Назарияи нисбӣ: Дарки мафҳуми фазо ва вақт дар физика
Назарияи нисбӣ яке аз мафҳумҳои бунёдӣ дар физикаи муосир буда, тарзи фаҳмиши моро дар бораи коинот дигаргун месозад. Назарияи нисбият, ки аз ҷониби Алберт Эйнштейн дар аввали асри 20 пешниҳод шудааст, ба ду қисмати асосӣ тақсим мешавад: нисбияти махсус ва нисбияти умумӣ. Ҳарду фаҳмиши амиқтари фазо, вақт ва ҷозибаро фароҳам меоранд.
1. Таърихи мухтасари назарияи нисбӣ
То охири асри 19, физикаи классикӣ, ки аз ҷониби Исаак Нютон таҳия шуда буд, барои бисёр ҷанбаҳои физика заминаи мустаҳкам фароҳам оварда буд. Аммо, баъзе падидаҳоро бо назарияи Нютон шарҳ додан мумкин набуд. Яке аз мушкилоти бузургтарин номувофиқатии байни механикаи Нютон ва электромагнетизм буд, ки аз ҷониби Ҷеймс Клерк Максвелл таҳия шуда буд. Доимии пешниҳодшудаи суръати рӯшноиро, ки Максвелл пешниҳод карда буд, дар чаҳорчӯбаи механикаи Нютон, ки вақт ва фазо мутлақро фарз мекард, шарҳ додан мумкин набуд.
Соли 1905, Алберт Эйнштейн мақолаеро нашр кард, ки дар он назарияи махсуси нисбият муаррифӣ карда шуд. Ин назария мафҳумҳои фазо ва вақтро ба як воҳиди ягона бо номи фазо-вақт муттаҳид кард ва нишон дод, ки суръати рӯшноӣ дар ҳама чаҳорчӯбаҳои истинодии инерсиалӣ доимӣ аст. Даҳ сол пас, соли 1915, Эйнштейн назарияи умумии нисбии худро муаррифӣ кард, ки мафҳумҳои нисбии махсусро васеъ карда, ҷозибаро дар бар гирифт ва мафҳуми ҷозибаи Нютонро бо мафҳуми тағирёбии каҷравии фазо-вақт аз ҷониби масса ва энергия иваз кард.
2. Назарияи нисбии махсус
Принсипҳои асосӣ
Назарияи махсуси нисбият бар ду постулати асосӣ асос ёфтааст:
1. Қонунҳои физика дар ҳама системаҳои инерсиалии истинод якхелаанд.
2. Суръати рӯшноӣ дар вакуум доимӣ аст ва аз ҳаракати мушоҳидакунанда ё манбаи рӯшноӣ вобаста нест.
Оқибатҳои назарияи нисбии махсус
Аз ин ду принсип, баъзе оқибатҳои ҳайратангезе ба миён меоянд, ки бар хилофи тасаввуроти ҳаррӯза мебошанд:
– Васеъшавии вақт: Вақт барои объектҳое, ки нисбат ба нозир ҳаракат мекунанд, сусттар ҳаракат мекунад. Ин падида дар таҷрибаҳои гуногун, ба монанди мушоҳидаҳои ҳаракати зарраҳои субатомӣ дар наздикии суръати рӯшноӣ ва истифодаи соатҳои атомӣ дар ҳавопаймоҳо, нишон дода шудааст.
– Дарозӣ. Ихтисоршавӣ: Ҷисме, ки нисбат ба нозир ҳаракат мекунад, кӯтоҳтар ба назар мерасад. Ин падида ба самти ҳаракати объект мувозӣ аст.
– Нисбии масса: Масса бо суръат меафзояд. Вақте ки объект ба суръати рӯшноӣ наздик мешавад, массаи он ба беохирӣ наздик мешавад, яъне барои суръат бахшидан ба он энергияи беохир лозим мешавад.
Яке аз маъруфтарин формулаҳое, ки аз назарияи нисбии махсус гирифта шудаанд, муодилаи E=mc² мебошад, ки муодилаи байни масса (m) ва энергия (E)-ро бо доимии суръати рӯшноӣ (c) ҳамчун зарбкунанда нишон медиҳад.
Таъсири технология
Назарияи нисбии махсус на танҳо барои назария, балки барои технологияи муосир низ аҳамияти калон дорад. Мисол Системаи мавқеъгирии ҷаҳонӣ (GPS) мебошад, ки барои таъмини мавқеъгирии дақиқ ба сигналҳои худ ислоҳоти нисбиятӣ талаб мекунад.
3. Назарияи умумии нисбӣ
Принсипҳои асосӣ
Назарияи нисбии умумӣ мафҳумҳои нисбии махсусро васеъ мекунад ва ҷозибаро ҳамчун геометрияи фазо-вақт дар бар мегирад. Принсипҳои асосии он инҳоянд:
1. Қувваи ҷозиба мисли Нютон не, балки каҷӣ ё каҷравии фазо-вақт аст, ки аз ҷониби масса ва энергия ба вуҷуд омадааст.
2. Масса ва энергия метрикаи фазо-вақтро тағйир медиҳанд, ки ба кӯтоҳтарин масирҳое, ки ашё дар он фазо-вақт пайгирӣ мекунанд, таъсир мерасонад.
