• نتيجه هاى فيزيكى

يكى از نخستين حل هاى معادله اينشتين را فيزيك پيشه منجمى به نام كارل شوارتس شيلد به دست آورد.{۵}شوارتس شيلد متريك اطراف يك كره مثلاً اطراف يك ستاره را به دست آورد. اين متريك كه امروزه متريك شوارتس شيلد نام دارد،  خاصيت بسيار عجيبى دارد: اگر شعاع ستاره از حدى كوچك تر شود، ديگر حتى نور هم از آن نمى تواند بيرون بيايد. در اين حالت ستاره تبديل به شىء عجيبى مى شود كه سياهچاله  نام گرفته است. درك فيزيك سياهچاله ها يكى از چالش هايى است كه فيزيك پيشه ها بيش از نيم قرن است با آن دست و پنجه نرم مى كنند. امروزه تقريباً اكثر اخترفيزيك پيشه هاى فعال اعتقاد دارند كه در دنيا از جمله در مركز كهكشان راه شيرى سياهچاله  هست. بعد از تكميل نسبيت عام اينشتين به اين مسئله پرداخت كه معادله هايى كه نوشته چه چيزى براى كل جهان يا كيهان پيش بينى مى كنند. فرض هايى بسيار معقول و كلى براى كل كيهان كرد. مثلاً اينكه كيهان در مقياس هاى بزرگ نه مركز مرجحى دارد نه امتداد. مرجحى معادله ها را حل كرد و در كمال تعجب ديد كه حل ايستا ندارند: يا جهان در حال بزرگ شدن است يا در حال كوچك شدن، در گذشته اى متناهى از يك نقطه آغاز شده و ممكن است در آينده اى متناهى به يك نقطه بينجامد! از اين حل خوشش نيامد. دستى در معادله هايش برد. جمله اى به آنها افزود. در اين جمله ثابتى ظاهر مى شود كه آن را ثابت كيهان شناختى نامگذارى كرد. اگر اين ثابت كه آن را با l نشان مى دهند، صفر باشد، معادله ها مى شوند همان معادله هاى قبلى اگر l مثبت باشد، جلوى انبساط عالم گرفته مى شود و اگر l منفى باشد، جهان به نحو فزاينده اى منبسط مى شود. چند سال بعد ادوين هابل منجم آمريكايى انبساط جهان را كشف كرد! پس از آن اينشتين گفت اين افزودن جمله كيهان شناختى به معادله هايش بزرگ ترين اشتباه زندگى اش بوده. امروز يك نظريه بسيار موفق براى كيهان شناخت داريم موسوم به مدل استاندارد كيهان شناخت{۶}. يكى از سنگ هاى اصلى اين بناى بسيار عظيم و زيبا نسبيت عام است.

• اهميت نسبيت عام در زندگى روزمره

آيا نسبيت عام در زندگى روزمره ما اهميت دارد؟ بستگى دارد توقع مان از زندگى چه باشد. دو مثال زير موضوع را روشن مى كند.
امروز مردم توقع دارند كه بتوان زمين لرزه را پيش بينى كرد تا از فاجعه هايى كه پيشتر طبيعى يا آسماني ناميده مى شد جلوگيرى شود. اين كار نيازمند آن است كه شبكه اى از ايستگاه هاى لرزه نگارى در سطح زمين ايجاد شود. هر ايستگاه لرزه نگارى در واقع سه ابزار بسيار مهم دارد : يكى لرزه نگار كه وسيله اى است كه لرزش هاى زمين را ثبت مى كند، يك ساعت دقيق كه بايد زمان را ثبت كند و يك فرستنده كه بايد اطلاعات را به ايستگاه هاى مركزى بفرستد. نقش ساعت در اينجا بسيار مهم است. وقتى در يك جاى زمين لرزه اى روى مى دهد موجى در سطح و عمق زمين راه مى افتد و به ايستگاه هاى مختلف مى رسد. هر ايستگاه موجى را كه به آن رسيده ثبت مى كند. براى آنكه كانون زمين لرزه و ساختار زمين شناختى مسير آن معلوم شود، بايد دانست كه دقيقاً موج كى به كدام ايستگاه رسيده است. بدون چنين اطلاعى آنچه لرزه نگارها ثبت مى كنند بسيار كم ارزش است. بنابراين بايد ساعت هايى كه در ايستگاه هاى لرزه شناسى هست با دقت كار كنند و علاوه بر آن با دقت با هم همزمان شده باشند. اين كار بايد با دقت بسيار زيادى انجام شده باشد و در اينجا است كه نسبيت عام وارد مى شود. فيزيك پيشه ها سال ها است كه تصحيح هاى نسبيت عامى را در اين همزمان كردن و تنظيم كردن ساعت ها رعايت مى كنند{۷}. پس اگر دوست داريم سيستم لرزه نگارى جهانى بتواند اطلاعات درستى از زمين لرزه ها ثبت كند تا زمين فيزيك پيشه ها به كمك آنها بتوانند شناخت كامل ترى از زمين لرزه پيدا كنند، تا بتوان زمين لرزه ها را پيش بينى كرد و از فاجعه ها جلوگيرى كرد، آن وقت مى بينيم در زندگى روزمره هم به نسبيت عام نيازمنديم. توقع ديگرى كه امروز مردم دارند اين است كه وسيله اى داشته باشند كه در هر جا كه هستند موقعيت شان را نشان بدهد. چنين فناورى اى اكنون هست. آمريكا ماهواره هايى مى سازد و آنها را در مدار هايى به دور زمين قرار مى دهد. اين ماهواره ها به همراه چند ايستگاه زمين سيستمى را مى سازند كه جى پى اس نام دارد{۸}. هر يك از اين ماهواره ها در واقع يك ساعت اتمى بسيار دقيق و يك فرستنده است. فرستنده در هر لحظه اطلاعاتى را به زمين مى فرستد. يكى از مهم ترين اطلاعات زمانى است كه ساعت توى ماهواره نشان مى دهد. اين اطلاعات چنانند كه اگر در نقطه اى روى زمين بتوانيم همزمان اطلاعاتى را كه چهار ماهواره مى فرستند بگيريم، مى توانيم با محاسباتى مكان خود را تعيين كنيم. براى آنكه بتوانيم با دقت بهترى از چند صدمتر مكان يابى كنيم، بايد تصحيح هاى نسبت عامى را هم وارد كنيم. پس اگر دوست داريم سيستم مكان يابى ما بتواند بين كوچه هاى مختلف يك خيابان فرق بگذارد، مى بينيم كه در زندگى روزمره هم به نسبيت عام نيازمنديم.

