفته شد اول بايد يه آزمايشي به اسم آزمايش مايكلسون_مورلي رو بشناسيم!اين دونفر نشون دادن كه سرعت نور اصلا ربطي به اجسام ديگه نداره وتحت تاثير اونها نيس.يعني مثل جمع سرعت دوماشين با سرعت هاي مختلف برا به دست آوردن مقدار اونها نسبت به هم نيست وكلا نميشه!اونها در تلاش بودن سيال اتر رو آشكاركنن كه فك ميكردن تو كل دنيا هست وعامل حركت نور در فضا اونه!بيچاره ها خيلي تلاش كردن ولي تيرشون به هدف خودشون نخوردو به يه سمت هدف بهتر ديگه رفت.(تير كج به منزل نميرسد )وبه كشفيات مهمي رسيدن!
اگه شما با ماشينتون با سرعت70km/hدر حال حركت باشين ودوستتون باسرعت 85km/hاز كنار شما رد شه شما فك ميكنين كه دوستتون با سرعت15km/hنسبت به شما در حال حركته!تفريق كنين سرعت هارو
ولي نور اين طوري نيس.اگه شما باسرعت نزديك به c در حال حركت باشين نور از كنار شما باسرعتcدوباره رد ميشه
تو اين ميان همه ميگفتن تقصير دستگاه هاس كه اشتباه جواب داده ولي يه جووني به اسم انيشتين يه حرف ديگه زد...
حالا بقيه اش رو شما بياين كه چي كار كرد وكلا اصول اين آزمايش چي بود؟!!!

[mohsen4465]

اگه شما باسرعت نزديك به c در حال حركت باشين نور از كنار شما باسرعتcدوباره رد ميشه

البته مثال رو یخورده بدجور زدید. اگه با سرعت مثلاً نصف سرعت نور در حال حرکت باشیم (یا هر سرعت دیگه ای) و یه چراغ قوه دستمون باشه و اونو روشن کنیم، سرعت چراغ قوه که تو دست ماست به سرعت نور اضافه نمیشه و نور بازهم با همون سرعت c خارج میشه. یعنی نور چراغ قوه با نصف سرعت نور از ما دور میشه و برای یه ناظر خارجی همچنان همون c هست.
------------------------------------------------------------------
با صحبتی که با آیسا خانم داشتم انگاری قضیه پیچیده تر از این حرفهاست و حق با ایشونه. آقا احسان بیاید کمک. این نسبیت انیشتین رو من آخر نفهمیدیم چی میگه!

[Ehsan]

آروم آروم پیش میریم!

تا حدود سالهای 1870 نظریه ی الکترومغناطیس ماکسول کامل شده بود و در پیش بینی پدیده های الکتریکی و مغناطیسی بسیار موفق از آب در اومده بود، یکی از خفن ترین موفقیت های این نظریه توضیح ِ «نور» بود، نظریه ی ماکسول به وضوح وجود ِ امواجی از جنس الکترومغناطیس رو پیش بینی می‌کرد که سرعتشون تطابق ِ عجیبی داشت با سرعت ِ اندازه گیری شده از نور تا اون زمان.

به همین جهت و به خاطر پیشرفت نظریه ی امواج الکترومغناطیسی و کاربرد و آزمایشاتِ گسترده حول این امواج و کلی شواهد ِ دیگه، خیلی ها پذیرفتند که نور هم یک موج ِ الکترومغناطیسی هستش.

نظریه ی ماکسول یک پیش بینی جالب داشت، سرعت امواج الکترومغناطیسی رو دقیقا c پیشبینی می کرد، نه ذره ای کم و نه ذره ای زیاد. اما این سرعت نسبت به کدوم دستگاه بود؟ تجربه ی گذشته ی ما میگه اگر اتوموبیلی با سرعت ِ 80 بره و ما در اتوموبیلی با سرعت 70 موازی قبلی حرکت کنیم، سرعتی که ما از اتوموبیل ِ 80 کیلومتری خواهیم دید، 10 کیلومتر در ساعت خواهد بود، همین تجربه میگه اگر ما به سمت ِ نور حرکت کنیم سرعت ِ نور با سرعت ِ ما جمع میشه و اگر ازش دور بشیم سرعت ِ ما کسر میشه. اما این معادلات دقیقا پیش بینی می کردند که سرعت c هستش، پس این c باید نسبت به محیطی باشه دیگه؟ نمی تونه که همین طوری تو هر دستگاهی c باشه که؟ می تونه؟ دِ نمی تونه!

