نجوم , astronomyo

نجوم

نجوم , astronomyo

نجوم

4,893نــــفــــــر
عضو شده اند
4,893نفر عضو شده اند
91/02/22 17:08

زمان از دیدگاه فیزیک انحنای فضا _ زمان انیشتن با...

نجوم
زمان از دیدگاه فیزیک
انحنای فضا _ زمان انیشتن با استفاده از قوانین ریاضی نشان داد که چگونه هر جسمی ، به فضا _ زمان اطراف خود انحنا می‌بخشد. در مورد بعضی اجسام ، مثل ستارگان که جرم نسبتا زیادی دارند، این انحنا می‌تواند باعث تغییراتی در مسیر هر چیز که از کنار آن می‌گذرد شود، و نور نیز از این قاعده مستثنی نمی‌باشد. این نظریه با چارچوبهای نالخت سر و کار دارد و در کیهان شناسی و گرانش کاربرد دارد. فرض اساسی نسبیت عام این است که تمام دستگاههای مختصات که در حالتهای حرکت اختیاری هستند، برای بیان ریاضی قوانین فیزیک باید به یک اندازه مناسب باشند. بنابراین ، باید برای نوشتن قوانین فیزیک روشهایی یافت، بطوری که تحت هر تبدیل مختصات دلخواه ، تغییری در شکل آنها حاصل نشود.
نقش تساوی جرم گرانشی و جرم لختی نقش تساوی جرم گرانشی و جرم لختی در پیشرفت نسبیت مساوی بودن جرم گرانشی و جرم لختی نقش اساسی در پیشرفت تاریخی نسبیت عام داشت. منشأ تساوی مزبور در این نکته است که قانون دوم نیوتن f = ma برای شتابهای گرانشی در میدان گرانشی با شدت g ، بصورت mGg = mAa در می‌آید. چون مشاهده می‌شد که در یک میدن گرانشی هر اشیاء به یک میزان شتاب می‌گیرند، یعنی g = a انیشتین به تحقیق دریافت که گرانش اساسا یک پدیده سینماتیکی است که شامل تغییر در مختصات فضا و زمان در همسایگی منبع میدان گرانشی است.



 



نظریه نسبیت عام در کیهان شناسی و نجوم ظهور نظریه نسبیت عام دید گرانشی را بکلی تغییر داد و در این نظریه جدید نیروی گرانش را مانند خاصیتی از فضا در نظر گرفت نه مانند نیرویی بین اجرام ، یعنی برخلاف آنچه که اسحاق نیوتن گفته بود. در نظریه او فضا در مجاورت ماده کمی انحنا پیدا می‌کرد. در نتیجه حضور ماده اجرام ، مسیر یا به اصطلاح کمترین مقاومت را در میان منحنیها اختیار می‌کردند. با اینکه فکر آلبرت انیشتین عجیب به نظر می‌رسید می‌توانست چیزی را جواب دهد که قانون ثقل نیوتن از جواب دادن آن عاجز می‌ماند. سیاره اورانوس در سال 1781 میلادی کشف شده بود و مدارش به دور خورشید اندکی ناجور به نظر می‌رسید و یا به عبارتی کج بود!

نیم قرن مطالعه این موضوع را خدشه ناپذیر کرده بود. بنابر قوانین اسحاق نیوتن می‌بایست جاذبه‌ای برآن وارد شود. یعنی باید سیاره‌ای بزرگ در آن طرف اورانوس وجود داشته باشد تا از طرف آن نیرویی بر اورانوس وارد شود. در سال 1846 میلادی اختر شناس آلمانی دوربین نجومی خودش را متوجه نقطه‌ای کرد که «لووریه» گفته بود و بی هیچ تردید سیاره جدیدی را در آنجا دید که از آن پس نپتون نام گرفت. نزدیکترین نقطه مدار سیاره عطارد به خورشید در هر دور حرکت سالیانه سیاره تغییر می‌کرد و هیچگاه دو بار پشت سر هم این تغییر در یک نقطه خاص اتفاق نمی‌افتاد.

اختر شناسان بیشتر این بی نظمی‌ها را به حساب اختلال ناشی از کشش سیاره‌های مجاور عطارد می‌دانستند! مقدار این انحراف برابر 43 ثانیه قوس بود. این حرکت در سال 1845 بوسیله لووریه کشف شد، بالاخره با ارائه نظریه نسبیت عام جواب فراهم شد. این فرضیه با اتکایی که بر هندسه نا اقلیدسی داشت نشان داد که حضیض هر جسم دوران کننده حرکتی دارد علاوه برآنچه اسحاق نیوتن گفته بود.
وقتی که فرمولهای آلبرت انیشتین را در مورد سیاره عطارد بکار بردند، دیدند که با تغییر مکان حضیض این سیاره سازگاری کامل دارد.