پى نوشت ها:

۱- خود اينشتين اين كشف را شادترين رويداد، زندگى اش ناميد.
۲- اتاقك را از هر جايى كه ول كنيم و با هر سرعت اوليه اى كه ول كنيم اين حرف درست است. از جمله اگر اتاقك را از ارتفاع چند هزار كيلومترى و با چنان سرعتى رها كنيم كه به دور زمين بگردد! ماهواره هايى كه به دور زمين مى گردند دقيقاً چنين اتاقك هايى هستند و آنچه مشاهده مى شود اين است كه در اين سفينه ها هيچ چيز وزن ندارد!
۳- ريمان كه مى خواست در دانشگاه گتنيگن استخدام شود، مى بايست به رسم آن روز سه مطلب به هيات داوران پيشنهاد كند و درباره يكى از آنها به انتخاب هيات داوران سخنرانى كند. گاوس جزء داوران بود و يكى از عناوينى كه ريمان انتخاب كرده بود براى گاوس بسيار جذاب بود: درباره فرض هايى كه اساس هندسه اند. گاوس اين موضوع را انتخاب كرد و ريمان در يك سخنرانى اساس چيزى را بيان كرد كه امروزه هندسه ريمانى نام دارد.
۴- در واقع پس از اين دوره اينشتين يكى از هندسه پيشه هاى بزرگ بود؛ هم تراز هندسه پيشه هايى مثل الى كارتان و هرمان وايل.
۵- نسبيت عام در ۱۹۱۵ يعنى درست وسط جنگ جهانى اول تكميل شد. شوارتس شيلد در اين موقع افسر بود و در سال ۱۹۱۶ بر اثر بيمارى درگذشت. يك نفر وسط جنگ نظريه اى ساخته كه گرانش و نسبيت خاص را آشتى بدهد، يكى ديگر وسط همين جنگ به فكر حل كردن اين معادله هاى جديد افتاده و تازه يكى از دانش پيشه هاى كشور دشمن به اين فكر افتاده كه برويم وسط دريا از خورشيدگرفتگى عكس بگيريم، ببينيم اين حرف ها درست است يا نه!
۶- هر وقت از مدل استاندارد چيزى نام برده مى شود، منظور اين است كه اين مدل آنقدر موفق است كه تقريباً همه فيزيك پيشه هاى آن رشته به درست بودن آن اعتقاد پيدا كرده اند و آن را مبناى كار هاى بعدى گذاشته اند. البته اگر فيزيك پيشه هايى بتوانند نشان بدهند كه يك «مدل استاندارد»ى درست نيست، كار بزرگى كرده اند.
۷- اگر نكنند نتيجه غلط مى شود. در واقع اگر امروز با صرف هزينه بسيار يك ساعت اتمى فوق دقيق بخريد و به خانه بياوريد، بايد ارتفاع خانه تان از سطح دريا را با دقت تعيين كنيد و آن را به كامپيوتر ساعت بدهيد. ساعت بر مبناى معادله هاى نسبيت عامى براى شما زمان سنجى مى كند. تازه در اين وضعيت ساعت شما در واقع يك كرونومتر است. براى آنكه آن را با ساعت رسمى (UT يا GMT) به دقت همزمان كنيد بايد باز هم تصحيح هاى نسبيت عامى را محاسبه و اعمال كنيد!
۸- روس ها هم سيستم مشابهى دارند به نام GLONASS.

نويسنده : احمد شريعتي، گروه فيزيك، دانشگاه الزهرا

منبع : سايت لينكستان