از این گذشته با توجه به تجربه ی فیزیک دانها از موج، هر موجی برای انتشار نیاز به محیطی داره، بنا بر این دانشمندان تصمیم گرفتند در پی ِ یک محیط ِ فرضی به نام ِ اتر aether باشند تا موج ِ نور رو منتقل کنه و اعلام کردند که یک اتر ِ جهانی وجود داره که موج ِ نور درون ِ اون با سرعت ِ c حرکت می کنه. اتر برای نور درست مثل ِ هواست برای امواج صوتی، امواج ِ صوتی درون ِ هوا حرکت می‌کنند. اگر ما به سمت امواج صوت حرکت کنیم سرعت ِ اونها رو بیشتر خواهیم یافت. مثلا اگر با سرعت 20 متر بر ثانیه درون هوا حرکت کنیم خواهیم دید که سرعت ِ صوتی که به سمت ِ ما میاد به جای 340 متر بر ثانیه، 360 متر بر ثانیه هستش.

اما اتر چطور آشکار می‌شد؟ اتر باید بسیار لطیف باشه چون تاثیر ِ بسیار کمی در محیطهای میانستاره ای و میان سیاره ای داره در عین حال باید بسیار محکم باشه چون سرعت ِ نور به طرز غیر قابل باوری زیاده.

با ایده ی این که نور درون ِ اتر سرعتش ثابت هستش میشه با اندازه گیری ِ سرعت ِ دقیق ِ نور در جهت های مختلف درون ِ یک آزمایشگاه به سرعت ِ زمین درون ِ اتر ِ فضایی پی برد و یه جورایی اتر رو آشکار کرد. این اندازه گیری قرار بود با کمک آزمایش مایکلسون-مورلی انجام بشه که انتشار نتایجش در سال ِ 1887 برای جامعه ی فیزیک یک شوک بزرگ بود:

سرعت ِ زمین درون ِ اتر ِ فضا همیشه صفره!!!

این نتیجه غیر ممکن بود! با توجه به جهت متغییر سرعت زمین در طول سال و حرکت ِ خورشید به دور کهکشان و هزار تا حرکت ِ جور وا جور ِ دیگه این نتیجه غیر ممکنه. قطعا یک حرکتی باید باشه، اما با آزمایش های بیشتری که با دقتهایی معادل هزاران برابر آزمایش مایکلسون-مورلی تکرار شد، دوباره همین نتیجه به دست اومد:

سرعت ِ زمین درون ِ اتر صفره! یا به عبارتی سرعت ِ نور نسبت به آزمایشگاهها همیشه برابر ِ c هستش، این آشکارا با هر آنچیزی که در بالا گفتم در تناقضه!

چی غلطه؟ معادلات ِ ماکسول؟ یا تبدیلات ِ سرعتی که ما انجام میدیم؟

«تبدیلات ِ سرعت نمی‌تونه اشتباه باشه چون اون وقت باید بپذیریم که فضا و زمان منقبض و منبسط میشن و این اصلا قابل قبول نیست، پس احتمالا معادلات ِ ماکسول باید اشکال داشته باشند!» این استدلالی بود که خیلی از فیزیکدانان ِ اون زمان با توجه به موفقیت عظیم ِ مکانیک ِ نیوتونی (که مبتنی بر همین تبدیلات بود) در اون سالها پذیرفتنش و در پی تصحیح نظریه نور بر اومدند اما آلبرت ِ قصه ی ما که اون موقع ها بیست و چند سال داشت جور ِ دیگه ای فکر می کرد

ـــــــــــــ
ابهامی اگر هست در خدمتم

[narcissus flower]