سیاره‌هایی که فاصله شان از خورشید بیشتر از فاصله تیر تا آن است تغییر مکان حضیضی دارند که بطور تصاعدی کوچک می‌شوند. اثر بخش‌تر از اینها دو پدیده تازه بود که فقط نظریه آلبرت انیشتین آنرا پیشگویی کرده بود. نخست آنکه آلبرت انیشتین معتقد بود که میدان گرانشی شدید موجب کند شدن ارتعاش اتمها می‌شود و گواه بر این کند شدن تغییر جای خطوط طیف است به طرف رنگ سرخ!
انتقال به سرخ یعنی اینکه اگر ستاره‌ای بسیار داغ باشد و بطوری که محاسبه می‌کنیم بگوییم که نور آن باید آبی درخشان باشد، در عمل سرخ رنگ به نظر می‌رسد. کجا برویم تا این مقدار قوای گرانشی و حرارت بالا را داشته باشیم، پاسخ مربوط به کوتوله‌های سفید است. دانشمندان به بررسی طیف کوتوله‌های سفید پرداختند و در حقیقت تغییر مکان پیش بینی شده را با چشم دیدند! اسم اینرا تغییر مکان آلبرت انیشتینی گذاشتند.







خمش نور در میدان گرانشی آلبرت انیشتین می‌گفت که میدان گرانشی شعاعهای نور را منحرف می‌کند، چگونه ممکن بود این مطلب را امتحان کرد. اگر ستاره‌ای در آسمان آن سوی خورشید درست در امتداد سطح آن واقع باشد و در زمان کسوف ، خورشید قابل رؤیت باشد، اگر وضع آنها را با زمانی که فرض کنیم خورشیدی در کار نباشد مقایسه کنیم خم شدن نور آنها مسلم است. درست مثل موقعی که انگشت دستتان را جلوی چشمتان در فاصله 8 سانتیمتری قرار دهید و یکبار فقط با چشم چپ و بار دیگر فقط با چشم راست به آن نگاه کنید، به نظر می‌رسد که انگشت دستتان در مقابل زمینه پشت آن تغییر جا می‌دهد، ولی واقعا انگشت شما که جابجا نشده است!

