جدیدترین‌ دستاوردهای فیزیک

نگارنده : ابوالفضل باباپور

نظریه نسبیت خاص در سال 1905 توسط آلبرت انشتین نظریه پرداز  نامدار آمریکایی - آلمانی ارائه گردید.در نسبیت خاص حرکت در دستگاههای لخت مطرح است.نسبیت خاص بر اساس دو اصل موضوع زیر پایه‌گذاری شده است :

اصل موضوع اول :

تمامی قوانین فیزیک در دستگاههای لخت یکسان هستند.یعنی اگر قانونی نظیر بقای بار الکتریکی در یک دستگاه لخت صادق باشد.همان قانون در تمامی دستگاههای لخت دیگر نیز صادق است.این اصول موضوع را به این صورت نیز بیان کرده‌اند "هیچ چهارچوب لختی بر چهار چوب‌های لخت دیگر برتری ندارند."

لازم به ذکر است که قبلاٌ در مکانیک کلاسیک (نیوتنی) نیز این اصل موضوع مطرح شده بود.

اصل موضوع دوم :

سرعت نور در تمامی دستگاههای لخت برابر است و به حرکت نسبی چشمه تولید کننده نور و ناظر بستگی ندارد.یعنی اگر ناظر با یک سرعت ثابتی به چشمه نزدیک شود و یا از آن فاصله بگیرد ، سرعت نور یکسان است.این امر از دیدگاه مکانیک نیوتنی (کلاسیکی) قابل قبول نیست و با تبدیلات گالیله در تناقض است.

اما در فیزیک همخوانی و یا تطابق بعنوان اصل پذیرفته شده است.یعنی نظریه جدید اولاً از نظریه قدیمی کاملتر باشد و ثانیاً نظریه قدیمی را تا حدی توجیه کند. البته در نظر داشته باشید که هنگامی که c یعنی سرعت نور در خلاء به سمت بی نهایت می‌رود ( همانطور که پیش از اثبات متناهی بودن سرعت نور فرض می‌شد ) کسر v/c به سمت صفر می‌رود. این بدان معناست که تبدیلات لورنتس که اساس نظریهٔ نسبیت خاص هستند در سرعت های بسیار کم نسبت به نور، نتایج یکسانی را با معادلات گالیله که اساس نسبیت نیوتونی هستند به دست می‌دهند.یعنی :

(تبدیلات لورنتس) = (تبدیلات گالیله) ‎

مهمترین دستاوردهای نسبیت خاص

1-      تبدیلات لورنتس در نسبیت خاص

در اینجا کمیات پریم دار مربوط به دستگاه مختصات لختی است که با سرعت ثابت ثابت v نسبت به یک دستگاه لخت در جهت X+ حرکت می‌کند و کمیات بدون پریم مربوط به دستگاه ساکن است.

 2-      پدیده انقباض مکان

اگر میله‌ای به طول l با سرعت ثابت v نسبت به دستگاه لخت در جهت X+ حرکت کند ، طول آن از دید ناظر واقع در مبداء این دستگاه ،  کوتاه شده و برابر خواهد بود با :

3-      انبساط زمان

 از نظر یک ناظر ساکن ، یک ساعت متحرک که با سرعت ثابت v نسبت به او حرکت می‌کند ، کندتر از ساعت مشابهی که ساکن است کار می‌کند. به زبان دیگر، زمان در چارچوب متحرک، به چشم ناظر ساکن، کندتر می‌گذرد. این پدیده ربطی به ساختار فیزیکی ساعت‌ها ندارد.اگر ناظر ساکن یک بازهٔ زمانی را τ اندازه بگیرد، ناظر متحرک با سرعت ثابت همان بازهٔ زمانی را 'T  اندازه می‌گیرد:

4-      تعریف تکانه خطی

در مکانیک نیوتنی ، وقتی به جسمی نیرو وارد می‌شود، آن جسم شتاب می‌گیرد. در تصویر نسبیتی، تکانه خطی به صورتی تعریف می‌شود تا با اصول نسبیت سازگار باشد. به زبان ریاضی:

که در آن :

در این رابطه m₀ جرم سکون ذره است، یعنی جرم ذره در چارچوبی که در آن ؛ ذره ساکن است.

نکته مهم : برخی از صاحب نظران  اثرات نسبیتی را به جرم  ذره نسبت می‌دهند و برخی آن را به خود تکانه. از دیدگاه دستهٔ دوم جرم ذره کمیتی ناوردا  یعنی همواره ثابت است و تکانه یک کمیت فیزیکی هموردا یعنی به سرعت ذره و سرعت  دستگاههای لخت وابسته است.

5-      هم ارزی جرم-انرژی

جرم m می‌تواند به انرژی E تبدیل شود و انرژی E نیز می‌تواند به جرم m تبدیل شود.رابطه بین اینها بصورت زیر اصل :

E=mc²