سلام
البته احسان خان همه چیزو گفتند ولی کلا چه تصوری از حضور اتر در ذهن افراد میتونه شکل بگیره؟
یعنی چی که کل جهان رو اتر پر کرده؟؟
تصور میشد که اگر کل جهان از اتر پر شده باشه, زمین در هنگام حرکتش در این ماده , مثل کشتی که در آب حرکت میکنه و آب رو جابه جا میکنه , هست وانتظار داشتند مثل آب یک مقاومتی در برابر ژمین حس بشه.اما حس نشد!!.
از طرفی اگر اتر وجود میداشت باعث میشد که نوساناتی در مسیر حرکت زمین ایجاد بشه. مثل اینکه مثلا در مسیر باد حرکت کنیم یا در جهت مخالفش , و این تو مسیرش اثر میذاشت .و اصلا عبارتی به نام باد اتری هم به وجود اومد.
حالا فکر میکردند که نور هم باید درگیر بشه با این شرایط , اما با ازمایش مایکلسون ومورلی معلوم شد که سرعت نور در هر مسیر وراستایی و در هر شرایطی همونی هست که همیشه بوده.
پس نتیجه گرفتند که سرعت نور که ثابته هیچ , این اتره هم مثل اینکه نیست ...چون اگر بود تاثیری در حرکت ایجاد میکرد

[Ehsan]

بیاید دوباره برگردیم وسطای قصه و این‌دفعه کمی محض‌تر به داستان نگاه کنیم:

گفتیم دانشمندان چهار تا معادله (معادلات ماکسول) پیدا کردند که پیش بینی می کرد نور دقیقا باید با سرعت c سیر کنه اما از طرفی از روی تبدیلات سرعت این انتظار رو هم داشتند که با حرکت کردن در راستای نور، سرعتهایی غیر از c از نور مشاهده خواهیم کرد. معنی این اتفاق چیه؟

اولا چون سرعت ِ c از نور با معادلات ِ ماکسول به دست اومده بود، وقتی با حرکت کردن سرعت ِ نور دیگه c نباشه، پس معادلات ماکسول تغییر شکل دادند چون اگر شکلشون همون قبلی باقی می‌موند می‌شد نشون داد که سرعت c باقی می‌مونه.

ثانیا حد اقل یک دستگاه وجود داره که سرعت ِ نور اونجا c هستش (معادلات ِ ماکسول به فرمی هستند که اولش ارائه شده بودند)، با توجه به نیاز امواج به ماده ی واسطی برای انتشار (مثلا امواج صوتی به هوا برای انتشار نیاز دارند)، دانشمندان و فیزیکدانان اون زمان وجود ماده ای به اسم اتر رو پیش‌بینی کردند که امواج نور در اونها با سرعت c سیر می‌کنه به عبارتی معادلات ماکسول وقتی درون اون ماده ساکن هستیم، کار می‌کنه.

وجود اتر از چند لحاظ حائز اهمیت بود که شاید مهمترین ِ اونها بحث ِ وجود ِ یک دستگاه ِ مطلق ِ جهانی باشه، چیزی که نیوتون برای توجیه ِ عکس‌العمل مواد در برابر شتاب پیشبینیش کرده بود (برای توضیحات بیشتر به بحث فضای مطلق نیوتونی مراجعه کنید )


اگر ما توی اتر با سرعت v حرکت کنیم، سرعت امواج نور رو بین c+v تا c-v خواهیم دید. با توجه به حرکت پیچیده ی زمین در فضا که هم دور خودش می‌گرده و هم دور خورشید و هم دور کهکشان، حتما باید با آزمایشاتی که به تغییرات سرعت نور حساس هستش، باید بشه سرعت ِ زمین درون ِ اتر رو پیدا کرد.

آزمایشات مایکلسون-مولری و چندین آزمایش دیگه که برای پیدا کردن ِ این سرعت بودند همگی با شکست مواجه شدند، سرعت ِ زمین در همه ی اون آزمایش ها صفر بود! به عبارتی با هر حرکتی درون ِ فضا، سرعت ِ نور c بود که c بود!

از سوی فیزیکدانان اون زمان، تلاشهای زیادی برای توجیه این نظریه و تصحیح نظریه نور انجام شد که همگی با شکست مواجه شدند و آزمایش هایی وجود داشت که این تلاشها رو نقض می‌کرد. غیر از یک نظریه که تا اون زمان هیچ آزمایشی ردش نکرد، اشتباه نکنید! نظریه اینتشتین نه! بلکه نظریه ی لورنتس:

لورنتس فرض کرد که با حرکت درون اتر، طولها منقبض می‌شه و زمان منبسط و توانست با تبدیلات ِ ریاضیی که برای فضا و زمان به دست آورد نشون بده که نتیجه ی آزمایش مایکلسون مورلی کاملا منطقی هستش، اما این نظریه یک اشکال ِ کوچک داشت: با این اتفاق هیچ جوری نمی‌شد سرعت ِ خودمون رو درون ِ اتر آشکار کنیم!*

کمی الکترومغناطیسی تر:

حالا بیاید از یک منظر دیگه به داستان نگاه کنیم، از منظر معادلات ماکسول: گفتیم معادلات ِ ماکسول باید با حرکت کردن درون ِ اتر تغییر شکل بدن، و آزمایش مایکلسون-مورلی به طور ضمنی قرار بود تغییر شکل ِ این معادلات رو بررسی بکنه.

(وقتی معادلات ماکسول از c بودن ِ سرعت ِ نور خبر می‌دن ولی با حرکت کردن سرعت ِ نور دیگه c نیست، پس با حرکت کردن دیگه معادلات ماسکول مثل قبل کار نمی‌کنند و تغییر کردند)

قانون القای فارادی رو همتون شنیدید: اگر من یک آهنربای متغیر داشته باشم و یک حلقه ی رسانا، با تغییر میزان میدان مغناطیسی درون ِ اون حلقه ی رسانا ولتاژی القا می‌شه و جریانی درش به راه می‌افته.

به عبارتی اگر من یک آهن ربا رو به یک حلقه ی آهنی دور و نزدیک کنم، بارهای آزاد ِ توی حلقه شروع به حرکت کردن و جاری شدن خواهند کرد.

ترکیب ِ قانون ِ القای فارادی با بقیه ی قوانین الکتریسیته بزرگترین دستاورد ماکسول بود و نتیجه اش همان معادلات ِ معروف ِ ماکسول ِ ما شد. پس قانون ِ القای فارادی جزئی از قوانین ِ ماکسول هستش.


از طرفی میدان ِ مغناطیسی می‌تونه بارهای متحرکی که درونش هست رو منحرف کنه و بهشون نیرو وارد بکنه، این قانون ِ نیروی لورنتس هستش

حالا بیاید یک آزمایش رو تصور بکنیم:

فرض کنید که یک آهنربا رو به یک حلقه ی ساکن نزدیک می‌کنم، بنا به قانون القای فارادی میدان مغناطیسی که اطراف حلقه تغییر می‌کنه و بارهای الکتریکی درون ِ حلقه حرکت می‌کنند و جریان ایجاد میشه.

حالا این شکل رو ببینید:



این شکل به ما می‌گه که ما می‌تونیم این آزمایش رو از یک منظر ِ دیگه نگاه کنیم: فرض کنید آهن ربا ساکن هستش و حلقه متحرکه (به عبارتی ما روی آهن ربا نشستیم)، با توجه به این که حلقه درونش بارهای الکتریکی آزاد داره، با عبور از میدان ِ مغناطیسی طبق قانون نیروی لورنتس بهشون نیرو وارد میشه ور درون ِ حلقه شروع می‌کنند به حرکت و یک جریان ایجاد می‌کنند.



دقت کنید این دو تا تعبیر زمین تا آسمان با هم فرق دارن:

در اولی ما از یک قانون ِ بنیادی در باب ِ میدان مغناطیسی متغییر حرف می‌زنیم (قانون فارادی) اما در دومی ما داریم راجع به نحوه ی وارد شدن ِ نیروی مغناطیسی به بارهای الکتریکی متحرک حرف می‌زنیم (قانون نیروی لورنتس) و این دو تا قانون هیـــــــچ ربطی به هم ندارند.

دست ِ بر قضا با استفاده از این دو قانون کاملا مجزا، نتیجه ای یکسان از این آزمایش بیرون میاد، یعنی هر دو تعبیر یک میزان جریان رو پیش‌بینی می‌کنند، به عبارتی با هر حرکتی تو فضا، جریانی که برقرار می‌شد، یکسان بود که یکسان بود! اما کدام تعبیر صحیحه؟

از نظر فیزیکدانان اون زمان، با توجه به تغییر شکل معادلات ماکسول به واسطه ی حرکت و با توجه به فرض اولیه ساکن بودن ِ حلقه، تعبیر اولی صحیصه و این یکی بودن ِ نتیجه ی دو تعبیر صرفا یک تصادفه.