دانشمندان در موقع کسوف در جزیره پرنسیپ پرتغال واقع در آفریقای غربی دیدند که نور ستاره‌ها بجای آنکه به خط راست حرکت کنند در مجاورت خورشید و در اثر نیرو ی گرانشی آن خم می‌شوند و بصورت منحنی در می‌آیند. یعنی ما وضع ستاره‌ها را کمی بالاتر از محل واقعیش می‌بینیم. ماهیت تمام پیروزیهای نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین نجومی بود، ولی دانشمندان حسرت می‌کشیدند که ای کاش راهی برای امتحان آن در آزمایشگاه داشتند. البته اخیرا چندین آزمایش عملی برای آزمون این نظریه به توسط دانشمندان فیزیک و کیهان شناسی ساخته شده است.
نسبیت عام نظریه‌ایست که در سال ۱۹۱۵ توسط اینشتین مطرح شد. این نظریه تعمیمی بر نظریه نسبیت خاص است که در مورد تمامی ناظرها اعم از لخت و غیر لخت صحبت می‌کند.در این نظریه فضا-زمانِ توسط هندسه ریمانی بررسی می‌شود.این نظریه گرانش را به عنوان یک عامل هندسی و نه یک نیرو برسی می‌کند.پایه نظری گرانش کیهان شناسی این نظریه و تعمیم‌های آن است. تصور دوبعدی از انحنای فضا-زمان. حضور ماده/انرژی فرم هندسی فضا-زمان را تغییر می‌دهد. از این انحنای هندسی به عنوان جاذبه تعبیر می‌شود.   معادله اینشتین معادله اصلی نسبیت عام است البته با در نظر گرفتن c (سرعت نور) برابر یک که معمولاً این طور در نظر گرفته می‌شود. در این معادله: Rμν تانسور ریچی R اسکالر ریچی یا انحنا gμν تانسور متریک Tμν تانسور تنش-انرژی G ثابت جهانی گرانش با تعریف Gμν تانسور اینشتین که میتوان این معادله را به شکل فشرده‌تری نوشت: اصول نسبیت عام  اصل هم ارزی هیچ ناظری نمیتواند فقط با آزمایش موضعی بین شتاب و میدان گرانشی تفاوت قائل شود.  اصل ماخ اصل ماخ، اساسی ترین اصل نسبیت عام، بصورتهای مختلفی تعبیر می‌شود. قویترین صورت این اصل عبارتست از: "ماده هندسه را تعیین می‌کند و عدم وجود ان مبنی بر عدم وجود هندسه است." نسبیت عام با این صورت اصل ماخ سازگار نیست.(اگر ماده وجود نداشته باشد یعنی Tμν = 0 معادلات نسبیت عام دارای حل هستند و هندسه های مختلفی را توصیف می‌کنند.) اما صورت دیگری از اصل ماخ که نسبیت عام با آن سازگار است عبارتست از: "توزیع ماده چگونگی هندسه را تعیین می‌کند." ماده تعیین می‌کند که فضا چگونه خمیده شود. صورت دیگری از اصل ماخ که با نسبیت عام سازگاری ندارد و نزدیکترین صورت به بیان ماخ است عبارتست از: "یک جسم در فضای کاملاً تهی، هیچ خاصیت هندسی به خود نمی‌گیرد."  اصل هموردایی عام تمام ناظرین اعم از لَخت و غیر لخت هم ارزند. در اصل هموردایی همچنین می‌خوانیم: عموماً هر تبدیل از چارچوب لخت به چارچارچوب دیگر که با سرعت V در حال حرکت است، خصوصیات فیزیکی را ثابت نگاه می‌دارد. در اصل هموردایی شرایط فیزیکی به گونه‌ای هستند که تا اندازه‌ای تعبیر و تبیین ریاضی آن‌ها در تمام چارچوب‌ها یکسان است. نیز اینکه ناوردایی، مهم‌ترین نکته در این رابطه محسوب می‌شود که در نسبیت عام عنصر جهان خط ds2 به عنوان ناوردای اساسی مطابق با اصل هموردایی بوده و همواره تحت تمامی تبدیلات مختصات ثابت می‌ماند. این بیان تازمانی ارزشمند است که متریک gμν مختص چارچوب مورد نظر تغییری نکند. یعنی تنها هنگامی اصل هموردایی معتبر است که خصوصیات فضا و زمان دو چارچوب یکسان بوده و تنها این بیان مستقیماً به لختی و یا نالختی چارچوب ثانویه دلالت داشته باشد. اصل کمینه جفتیدگی گرانشی این اصل چگونگی گذار از نسبیت خاص به عام را بیان می‌کند. هنگام گذار از نسبیت خاص به نسبیت عام نیازی به افزودن جملات غیرضروری به معادلات نسبیت خاص نیست. اصل همخوانی نظریه نسبیت عام در حالت‌های حدی به گرانش نیوتنی و نسبیت خاص تبدیل می‌شود + نوشته شده در  شنبه پانزدهم تیر 1387ساعت 16:18  توسط محسن  |  آرشیو نظرات نسبیت خاص نسبیت خاص نظریه‌ای درباره ی اصول نسبیت و حرکت در چهارچوب های لخت می باشد. این نظریه در سال ۱۹۰۵ میلادی توسط آلبرت اینشتین فیزیکدان آلمانی الاصلی که تابعیت امریکایی داشت مطرح شد. نسبیت خاص درک فیزیکی ما را از شماری از پدیده های اطراف خود که پیش از آن توسط نسبیت نیوتن و معادلات گالیله بررسی می شدند تغییر می دهد. تاثیر نسبیت خاص هنگام بررسی اجسام در حال حرکت با سرعت‌های بسیار زیاد (نزدیک به سرعت نور) قابل ملاحظه می شود. بنابر این نظریه ی نسبیت همانطور که اصل همخوانی فیزیک ایجاب می کند باید نتایج مشاهدات قبلی را به شکل کامل تری بیان کند. در ادامه همانطور که خواهید دید داریم : البته در نظر داشته باشید که هنگامی که c به سمت بی نهایت می رود ( همانطور که پیش از اثبات متناهی بودن سرعت نور فرض می شد ) کسر v/c به سمت صفر می رود. این بدان معناست که تبدیلات لورنتس که اساس نظریه ی نسبیت خاص هستند در سرعت های بسیار کم نسبت به نور، نتایج یکسانی را با معادلات گالیله که اساس نسبیت نیوتونی هستند به دست می دهند   اصول موضوعهٔ نسبیت خاص آزمایش مایکلسون-مورلی نسبیت خاص مانند هر فرضیه ی دیگری بر اساس دو پنداشت پایه ریزی شده است. بر اساس این فرض ها و با استفاده از تبدیلات لورنتس نسبیت خاص شکل می گیرد.  اصل موضوع اول: اصل نسبیت   قوانین فیزیک در تمام چارچوب‌های لَخت یکسان هستند و هیچ چهارچوب لخت مرجعی وجود ندارد.
این اصل که پیش از نسبیت خاص در نسبیت نیوتونی نیز بوده است بیان می کند که تمامی چهارچوپ هایی که با سرعتی ثابت ( بدون شتاب ) حرکت می کنند هم ارز و یکسان هستند ، بدین ترتیب هیچ چهارچوب لختی بر چهارچوب دیگر برتری یا با دیگری تفاوت ندارد. به سخنی دیگر اصل نسبیت (با در نظر گرفتن یک شرایط ایده آل) می‌گوید که اگر شما در آزمایشگاه سربسته ای قرار داشته باشید و آن آزمایشگاه با سرعت ثابتی نسبت به زمین حرکت کند، شما با هیچ روشی نمی‌توانید تعیین کنید که سرعت‌تان نسبت به زمین چقدر است. در این بیان از اصل نسبیت فرض شده است که زمین یک چارچوب لخت است (این موضوع درباره ی زمین به تقریب صادق است)، همچنین فرض شده است که شما نسبت به زمین به نرمی حرکت می‌کنید و آزمایشگاه هیچ لرزش و تکانی ندارد. اصل موضوع دوم: ثابت جهانی سرعت نور   سرعت نور در خلاء برای تمام ناظران لَخت ثابت و برابر c است و به حرکت چشمه ی نور یا حرکت ناظر بستگی ندارد.
به سخنی دیگر اگر شما سوار اتومبیلی باشید که با سرعت ۵۰ کیلومتر بر ساعت حرکت می‌کند و اتومبیل دیگری با سرعت ۲۰ کیلومتر بر ساعت به شما نزدیک شود، سرعت نسبی اتومبیل شما و اتومبیل مقابل تقریباً برابر با ۷۰ کیلومتر بر ساعت خواهد بود، اما بر طبق این اصل اگر چشمهٔ نوری با سرعت دلخواهی به شما نزدیک شود و شما هم با سرعت متفاوتی به سمت آن چشمه حرکت کنید باز هم سرعت نور نسبت به شما همان c خواهد بود. چنین چیزی کاملاً مخالف شهود روزمرهٔ ی ماست. + نوشته شده در  شنبه پانزدهم تیر 1387ساعت 16:16  توسط محسن  |  آرشیو نظرات نسبیت نگاه اجمالی نسبیت یکی از شاخه‌های مهم فیزیک است که جنبه‌های نظری و عملی آن از قرن گذشته توجه فیزیکدانان را به خود جلب کرده است. نظریه‌هایی مانند مکانیک و الکترومغناطیس که قبل از نظریه نسبیت ظهور یافتند و یا نظریه‌هایی مانند مکانیک کوانتومی و نظریه ریسمان که بعد از نسبیت پدید آمدند در فرمول بندی‌های مناسب با نسبیت سازگاری پیدا کرده‌اند. ضرورت این سازگاری به دلیل شمول فراگیر نظریه نسبیت پیش آمده است و خوشبختانه تا این زمان بین نظریه‌های دیگر تضاد یا سازگاری مشاهده نشده است.