Геометрияи фазо-вақт
Дар назарияи нисбии умумӣ, объектҳои азим ба монанди ситорагон ва сайёраҳо фазо-вақтро дар атрофи худ каҷ мекунанд. Геодезия ё роҳҳои кӯтоҳтарин дар ин фазо-вақти каҷ падидаеро ба вуҷуд меоранд, ки мо онро ҷозиба медонем. Ин мафҳумро метавон бо тасаввур кардани фазо-вақт ҳамчун варақи резинӣ, ки ҳангоми гузоштани тӯби вазнин ба он хам мешавад, тасаввур кард.
Падидаҳои муҳим
Назарияи нисбии умумӣ падидаҳои гуногунеро шарҳ медиҳад, ки бо механикаи Нютон шарҳ дода намешаванд, ба монанди:
– Линзаи ҷозиба: Нури ситораҳо ё галактикаҳои дурдаст метавонад аз ҷониби ҷозибаи ашёи азим, ба монанди галактикаҳо ё сӯрохиҳои сиёҳ, хам шуда, тасвирҳои калоншуда ё таҳрифшударо ба вуҷуд орад.
– Сурхгардиши ҷозиба: Басомади рӯшноие, ки аз як объекти бузург мебарояд, аз сабаби таъсири ҷозибаи қавӣ кам мешавад (сурх мешавад).
– Мавҷҳои ҷозиба: Тағйирот дар каҷравии фазо-вақт, ки аз сабаби ҳаракати босуръати масса, ба монанди ду сӯрохи сиёҳи якҷояшаванда, ба вуҷуд меоянд. Ин мавҷҳо бори аввал мустақиман тавассути таҷрибаҳои LIGO дар соли 2015 ошкор карда шуданд.
Санҷиши назарияи умумии нисбият
Яке аз аввалин озмоишҳои таҷрибавии назарияи нисбии умумӣ мушоҳидаи сэр Артур Эддингтон дар бораи тағйирёбии перигелии Меркурий ва гирифтани офтоб дар соли 1919 буд. Ин гирифтани офтоб имкон дод, ки мутобиқи пешгӯиҳои назарияи нисбии умумӣ, каҷравии нур аз ситорагон дар наздикии Офтоб мушоҳида карда шавад.
4. Контексти космологӣ
Назарияи нисбии умумӣ инчунин асоси космологияи муосир, омӯзиши илмии пайдоиш, эволютсия ва сохтори коинот мебошад. Моделҳои коиноти васеъшаванда, аз ҷумла модели таркиши бузург, бар асоси муодилаҳои майдони Эйнштейн, ки аз назарияи нисбии умумӣ гирифта шудаанд, тартиб дода шудаанд.
Васеъшавии Коинот
Қонуни Ҳаббл, ки нишон медиҳад, ки галактикаҳо аз якдигар дур мешаванд, яке аз қавитарин далелҳо барои васеъшавии коинот аст. Инро танҳо дар чаҳорчӯбаи назарияи нисбии умумӣ шарҳ додан мумкин аст.
Материяи торик ва энергияи торик
Назарияи нисбии умумӣ инчунин мавҷудияти мавҷудоти ноаёнро, ки мо онҳоро материяи торик ва энергияи торик меномем, пешгӯӣ мекунад. Материяи торик, ки гумон меравад дар миқдори зиёд вуҷуд дорад, нур намебарорад ва онро инъикос намекунад, аммо мавҷудияти онро аз таъсири ҷозибаи он ба материяи намоён фаҳмидан мумкин аст. Аз тарафи дигар, фикр мешавад, ки энергияи торик боиси густариши босуръати коинот мегардад.
5. Ояндаи тадқиқоти нисбият
То имрӯз, назарияи нисбии умумӣ ва махсус ҳамчун сутунҳои физикаи назариявӣ ва таҷрибавӣ хизмат мекунанд. Бо вуҷуди ин, якчанд самтҳои нави тадқиқот мавҷуданд:
Назарияи майдони квантӣ ва ҷозибаи квантӣ
Якҷоя кардани назарияи нисбияти умумӣ ва механикаи квантӣ, ки ду назарияи муваффақтарин дар физика мебошанд, як мушкили асосӣ аст. Кӯшишҳо барои таҳияи назарияҳои ҷозибаи квантӣ, ба монанди назарияи сатрӣ ва ҷозибаи квантии ҳалқавӣ, барои пур кардани ин холигӣ равона шудаанд.
Падидаи шадид
Омӯзиши галосҳо дар атрофи сӯрохиҳои сиёҳ, радиатсияи Ҳокинг ва сингуляриятҳо дар маркази сӯрохиҳои сиёҳ самтҳои фаъоли таҳқиқот мебошанд, ки дар байни олимон ба таври васеъ баррасӣ мешаванд.
Хулоса
Нисбият, ҳам махсус ва ҳам умумӣ, назари моро ба фазо, вақт ва ҷозиба ба куллӣ тағйир додааст. Дарки назарияҳои он на танҳо уфуқҳои илмии моро ғанӣ гардонидааст, балки дар доираи васеи технологияҳои муосир низ манфиатҳои амалӣ фароҳам овардааст. Тадқиқоти идомаёфта дар ин соҳа ва талошҳо барои муттаҳид кардани ҷозиба бо механикаи квантӣ дар оянда фаҳмишҳои навтарро ваъда медиҳанд. Хулоса, нисбият ба мо кӯмак мекунад, ки коинотро бо роҳи куллӣ ва амиқтар дарк кунем.