دقیقا همین جاهاست که اینشتین قصه ی ما وارد ِ ماجرا میشه، این جون ِ رعنای ما درست مثل همیشه یک جورایی متفاوت از بقیه فکر می‌کرد.

بقیه اش به خاطر طولانی شدن بمونه واسه بعد!

ـــــــــــــــــــــــــ ــــــ
*البته این نظریه به خاطر ِ تعبیر غیر صحیحش در یک آزمایش جواب نداد اما از اونجایی که این آزمایش در سال 1932 انجام شد (آزمایش کندی-تورندیک)، و این قضایا مال حدود 1900 هستش پس می‌تونیم بگیم نظریه ی لورنتس تا اون زمان کاملا موفق بود.

[Ehsan]

خوب خوب خوب! قصه داره به جاهای خوبش می‌رسه. (این که همیشه همه به تاریخ ِ نظریه نسبیت اشاره دارند اینه که بخش عظیمی از مفاهیم نظریه نسبیت در تاریخش نهفته است)


ما بالا دو تا مورد رو شرح دادیم: یکم این که آزمایش مایکلسون-مورلی صریحا بیان می‌کرد که علی‌رغم پیشبینی فیزیک کلاسیک سرعت ِ ما درون ِ اتر صفره! این نتیجه غیر قابل توجیه بود، لورنتس نامی ادعا کرد که طول‌ها درون ِ اتر منقبض میشن و زمان با حرکت درون اتر اتساع پیدا می‌کنه بنا بر این نتیجه ی آزمایش مایکلسون مورلی رو تایید و تفسیر کرد، فقط اشکال ِ کار اینجا بود که دیگه نمیشد اتر رو آشکار کرد.

دوم این که یک آزمایش الکترومغناطیسی دو تعبیر ِ مختلف داشت که دست بر قضا هر دو تعبیر به نتیجه ی یکسان منجر می‌شدند اما از نظر فیزیک دانها فقط یکی از این تعابیر صحیح بود.


حالا اینشتین ِ ما وارد ِ قصه میشه:

اینشتین ما این طوری به قضیه نگاه کرد: اون دید که تبدیلات لورنتس به ما می‌گه ما هر سرعتی نسبت به اتر داشته باشیم، نمی‌تونیم سرعت ِ خودمون رو درونش آشکار کنیم، یعنی مثلا اگر من درون ِ اتر ساکن باشم یا با سرعت نصف سرعت نور درونش حرکت کنم، از لحاظ «قوانین فیزیکی قابل آشکارسازی» هیچ تغییری ایجاد نمی‌شه. اما معنی این که «از لحاظ «قوانین فیزیکی» هیچ تغییری ایجاد نمی‌شه» چیه؟ کلید ِ درک نسبیت در درک همین جمله است!

فرض کنید من یک جعبه دارم که توش پر از قوانین ِ فیزیک هستش، این قوانین سنگ ِ محک‌هایی هستند برای اندازه گیری بعضی کمیت ها: مثلا قوانین ِ مکانیک نیوتون برای اندازه گیری شتاب و جرم، قوانین ترمودینامیک برای اندازه گیری دما و حرارت و .....

گاهی با اتفاقاتی که در دستگاهای مختصات رخ میده این قوانین تغییر می‌کنند مثلا اگر من درون ماشینی که در حال ترمز گرفتن هستش بخوام قوانین ِ نیوتون رو پیاده کنم خواهم دید که این قوانین دیگه کار نمی‌کنن! وقتی من ذره ای رو درون ِ این ماشین رها میکنه ذره به عقب کشیده میشه و این با قانون اول نیوتون ناساگاره.

بحث ِ فیزیک ِ کلاسیک این بود که قوانین ماکسول با «حرکت با سرعت ِ ثابت در فضا» عوض می‌شن و تغییر شکل میدن (مثل قوانین نیوتون که توی ماشین ِ در حال ترمز کار نمیکنه)، بنا بر این سنگ ِ محکی به ما میدن تا بفهمیم که داریم حرکت می‌کنم یا ساکن هستیم و به عبارتی سرعت رو اندازه بگیریم (به قرینه: قوانین ِ نیوتون هم سنگ محکی میدن تا بفهمیم که در حال ِ حرکت ِ شتابدار هستیم یا نه به عبارتی شتاب رو اندازه بگیریم)