نظریه نسبیت از نقش چارچوبهای مرجع که در توصیف قوانین طبیعت بکار می‌روند، نهایت استفاده را می‌کند. استفاده از هندسه مختصاتی ، برای بیان موثر قوانین معلوم ، و نیز استنتاج قوانین فیزیکی جدید تعمیم داده می‌شود. هدف نسبیت این است که برای بیان قوانین فیزیک روشهایی بدست آورد به طوری که قوانین مزبور توسط مختصات چارچوب مرجعی که در آن نوشته می‌شوند تغییر نیافته یا متمایز نشوند. اصلی که فرض می‌کند چنین روشهای بیان لازم بوده و می‌توانند بدست آیند، اصل ناورلایی است. تاریخچه در اواخر قرن نوزدهم ، بعد از اینکه نظریه الکترومغناطیس کلاسیک به صورت کنونی‌اش توسعه یافت، نیاز به یک نظریه نسبیت رضایتبخش در فیزیک احساس شد. در آن زمان آشکار شد که مشاهدات تجربی انتشار نور در ارتباط با اثرهای حرکت ناظر نسبت به محیطی که فرض می‌شد نور در آن حرکت ‌کند، تناقص‌هایی با عقاید رایج آن زمان دارد. برای داشتن توصیفی از حرکت نور که با تجربه سازگار باشد، لازم شد قانون تبدیل پیشنهادی لورنتس که مختصات
چارچوبهای دارای حرکت نسبی یکنواخت را به هم مربوط می‌سازد، پذیرفته شود.
شکست مکانیک کلاسیک مکانیک کلاسیک نیوتن تا زمانی که توصیف درست و ذاتا سازگاری از حرکت ذرات مادی در طبیعت را می‌داد که دامنه کاربردش محدود به ذرات مادی و چارچوبهای مرجعی بود که سرعت‌های نسبی آنها کسر کوچکی از سرعت نور بود. اما در سرعتهای نزدیک به سرعت نور با شکست مواجه شد. موفقیت بزرگ مکانیک کلاسیک نیوتنی در پیشگویی دقیق رویدادهای زمینی و حرکتهای کیهانی ، موضعی برای تردید در اعتبار مکانیک کلاسیک باقی نگذاشت، به گونه‌ای که درست بعد از زمانی که تبدیلات لورنتس برای توصیف صحیح انتشار نور از نظر ناظر در حال حرکت پذیرفته شد، دقت و نوع تقریبی که در قوانین نیوتن وجود داشت صرفا به عنوان نتیجه‌ای از کشف تبدیلات لورنتس بدست آمد.
ظهور بعد چهارم با توجه به رابطه‌ای که انتخاب‌ چارچوب مختصات با شکل قوانین فیزیکی دارد، خواص دستگاههای مختصات و تبدیلاتشان جایگاه مهمی در مطالعه نسبیت دارد. در جهان فیزیکی موقعیت فضایی توسط سه مختصه مکان ، مانند (X ، Y ، Z ) (در دستگاه مختصات دکارتی) مشخص می‌شود، ولی با بسط نظریه نسبیت معلوم شد که پارامتر زمان نیز بطور طبیعی با اهمیت مشابهی به صورت مختصه پنجم ، در فضای رویداد چهاربعدی ظاهر می‌شود. در این فضای چهاربعدی مختصه عمومی با شاخص یونانی نوشته می‌شود.
شاخه‌های مختلف نسبیت نظریه نسبیت در سیر تاریخی خود ، در دو زیر گروه اصلی موسوم به نسبیت خاص و عام توسعه یافته است. این ، نظریه‌های مجزا نبوده ، هر دو بخشهایی از یک نظریه واحد می‌باشند. در واقع نسبیت خاص مورد خاص از نسبیت عام است.
نسبیت خاص این نظریه با چارچوبهای مرجع لخت سروکار دارد و بر دو اصل زیر استوار است:


کلیه قوانین فیزیکی در تمام چارچوبهای مرجع لخت یکسان هستند و هیچ چارچوب مرجع اولویت وجود ندارد. سرعت نور در کلیه چارچوبهای مرجع یکسان است. نسبیت عام این نظریه با چارچوبهای نالخت سروکار دارد و در کیهان شناسی و گرانش کاربرد دارد.


فرض اساسی نسبیت عام این است که تمام دستگاههای مختصات که در حالت‌های حرکت اختیاری هستند، برای بیان ریاضی قوانین فیزیک باید به یک اندازه مناسب باشند. بنابراین ، باید برای نوشتن قوانین فیزیک روشهایی یافت، بطوری که تحت هر تبدیل مختصات دلخواه ، تغییری در شکل آنها حاصل نشود.

نقش تساوی جرم گرانشی و جرم لختی در پیشرفت نسبیت مساوی بودن جرم گرانشی و جرم لختی نقش اساسی در پیشرفت تاریخی نسبیت عام داشت. منشا تساوی مزبور در این نکته است که قانون دوم نیوتن f=ma برای شتابهای گرانشی در میدان گرانشی با شدت g، به صورت mGg=mAa در می‌آید. چون مشاهده می‌شد که در یک میدن گرانشی هر اشیاء به یک میزان شتاب می‌گیرند، یعنی g=a انیشتین به تحقیق دریافت که گرانش اساسا یک پدیده سینماتیکی است که شامل تغییر در مختصات فضا و زمان در همسایگی منبع میدان گرانشی است.
99
6
2
ند شه , nedishkoo
سه شنبه 26 اردیبهشت ، 16:29
توضیحات خوبی ارئه کردین. ممنون. من یه سوالی راجع به ابعاد بالاتر دارم. اینکه وجود بعد یازدهم به اثبات رسیده درسته؟چیزی در این مورد میدونین؟
ادامه
اخترشناس آماتور , albert2
جمعه 22 اردیبهشت ، 20:04
عالی بود
ادامه