تعبیر ِ لورنتس حاوی این نکته بود که قوانین ِ ماسکول حداقل در مقام ِ اندازه گیری چنین سنگ ِ محکی نیستند، چون طولها و زمان با حرکت درون اتر طوری تغییر می‌کنه که سرعت ِ نور همیشه سرعت ِ نوره و قوانین ِ ماکسول شکلشون همون شکلِ قبلی هستش. بنا بر این نمیشه با قوانین ِ ماکسول، اتر رو آشکار کرد، از طرفی توی جعبه ی جادویی ما که پر از قوانین ِ فیزیکه، هیچ قانون ِ دیگری هم نیست که حرکت ما درون ِ اتر رو آشکار کنه => پس من هیچ ابزار ِ فیزیکی برای آشکار کردن ِ اتر ندارم=> پس اتر هیچ تاثیری رو قوانین ِ فیزیک نداره=> اتر هیچ تاثیری روی ما نداره=> از لحاظ ِ فیزیکی اتر مفهومی زاید و اضافیه!!!=> اتر وجود نداره!

اینشتین به جای فرض ِ پیچیده ی اتر و حرف ِ پیچیده تر ِ لورنتس که ما درون ِ اتر منقبض میشیم یک فرض ِ بسیار زیباتر و قشنگتر جایگزین کرد که تمام ِ آزمایش های مشابه مایکلسون مورلی رو توجیه می‌کرد:

هیچ دستگاه مطلقی وجود نداره، جعبه ی جادویی من که پر از قوانین ِ فیزیک هستش، با حرکت ِ سرعت ِ ثابت، عوض نمیشه. یعنی قانون ِ ماکسول قانون ِ ماکسول باقی میمونه (این برای تمام ِ قوانین ِ فیزیک صادقه)

فرض کنید که من یک اتوموبیل پیدا کردم که جعبه ی قوانین فیزیکم توش کار می‌کنه (با آزمایش می‌فهمم)، هر ماشین ِ دیگه ای به هر جهتی و با هر سرعتی حرکت بکنه، قوانین ِ پایه ی فیزیک باید درونش کار بکنه و جعبه ی قوانین ِ من برای اون ماشین هم درسته.

حالا اگر یادتون بیاد قانون ِ ماکسول پیش بینی می کرد که سرعت ِ نور c باشه، پس این ناوردا می‌مونه و با هر سرعت در هر دستگاهی ما سرعت ِ نور رو c اندازه گیری خواهیم کرد

شاهدی که اینتشتین بر این مدعا آورد آزمایشی با حلقه و آهنربا بود که آخر ِ پست ِ قبل شرح دادم:

اینشتین قصه ی ما گفت که : تعبیر ِ هر دو ناظر (ناظر ِ روی آهن ربا و ناظر ِ همراه با حلقه) از آزمایش صحیحه، اینها فقط دو نگاه ِ مختلف از یک پدیده ی واحد هستند:قوانین ِ ماکسول!

به عبارتی همون حرف ِ قبلی که قوانین ِ ماسکول با حرکت کردن عوض نمی‌شن.

بنا بر این سرعت ِ نور همیشه c اندازه گیری میشه. به عبارت ِ خیلی ساده چون خود ِ همین قوانینی که ما با خودمون همراه داریم و توی جعبه‌ی جادوییمون این ور و اون ور می‌بریم تا سرعت ِ نور رو بسنجیم، سرعت ِ نور رو تعیین می کنه، بنا بر این نمیشه با این قوانین سرعت ِ نور رو چیز ِ دیگری اندازه گرفت. سرعت ِ نور همیشه ثابته.

ــــــــــــــــــــ
دیگه از پست ِ بعد انشالله از تاریخ میایم بیرون و راجع به نسبیت به طور کاملا منسجم حرف میزنیم

ابهامی هست اگر در خدمتم

حتما بپرسید

[مداد رنگیهام]

میشه در مورد این جمله بیشتر توضیح بدین؟
"...فرض کرد که با حرکت درون اتر، طولها منقبض می‌شه و زمان منبسط و توانست با تبدیلات ِ ریاضیی که برای فضا و زمان به دست آورد نشون بده که نتیجه ی آزمایش مایکلسون مورلی کاملا منطقی هستش..."